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Spannvorrichtung, insbesondere zum Einspannen der zu schweißenden
Werkstücke bei Stumpfschweißmaschinen Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung,
vorzugsweise für Stumpfschweißmaschinen, zum Einspannen der zu schweißenden Werkstücke.
Dort hat die ,Spannvorrichtung die Aufgabe, die Werkstücke durch Handbetätigung
oder motorisch mit großer Spannkraft schnell ein- bzw. auszuspannen.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art werden die Spannbewegungen
und -kräfte, sofern diese sich noch in den unteren Grenzen bewegen, von Hand mittels
Handrad über Spindel und Spindelmutter oder mittels Exzenter oder Kniehebel erzeugt.
Bei größeren Spannkräften tritt an Stelle des Handantriebes der elektromotorische
oder hydraulische Antrieb. Bei dem ersteren werden die Spannkräfte und Bewegungen
über ein mechanisches Getriebe mittels Gewindespindel und Mutter, bei dem letzteren
über ein hydraulisches Getriebe mittels Zylinder und Kolben erzeugt. Beide Antriebsarten
erfordern in den bekannten Ausführungen verhältnismäßig hohe Antriebsleistungen,
da diese der verlangten Spannbackengeschwindigkeit und der Spannkraft entsprechen
müssen. Eine ganz erhebliche Verringerung der Antriebsleistung kann durch Anordnung
eines Zweiganggetriebes erzielt werden, dabei erfolgt die Bewegung der :Spannbacke
über dem Schnellgang, bis diese sich auf das Werkstück aufsetzt, und die Erzeugung
der Spannkraft über dem Langsamgang. Gelöst wurde diese Aufgabe bisher praktisch
hydraulisch durch Anordnung zweier Pumpen, einer Niederdruckpumpe zum Heben und
Senken der Spannbacke und einer Hochdruckpumpe zum
Erzeugen der
Spannkraft, die nacheinander zur Wirkung gelangen, oder durch Anwendung eines Druckübersetzers,
der zur Erzeugung des Spanndruckes in Tätigkeit tritt. Die hydraulischen Spannvorrichtungen
sind jedoch verhältnismäßig teuer, sofern das Druckmittel nicht einer schon vorhandenen
Anlage entnommen werden kann, und ihre Anwendung lohnt sich sonst nur bei größeren
Spannkräften.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Spannvorrichtung
zu schaffen, die je nach Größe der verlangten Spannkraft von Hand oder motorisch
betätigt werden kann. Sie wendet das vorerwähnte Zweigangprinzip an. Erfindungsgemäß
wird das Heben und Senken der Spannbacke durch Drehbewegung einer Schraubspindel
in einer Mutter direkt ausgeführt, das Spannen dagegen durch rückläufige Axialbewegüng
einer Schraubhülse auf der Schraubspindel über eine hydrostatische Kraftübersetzung
mittels Zylinder und auf die Schraubspindel wirkenden Kolben.
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Der hydrostatische Druck im Zylinderdruckraum wird durch einen oder
mehrere kleine Kolben erzeugt, die durch die rückläufige Bewegung der Schraubhülse
auf der Schraubspindel in den Zylinderraum gedrückt werden. Als Druckmittel werden
erfindungsgemäß Weichmipolam oder ähnliche plastische Massen verwendet. Weiterhin
richtet sich die Erfindung auf die zweckmäßige Ausbildung der hydrostatischen Übersetzung
und der Schraubhülse und anderer nachstehend näher beschriebener Einzelheiten.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise für Handbetrieb
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Spannvorrichtung mit gehobener Spannbacke,
Abb.2 die Spannvorrichtung mit geschlossener Spannbacke, Abb. 3 einen '.Querschnitt
längs der Linie A-B in Abb. i und Abb. q. eine andere Ausbildung der Spannvorrichtung
im Längsschnitt bei geschlossener Spannbacke.
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Das Gehäuse i trägt unten die feste Spannbacke2 und in seiner Führung
die bewegliche Spannbacke 3. Die Bewegung der beweglichen Spannbacke erfolgt über
die Schraubspindel q:, die Schraubhülse 5 und über das Kegelräderpaar 6 und 7 mittels
des Handkreuzes B. Ebenso kann der Antrieb -auch motorisch erfolgen. Die Schraubspindel
q. führt sich drehbar mit ihrem Gewindeende in der Spannbacke 3 und mit ihrem anderen
Ende in dem Kolben 9. In dem letzteren hängt die Schraubspindel .auf der Ringfläche
lo, des Kolbens und- legt sich, sofern die Backe auf das Werkstück drückt, gegen
den Konus i i, durch den dann die Spindel .selbsthemmend gemacht und blockiert wird.
