Die Erfindung betrifft ein Spannelement zum Spannen von Werkstücken,
Werkzeugen, Formen oder Vorrichtungen auf Maschinentischen oder Paletten, mit
einem beweglichen Positioniermittel und einem an dem Positioniermittel beweglich
geführten Spannstück. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
Spannen von Werkstücken, Werkzeugen oder Vorrichtungen mit einem derartigen
Spannelement.
Derartige Spannelemente sind z. B. Linearspanner, wie sie in der DE 37 33 676 A1
offenbart sind, oder Schwenkspanner, beispielsweise gemäß DE 101 27 214 A1.
Der aus der DE 37 33 676 A1 bekannte Linearspanner weist einen linear über ein
zu spannendes Werkstück bewegbares Positioniermittel, nämlich einen hydraulisch
betätigten Kolben auf. Dieser Kolben trägt an seinem freien Ende das Spannstück,
welches über Keilflächen beweglich mit dem Kolben verbunden ist. Beim Ausfahren
des Kolbens wird das Spannstück gegen einen Anschlag gefahren. Sodann wird der
Kolben noch weiter über das Spannstück verschoben, so daß das Spannstück
aufgrund der Keilflächen quer zum Kolben bewegt und gegen das zu spannende
Werkstück oder dergleichen gedrückt wird. Das Spannelement entwickelt dabei eine
Querkraft abhängig von der auf den Kolben wirkenden Kraft und dem Winkel der
Keilfläche, über die diese Kraft auf das Spannstück und damit auf das Werkstück
oder dergleichen übertragen wird. Gleichzeitig wird als Reaktion auf die Spannkraft
der Kolben vom Werkstück weggedrückt, so daß sich ein Biegemoment und eine
Querkraft auf den Kolben ergeben, während dieser noch ausgefahren wird. Die
Folge ist, daß die Reibung zwischen dem Kolben und der Gehäusebohrung, in
welcher der Kolben geführt wird, sich erhöht. Gleichzeitig reduziert sich aufgrund
der Reibung des Kolbens die Spannkraft in Abhängigkeit der Kolbenlänge. Dieses
Problem verschärft sich noch bei Linearspannern mit weit ausladendem
Spannpunkt, also bei großer Kolbenlänge und entsprechend großem Abstand
zwischen dem Gehäuse und dem Spannstück in der Spannstellung.
Die gleichen Nachteile treten analog auch bei Schwenkspannern auf. Der in der
DE 101 27 214 A1 gezeigte Schwenkspanner weist als Positioniermittel einen in
einem Gehäuse schwenk- sowie ein- und ausfahrbar gelagerten, hydraulisch
betätigten Schwenkkolben auf. Während eines ersten Teils des Einfahrhubes wird
der Schwenkkolben, gesteuert über Spiralnuten am Schwenkkolben, in die
Spannstellung verschwenkt. Sodann wird der Kolben über den Rest des Hubes
linear eingefahren und dadurch das Werkstück mittels eines am Schwenkkolben
angebrachten Spanneisens, an dem das Spannstück angebracht ist, gespannt.
Auch hier treten während der Spannbewegung im Spanneisen und im
Schwenkkolben Biegemomente und Querkräfte auf, durch welche der mit dem
Spanneisen fest verbundene Schwenkkolben in seiner Gehäuse-Lagerbohrung
während seiner Axialbewegung durch Verkantung erhöhte Lager-Reibung erzeugt,
die mit jeder Verlängerung des Spanneisenhebelarms proportional ansteigt und die
Spannkraft stark reduziert.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Spannelement und ein Verfahren zu
schaffen, bei dem, die Größe der erzeugten Spannkraft nicht ungünstig beeinflußt
wird von der Länge eines Spanneisens oder eines Positioniermittels durch auf diese
einwirkenden Querkräfte und Biegemomente.
Zur Lösung dieses Problems ist das erfindungsgemäße Spannelement dadurch
gekennzeichnet, daß das Spannstück während der Bewegung des Positioniermittels
gesperrt ist, derart, daß es erst am Ende der Bewegung des Positioniermittels
betätigbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
das Spannstück erst am Ende der Bewegung des Positioniermittels betätigt wird.
Erfindungsgemäß ist also sichergestellt, daß der Kolben zunächst vollständig
ausgefahren bzw. der Schwenkkolben vollständig verschwenkt wird. Erst bei
Stillstand des (Schwenk-)Kolbens in der Endlage wird das Spannstück betätigt und
gegen das Werkstück oder dergleichen zum Spannen desselben gefahren. Erst in
diesem Moment treten Querkräfte und ein Biegemoment auf den (Schwenk-)Kolben
auf. Der (Schwenk-)Kolben steht dann bereits still, so daß es nicht mehr zu einer
erhöhten Reibung kommt. Da das Spannstück gesondert betätigt wird, ist die
Spannkraft unabhängig von der Ausladung des Spannpunktes frei wählbar.
