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Hydraulische Spannvorrichtung, insbesondere fair Stumpfschweißmaschinen
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Spannvorrichtung; die vorzugsweise an elektrischen
Stumpfschweißmaschinen zum Spannen der Werkstücke Verwendung finden soll.
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Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art werden die Spanndrücke
elektromotorisch, entweder über mechanische Getriebe mittels Gewindespindel und
Mutter oder über hydraulische Getriebe mittels Zylinder und Kolben erzeugt. Beide
Antriebsarten erfordern in der bekannten Ausführung eine verhältnismäßig hohe Antriebsleistung,
die der gegebenen Spanngeschwindigkeit und dem hohen statischen Druck zum Klemmen
der Werkstücke entsprechen muß. Dadurch ist der Aufwand für diese Spannvorrichtungen
verhältnismäßig hoch. Man sucht ihn in erträglichen Grenzen zu halten, indem man
sich mit einer niedrigeren Spanngeschwindigkeit begnügt und damit größere Spannzeiten
in Kauf nimmt.
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Bei den Schweißmaschinen mit hydraulisch betätigten Spannvorrichtungen
wurden bisher von einer Druckmittelerzeugungsanlage aus beide Spannvorrichtungen
betrieben, wodurch sich zwar die Baukosten verringern, die Spannvorrichtungen aber
nicht gleichzeitig mit verschiedenen Spanndrücken arbeiten können, was oft erwünscht
ist. Sofern die Spannvorrichtungen automatisch oder ferngesteuert werden sollen,
sind teure magnetisch
betätigte Steuerventile erforderlich. Weiterhin
wird die Betriebssicherheit durch die Notwendigkeit, für die die Stauchbewegung
ausübende bewegliche Spannv orrichtung auch bewegliche Druckölleitungen anzuordnen,
die ferner noch gegenüber der festen Spannvorrichtung elektrisch isoliert sein müssen,
sehr beeinträchtigt.
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Dieser Nachteil wird zwar bei einer bekannten hydraulischen Spannvorrichtung
vermieden, die als ein in sich abgeschlossenes Aggregat gebaut ist und bei welcher
der Einspannvorgang in einen Kraft-und in einen Schnellgang aufgeteilt ist. Hierbei
läuft eine einzige Umlaufpumpe immer in derselben Drehrichtung, und die Umsteuerung
von Spannen auf Entspannen erfolgt mittels eines Umsteuer-Schiebers. Der Spanndruck
wird mittels eines nach dem Aufsetzen der Spannbacken zur Wirkung kommenden, als
Stufenkolben ausgebildeten Druckübersetzers erzeugt. Die Betätigung mittels eines
Umsteuerschiebers ist aber an schwierig zu verlegende Rohrleitungen gebunden, und
der Druckübersetzer läßt beim Spannen nur einen sehr kleinen Krafthub zu; ist dieser
ausgenützt, so versagt die Spannvorrichtung, und es wirkt dann lediglich der von
der Ölpumpe erzeugte spezifische Druck.
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Die Erfindung, die sich ebenfalls auf eine hydraulische Spannvorrichtung
bezieht, bei welcher der Einspannvorgang in einen Kraft- und in einen Schnellgang
unterteilt ist und die als für sich abgeschlossenes Aggregat, bestehend aus den
Spanngliedern, Zylinder und Kolben, und der Druckmittelerzeugungseinrichtung, ausgebildet
ist, bezweckt, derartige Spannvorrichtungen noch weiter zu verbessern, was erfindungsgemäß
dadurch erreicht wird, daß die Druckmittelerzeugungseinrichtung zwei von einem umsteuerbaren
Elektromotor angetriebene Pumpen enthält, und zwar eine Niederdruckpumpe zum Heben
und Senken der Spannbacke und eine Hochdruckpumpe; vorzugsweise zum Erzeugen der
Spannkraft, die durch Verändern der Drehrichtung das Spannen bzw. Entspannen des
Werkstückes bewirken, indem zum Spannen die Hochdruckpumpe direkt und die Niederdruckpumpe
über ein Umleitventil in den Druckzylinder oberhalb des Kolbens und zum Entspannen
die Niederdruckpumpe entweder allein oder mit der Hochdruckpumpe gemeinsam direkt
in den Druckzylinder unterhalb des Kolbens fördern und dort Arbeit leisten.