Die Schraubhülse 5 führt sich axial verschiebbar auf der Schraubspindel und mittels
Gewinde in dem Kegelrad 6. Das Gewinde der Schraubhülse 5 ist dem auf der Schraubspindel
q. in der Gangrichtung entgegengesetzt. Bei der Drehung der Schraubhülse 5 wird
die Schraubspindel über den Keil i2 mitgenommen.
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Die Schraubhülse 5 besitzt an ihrer Ansatzfläche eine oder mehrere
federnde Raststifte 13, die sich in entsprechende keilförmige Nuten 1q. des
Kegelrades 6 legen, wodurch eine beschränkte Mitnahme der Schraubhülse auch in der
Drehrichtung erreicht wird, in der die Schraubhülse sich aus dem Kegelrad 6 herausschrauben
kann. Das Herausschrauben der Schraubhülse aus dem Kegelrad erfolgt jedoch erst
bei einem bestimmten Drehmoment, wenn die Spannbacke auf das Werkstück stößt und
die Schraubhülse dadurch an einer weiteren Drehbewegung gehindert wird. Das Kegelrad
6 ist in dem Gehäuse r drehbar gelagert und stützt sich axial gegen das Kugellager
15 ab. Der Kolben 9 führt sich im Zylinder 16. Im Kolben 9 führen sich- ein oder
mehrere kleine Kolben 17, die sich mit ihrem freien Ende gegen die Schraubhülse
5 legen. Der Raum über den Kolben 9 und 17 ist mit einer Druckflüssigkeit gefüllt,
vorzugsweise mit Weichmipolam oder einer ähnlichen plastischen Masse, die in bezug
auf Bearbeitung der Zylinder und Kolben geringere Ansprüche als etwa Öl stellt,
keine Leckverluste ergibt und ebenso wie Öl praktisch inkompressibel ist. Der Kolben
9 trägt ferner einen Flansch, durch den beispielsweise drei symmetrisch angeordnete-
Bolzen i8 (Abb. 2) herausführen. Diese Bolzen hindern den Kolben am Drehen um seine
Achse und tragen Federn i9, die ihn unter Überwindung des Gewichtes der Spannbacke
und der Reibkräfte in der Spannbackenführung in denZylinder hineindrücken und dort
einen kleinen hydrostatischen Druck erzeugen, der ausreicht, die Kolben 17 stets
gegen die Schraubhülse 5 zu drücken. Die Wirkung der Spannvorrichtung ist folgende:
Die Spannbacke 3 ist, wie in Abb. i dargestellt, gehoben. Zur Abwärtsbewegung wird
das Drehkreuz 8 von dem Bedienenden in Pfeilrichtung sinngemäß von oben nach unten
bewegt. Dadurch wird die Schraubspindel q. über die Schraubhülse 5 aus dem Gewinde
der Spannbacke herausgeschraubt und die letztere nach unten bewegt. Dabei hat die
Schraubhülse 5 unter Umständen das Bestreben, die Drehbewegung nicht mitzumachen,
sondern sich in dem Gewinde des Kegelrades 6 nach oben zu bewegen. Sie wird daran
gehindert, erstens durch die Reibung in ihrem Gewinde, zweitens durch die Kolben
i7, die unter dem durch die Kraft der Federn i9 erzeugten hydrostatischen Druck
stehen, und drittens gegebenenfalls durch die Raststifte 13.