Nach einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung eignet sich zum Arretieren
bzw. Sperren des Spannstücks während der Bewegung des Positioniermittels
besonders ein Rückholbolzen. Dieser ist vorzugsweise durch eine Druckfeder in
seine Arretierstellung vorgespannt, so daß sich als Grundstellung immer die
vorgespannte Stellung ergibt. Bei einem Ausfall der Druckmittelversorgung ist
sichergestellt, daß das Spannstück arretiert ist. Der Rückholbolzen selbst greift nach
einer Weiterbildung der Erfindung in eine Ausnehmung im Spannstück ein. Dabei
kann die Ausnehmung eine Ausbuchtung aufweisen, so daß die zum Lösen des
Rückholbolzens aus der Arretierstellung erforderliche Druckkraft erhöht ist und so
die Sicherheit, daß der Rückholbolzen nicht ungewollt aus der Arretierstellung
entweicht, noch vergrößert ist.
Weiterhin kann die Ausnehmung mit einer Schräge versehen sein, so daß durch
Betätigen des Rückholbolzens in Richtung auf das Spannstück das Spannstück
eingefahren wird. Hierdurch ist ein gesondertes Betätigungsmittel für das
Spannstück im Einfahren desselben überflüssig. Der Rückholbolzen selbst ist dabei
vorzugsweise druckmittelbetätigt.
Druckräume für das Spannstück und für den Rückholbolzen korrespondieren
vorzugsweise mit Druckräumen zum Betätigen des Positioniermittel in die eine oder
jeweils andere Richtung. Hierdurch kann das gesamte Spannelement mit nur zwei
Druckmittelanschlüssen, einem Anschluß zum Spannen und einem Anschluß zum
Lösen, versorgt werden.
Bei einem zylindrischen Positioniermittel lassen sich Schrägstellungen des
Spannstücks realisieren, in dem das Positioniermittel um seine Längsachse verdreht
wird. Dabei sollte das Positioniermittel aber in seiner jeweiligen Schrägstellung
fixiert sein. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Positioniermittel zum
einen eine Bohrung zur Aufnahme des Rückholbolzens und zum anderen eine
weitere Bohrung mit einer Aufweitung zur Aufnahme eines Positionierstiftes
aufweist. Zumindest diese Bohrung ist außermittig und dient dazu, über den
Positionierstift die Winkellage des Positioniermittels zu fixieren. Bei einer
Weiterbildung dieses Erfindungsgedanken ist die Bohrung zur Aufnahme des
Positionierstiftes gleichzeitig ein Druckmittelkanal zum Verbinden des Druckraums
für das Spannstück mit dem Druckraum für das Positioniermittel. Gesonderte
Bohrungen werden hierdurch vermieden. Zur Freigabe des Kanals sollte das
Positioniermittel dabei mit einer Abflachung versehen sein. Weiterhin ist es möglich,
den Positionierstift nur in einer Aufweitung dieser Bohrung vorzusehen. Außerhalb
des Bereichs des Positionierstiftes kann die Bohrung schmaler ausgebildet sein.
Das Positioniermittel selbst kann einteilig ausgebildet werden, wobei es dann
stirnseitig sozusagen von hinten, also von der den späteren Spannstück
abgewandten Seite in sein Gehäuse eingeschoben wird. Anschließend wird dann
noch eine Buchse zur Aufnahme des Spannstücks eingeschraubt und das
Spannstück eingesetzt. Alternativ ist es auch möglich, daß Positioniermittel
zweiteilig auszubilden, nämlich mit einem aufgeschraubten Kolbenring. In diesem
Fall wird das Positioniermittel von der anderen Seite, also von der dem späteren
Spannstück zugewandten Stirnseite in sein Gehäuse eingeschoben und sodann von
der anderen Seite der Kolbenring aufgeschraubt. Diese Variante ist zwar etwas
teurer, bietet aber den Vorteil, größere Hübe für das Spannstück vorsehen zu
können.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind als sogenannte Schwenkspanner
ausgebildet. Dabei wird eine Schwenkbewegung des Schwenkspanners über einen
Axialhub eines Hubkolbens ausgeführt, an dem ein Spanneisen, das im
vorliegenden Fall dem Positioniermittel entspricht, angebracht ist. Das Spanneisen
führt also ebenfalls auch eine Höhenbewegung aus. Bei einigen
Ausführungsbeispielen der Erfindung ist hingegen vorgesehen, einen in seiner
Längsachse unverschieblichen Schwenkmast vorzusehen. Dieser ist drehbeweglich
zwischen einem Schwenksockel und einer Schwenkbuchse eingespannt. Innerhalb
des Schwenksockels und dem Schwenkmast sind stirnseitig zueinander
korrespondierende Bohrungen angeordnet, in denen ein Schwenkkolben
verschieblich angeordnet ist. Dieser weist die übliche Spiralnut auf, über den die
Schwenkbewegung erzeugt wird. Über eine Längsnut und eine damit
zusammenwirkendes Getriebemittel, insbesondere ein Stift oder eine Kugel wird
diese Schwenkbewegung auf den Schwenkmast übertragen. Ein solcher
Schwenkspanner baut flach. Die erforderliche Spannbewegung wird alleine durch
das Absenken des Spannstücks erreicht.
