WO1998035776A1 - Spannzylinder - Google Patents

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WO1998035776A1
WO1998035776A1 PCT/EP1998/000735 EP9800735W WO9835776A1 WO 1998035776 A1 WO1998035776 A1 WO 1998035776A1 EP 9800735 W EP9800735 W EP 9800735W WO 9835776 A1 WO9835776 A1 WO 9835776A1
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WO
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piston
housing
distributor
cylinder
clamping cylinder
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/000735
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Michler
Siegfried Gulde
Original Assignee
Heinz-Dieter Schunk Gmbh & Co. Spanntechnik Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heinz-Dieter Schunk Gmbh & Co. Spanntechnik Kg filed Critical Heinz-Dieter Schunk Gmbh & Co. Spanntechnik Kg
Priority to US09/367,182 priority Critical patent/US6257122B1/en
Priority to EP98906945A priority patent/EP0959998A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/30—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck
    • B23B31/302—Hydraulic equipment, e.g. pistons, valves, rotary joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/149—Fluid interconnections, e.g. fluid connectors, passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2231/00—Details of chucks, toolholder shanks or tool shanks
    • B23B2231/24—Cooling or lubrication means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T279/00—Chucks or sockets
    • Y10T279/12—Chucks or sockets with fluid-pressure actuator

Definitions

  • the invention relates to a clamping cylinder for actuating the chuck of a machine tool, in particular a lathe, consisting of a cylinder housing with a cover plate fastened on the end face, a piston which can be axially displaced in a working chamber of the cylinder housing to generate the clamping force, the piston rod of which can be coupled to the chuck, and from a distributor attached to the other end face of the cylinder housing and having connections for supplying and discharging the hydraulic pressure medium into the working chamber.
  • chucks When machining workpieces, chucks are generally used to hold the tool or the workpiece, into which a rotationally symmetrical component of the tool, for example its shank, or the workpiece Be clamped.
  • clamping cylinders which are designed as hollow clamping cylinders or as full clamping cylinders.
  • Hollow clamping cylinders are used to hold rod or tubular workpieces, the rod material protruding through the chuck and also the clamping cylinder.
  • Full clamping cylinders are used in conjunction with appropriately designed collets to hold short workpieces.
  • both working chambers in the cylinder housing are alternately supplied with pressure medium via two separate ring grooves in the distributor housing and two separate axially parallel channels in the rotating piston rod and the two ring grooves necessarily have a certain axial spacing, it can also lead to an uneven distribution of the leakage oil over the axial length of the Sealing gaps come, which then leads to a one-sided heating of the respective components.
  • the object of the invention is to provide a clamping cylinder for actuating chucks in which the disadvantages of the prior art are substantially reduced and which, due to its improved operating behavior, in particular with regard to the moment of inertia, lubrication and heat dissipation, is particularly suitable for use at high speeds.
  • the cylinder housing with its cover and the distributor consist of light metal, the sliding surfaces of which are at least partially hard-coated, that the piston consists of tool steel and has hard-coated running surfaces and that the sealing gap between the piston rod and the distributor wall pressure fluid is applied through separate holes.
  • the design of the cylinder housing and its cover made of a light metal enables a reduction in the weight of these components with largely the same dimensions, which leads to a considerable reduction in the moments of inertia occurring during operation.
  • the use of hard-coated sliding surfaces according to the invention, in particular on the inner wall of the through-hole in the distributor housing, in conjunction with the hard-coated running surfaces of the piston rod, results in an extreme reduction in wear, which results in significantly improved running behavior, particularly in long-term operation, and more effective pressure oil lubrication in that practically constant over its length Sealing gap and ultimately also leads to an improved cooling effect.
  • the heat dissipation is further intensified by a specially designed air duct system, which expediently comprises an air guide plate fastened to the distributor housing and partially overlapping the cylinder housing, and external axial grooves in the distributor housing, which generate an intensely directed cooling air flow.
  • a specially designed air duct system expediently comprises an air guide plate fastened to the distributor housing and partially overlapping the cylinder housing, and external axial grooves in the distributor housing, which generate an intensely directed cooling air flow.
  • Figure 1 shows a full clamping cylinder in a schematic perspective view.
  • FIG. 2 shows the full clamping cylinder according to FIG. 1 in axial section.
  • the full clamping cylinder shown in the drawing for actuating a chuck comprises the cylinder 1 rotating during operation, the distributor 2 attached to a machine part for the pressure medium supply and a piston assembly 3.