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Bei der Erfindung kann die Ein- und Ausschaltung und die Umsteuerung
der Spannvorrichtung von jeder beliebigen Stelle aus erfolgen, ohne daß schwierig
zu verlegende Rohrleitungen erforderlich sind; vielmehr sind hierzu nur elektrische
Leitungen zu verlegen. Das Drucköl zur Erzeugung der Spannkraft wird fortlaufend
von der Hochdruckpumpe gefördert, und daher ist die Einrichtung an keinen maximalen
Krafthub gebunden.
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Die Umleitung der von der Niederdruckpumpe geförderten Druckflüssigkeit
erfolgt selbsttätig durch das Umleitventil in die Saugleitung der Pumpe oder den
Olvorratsbehälter in Abhängigkeit von dem im Druckzylinder herrschenden Flüssigkeitsdruck,
sobald die Spannbacke sich auf das Werkstück aufsetzt und der Flüssigkeitsdruck
sich infolgedessen erhöht hat.
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Ferner besteht die Erfindung darin, daß ein Druckeinstellventil angeordnet
ist, das sich zwecks Einstellung des Spanndruckes auf einen bestimmten Flüssigkeitsdruck
einstellen läßt und bei diesem Druck öffnet, so daß die von der Hochdruckpumpe geförderte
überflüssige Druckflüssigkeit dann abfließen kann.
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Ferner ist bei vertikaler Spannbackenanordnung in der Flüssigkeitszuleitung
nach der Kolbenunterseite des Druckzylinders ein selbsttätiges Sperrventil angeordnet,
das im Ruhezustand den Abfluß der Druckflüssigkeit aus dem Druckzylinder sperrt
und sich nur bei der Bewegung der Spannbacke öffnet, und zwar bei dem Abwärtsgang
durch den Flüssigkeitsdruck im Druckzylinder oberhalb des Kolbens über einen Kolbenschieber
indirekt und bei dem Aufwärtsgang durch den Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitszuleitung
direkt beeinflußt.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung des Druckeinstellventils,
des Umleitv entils und des Sperrventils bei vertikaler Spannbackenanordnung.
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Die Zeichnung, die den Gegenstand der Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
zeigt den grundsätzlichen Aufbau der hydraulischen Spannvorrichtung. Die Spannvorrichtung
besteht im wesentlichen aus der festen Spannbacke i, der in der Führung beweglichen
Spannbacke z, dem hydraulischen Getriebe zum Erzeugendes Spanndruckes und dem Elektromotor
3 für den Antrieb des Getriebes. Der Motor 3 ist mittels des Umschalters d. in der
Drehrichtung umsteuerbar und - treibt das aus zwei Zahnradpumpen, nämlich die Hochdruckpumpe
5 und die Niederdruckpumpe 6 bestehende hydraulische Getriebe an. Die Pumpe 5 hat
eine geringe Förderleistung und die Aufgabe, den statischen Spanndruck zu erzeugen
und zu halten, die Pumpe 6 hat eine hohe Förderleistung und die Aufgabe, die Spannbacke
zu bewegen.
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Der Umschalter hat drei Stellungen: »Spannen«, »Entspannen« und »Aus«.
In der Stellung »Spannen« fördert die Hochdruckpumpe direkt und die Niederdruckpumpe
über das Umleitventil 7 in den Druckzylinder 8, wo die Druckflüssigkeit über Kolben
9 und Kolbenstange io auf die bewegliche Spannbacke 2 wirkt und dort Arbeit leistet.