Eine andere Alternative eines noch flacheren Schwenkspanners sieht vor, einen
quasi liegend angeordneten, also quer zur Längsrichtung des Schwenkmastes
verschieblich angeordneten Schwenkkolben vorzusehen. Dieser weist seinerseits
ein Getriebeglied, insbesondere eine trapezförmige Nut auf, die mit einem an der
unteren Stirnseite des Schwenkmastes angeordneten korrespondierenden
Getriebeglied, insbesondere einem Stift zusammenwirkt. Durch die Hin- und
Herbewegung des Schenkkolbens wird dann über die Trapeznut und den Stift die
Schwenkbewegung des Schwenkmastes erzeugt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein erstes Spannelement mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
- Fig. 2
- das Spannelement gemäß Fig. 1 in Draufsicht,
- Fig. 3
- das Spannelement gemäß Fig. 1 in Vorderansicht,
- Fig. 4
- eine Befestigungsvariante des Spannelementes gemäß Fig. 1 im
Längsschnitt,
- Fig. 5
- ein zweites Spannelement mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
- Fig. 6
- das Spannelement gemäß Fig. 5 in Draufsicht,
- Fig. 7
- das Spannelement gemäß Fig. 5 in Rückansicht,
- Fig. 8
- das Spannelement gemäß Fig. 5 in Vorderansicht,
- Fig. 9
- ein drittes Spannelement mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
- Fig. 10
- ein viertes Spannelement mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
- Fig. 11
- das Spannelement gemäß Fig. 10 im Teilschnitt in der Ebene XI - XI,
- Fig. 12
- das Spannelement gemäß Fig. 10 im Teilschnitt in der Ebene XII,
- Fig.13
- ein weiteres Spannelement mit den Erfindungsmerkmalen im
Längsschnitt,
- Fig. 14
- das Spannelement gemäß Fig. 13 in Draufsicht, teilweise geschnitten,
- Fig. 15
- das Spannelement gemäß Fig. 13 im Schnitt in der Ebene XV - XV
gemäß Fig. 14.
Das in den Fig. 1 bis 4 gezeigte Spannelement, nämlich Linearspanner 20, weist
eine in einem Gehäuse 21 geführte Kolbenstange 22 als Positioniermittel auf.
Konkret ist die Kolbenstange 22 in einer Gehäusebohrung 23 geführt und durch
einen Dichtring, nämlich einen O-Ring 24, gegenüber dem Gehäuse 21 gedichtet.
Ein Abstreifring 25 an der freien Stirnseite der Gehäusebohrung 23 verhindert, daß
Späne oder vergleichbare Verunreinigungen in die Gehäusebohrung 23 gelangen.
Die Gehäusebohrung 23 geht in eine Bohrung 26 größeren Durchmessers über.
Deshalb ist auf dem hinteren Stirnende der Kolbenstange 22 ein Kolbenring 27 mit
zu der Bohrung 26 korrespondierendem Durchmesser aufgeschraubt. Der
Kolbenring 27 ist in an sich bekannter Weise durch O-Ringe 28 und 29 gegenüber
dem Gehäuse 21 bzw. der Kolbenstange 22 gedichtet. Schließlich ist in die
Bohrung 26 ein Deckel 30 zum Verschließen derselben eingeschraubt und ebenfalls
durch einen O-Ring 31 gegenüber dem Gehäuse 21 gedichtet.
Die Kolbenstange 22 trägt an ihrem freien, aus dem Gehäuse 21 herausragenden
Ende einen Hammerkopf 32, in dem ein Querkolben 33 als Spannstück geführt ist.
Der Querkolben 33 ist wiederum durch einen O-Ring 34 gegenüber dem
Hammerkopf 32 gedichtet. So bildet sich in der Darstellung gemäß Fig. 1 oberhalb
des Querkolbens 33 ein Druckraum 35, der über eine Winkelbohrung 36 mit einem
Druckraum zwischen der Kolbenstange 22 bzw. dem Kolbenring 27 einerseits und
dem Deckel 30 kommuniziert. Die Winkelbohrung 36 ist an ihrem anderen, dem
Hammerkopf 32 zugeordneten Ende durch einen Stopfen 38 verschlossen.
In der Kolbenstange 22 ist in einer Bohrung 39 ein Rückholbolzen 40 geführt und
gegenüber der Bohrung 39 gesichert. Der Rückholbolzen 40 stützt sich über eine
Druckfeder 41 gegen eine Verschlußschraube 42 an dem Deckel 30 zugewandten
Ende der Bohrung 39 ab. Die Verschlußschraube 42 ist gegenüber der Bohrung 39
ebenfalls gedichtet, so daß der Raum zwischen der Verschlußschraube 42 und dem
Rückholbolzen 40 einen Druckraum 43 bildet. Der Rückholbolzen 40 greift mit
seiner Spitze 44 in eine Ausnehmung 45 seitlich am Querkolben 33 ein.