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An sich ist das Drehmoment für den Abwärtsgang der Spannbacke verhältnismäßig
gering und kann unter Umständen an der Schraubhülse negativ, also rückdrehend sein,
je nach der Steigung des Gewindes der Schraubspindel. In diesem Fall müßte das selbsttätige
Senken der Spannbacke durch einen selbsthemmenden Antrieb zwischen dem die Schraubhülse
tragenden Teil (Kegelradpaar 6 und 7) und dem Handkreuz vermieden werden. Die Raststifte
13 können gegebenenfalls also auch fortfallen. Trifft die Spannbacke schließlich
auf
das Werkstück 2o (Abb. 2) auf, so wird die Spindel nach oben in den Kegel zr gegen
den Kolben 9 gepreßt und blockiert. Bei weiterer Drehung des Handkreuzes wird die
Schraubhülse 5 nunmehr, gegebenenfalls durch Überwindung der Rasten 13, nach oben
geschraubt, da sie nun selbst durch die feststehende Schraubspindel an der Drehbewegung
gehindert ist. Dabei werden die Kolben 17 in den Druckraum des Zylinders 16 hineingedrückt
und erzeugen dort einen hydrostatischen Druck, der auf die Fläche des Kolbens 9
wirkt und über die Schraubspindel4 die Spannkraft erzeugt. Die Kraft, mit der die
Schraubhülse gegen die Kolben 17 wirkt, wird dabei im Verhältnis der Fläche des
Kolbens 9 abzüglich der Fläche der Kolben 17 zu der der Kolbenfläche 17 verstärkt.
Das Gewinde der Schraubhülse muß selbsthemmend sein, wenn, wie gesagt, nicht schon
ein selbsthemmender Antrieb vorgelegt ist. Zum Entspannen wird das Handkreuz sinngemäß
nach oben entgegen Pfeilrichtung bewegt. Dabei wird zunächst die Schraubhülse nach
unten bewegt, wobei die Kolben 17 nachfolgen, der hydrostatische Druck im Zylinderraum
abfällt, der Kolben 9 druckentlastet und durch die Federn i9 bis zum Anschlag angehoben
wird. Wenn die Schraubhülse sich bis zu ihrem Ansatz in das Kegelrad 6 eingeschraubt
hat und gegebenenfalls die Raststifte 13 eingefallen sind, wird sie von dem Kegelrad
selbst mitgenommen. ,Dabei nimmt sie über den Keil 12 die Schraubspindel q. mit,
die sich nun in die Spannbacke einschraubt und die letztere dadurch von dem Werkstück
abhebt.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes
ist die @Schraubhülse 21 (Abb. q.) beispielsweise in dem Kegelrad 6 verschiebbar
gelagert und wird von diesem mittels des Keiles 22 formschlüssig mitgenommen. Dagegen
führt sie sich nun auf der Schraubspindel 23 mittels Gewinde, welches die gleiche
Gangrichtung wie das sich in der Spannbacke führende Gewinde hat. Die Kolben 17
legen sich nicht mittelbar, sondern über das Axialkugellager 24 gegen die Schraubhülse
21. Die Axialbewegung der letzteren ist nach unten durch den Ansatz 25 auf der Schraubspindel
begrenzt. Dieser Ansatz trägt die keilförmigen Rasten 26, wie sie schon zuvor beschrieben
wurden, während die Schraubhülse 21 die entsprechenden keilförmigen Nuten 27 enthält.
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Beim .Spannen wird die Spannbacke durch Abwärtsbewegen des Handkreuzes
nach unten bewegt. Dabei wird die Schraubspindel 23 über die Schraubhülse 21 mitgedreht,
bis sich die Spannbacke auf das Werkstück aufsetzt. Dann wird die Schraubspinde123,
wie zuvor beschrieben, gegen Drehung blockiert und die Schraubhülse nach Überwindung
der Rast nach oben geschraubt, wobei sie die Kolben 17 in .den Zylinderraum 16 hineindrückt
und dort einen hydrostatischen Druck erzeugt. Dieser überträgt sich auf den Kolben
9 und verstärkt damit die Kraft an der Schraubhülse im Verhältnis der Fläche des
Kolbens 9 zur Fläche der Kolben 17. Von dem Kolben 9 wird die Kraft über die Spindel
23 auf die Spannbacke 3 übertragen.
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Beim Entspannen wird die Schraubhülse 21 entgegengesetzt gedreht und
dabei zunächst nach unten geschraubt, wobei die Kolben 17 nachfolgen, der hydrostatische
Druck abfällt und Kolben und Schraubspindel druckentlastet werden. Sobald sich die
Schraubhülse 21 gegen den Anschlag z5 der Schraubspinde123 legt, wird die letztere
von ihr formschlüssig mitgenommen, und dann schraubt sich die Schraubspindel in
die Spannbacke hinein und bewegt diese wieder nach oben.