  • the cylinder 1 consists of a cylinder housing 4, on the right-hand end in FIG. 2 of which a cover 5 is fastened in a pressure-tight manner.
  • the cover 5 and the rear end wall 6 of the cylinder housing 4 each have an axis-centered bore 7 or 8 with ring seals 9, 10.
  • Inside the cylinder housing 4 there is a working chamber 11, in which a piston 12 of the piston assembly 3 is arranged to be axially displaceable.
  • This piston 12 is made in one piece with a piston rod 13 extending on its two sides, the right part 14 of which in FIG. 2 projects through the bore 7 in the cover 5 in a sealed manner and has coupling means 15 at its end for the direct or indirect fastening of a chuck.
  • two ring projections 16, 17 are formed, of which the radially outer ring projection 17 centers the cover 5 in the housing and at the same time forms an end stop for the piston 12 in its illustrated extreme right end position.
  • the radially inner ring shoulder 17 extends the guide surface of the cover bore 7 and can also serve as an end stop for the piston 12.
  • two unlockable check valves 20, 21 are arranged diametrically opposite one another, which automatically shut off in the event of a pressure medium supply failure and thus maintain the pressure in the respective working chamber 11, 11 '.
  • the two check valves 20, 21 are of substantially the same design and installed in opposite directions.
  • Each valve has a bush, which is fastened in a sealed manner in an axial bore of the piston and in which a weakly spring-loaded valve member is arranged to be axially displaceable, the end face of which is exposed to the pressure in the respective working chamber. In the event of a pressure drop in the pressure medium supply, this valve member is pressed by the pressure prevailing in the working chamber against an annular valve seat which is formed in the bushing.
  • This valve member is fixedly connected via a rod to a piston which is arranged in the other end section of the respective bushing.
  • a further piston rod 22 is provided on the left side of the piston 12 in FIG. 2 and is formed in one piece with the piston 12.
  • This piston rod 22 extends through the bore 8 in the rear end wall of the cylinder housing 4, the sealing rings 10 preventing the pressure medium from escaping from the working chamber 11 through the annular gap between the piston rod 22 and the housing wall 6. Since the components 4, 6 and 22 rotate at the same speed, the sealing rings 9 and 10 can effectively prevent leakage oil from escaping.
  • axial channels 23, 24 Arranged in the left-hand piston rod 22 are two axial channels 23, 24 which are closed at the ends by a plug 25, 26 and whose right end in FIG. 2 has a radial bore 27, 28 running in the piston 12, each with one of the two check valves 20 , 21 are connected.
  • two pressure medium channels 31, 32 - shown in dashed lines - are formed, which are connected to a suitable pressure generator and each open into an annular groove 33, 34.
  • One of these annular grooves 33 is connected to one axial channel 24 and the other annular groove 34 to the second axial channel 23 via a radial bore 35 or 36 in the piston rod.
  • the pressure medium-carrying channels and spaces are identified by crosses and the arrow at the mouth of the channel 31.
  • the left piston rod 22, which rotates together with the piston 2 and the other parts of the cylinder 1, is mounted in two ball groove bearings 38, 39 in the distributor housing 29. These two ball groove bearings 38 and 39 ensure a continuous sealing gap 40 between the bore in the cylinder housing 29 and the circumferential wall of the piston rod 22. Pressure oil is pressed into this sealing gap 40 from the respective pressure-carrying annular groove, here the annular groove 33.
  • two radial bores 41, 42 are formed in the piston rod according to the invention, each of which leads from one of the axial channels 23 and 24 to one or the other end section of the sealing gap 40.
  • the arrangement of these two radial bores is such that the end part of the sealing gap 40 facing away from the pressure-carrying annular groove 33 or 34 is effectively supplied with pressure oil via the associated radial bore 41 or 42.
  • the radial bore 42 which is functionally assigned to the left annular groove 33, is located at the right end section of the sealing gap 40 and the radial bore 41, which is now assigned to the pressureless right annular groove 34, is positioned at the left end of the sealing gap 40.
  • the cylinder housing 4, its cover 5 and also the distributor housing 29 consist of a light metal, preferably an Al alloy.
  • the piston 12 and its two co-rotating piston rods 14, 22 consist of a tool steel.
  • the inner wall of the distributor housing 29 delimiting the sealing gap 40 and also the inner wall 11a of the working chamber 11 in the cylinder housing 4 are hard-coated.
  • a ceramic-like layer is formed on the respective surface by hard anodic oxidation, which mainly consists of wear-resistant and extremely hard aluminum oxides with hardnesses of 1100 to 1300 Hv and a pore volume of 8 to 12%.