Das insoweit beschriebene Spannelement 20 arbeitet wie folgt: Zum Spannen eines
Werkstückes 46 auf einem Maschinentisch 47 oder dergleichen wird zunächst der
Druckraum 37 zwischen dem Deckel 30 einerseits und dem Kolbenring 27 und der
Kolbenstange 22 andererseits mit Druckmittel beaufschlagt
(Anschlußbohrungen 48). Die Kolbenstange 22 fährt nun in die strichpunktiert
dargestellte Endstellung aus. Da sich der Druck in dem Druckraum 37 über die
Winkelbohrung 36 auch in den Druckraum 35 im Hammerkopf 32 fortpflanzt, muß
verhindert werden, daß der Querkolben 33 bereits ausgefahren wird. Dieses
verhindert der durch die Druckfeder 41 vorgespannte Rückholbolzen 40. Erst wenn
die Kolbenstange 22 ihre strichpunktiert dargestellte Endstellung eingenommen hat,
wächst der Druck im Druckraum 35 so weit an, daß über eine Schräge 49 soviel
Druck in Längsrichtung auf den Rückholbolzen 40 ausgeübt wird, daß die
Vorspannkraft der Druckfeder 41 überwunden wird. Der Querkolben 33 wird nun in
die Spannstellung ausgefahren und klemmt das Werkstück 46.
Zum Entspannen wird zunächst der Druck aus dem Druckraum 37 und
entsprechend aus dem Druckraum 35 abgelassen. Sodann, oder nahezu
gleichzeitig, wird ein Druckraum 50 vor dem Kolbenring 27 über eine
Anschlußbohrung 51 mit Druckmittel beaufschlagt. Über eine
Verbindungsbohrung 52 in der Kolbenstange 22 kann sich der Druck in den
Druckraum 43 fortpflanzen. Hierdurch wird der Rückholbolzen 40 nach vorn gegen
den Querkolben 33 gedrückt und dadurch über die Schräge 49 der Querkolben 33 in
den Hammerkopf 32 eingezogen. Sobald der Rückholbolzen 40 und entsprechend
der Querkolben 33 in die ausgezogene Endstellung gelangt sind, steigt der Druck im
Druckraum 50 so weit an, daß nun auch die Kolbenstange 22 eingezogen wird. Das
Spannelement befindet sich nun wieder in der eingezogen dargestellten Stellung.
Um die Endstellung der Kolbenstange 22 zu kontrollieren, können im Gehäuse
geeignete Sensoren, beispielsweise induktive oder kapazitive Aufnehmer 53 und 54
angeordnet sein. Mit Hilfe eines in der Kolbenstange 22 eingelassenen
Magneten 55 oder Bohrungen meldet der rückwärtige Aufnehmer 54 die
eingefahrene Stellung und der hammerkopfseitige Aufnehmer 53 die ausgefahrene
Stellung der Kolbenstange 22.
Die Kolbenstange 22 und entsprechend der Kolbenring 27 weisen einen runden
Querschnitt auf. Entsprechend sind auch die Bohrungen 23 und 26 mit rundem
Querschnitt ausgebildet. Es ist so möglich, die Kolbenstange 22 um ihre
Längsachse zu verdrehen und auch schräge Spannstellungen, beispielsweise wie in
Fig. 3 gezeigt, zu ermöglichen. Gegebenenfalls können geeignete Mittel vorgesehen
sein, um die Kolbenstange 22 in ihrer jeweiligen Winkelstellung zu arretieren.
Dieses geschieht im konkreten Fall über einen Positionierstift 119, der in eine
Aufweitung 120 der Winkelbohrung 36 eingreift. Der Positionierstift 119 ist an seiner
Oberseite abgeflacht, so daß ein Kanal 121 für das Druckmittel entsteht. Der
Positionierstift 119 greift weiterhin in eine Sackbohrung 122 im Deckel 30 ein und
positioniert so die Kolbenstange 22 gegenüber dem Deckel 30. Hiermit wird über
den Deckel 30 auch die Winkelstellung der Kolbenstange 22 bestimmt, wobei der
Deckel 30 gegebenenfalls über Abstimmscheiben in dieser Winkelstellung beim
Einschrauben in das Gehäuse 21 gekontert, oder durch Klemmschrauben in seiner
Lage festgehalten wird.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine Variante dieses Spannelementes gezeigt, bei der das
Spannelement 20 auf dem Maschinentisch 47 mittels Befestigungsschrauben 56
aufgeschraubt ist. Bei der Variante gemäß Fig. 4 ist das Gehäuse 21 mit einem
Flansch 57 versehen, so daß das Spannelement 20 mit seinem Hammerkopf 32
durch eine Plattenbohrung oder durch die Bohrung eines Ständers 58 ragen und mit
dergleichen verschraubt werden kann (Befestigungsschrauben 59).
Das in den Fig. 5 bis 8 gezeigte Spannelement, nämlich Linearspanner 60,
entspricht im wesentlichen dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Linearspanner 20.