Beide Pumpen entnehmen dabei die Flüssigkeit über das Sperrventil i i dem Olvorratsbehälter
14 und über das Sperrventil i2 aus dem Druckzylinder der Kolbengegenseite. In der
Stellung »Entspannen« fördern beide Pumpen über das Sperrventil 12 in den Druckzylinder
unterhalb des Kolbens 9, so daß die Druckflüssigkeit die Spannbacke 2-.von dem Werkstück
abhebt. Dabei entnehmen beide Pumpen die Flüssigkeit dem Druckzylinderraum auf der
Kolbengegenseite, die Niederdruckpumpe über das Umleitventil 7, die Hochdruckpumpe
direkt. In der »Aus«-Stellung des Umschalters d. ist der Antriebsmotor ausgeschaltet.
Das Umleitventil 7 hat die Aufgabe, die von der Niederdruckpumpe geförderte
Druckflüssigkeit
in Abhängigkeit von dem im Druckzylinder herrschenden Flüssigkeitsdruck nach dem
Ölvorratsbehälter 14 bzw. über das Sperrventil i i nach der Gegenseite der Pumpe
umzuleiten. Es besteht aus dem Gehäuse und dem in diesem verschiebbar geführten
Steuerkolben 16. Der Steuerkolben 16 taucht mit seinem einen Ende in das Gehäuse
ein und wird von dort durch den Flüssigkeitsdruck beaufschlagt, und an seinem anderen
Ende entgegen dem Flüssigkeitsdruck durch die Feder 17 belastet. Das Gehäuse hat
drei Umleiträume 18, i9 und 20. Der Raum 18 steht mit der Hochdruckpumpe und mit
dem Zylinderraum über dem Kolben in Verbindung, der Raum i9 mit der Niederdruckpumpe
und über das Überdruckventil 21 und das Sperrventil 13 mit dem Ölvorratsbehälter
1q., und ferner über das Sperrventil i i mit der Gegenseite der Pumpen und der Raum
20 mit der Abflußleitung nach dem Olvorratsbehälter bzw. ebenfalls über das Sperrventil
i i mit der Gegenseite der Pumpen. Die Umleiträume arbeiten mit den entsprechenden
Kanten 22 und 23 des Steuerkolbens 16 zusammen. Die Lage der Kanten 23 des Steuerkolbens
ist so gewählt, daß sie bei der Verschiebung den Umleitraum 2o erst öffnet und die
Umleitung herstellt, nachdem die Kante 22 schon geschlossen hat. Während der kurzen
Zeit, in der die Kante 22 schon geschlossen, die Kante 23 aber noch nicht geöffnet
hat, strömt die von der Niederdruckpumpe geförderte Druckflüssigkeit über das Überström-Ventil
21 in den Ölvorratsbehälter 14 bzw. über das Sperrventil i i nach der Pumpengegenseite
zurück. Zur Begrenzung der Verschiebung im Gehäuse besitzt der Steuerschieber den
Anschlag 2d.. Die Feder 25 des Überströmventils 21 ist gegenüber der Feder 17 des
Steuerschiebers so abgestimmt, daß das Überströmventil erst bei einem höheren Druck
anspricht als der Steuerkolben 16. Die Feder 17 des Steuerkolbens ist auf den erforderlichen
Flüssigkeitsdruck zum Senken der Spannbacke abgestimmt.
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Das Druckeinstellventil, das auf dem Schema mit dem Umleitventil ein
-gemeinsames Gehäuse hat, dient zum Einstellen des Spanndruckes. Es besteht ferner
aus dem in diesem geführten Kolben 26 und der diesen belastenden Druckfeder 27.
Der Kolben taucht in den Umleitraum 18 ein und wird von dort von der Druckflüssigkeit
entgegen dem Druck der Feder 27 beaufschlagt. Er arbeitet mit dem Umleitraüm 28
des Gehäuses zusammen, der mit dem Ölvorratsbehälter 14 verbunden ist und in welchen
die Druckflüssigkeit abfließen kann, sobald der Spanndruck erreicht ist; dann wird
der Kolben 26 durch den Flüssigkeitsdruck so weit verschoben, daß seine Stirnkante
öffnet. Die Druckfeder 27 läßt sich zwecks Einstellung des Spanndruckes mittels
eines Handrades und der Schraubspindel 29 in der Vorspannung verändern. Der Federsteller
3o auf der Schraubspindel ist mit einem Zeiger verbunden, der an einer Skala den
jeweils eingestellten Spanndruck anzeigt. Weiterhin ist am Druckeinstellventil zweckmäBigerweise
noch ein elektrischer Sperrschalter 31 angeordnet, der z. B. bei Schweißmaschinen
das Einschalten des Schweißstromes sperrt, solange das zu schweißende Werkstück
noch nicht mit dem eingestellten Spanndruck gespannt ist. Die Betätigung des Sperrschalters
erfolgt von dem Kolben 23 aus, wenn dieser sich so weit verschoben hat, daß die
Druckflüssigkeit in den Umleitraum 28 abfließen kann.