  • hard anodic oxidation which mainly consists of wear-resistant and extremely hard aluminum oxides with hardnesses of 1100 to 1300 Hv and a pore volume of 8 to 12%.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the running surfaces of the piston 12 and the piston rods 14, 22 are hard-coated, specifically with a particularly hard and dense chrome layer, the hardness of which is at least 1100 Hv and which consists of at least 99% chromium.
  • the hard-coated treads are characterized by significantly increased wear resistance, improved corrosion resistance and more favorable sliding properties.
  • the hard coating of the sliding surfaces of the aluminum Components and the hard chrome plating of the piston and piston rod components achieve a significant reduction in wear, which ensures that the sealing gap is kept constant even after long periods of operation and thus ensures intensive cooling and lubrication thanks to the pressure oil flowing evenly through the sealing gap.
  • the tensioning cylinder has an air guide system which generates an air flow passing through the distributor housing 29, which is indicated by arrows in FIG. 2.
  • a guide plate 50 is attached to the cylindrical part of the distributor housing 29, which extends over approximately half the circumference of the distributor housing 29 and merges axially into an inclined section 51, which is followed by a partially cylindrical section 52, which connects at least one Part of the cylinder housing surrounds with a radial distance.
  • the rotation of the cylinder housing generates a rotating air flow, which is further reinforced by fastening screws 53 for the housing cover 5 and by a radial collar 54. A part of this air flow is guided by the guide plate 50 to 52 in the direction of the distributor housing and flows through axial grooves 55 which are formed in the distributor housing 29.
  • Two proximity switches 60, 61 are also adjustably attached to the part 52 of the guide plate which surrounds the cylinder housing 4.
  • the invention is not limited to the embodiment described above, but also includes various other designs of individual parts of the clamping cylinders.
  • the invention also includes the so-called hollow clamping cylinders, in which there is a through bore for opening. take the rod material through the entire cylinder structure, d. H . extends through the cylinder body 1 and the distributor 2.
  • Modifications of the invention also include coatings on the running surfaces of pistons and piston rods used in clamping cylinders as well as the sliding surfaces on the light metal components, in particular on the distributor housing, which have qualitatively comparable properties to the hard chrome coatings on the piston components or. which have Hart coatings on the light metal components.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Spannzylinder zur Betätigung z.B. eines Spannfutters mittels eines Zugrohres oder einer Zugstange, die vorzugsweise in Drehmaschinen eingesetzt werden. Der Spannzylinder weist ein Zylindergehäuse (4) mit angeschraubter Deckplatte (5), einen in der Arbeitskammer (11) des Zylindergehäuses (4) axial verschiebbaren Kolben (12) zum Erzeugen der Spannkraft und einen an einer Stirnseite des Zylindergehäuses ortsfest angeordneten Verteiler (2) mit Anschlüssen und Druckmittelleitungen zum Zu- und Abführen eines Drucköls in die Arbeitskammer des Kolbens auf. Zur Minderung der Trägheitsmomente und des Verschleißes sowie zur Verbesserung der Schmierung und der Wärmeabführung besteht erfindungsgemäß das Zylindergehäuse (4), sein Deckel (5) und das Verteilergehäuse aus einem Leichtmetall, wobei die Wände der Aufnahmebohrungen für den Kolben (12) und/oder dessen Kolbenstangen (13, 22) hartcoatiert sind. Der Kolben und seine beiden Kolbenstangen sind einteilig aus einem Werkzeugstahl ausgeführt und die jeweiligen Laufflächen sind Hartchrom-beschichtet. Zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Dichtungsspalts (40) sind in der im Verteilergehäuse (29) gelagerten Kolbenstange (22) Radialbohrungen (40, 41) ausgebildet, von denen jeweils eine den Dichtungsspalt (40) zusätzlich mit Drucköl versorgt.

Description

Spannzylinder
Die Erfindung betrifft einen Spannzylinder zur Betätigung des Spannfutters einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehmaschine, bestehend aus einem Zylindergehäuse mit stirnseitig befestigter Deckplatte, einem in einer Arbeit s - kammer des Zylindergehäuses axial verschiebbaren Kolben zum Erzeugen der Spannkraft, dessen Kolbenstange mit dem Spannfutter kuppelbar ist, und aus einem an der anderen Stirnseite des Zylindergehäuses befestigten Verteiler, der Anschlüsse zum Zu- und Abführen des hydraulischen Druckmittels in die Arbeitskammer aufweist.
Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken werden allgemein Spannfutter zur Halterung des Werkzeugs oder auch des Werkstücks verwendet, in die ein rotationssymmetrisches Bauteil des Werkzeuges, z.B. dessen Schaft, bzw. des Werk- Stücks eingespannt werden. Insbesondere in Drehmaschinen werden derartige Spannfutter von Spannzylindern betätigt, die als Hohlspannzylinder oder als Vollspannzylinder ausgeführt sind. Hohlspannzylinder dienen zur Halterung von stab- oder rohrförmigen Werkstücken, wobei das Stabmaterial das Spannfutter und auch den Spannzylinder durchragt . Vollspannzylinder werden in Verbindung mit entsprechend ausgebildeten Spannzangen zur Halterung von kurzen Werkstücken eingesetzt .
Bei der spanenden Werkstückbearbeitung tritt eine unerwünschte Erwärmung der Spannzylinder auf, die durch geeignete Maßnahmen, wie innere Wärmeabfuhr, Luftkühlung od. dgl . , in Grenzen gehalten werden muß. Diese thermischen Probleme sind verknüpft mit einer möglicherweise unzureichenden Schmierung der hochbelasteten Bauteile des Spannzy- linders, die besonders bei der Langzeitbearbeitung von Werkstücken, d.h. beim Dauerbetrieb, verstärkt auftreten können. Die Schmierung herkömmlicher Spannzylinder und deren Verteiler erfolgt durch das hydraulische Druckmittel, das unter hohem Druck in das im Verteiler vorgesehene Ka- nalsystem eingeführt und in diesem gesondert zu der einen oder anderen Arbeitskammer im Zylindergehäuse geleitet wird. Aus der Ringnut im druckführenden Zweig des Kanalsystems gelangt eine geringe Menge an Druckmittel in den Spalt zwischen der Umfangsfläche der rotierenden Kolbenstange und der Innenwandung des Verteilergehäuses. Da aufgrund der hohen Drücke und Drehzahlen keine elastisch verformbaren Dichtungsringe im Verteiler eingesetzt werden können, erfolgt die Abdichtung durch die Bemessung der schmalen Dichtspalte selbst, wobei die zwangsläufig auftretende Leckage über gesonderte Bohrungen und Kanäle drucklos abgeführt wird. Das durch den Dichtspalt abfließende Lecköl dient der Schmierung und der Wärmeabfuhr. Bei zu schmalem Dichtspalt ergibt sich durch unzureichende Kühlwirkung eine hohe Wärmeentwicklung und eine nur geringe Schmierwirkung. Da beide Arbeitskammern im Zylindergehäuse wechselweise über zwei gesonderte Ringnuten im Verteilergehäuse sowie zwei gesonderte achsparallele Kanäle in der rotierenden Kolbenstange mit Druckmittel versorgt werden und die beiden Ringnuten notwendigerweise einen gewissen axialen Zwischenabstand haben, kann es ferner zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Leckδls über die axiale Länge des Dichtspalts kommen, was dann zu einer einseitig verstärkten Erwärmung der jeweiligen Bauteile führt.
Bei Spannzylindern und deren Spannzangen spielt noch der Aspekt der auftretenden Massenträgheit insbesondere dann eine erhebliche Rolle, wenn diese Spannelemente in modernen mit hohen Drehzahlen arbeitenden Drehmaschinen eingesetzt werden sollen. Dies gilt im besonderen Maße für die Hohlspannzylinder, die aufgrund ihrer zur Aufnahme des Stabmaterials erforderlichen Innenbohrung einen entsprechend größeren Außendurchmesser haben müssen und bei denen extrem hohe Umfangsgeschwindigkeiten auftreten. Um die Massenträgheit der Spannzylinder zu verringern, wurde bereits vorgeschlagen, die wesentlichen Bauteile, wie das Zylindergehäuse und dessen Deckel, aus Aluminium herzustellen. Es hat sich allerdings gezeigt, daß diese Ausführungen wegen der relativen Weichheit des Al-Werkstoffs einem zu, großen Verschleiß unterliegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannzylinder zur Betätigung von Spannfuttern zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik wesentlich verringert werden und der durch sein verbessertes Betriebsverhalten, insbesondere hinsichtlich Trägheitsmoment, Schmierung und Wärmeabfuhr, für den Einsatz bei hohen Drehzahlen besonders geeignet ist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zylindergehäuse mit seinem Deckel und der Verteiler aus Leichtmetall bestehen, wobei deren Gleitflächen zumindest teilweise hart-coatiert sind, daß der Kolben aus Werkzeugstahl besteht und hartbeschichtete Laufflächen aufweist und daß der Dichtungsspalt zwischen der Kolbenstange und der Verteilerwandung über gesonderte Bohrungen mit Druckmittel beaufschlagt ist.