Gleiche Bauteile sind deshalb mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Wesentlicher Unterschied ist, daß kein gesondert aufgeschraubter Kolbenring
vorgesehen ist. Vielmehr ist die Kolbenstange 61 einstückig ausgebildet mit einer
Verdickung 62 im hinteren, dem Deckel 30 zugewandten Bereich. Da die
Kolbenstange 61 nun von hinten bei abgeschraubtem Deckel 30 in das Gehäuse 21
eingesetzt werden muß, weist sie auch keinen ausgeprägten Hammerkopf auf.
Vielmehr ist in die Bohrung für den Querkolben 33 lediglich von unten eine
Buchse 63 eingesetzt, welche auch einen Abstreifring 64, der das Eindringen von
Verschmutzungen verhindert, trägt.
In Fig. 5 ist zusätzlich der maximale Ausfahrhub H1 der Kolbenstange 61
eingezeichnet. Es ist gut zu erkennen, daß dieser maximale Hub H1 der Länge des
Druckraumes 50 für die Einfahrbewegung der Kolbenstange 61 im eingefahrenen
Zustand der Kolbenstange 61 entspricht. Ferner ist der Hub H2 des Querkolbens 33
angegeben.
Ein weiterer Unterschied des Linearspanners 60 zum Linearspanner 20 besteht
darin, daß die Ausnehmung 45 im unteren Bereich mit einer Ausbuchtung 65
versehen ist. Hierdurch wird der Querkolben 33 noch sicherer in der eingefahrenen
Position gehalten. Es muß ein noch größerer Druck im Druckraum 35 aufgebaut
werden, um das Werkstück 46 zu spannen, als bei dem Linearspanner 20 gemäß
Fig. 1 bis 4.
Schließlich unterscheidet sich der Linearspanner 60 von dem Linearspanner 20
noch dadurch, daß die Anschlußbohrungen 48 und 51 mit Zuleitungen A bzw. B im
Maschinentisch 47 korrespondieren. Diese Variante bietet sich insbesondere dann
an, wenn mehrere Linearspanner 60 mit einer gemeinsamen Druckmittelversorgung
gleichzeitig bedient werden. Darüber hinaus bietet sich diese Variante auch dann
an, wenn der Linearspanner 60 anstatt auf einem Maschinentisch 47 auf einer
Werkstückwechselpalette angebracht ist. In solchen Fällen erfolgt die
Druckmittelversorgung häufig ebenfalls über die Werkstückwechselpalette.
Die insoweit beschriebenen Linearspanner 20 und 60 sind immer dann vorteilhaft
einsetzbar, wenn Werkstücke 46 mit einem großen Ausfahrhub der
Kolbenstange 22 bzw. 61 gespannt werden sollen. Dieses ist jedoch aufgrund
räumlicher Gegebenheiten an Werkzeugmaschinen oder dergleichen nicht immer
möglich. In solchen Fällen werden dann Schwenkspanner eingesetzt, bei denen ein
Spanneisen 77 über das zu spannende Werkstück 46 geschwenkt und sodann
durch Absenken des Spanneisens 77 das Werkstück 46 gespannt wird. Auch in
solchen Schwenkspannern läßt sich die Erfindung vorteilhaft integrieren, wie
nachfolgend in den in Fig. 9 bis 15 dargestellten Varianten erläutert wird.
Der in Fig. 9 gezeigte Schwenkspanner 66 weist ein Schwenkgehäuse 67 auf, in
welchem ein Schwenkkolben 68 geführt ist. Konkret ist der Schwenkkolben 68
einerseits in einer Zylinderbohrung 69 und andererseits in einer die
Zylinderbohrung 69 verschließenden Führungsbuchse 70 geführt und in an sich
bekannter Weise gedichtet. Der Schwenkkolben 68 weist eine tellerartige
Verdickung 71 auf, welche die Zylinderbohrung 69 in zwei Druckräume 72 und 73
unterteilt. Dabei wird der Druckraum 72 über die Anschlußbohrung A mit Drucköl
zum Spannen in nachfolgend noch näher zu beschreibender Weise versorgt,
während der Druckraum 73 über die Anschlußbohrung B zum Entspannen mit
Druckmittel versorgt wird.
Der Schwenkkolben 68 setzt sich nach unten in einem schmaleren Zapfen 74 fort,
welcher in vorliegendem Fall einen kleineren Durchmesser als der
Schwenkkolben 68 aufweist. Der Zapfen 74 trägt eine von Schwenkspannern an
sich bekannte Spiralnut 75, welche ebenfalls in an sich bekannter Weise mit einer
feststehenden, druckfederbelasteten Kugel 76 kooperiert und durch den Hub des
Schwenkkolbens 68 für eine Schwenkbewegung desselben sorgt. Der
Winkelbereich, über welchen sich die Spiralnut 75 erstreckt, bestimmt dabei den
Schwenkwinkel des Schwenkkolbens 68. An das freie Ende des
Schwenkkolbens 68 ist ein Spanneisen 77 unverdrehbar mit dem
Schwenkkolben 68 angebracht. Dieses Spanneisen 77 trägt analog der
Kolbenstange 22 des Linearspanners 20 bzw. der Kolbenstange 61 des
Linearspanners 60 den Querkolben 33, so daß hier gleiche Teile mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet sind.
