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Selbsthemmende Spanneinrichtung für Werkzeugmaschinen, insbesondere
für Drehbänke Die Erfindung betrifft eine durch einen von einem gasförmigen oder
flüssigen Medium beaufschlagten, in einem Zylinder geführten Kolben betätigte, selbsthemmende
Spanneinrichtung, deren selbsthemmende Wirkung auf Reibschluß beruht, für Werkzeugmaschinen,
insbesondere für Drehbänke.
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Es sind pneumatische oder hydraulische Spanneinrichtungen bekannt,
bei denen die Selbsthemmung durch Rückschlagventile bewirkt wird, die in den Zuleitungen
zwischen der Zuführungsbuchse und dem Spannzylinder angeordnet sind. Infolge der
möglicherweise nicht vollständig dichtenden Kolbendichtung des Spannzylinders besteht
die Gefahr, daß beim Abfall des Mediumdruckes und trotz des Schließens der Rückschlagventile
ein Druckausgleich von der heaufschlagten auf die unbeaufschlagte Kolbenseite erfolgen
kann, so daß diese Bauart keine völlige Sicherheit gegen ein ungewolltes Öffnen
der Futterbacken zu bieten vermag.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen, bei denen die Selbsthemmung
nicht auf ein automatisches Schließen der Zuleitungen, sondern auf Reibschluß beruhen,
sind die die Selbsthemmung bewirkenden Teile im allgemeinen in das Spannfutter einbezogen.
Diese Anordnung hat den Nachteil, daß Mittel zum Aufheben der Selbsthemmung dort
nur schwer unterzubringen sind, so daß das Spannen und Lösen entgegen der Reibwirkung
erfolgen muß, und die Einrichtung infolgedessen einen schlechten Wirkungsgrad aufweist.
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Es ist auch bereits eine Bauart vorgeschlagen worden,- bei der die
selbsthemmenden Mittel außerhalb des Futters, und zwar zwischen Spannzylinder und
Futter angeordnet sind. Die Wirkungsweise beruht im wesentlichen darauf, daß die
Längsbewegung des Spannkolbens vermittels eines Steilgewindes in eine Drehbewegung
einer mit einem selbsthemmenden Gewinde versehenen Spindel übersetzt wird, wobei
der selbsthemmende Teil der Spindel die Betätigung der Futterbacken durchführt.
Diese Spanneinrichtung hat zwar gegenüber der zuerst genannten den Vorzug, daß die
Sicherheit des Futters unabhängig ist von dem Druck in dem Spannzylinder, hat aber
mit den vorgenannten anderen Einrichtungen den Nachteil gemeinsam, daß beispielsweise
das Spannen bei einem schlechten Wirkungsgrad - für das Steilgewinde kann etwa 50`°/o,
angesetzt werden - erfolgt. Derartige Verluste sind aber in der Fertigung von großen
Teilen untragbar.
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Nach der Erfindung werden alle diese vorgenannten Mängel dadurch vermieden,
daß zur Betätigung der hemmenden Elemente ein besonderer Hilfsantrieb vorgesehen
ist. Hierdurch kann die Spannung der Spannbacken frei von hemmenden Einflüssen gehalten
werden, so daß die Spannung fast voll mit der aufgewendeten Kraft erfolgen kann.
Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere bei großen Teilen und schwierigen Spannungen
aus. Ein zweiter Vorteil ist die Möglichkeit des nachträglichen Anbaues an bereits
vorhandene, nicht selbsthemmende Spanneinrichtungen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist für einen in Sperrichtung
beabsichtigten Reibschluß mindestens ein federndes, durch Hilfskolben lösbares Reibelement
zwischen Kolben und Zylinder des Hilfsantriebes vorgesehen.
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Eine andere einfache Ausführung der Erfindung besteht darin, daß zur
Erzielung eines in Sperrichtung wirkenden Reibschlusses, mindestens ein durch Hilfskolben
lösbares, mit einer Konusfläche oder einer schiefen Ebene zusammenwirkendes Reibelement
zwischen Kolben und Zylinder des Hilfsantriebes vorgesehen ist.