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Die Sperrventile i i und 13 öffnen selbsttätig; sofern auf der Ventilsitzseite
ein Unterdruck vorhanden ist. Die Ventilteller werden daher mit nur geringem Federdruck
gegen ihre Sitzflächen gepreßt. Das Sperrventil 12 wird nur bei vertikaler Spannbackenanordnung
benötigt, wobei das Gewicht der Spannbacke in der Bewegungsrichtung des Kolbens
wirkt und dadurch einen statischen Flüssigkeitsdruck erzeugt. Es hat dort die Aufgabe,
in der Ruhestellung, also bei Stellung des Umschalters q. auf »Aus« das allmähliche
Abfließen der Druckflüssigkeit unterhalb des Kolbens 9 zu verhindern. Das Sperrventil
12 besteht im wesentlichen aus dem Ventilgehäuse, dem Ventilteller und der Druckfeder
32, die den Ventilteller gegen seine Sitzfläche drückt, und ferner aus dem sich
im Gehäuse führenden Kolben 33 mit dem Anschlagstift 3q.. Die Unterseite des Kolbens
33 ist mit dem Druckzylinderraum oberhalb des Kolbens 9 und die Gegenseite des Kolbens
33 mit den Pumpen und über das Sperrventil 12 mit dem Druckzylinderraum unterhalb
des Kolbens 9 verbunden. In der Stellung »Entspannen« öffnet der Ventilteller durch
den Überdruck 'entgegen der Druckfeder 32 und gestattet somit den Durchtritt der
Druckflüssigkeit in den Druckzylinder. In der »Aus«-Stellung des Umschalters schließt
der Ventilteller durch den Federdruck und durch den statischen Druck der Flüssigkeit
und verhindert somit ein Abfließen der Druckflüssigkeit: In der Stellung »Spannen«
wird der Kolben 33 durch den Überdruck im Druckzylinder oberhalb des Kolbens 9 nach
oben bewegt. Dabei stößt der Stift 34 gegen den Ventilteller, hebt diesen von seiner
Sitzfläche und gestattet somit ein Abfließen der Flüssigkeit aus dem Druckzylinderraum
unterhalb des Kolbens 9 bei Bewegung der Spannbacke nach unten.
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Die Wirkungsweise der Spannvorrichtung' ist folgende: Zum Spannen
wird der Umschalter q. von der Ruhestellung »Aus« in Stellung »Spannen« umgeschaltet.