Der Druckraum 35 für die Ausfahrbewegung des Querkolbens 33 korrespondiert
über die Winkelbohrung 36 mit einer Querbohrung 78 im Schwenkkolben 68, welche
wiederum über eine Steigbohrung 79 mit dem Druckraum 72 für die
Spannbewegung des Schwenkspanners 66 korrespondiert. Der Druckraum 43
korrespondiert über eine Steigbohrung 80 und einer Querbohrung 81 mit dem
Druckraum 73 für das Entspannen des Schwenkspanners 66. Der Druckraum 43
geht im vorliegenden Fall quer durch den Schwenkkolben 68 hindurch. Er wird
einerseits, wie bereits oben anhand der Linearspanner 20 und 60 beschrieben,
durch die Verschlußschraube 42 und andererseits durch den Rückholbolzen 40
begrenzt und nimmt die Druckfeder 41 auf. Verschlußschraube 42 und
Rückholbolzen 40 sind dabei im Spanneisen 77 angeordnet.
Die Funktionsweise des Schwenkspanners 66 ist analog der Funktionsweise der
Linearspanner 20 bzw. 60. Zum Spannen des Schwenkspanners 66 wird über die
Anschlußbohrung A der Druckraum 72 mit Druckmittel beaufschlagt. Hierdurch wird
der Schwenkkolben 68 in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach unten gedrückt,
wodurch er sich aufgrund der Spiralnut 75 um den entsprechenden, vorgewählten
Winkelbetrag verschwenkt. Sobald der Schwenkkolben 68 vollständig verschwenkt
ist, und axial plan- und bewegungsfrei im Schwenkgehäuse 67 anliegt, steigt der
Druck, welcher sich über die Bohrungen 79, 78 und 36 in den Druckraum 35
fortpflanzt, so weit an, daß die Vorspannkraft der Feder 41 überwunden und der
Rückholbolzen 40 nach hinten auf den Schwenkkolben 68 zu aufgrund der
Schräge 49 gedrückt wird. Der Querkolben 33 wird auf das Werkstück abgesenkt
und spannt dieses.
Zum Entspannen wird der Druck von den Druckräumen 35 und 72 abgelassen.
Gleichzeitig oder geringfügig zeitlich versetzt dazu wird der Druckraum 73 über die
Anschlußbohrung B mit Druckmittel versorgt. Der sich in dem Druckraum 73
aufbauende Druck pflanzt sich über die Bohrungen 80 und 81 in den Druckraum 43
fort. Hierdurch wird zunächst der Rückholbolzen 40 nach vorne auf den
Querkolben 33 zu gedrückt und dadurch über die Schräge 49 der Querkolben 33
wieder eingezogen. Sodann wird infolge eines weiteren Ansteigens des
Hydraulikdrucks der Schwenkkolben 68 nach oben gedrückt und dadurch infolge der
Spiralnut 75 zurückgeschwenkt.
Bei dem Schwenkspanner gemäß Fig. 9 führt das Spanneisen 77 nur während der
Schwenkbewegung noch einen dem Hub des Schwenkkolbens 68 entsprechenden
Hub aus. Dieses ist nicht immer gewünscht und bei den in Fig. 10 bis 15 gezeigten
Schwenkspannern 82 und 108 vermieden: Hier vollführt das Spanneisen 77 nur eine
reine Schwenkbewegung ohne Axialhub. Der Vorteil: Die Schwenkspanner bauen
niedriger und deren Schwenkmast 85 ist vor Verschmutzung besser geschützt.
Der Schwenkspanner 82 weist einen Schwenksockel 83 auf, auf den mittels einer
Buchse 84 ein Schwenkmast 85 angebracht ist. Der Schwenkmast 85 ist dabei
gegenüber dem Schwenksockel 83 um seine Längsachse verdrehbar. In dem
Schwenksockel 83 und dem Schwenkmast 85 ist ein Hubraum 86 gebildet, der sich
etwa zur Hälfte seiner Länge jeweils im Schwenkmast 85 und Schwenksockel 83
befindet. In diesem Hubraum 86 ist ein Schwenkkolben 87 geführt. Dieser weist an
seinem Außenumfang eine Spiralnut 88 auf, die mit einer druckfederbelasteten
Kugel 125 kooperiert, welche bei Behinderung der Schwenkbewegung des
Spanneisens 77 als Überlast-Sicherung aus der Spiralnut 88 ausrastet. Zum
Spannen des Schwenkspanners wird über den Druckmittelanschluß A ein
Druckraum 89 unterhalb des Schwenkkolbens 87 mit Druckmittel beaufschlagt. Der
Schwenkkolben 87 wird dadurch in der Darstellung gemäß Fig. 10 angehoben und
so infolge der Spiralnut 88 der Schwenkkolben 87 verschwenkt, wobei wiederum der
Winkelbereich der Spiralnut 88 auch den Schwenkwinkel bestimmt. Über eine in
einer Nut 90 am Schwenkkolben 87 geführten Kugel 91 wird diese
Schwenkbewegung auf den Schwenkmast 85 übertragen. An das freie Ende des
Schwenkmastes 85 ist wieder ein Spanneisen 77 unverdrehbar angebracht. Als
Verdrehsicherung dient im vorliegenden Fall eine weitere Kugel 92. Nachdem der
Schwenkkolben 87 vollständig angehoben ist, also der Schwenkmast 85 und damit
das Spanneisen 77 vollständig verschwenkt ist, steigt der Druck im Druckraum 89
weiter an. Dieser Druck pflanzt sich über eine Steigbohrung 93, ein in dem
Schwenkkolben 87 einerseits und dem Schwenkmast 85 andererseits dichtend
geführten Verbindungsrohr 94, eine weitere Steigbohrung 95 im Schwenkmast 85
und einer Querbohrung 96 sowie die Winkelbohrung 36 in den Druckraum 35 für die
Ausfahrbewegung des Querkolbens 33 fort. Der Druck in dem Druckraum 35 steigt
dabei so weit an, daß die Vorspannkraft der Druckfeder 41 überwunden und der
Rückholbolzen 40 aus der Ausbuchtung 65 heraus und auf den Schwenkmast 85 zu
gedrückt wird. Dabei wird der Querkolben 33 auf das Werkstück 46 abgesenkt und
spannt dieses.