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Die beiden genannten Ausführungsbeispiele geben noch einer gewissen
Gefahr Raum, daß bis zum endgültigen Reibschluß noch ein. geringes Nachdrücken des
Spannkolbens erfolgen kann und bereits hierdurch die Spannkraft der Futterbacken
nachläßt. Um auch in dieser Beziehung eine völlige Sicherheit zu gewährleisten,
wird nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß eine Längsbewegung
des Spannkolbens, beispielsweise vermittels eines Steilgewindes, in eine Drehbewegung
einer Mutter umgewandelt wird, die in der beabsichtigten Sperrichtung durch ein
Klemmgesperre gehemmt wird, das durch Verschiebung von vorzugsweise hydraulisch
wirkenden Sperrkolben lösbar ist.
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Es sei noch darauf hingewiesen:, daß sich die Erfindung nicht nur
auf hydraulische Hilfsantriebe beschränkt,
sondern auch mit pneumatischen,
mechanischen oder elektrischen Mitteln durchführbar ist.
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In den Fig.1 bis 6 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die Gesamtanlage zur Betätigung einer hydraulischen
Spanneinrichtung, Fig. 2 Zylinder und Kolben zur Anlage gemäß Fig. 1, wobei die
Selbsthemmung durch federnde Reibelemente erreicht wird, Fig. 3 Zylinder und Kolben
zur Anlage gemäß Fig. 1, wobei in anderer Gestaltung die Selbsthemmung durch mit
Konusflächen zusammenwirkende Reibelemente hergestellt wird, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Selbsthemmung durch eine auf einem Gewinde angeordnete und durch zwei
gegenläufige Klemmgesperre beeinflußte Mutter erreicht wird, Fig. 5 und 6 Einzelheiten
der Ausführung nach Fig.4 im Schnitt.
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Der Aufbau der Anlage gemäß Fig. 1 ist folgender: Auf der Arbeitsspindel
1, beispielsweise einer Drehbank, ist der Grundkörper 2 des Futters aufgeschraubt,
auf dem mehrere Spannbacken 3 radial verschiebbar angeordnet sind. Bewegungen der
Spannbacken 3 werden über einen Winkelhebel 4, der in dem Grundkörper des Futters
gelagert ist, von einem Spannrohr 5 bewirkt, das mit einem Ende auf den Winkelhebel
einwirkt und mit dem anderen Ende mit dem Kolben 6 fest verbunden ist. Der Kolben
6 ist in einem Zylinder 7 geführt und bildet mit diesem zusammen zwei Zylinderräume
8 und 9. Diese Zylinderräume können mittels der Leitungen 10, 11 bzw. 12, 13 über
ein Magnetventil 14 von einer Pumpe 15 aus einem Vorratsbehälter 16 mit Öl gespeist
werden. Der Zylinder 7 ist an der Arbeitsspindel 1 befestigt und läuft mit dieser
um. Die Zuführung des Öles von den feststehenden Leitungen 11, 13 erfolgt durch
eine Zuführungsbuchse 17, die drehbar aber nicht längs verschiebbar auf dem Zylinder
7 gelagert ist. Durch ein federbelastetes Überdruckventil 18 kann. der Öldruck
der Spanneinrichtung gewählt werden.
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Die Wirkungsweise der Gesamtanlage ist folgende: Sind die Magnete
des Magnetventils 14 so erregt, daß der Steuerkolben 19 'gemäß Fig. 1 die
linke Endlage einnimmt, so drückt die Pumpe 15 das Öl durch die Leitungen
13 und 12 in den Zylinderraum 8, gleichzeitig ist der Zylinderraum 9 über die Leitungen
10, 11 und den Steuerkolben 19 mit dem Rücklauf verbunden. Der Kolben 6 wird gemäß
Fig. 1 nach rechts verschoben, überträgt seine Bewegung vermittels des Spannrohres
5 und Winkelhebel 4 so auf die Spannbacken 3, daß sie radial nach außen ausgelenkt
werden und das Futter beispielsweise zum Einspannen eines Werkstückes öffnen. Wird
jetzt durch Umschalten des Magnetventils 14 der Zylinderraum 9 mit Drucköl versorgt
und Zylinderraum 8 mit dem Rücklauf verbunden, so verschiebt sich der Kolben gemäß
Fig. 1 nach links und die Spannbacken schließen. Ist die Spanneinrichtung nicht
selbsthemmend ausgebildet, so ist es möglich, daß beim Fortfall des Öldruckes, beispielsweise
durch Versagen. der Pumpe 15, die Spannbacken unbeabsichtigt lösen, und ein Werkstück
herausgeschleudert wird.