Dadurch wird der Elektromotor 3 beispielsweise für Rechtsdrehung eingeschaltet:
Bis die Spannbacke auf das zu spannende Werkstück aufliegt, fördern beide Pumpen
Druckflüssigkeit in den Druckzylinderraum oberhalb des Kolbens 9 und bewegen diesen
abwärts, und zwar fördert die Hochdruckpumpe direkt und die Niederdruckpumpe über
das Umleitventil 7, also über die Umleiträume i9 und 18. Gleichzeitig wird durch
den Überdruck der Kolben 33 nach oben verschoben und das Sperrventil 12 geöffnet,
so daß die Flüssigkeit auf der Gegenseite des Kolbens 9 abfließen kann. Beide Pumpen
entnehmen die Flüssigkeit dem Druckzylinderraum auf der Kolbengegenseite und über
das Sperrventil I1 dem Ölvorratsbehälter 1q.: Setzt sich die Spannbacke 2 schließlich
auf das Werkstück 35 auf, so erhöht sich dadurch der Flüssigkeitsdruck
im
Druckzylinder und im Umleitraum 18, und der Umleitkolben 16 wird, entgegen dem Druck
der Feder 17, bis zu seinem Anschlag in das Gehäuse geschoben. Dadurch wird die
von der Niederdruckpumpe geförderte Druckflüssigkeit über den Umleitraum 2o und
über das Sperrventil i i nach der Pumpengegenseite umgeleitet, und die Hochdruckpumpe
fördert nunmehr allein in den Druckzylinder und erzeugt dort den statischen Spanndruck,
während die Niederdruckpumpe die Flüssigkeit nur umwälzt. Ist der eingestellte Spanndruck
erreicht, so strömt die von der Hochdruckpumpe weiter geförderte, nun überflüssige
Druckflüssigkeit in dem Druckeinstellventil über und über Umleitraum 28 in den Vorratsbehälter
1q. zurück. Gleichzeitig spricht auch der Schalter 31 an und entriegelt beispielsweise
den Schweißstromschalter.
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Zum Entspannen des Werkstückes wird der Umschalter q. über die Ruhestellung
»Aus« auf »Entspannen« umgeschaltet, wodurch der Elektromotor 3 nunmehr beispielsweise
für Linksdrehung umgeschaltet wird. Die Pumpen fördern nun in entgegengesetzter
Richtung über das Sperrventil 12 in den Druckzylinderraum unterhalb des Kolbens
9 und bewegen diesen aufwärts. Die Pumpen entnehmen dabei die Flüssigkeit aus dem
Druckzylinderraum auf der Gegenseite des Kolbens; und zwar die Hochdruckpumpe direkt
und die Niederdruckpumpe über das Umleitventil. Falls der Kolben seine obere Endstellung
erreicht, fördern beide Pumpen über das Überdruckventil 15 in den Ölvorratsbehälter
1q. zurück und entnehmen von diesem die Druckflüssigkeit über Sperrventil 13 und
die Hochdruckpumpe, ferner noch über das Umleitventil 7.
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Die Förderleistung der Niederdruckpumpe richtet sich nach der erforderlichen
Spanngeschwindigkeit. Die Hochdruckpumpe muß mit Sicherheit mindestens die Leckverluste
decken. Die während des Spannens in den Ölvorratsbehälter 14 überströmende Druckflüssigkeit
ist daher sehr klein, so daß eine übermäßige Erwärmung der Druckflüssigkeit nicht
eintritt. Die Antriebsleistung des Motors der Spannvorrichtung errechnet sich aus
der Förderleistung der beiden Pumpen und dem für die Bewegung der Spannbacke erforderlichen
Druck oder aus der Förderleistung der Hochdruckpumpe und dem zum Spannen erforderlichen
Druck, je nachdem, welche Leistung die größere ist. Hierbei ergeben sich praktisch
Antriebsleistungen, die etwa nur ein Zwanzigstel der der bekannten Spannvorrichtungen
ausmachen.
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Die Spannvorrichtung ist als geschlossenes Aggregat ausgebildet; daher
sind äußere Druckleitungen, aber vor allem bewegliche Druckleitungen vermeidbar,
wodurch die Betriebssicherheit wesentlich erhöht wird.
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Wie ersichtlich, erfolgt die Steuerung durch einfache Umsteuerung
des Antriebsmotors. Dadurch sind magnetisch betätigte Steuerventile bei Fern-oder
automatischer Betätigung überflüssig, und die Spannung des Werkstückes kann nunmehr
bei Bedarf ohne -weiteres in die Automatik beispielsweise der Stumpfschweißmaschine
aufgenommen werden. Der Antriebsmotor muß während der Spanndauer weiterlaufen und
nach dem Entspannen ausgeschaltet werden. Das Ausschalten erfolgt bei automatischer
Betätigung zweckmäßig durch einen Spannhubbegrenzungsschalter, bei Handbetätigung
durch selbsttätiges Zurückführen des Steuerhebels in die »Aus«-Stellung nach Loslassen
desselben.