Zum Entspannen wird wiederum über den Druckmittelanschluß A der Druck aus den
Druckräumen 35 und 89 abgelassen. Gleichzeitig oder zeitlich leicht verzögert wird
über die Anschlußbohrung B über einen Kanal 97 ein in Fig. 10 nicht erkennbarer
Druckraum 124 oberhalb des Schwenkkolbens 87 mit Druckmittel beaufschlagt.
Dieser Druckraum korrespondiert über eine Winkelbohrung 98 mit dem
Druckraum 43 für den Rückholbolzen 40. Der Rückholbolzen 40 wird dadurch
wieder auf den Querkolben 33 zu gedrückt und drückt dadurch den Querkolben 33
über die Schräge 49 nach oben, so daß der Querkolben 33 in das Spanneisen 77
eingezogen wird. Eine federbelastete Kugel 99 verhindert in dieser Stellung, daß
bereits jetzt der Schwenkkolben 87 nach unten gedrückt wird. Erst durch weiteres
Ansteigen des Hydraulikdrucks, nachdem der Querkolben 33 eingezogen ist, wird
die Kraft der Kugel 99 überwunden und der Schwenkkolben nach unten gedrückt.
Hierdurch wird sodann der Schwenkkolben 87 selbst und mit ihm der Schwenkmast
85 und das Spanneisen 77 zurückgeschwenkt.
Fig. 11 zeigt eine mögliche Ventilkombination, durch welche sichergestellt ist, daß
der Druckraum 35 erst dann mit Druckmittel versorgt wird, wenn der
Schwenkkolben 87 seine obere Endstellung erreicht hat. Eine solche
Ventilkombination ist insbesondere immer dann vorteilhaft, wenn der zum Anheben
des Schwenkkolbens im Druckraum 89 erforderliche Druck in etwa dem zum
Ausfahren des Querkolbens 33 erforderlichen Druck im Druckraum 35 entspricht,
oder der Federdruck auf den Rückholbolzen 40 nicht ausreicht.
In Fig. 11 ist mittig im Schwenkmast 85 unterhalb einer Feder 100 die
Steigbohrung 95 erkennbar. Die Feder 100 drückt eine Ventilkugel 101 in ihren Sitz,
so daß eine Bohrung 102 verschlossen ist. Wird nun durch die Steigbohrung 95
Druckmittel zugefügt, drückt der dadurch entstehende Druck weiter auf die
Kugel 101 und schließt das Ventil. Das Druckmittel gelangt durch eine
Abzweigbohrung 103 gegen eine weitere federbelastete Ventilkugel 104 und drückt
diese gegen die Kraft der Feder 105 zurück, so daß ein Kanal freigegeben wird. Das
Druckmittel gelangt nun in eine Querbohrung 106 und von dort über eine
Ringnut 107 in die Winkelbohrung 36. Der Druckraum 35 oberhalb des
Querkolbens 33 wird mit Druckmittel beaufschlagt. Beim Entspannen wird in der
oben beschriebenen Weise Druck auf den Rückholbolzen 40 gegeben, der versucht,
den Querkolben 33 einzuziehen. Hierdurch steigt ebenfalls der Druck im
Druckraum 35, was sich zurück über die Winkelbohrung 36 und die Ringnut 107 in
die Querbohrung 106 fortpflanzt. Die Ventilkugel 104 wird, unterstützt durch die
Druckfeder 105, geschlossen. Gleichzeitig steigt der Druck auf die Ventilkugel 101
so stark, daß diese aus ihrem Sitz gedrückt und ein Kanal freigegeben wird. Das
Druckmittel kann nun durch die Steigbohrung 95 abfließen.
Bei dem in den Fig. 13 bis 15 gezeigten besonders niedrigen Schwenkspanner 108
wird der Schwenkmast 85 nicht über einen Schwenkkolben mit Spiralnut betätigt.