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Fig.2 zeigt Zylinder und Kolben einer selbsthemmenden Spanneinrichtung,
wie sie bei der Anlage nach Fig. 1 verwendet werden kann. Beiderseits des Kolbens
21 sind, je ein federndes Reibelement 22, 23, z. B. tellerartige Federn, so angeordnet,
daß sie mit ihren Innendurchmessern zwischen Spannrohr 5 und Kölben@21 fest eingespannt
sind und sich- vermöge ihrer Federkraft gegen den Innendurchmesser des Zylinders
7 legen. Wird. jetzt beispielsweise der Zylinderraum 8 mit Drucköl gefüllt, um den
Kolben 21 mit dem Spannrohr 5 gemäß Fig. 2 nach rechts zu verschieben, so werden
auch die in dem Kolben 21 angeordneten Bolzen 24 vom Zylinderraum 8 her von Öl beaufschlagt,
so daß diese sich nach rechts bewegen und die Feder 22 von der Zylinderinnenwand
abheben. So wird die Sperre für eine Bewegung nach rechts aufgehoben, während die
weiterhin anliegende Feder 23 eine unbeabsichtigte Bewegung nach links verhindert.
Sollen Kolben und Spannrohr eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung ausführen,
so wird das Drucköl in den Zylinderraum 9 geleitet, die Bolzen 24 heben die Feder
23 ab, so daß diese jetzt gelöst wird, und die Feder 22 sich anlegt. Jetzt ist die
Bewegung gemäß Fig. 2 nach links freigegeben und eine unbeabsichtigte Bewegung nach
rechts verhindert. Fällt der Öldruck in beiden Zylinderräumen unter ein bestimmtes
Maß, so legen sich beide Federn gegen den Zylinder und sperren die Bewegung in beide
Richtungen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Kolben 30 mit Konusflächen
oder schiefen Ebenen 31, 32 versehen, auf denen Reibelemente 34, 35 so angeordnet
sind, daß sie sich unter Wirkung von Druckfedern 33 gegen die Innenfläche des Zylinders
7 legen. Zu jeder Reibelementengruppe gehören Abhebekolhen 36, 37, die durch Leitungen
38, 39 von den Zylinderräumen 8; 9 aus mit Öl beaufschlagt werden können. Soll beispielsweise
der Kolben 30 mit dem Spannrohr 5 gemäß Fig. 3 nach rechts geschoben werden, so
wird der Zylinderraum 8 mit Drucköl beschickt. Durch die Leitungen 38 wird Öl auch
hinter die Kolben 37 geleitet, so daß diese gemäß Fig. 3 nach rechts verschoben
werden, und die Reibelementengruppe 35 gegen den Druck der Federn 33 von der Innenwand
des Zylinders gelöst werden. Der Kolben ist jetzt in der Lage, sich nach rechts
zu bewegen, während er durch die Reibelementengruppe 34, die als Klemmgesperre wirkt,
an einem unbeabsichtigten Ausweichen nach links gehindert wird. Im umgekehrten Falle
wird Zylinderraum 9 mit Drucköl versorgt, Zylinderraum 8 mit der Rücklaufleitung
verbunden, die Abhebekolben 36 mit Drucköl beaufschlagt und die Reibelemente 34
gelöst.