Die Ausführung des Zylindergehäuses und seines Deckels aus einem Leichtmetall ermöglicht eine Gewichtsverringerung dieser Bauteile bei weitestgehend gleichen Abmessungen, was zu einer erheblichen Reduzierung der im Betrieb auftretenden Trägheitsmomente führt. Der erfindungsgemäße Einsatz von hart-coatierten Gleitflächen insbesondere an der Innenwandung der Durchgangsbohrung im Verteilergehäuse ergibt in Verbindung mit den hartbeschichteten Laufflächen der Kolbenstange eine extreme Verschleißminderung, die sich in einem wesentlich verbesserten Laufverhalten besonders im Langzeitbetrieb, einer wirksameren DruckölSchmierung in dem über seine Länge praktisch konstanten Dichtungsspalt und schließlich auch zu einer verbesserten Kühlwirkung führt . Eine Optimierung der Schmier- und Kühl-Effekte wird noch dadurch erreicht, daß in jedem Betriebszustand des Spannzy- linders Drucköl jeweils an zwei Stellen in den Dichtungsspalt eingeführt wird, und zwar einmal in herkömmlicher Weise über die Ringnut und zum anderen über die erfindungs- gemäß zusätzlich vorgesehene Radialbohrung, die in einem ausreichend großen axialen Abstand zur jeweils zugehörigen Ringnut vorgesehen ist . Diese zusätzliche Drucköleinfuhr in den Dichtungsspalt gewährleistet eine weitestgehend gleich- mäßige Verteilung des Drucköls über die gesamte axiale Länge des Dichtungsspalts und damit hervorragende Schmier- und Kühleffekte.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmeabfuhr durch ein speziell ausgebildetes Luftlei- tungssystem weiter intensiviert, das zweckmäßig ein am Verteilergehäuse befestigtes und das Zylindergehäuse teilweise übergreifendes Luftleitblech und äußere Axialnuten im Verteilergehäuse umfaßt, die eine intensive gerichtete Kühl- luftströmung erzeugen.
Weitere Besonderheiten und Aspekte lassen sich der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Aus- führungsbeispiels entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vollspannzylinder in schematischer perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 den Vollspannzylinder nach Fig. 1 im Axial - schnitt .
Der in der Zeichnung dargestellte Vollspannzylinder zur Betätigung eines Spannfutters umfaßt den im Betrieb rotierenden Zylinder 1, den an einem Maschinenteil befestigten Verteiler 2 für die Druckmittelzufuhr und eine Kolbenbaugruppe 3.
Der Zylinder 1 besteht aus einem Zylindergehäuse 4, an dessen in Fig. 2 rechter Stirnseite ein Deckel 5 druckdicht befestigt ist . Der Deckel 5 und die rückwärtige Stirnwand 6 des Zylindergehäuses 4 weisen jeweils eine achszentrierte Bohrung 7 bzw. 8 mit Ringdichtungen 9, 10 auf. Im Inneren des Zylindergehäuses 4 befindet sich eine Arbeitskammer 11, in welcher ein Kolben 12 der Kolbenbaugruppe 3 axial verschiebbar angeordnet ist . Dieser Kolben 12 ist einstückig mit einer sich an seinen beiden Seiten erstreckenden Kolbenstange 13 ausgeführt, deren in Fig. 2 rechter Teil 14 die Bohrung 7 im Deckel 5 abgedichtet durchragt und an seinem Ende Kupplungsmittel 15 zur direkten oder indirekten Befestigung eines Spannfutters aufweist. An der dem Zylindergehäuse 4 zugewandten Stirnseite des Deckels 5 sind zwei Ringansätze 16, 17 angeformt, von denen der radial äußere Ringansatz 17 den Deckel 5 im Gehäuse zentriert und gleichzeitig einen Endanschlag für den Kolben 12 in seiner dargestellten äußersten rechten Endstellung bildet. Der radial innere Ringansatz 17 verlängert die Führungsflache der Dek- kelbohrung 7 und kann ebenfalls als Endanschlag für den Kolben 12 dienen.