Vielmehr ist der Schwenkkolben 109 hier im Schwenksockel 83 unterhalb des
Schwenkmastes 85 angeordnet. Er weist an seiner Oberseite eine querverlaufende
Nut 110 auf, in die ein Stift 111 eingreift. Der Stift 111 ist durch eine Druckfeder 112
gegen den Schwenkkolben 109 vorbelastet und kann durch die trapezförmige
Ausgestaltung der Nut 110 bei einer Behinderung der
Spanneisenschwenkbewegung ausrasten.
Wird nun über die Anschlußbohrung A ein Druckraum 113 mit Druck beaufschlagt,
wird der Schwenkkolben 109 in der Darstellung gemäß Fig. 14 und 15 nach oben
gedrückt. Dabei nimmt er den Stift 111 mit und verdreht dadurch den
Schwenkmast 85. Außer in den Druckraum 113 gelangt das Druckmittel über eine
Ringnut 114 in einen Kanal 115 und von dort über eine weitere Ringnut 116 in die
Winkelbohrung 36. Hierdurch wird der Druckraum 35, wie bereits mehrfach
beschrieben, für den Querkolben 33 mit Druckmittel versorgt.
Zum Entspannen wird wieder Druckmittel über den Druckmittelanschluß B
zugeführt, welches über einen Kanal 117 im Schwenksockel 83 und eine
Steigbohrung 118 in den Druckraum 43 für den Rückholbolzen 40 gelangt. Der
Querkolben 33 wird dadurch in der bereits mehrfach oben beschriebenen Weise
eingezogen. Sodann steigt der Druck so weit an, daß auch der Schwenkkolben 109
wieder zurückgedrückt und damit das Spanneisen 77 über den Schwenkmast 85
wieder zurückgeschwenkt wird.
Bezugszeichenliste:
- 20
- Linearspanner
- 21
- Gehäuse
- 22
- Kolbenstange
- 23
- Gehäusebohrung
- 24
- O-Ring
- 25
- Abstreifring
- 26
- Bohrung
- 27
- Kolbenring
- 28
- O-Ring
- 29
- O-Ring
- 30
- Deckel
- 31
- O-Ring
- 32
- Hammerkopf
- 33
- Querkolben
- 34
- O-Ring
- 35
- Druckraum
- 36
- Winkelbohrung
- 37
- Druckraum
- 38
- Stopfen
- 39
- Bohrung
- 40
- Rückholbolzen
- 41
- Druckfeder
- 42
- Verschlußschraube
- 43
- Druckraum
- 44
- Spitze
- 45
- Ausnehmung
- 46
- Werkstück
- 47
- Maschinentisch
- 48
- Anschlußbohrung
- 49
- Schräge
- 50
- Druckraum
- 51
- Anschlußbohrung
- 52
- Verbindungsbohrung
- 53
- Aufnehmer
- 54
- Aufnehmer
- 55
- Magnet
- 56
- Befestigungsschrauben
- 57
- Flansch
- 58
- Ständer
- 59
- Schraube
- 60
- Linearspanner
- 61
- Kolbenstange
- 62
- Verdickung
- 63
- Buchse
- 64
- Abstreifring
- 65
- Ausbuchtung
- 66
- Schwenkspanner
- 67
- Schwenkgehäuse
- 68
- Schwenkkolben
- 69
- Zylinderbohrung
- 70
- Führungsbuchse
- 71
- Verdickung
- 72
- Druckraum
- 73
- Druckraum
- 74
- Zapfen
- 75
- Spiralnut
- 76
- Kugel
- 77
- Spanneisen
- 78
- Querbohrung
- 79
- Steigbohrung
- 80
- Steigbohrung
- 81
- Querbohrung
- 82
- Schwenkspanner
- 83
- Schwenksockel
- 84
- Buchse
- 85
- Schwenkmast
- 86
- Hubraum
- 87
- Schwenkkolben
- 88
- Spiralnut
- 89
- Druckraum
- 90
- Nut
- 91
- Kugel
- 92
- Kugel
- 93
- Steigbohrung
- 94
- Verbindungsrohr
- 95
- Steigbohrung
- 96
- Querbohrung
- 97
- Kanal
- 98
- Winkelbohrung
- 99
- Kugel
- 100
- Feder
- 101
- Ventilkugel
- 102
- Bohrung
- 103
- Abzweigbohrung
- 104
- Ventilkugel
- 105
- Feder
- 106
- Querbohrung
- 107
- Ringnut
- 108
- Schwenkspanner
- 109
- Schwenkkolben
- 110
- Nut
- 111
- Stift
- 112
- Druckfeder
- 113
- Druckraum
- 114
- Ringnut
- 115
- Kanal
- 116
- Ringnut
- 117
- Kanal
- 118
- Steigbohrung
- 119
- Positionierstift
- 120
- Aufweitung
- 121
- Kanal
- 122
- Sackbohrung
- 123
- Druckraum
- 124
- Druckraum
- 125
- Kugel