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Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel von Zylinder und Kalben. nach
Fig. 4 ist der Zylinder 7 innen mit einem Rohransatz 41 versehen, der fast die ganze
Länge des Zylinders einnimmt, so daß zwischen Rohransatz 41 und Zylinderinnenwand
ein Ringraum entsteht, der den Kolben und die dazugehörigen Teile aufnimmt. Der
Rohransatz ist an seinem äußeren Umfang mit einem Steilgewinde 40 versehen,
auf dem eine Mutter 42 angeordnet ist. Durch die Drucklager 43 und den Deckel 44
bzw. das Spannrohr 45 ist die Mutter innerhalb eines Spannkolbens 50 in Längsrichtung
festgelegt. Das Spannrohr 45 ist gegen Drehung gegenüber der Arbeitsspindel gesichert,
so daß der Spannkolben 50 zwar längs verschiebbar aber nicht drehbar ist.
Die Mutter 42 ist an ihrem Außenumfang so ausgebildet, daß sie als Stern für zwei
in entgegengesetzter Richtung arbeitende Klemmgesperre 46, 47 wirken kann. Die Außenringe
48, 49 dieser Klemmgesperre sind an ihrem Außendurchmesser konisch ausgebildet,
so daß sie jeweils in die konischen Gegenflächen eines Sperrkolbens 51 bzw. 52 passen.
Die Sperrkolben 51, 52 bilden mit dem Spannkolben 50 ringförmige Zylinderräume 53,
54 und werden von Drückfedern 55 so belastet, daß die genannten
konischen
Flächen aufeinandergedrückt werden. Der ringförmige Zylinderraum 53 ist durch eine
Leitung 58 mit dem Zylinderraum 9 verbunden, während eine Leitung 57 vom Zylinderraum
8 zum ringförmigen Zylinderraum 54 führt. Durch Stifte 56 sind die Sperrkolben 51
bzw. 52 in bezug auf den Spannkolben 50 gegen Drehung gesichert. Einzelteile der
Klemmgesperre 46, 47 sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
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Die Wirkungsweise des Ausführungsbeipieles nach Fig. 4 bis 6 ist folgende:
Wird durch Leitung 12 der Zylinderraum 8 mit Drucköl gefüllt und wird gleichzeitig
durch Leitung 57 Drucköl in den ringförmigen Zylinderraum 54 geleitet, so wird der
Sperrkolben 52 von dem Außenring 49 des Klemmgesperres 47 abgehoben, das somit beide
Drehrichtungen der Mutter 42 freigibt. Durch den Druck im Zylinderraum 8 wird der
Spannkolben 50 und mit ihm das Spannrohr 45 gemäß Fig. 4 nach rechts verschoben,
wodurch die Mutter 42 infolge des Steilgewindes in Drehung versetzt wird. In dieser
Drehrichtung klemmt das Gesperre 46 nicht. Würde der Druck im Zylinderraum 8 unter
ein bestimmtes Maß fallen, so könnte der Kolben nicht nach links ausweichen, weil
das Klemmgesperre 46 in der entgegengesetzten Drehrichtung die Mutter 42 sperren
und sich der Außenring 48 über die konischen Flächen und über den. Sperrkolben 51
mittels des Stiftes 56 am Kolben abstützen würde. Sollen Spannrohr 45 und. Spannkolben
50 im Sinne der Fig'. 4 nach links verschoben werden, so wird Zylinderraum 9 mit
Drucköl gefüllt und der Zylinderraum 8 mit der Rücklaufleitung verbunden. Gleichzeitig
mit dem Zylinderraum 9 erhält über die Leitung 58 auch der ringförmige Zylinderraum
53 Drucköl, so daß die konische Fläche des Sperrkolbens 51 von dem Außenring des
Klemmgesperres 48 abgehoben wird und dieses weder in der einen noch in der anderen
Richtung hemmend wirken kann. Dagegen ist der -ringförmige Zylinderraum 54 über
Leitung 57 und Zylinderraum 8 drucklos gemacht, so daß der Sperrkolben 52 durch
Druckfedern 55 gegen die konische Fläche des Außenringes des Klemmgesperres 47 gedrückt
wird. Dieses Gesperre hemmt zwar eine Drehung der Mutter 42 bei einem ungewollten
Zurückweichen des .Spannkolbens 50 nach rechts, gibt die Drehung aber frei in der
gewünschten Bewegungsrichtung nach links.