In dem Kolben 12 sind zwei entsperrbare Rückschlagventile 20, 21 hier diametral gegenüberliegend angeordnet, die bei Ausfall der Druckmittelversorgung automatisch sperren und damit den Druck in der jeweiligen Arbeitskammer 11, 11' aufrechterhalten. Die beiden Rückschlagventile 20, 21 sind im wesentlichen gleich ausgebildet und entgegengerichtet eingebaut. Jedes Ventil weist eine in einer Axialbohrung des Kolbens abgedichtet befestigte Buchse auf, in der ein schwach federbelastetes Ventilglied axial verschiebbar angeordnet ist, dessen Stirnfläche dem Druck in der jeweiligen Arbeitskammer ausgesetzt ist. Bei einem Druckabfall in der Druckmittelversorgung wird dieses Ventilglied durch den in der Arbeitskammer herrschenden Druck gegen einen ringförmigen Ventilsitz gedrückt, der in der Buchse ausgebildet ist. Dieses Ventilglied ist über eine Stange mit einem Kolben fest verbunden, der in dem anderen Endabschnitt der jeweiligen Buchse angeordnet ist. Beim Umschalten, d.h. wenn die Arbeitskammer 11 entlastet und die Arbeitskammer 11 ' mit Drucköl beaufschlagt werden soll, erfolgt eine entsprechende Verstellung der beiden Ventilglieder aufgrund der geänderten Druckbeaufschlagung ihrer Kolben.
An der in Fig. 2 linken Seite des Kolbens 12 ist eine weitere Kolbenstange 22 vorgesehen und einstückig mit dem Kolben 12 ausgebildet. Diese Kolbenstange 22 durchragt die Bohrung 8 in der rückwärtigen Stirnwand des Zylindergehäuses 4, wobei die Dichtungsringe 10 einen Austritt des Druckmittels aus der Arbeitskammer 11 durch den Ringspalt zwischen der Kolbenstange 22 und der Gehäusewand 6 verhindern. Da die Bauteile 4, 6 und 22 mit der gleichen Drehzahl rotieren, können die Dichtungsringe 9 und 10 einen Austritt von Lecköl wirksam verhindern.
In der linksseitigen Kolbenstange 22 sind zwei Axialkanäle 23, 24 angeordnet, die endseitig durch je einen Pfropfen 25, 26 verschlossen sind und deren in Fig. 2 rechtes Ende über je eine im Kolben 12 verlaufende Radialbohrung 27, 28 mit jeweils einem der beiden Rückschlagventile 20, 21 verbunden sind.
Im mehrteiligen Gehäuse 29, 29a des Verteilers 2 sind zwei - gestrichelt dargestellte - Druckmittelkanäle 31, 32 ausgebildet, die an einen geeigneten Druckerzeuger angeschlossen sind und in je eine Ringnut 33, 34 ausmünden. Eine dieser Ringnuten 33 ist mit dem einen Axialkanal 24 und die andere Ringnut 34 mit dem zweiten Axialkanal 23 über je eine Radialbohrung 35 bzw. 36 in der Kolbenstange verbunden. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand sind die druckmittelführenden Kanäle und Räume durch Kreuze und den Pfeil an der Einmündung des Kanals 31 gekennzeichnet. Der Kolben 12 und die beidseitigen Kolbenstangen 14 , 22 befinden sich somit aufgrund des im Arbeitsraum 11 wirksamen Druckes in der rechten Endstellung, in welcher die Kupplungsmittel 15 am Ende der Kolbenstange 14 über die Deckplatte 5 maximal vorstehen und die Arbeitskammer 11 mit dem Druckmittel beaufschlagt ist.
Die linke zusammen mit dem Kolben 2 und den weiteren Teilen des Zylinders 1 rotierende Kolbenstange 22 ist in zwei Kugelrillenlagern 38, 39 im Verteilergehäuse 29 gelagert. Diese beiden Kugelrillenlager 38 und 39 gewährleisten einen durchgehenden Dichtungsspalt 40 zwischen der Bohrung im Zylindergehäuse 29 und der Umfangswand des Kolbenstange 22. In diesen Dichtungsspalt 40 wird Drucköl aus der jeweils druckführenden Ringnut, hier der Ringnut 33, hineingedrückt. Um eine zusätzliche Versorgung des Dichtungsspaltes 40 mit Drucköl zu gewährleisten, sind erfindungsgemäß zwei Radialbohrungen 41, 42 in der Kolbenstange ausgebildet, die jeweils von einem der Axialkanäle 23 bzw. 24 zu dem einen bzw. anderen Endabschnitt des Dichtungsspaltes 40 führen. Die Anordnung dieser beiden Radialbohrungen ist so getroffen, daß jeweils das der druckführenden Ringnut 33 bzw. 34 abgewandte Endteil des Dichtungsspalts 40 wirksam mit Drucköl über die zugehörige Radialbohrung 41 bzw. 42 versorgt wird. Wie dargestellt, befindet sich die funktionsmä- ßig der linken Ringnut 33 zugeordnete Radialbohrung 42 am rechten Endabschnitt des Dichtungsspalts 40 und die der jetzt drucklosen rechten Ringnut 34 zugeordnete Radialbohrung 41 ist am linken Ende des Dichtungsspalts 40 positioniert .
Das Drucköl tritt an beiden Enden aus dem Dichtungsspalt 40 aus und wird nach Durchfluß jedes der beiden Rollenlager 38, 39 über Kanäle 44, 45 und einen Auslaß 46 aus dem Verteilergehäuse drucklos abgezogen. Bei der dargestellten Ausführung bestehen das Zylindergehäuse 4, dessen Deckel 5 und auch das Verteilergehäuse 29 aus einem Leichtmetall, vorzugsweise einer AI -Legierung . Dadurch werden die Trägheitsmomente des rotierenden Zylin- dergehäuses 4 und des Deckels 5 gegenüber herkömmlichen Ausführungen aus Stahl wesentlich verringert. Der Kolben 12 und seine beiden mitrotierenden Kolbenstangen 14, 22 bestehen aus einem Werkzeugstahl. Um den Verschleiß zu minimieren, sind die den Dichtungsspalt 40 begrenzende Innenwand des Verteilergehäuses 29 und auch die Innenwand 11a der Arbeitskammer 11 im Zylindergehäuse 4 hart-coatiert . Beim sog. Hart-Coatieren von Aluminiumkörpern wird auf der jeweiligen Oberfläche durch hartanodische Oxidation eine keramikähnliche Schicht gebildet, die vorwiegend aus verschleißfesten und außerordentlich harten Aluminiumoxiden mit Härten von 1100 bis 1300 Hv und einem Porenvolumen von 8 bis 12 % besteht. Durch Imprägnierung dieser Schicht mit PTFE (Polytetrafluorethylen) , d.h. Einlagerung von PTFE in die Poren, wird der Reibungskoeffizient wesentlich verringert, so daß letztendlich eine verschleißfeste Oberflächen- schicht an der Bohrungswandung im Verteilergehäuse erzeugt wird, die den Dichtungsspalt 40 begrenzt und hervorragende Gleiteigenschaften besitzt.
Zur Optimierung der Verschleißminderung sind die Laufflächen des Kolbens 12 und der Kolbenstangen 14, 22 hartbeschichtet, und zwar mit einer besonders harten und dichten Chromschicht, deren Härte mindestens 1100 Hv beträgt und die aus mindestens 99 % Chrom besteht. Gegenüber herkömmlichen Chrom- oder Nickel-Beschichtungen zeichnen sich die hartbeschichteten Laufflächen durch eine wesentlich erhöhte Verschleißfestigkeit , eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und günstigere Gleiteigenschaften aus. Insgesamt wird somit durch das Hart-Coatieren der Gleitflächen der AI- Bauteile und durch das Hartverchromen der Kolben- und Kolbenstangen-Bauteile eine wesentliche Verschleißminderung erreicht, die eine genaue Konstanthaltung des Dichtungs- spalts auch nach langen Betriebszeiten und damit eine intensive Kühl- und Schmierwirkung durch das den Dichtspalt gleichmäßig durchfließende Drucköl gewährleistet.
Zur weiter verbesserten Wärmeabfuhr verfügt der erfindungs- gemäße Spannzylinder über ein Luftleitsystem, das eine das Verteilergehäuse 29 durchsetzende Luftströmung erzeugt, die in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet ist. Zu diesem Zweck ist auf dem zylindrischen Teil des Verteilergehäuses 29 ein Leitblech 50 befestigt, das sich über etwa den halben Umfang des Verteilergehäuses 29 erstreckt und axial in einen schrägen Abschnitt 51 übergeht, an den sich ein teilzylin- drischer Abschnitt 52 anschließt, welcher zumindest einen Teil des Zylindergehäuses mit radialem Abstand umgibt . Durch die Rotation des Zylindergehäuses wird eine rotierende Luftströmung erzeugt, die noch durch Befestigungsschrauben 53 für den Gehäusedeckel 5 sowie durch einen Radialkragen 54 verstärkt wird. Ein Teil dieser Luftströmung wird vom Leitblech 50 bis 52 in Richtung auf das Vertεilergehäu- se geführt und durchströmt Axialnuten 55, die im Verteilergehäuse 29 ausgebildet sind.
An dem das Zylindergehäuse 4 umgebenden Teil 52 des Leit- bleches sind noch zwei Näherungsschalter 60, 61 verstellbar befestigt .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführung beschränkt, sondern umfaßt auch verschiedene andere Ausführungen von Einzelteilen der Spannzylinder. Insbesondere umfaßt die Erfindung auch die sog. Hohlspannzylinder, bei denen sich eine durchgehende Bohrung zur Auf- nähme des Stabmaterials durch den gesamten Zylinder-Baukörper, d . h . durch den Zylinderkörper 1 und den Verteiler 2 erstreckt . Zu Abwandlungen der Erfindung gehören weiterhin auch Beschichtungen der Laufflächen von in Spannzylindern verwendeten Kolben und Kolbenstangen sowie der Gleitflächen an den Leichtmetallbauteilen, insbesondere am Verteilergehäuse , die qualitativ vergleichbare Eigenschaften wie die Hartchrom-Beschichtungen an den Kolben-Bauteilen bzw . die Hart -Coatierungen an den Leichtmetall-Bauteilen haben .

Claims

Patentansprüche
1. Spannzylinder zur Betätigung des Spannfutters insbesondere einer Drehmaschine, bestehend aus
- einem Zylindergehäuse (4) mit stirnseitig befestigter Deckplatte (5) ,
- einem in der Arbeitskammer (11) des Zylindergehäuses (4) axial verschiebbaren Kolben (12) zum Erzeugen der
Spannkraft, dessen Kolbenstange direkt oder indirekt mit dem Spannfutter kuppelbar ist, und
- einem axial neben dem Zylindergehäuse (4) ortsfest angeordneten Verteiler (2) mit einem Kanalsystem (31 bis 34) zum Zu- und Abführen des Druckmittels in die Arbeitskammer (12) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- das Zylindergehäuse (4) , der Gehäusedeckel (5) und das Verteilergehäuse (29) aus einem Leichtmetall bestehen,
- die Gleitflächen der fluchtenden Bohrungen (7, 8; 11) im Zylindergehäuse und der Bohrung im Verteilergehäuse (29) zur Aufnahme der mit dem Kolben (12) einteilig ausgeführten Kolbenstangen (14, 15) hart-coatiert sind,
- der Kolben (12) und seine beidseitig angeformten Kolbenstangen (14, 22) aus einem Stahl bestehen und hartchrom-beschichtete Laufflächen aufweist und
- von mindestens einem in der Kolbenstange (22) verlaufenden Druckmittelkanal (23 bzw. 24) eine Radialbohrung (41; 42) zu dem Dichtungsspalt (40) zwischen der Kolbenstange (22) und dem Verteilergehäuse (29) führt .
2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem der in der Kolbenstange (22) achsparallel verlaufenden Axialkanäle (23, 24) je eine Radialbohrung
(41 bzw. 42) zu dem Dichtungsspalt (40) führt.
3. Spannzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringnuten (33, 34) zwischen den beiden Radialbohrungen (41; 42) angeordnet sind, wobei die axial äußere Radialbohrung (41) der axial inneren Ringnut (34) und die axial innere Radialbohrung (42) der axial äußeren Ringnut (33) funktionsmäßig zugeordnet ist .
4. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , gekennzeichnet durch ein Leitsystem (52 bis 55) zur Erzeugung eines Kühlluftstromes durch das Verteilergehäuse (29) .
5. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verteilergehäuse (29) Ausnehmun- gen zur Gewichtsverminderung und zur Kühlluftführung ausgebildet sind.
6. Spannzylinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zylindrischen Teil des Verteilergehäuses (29) ein teilzylindrisches Leitblech (50) befestigt ist, das mit seinem erweiterten Endabschnitt (52) das rotierende Zylindergehäuse zumindest teilweise mit einem radialen Zwischenabstand umgibt, und daß im Verteilergehäuse (29) mehrere über den Umfang mit Zwischenabstand versetzte Axialkanäle (55) angeordnet sind, die von dem erzeugten Kühlluftstrom durchströmt werden .
7. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Näherungsschalter (60, 61) zum Erfassen der jeweiligen Stellung des Kolbens (12) vorgesehen sind.
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