DE1929659A1

DE1929659A1 - Einspannvorrichtung fuer Werkstuecke

Info

Publication number: DE1929659A1
Application number: DE19691929659
Authority: DE
Inventors: Rautio John Martin; Andre Eugene Robert
Original assignee: Hydra Lock Corp
Current assignee: Hydra Lock Corp
Priority date: 1968-06-13
Filing date: 1969-06-11
Publication date: 1969-12-18
Also published as: GB1277096A; DE1929659B2; FR2010838A1

Description

■* * L

HYDRA-LOOK CORPORATION
Warren, Michigan, V,8t,A,

Die Erfindung "bezieht sich auf Verbesserungen für Einspannvorrichtungen, die auf der Verlagerung einer dünnwandigen Hülse beruhen, induziert durch einen hydrostatischen Druck, um das Werkstück an dem Hauptkörper der Einspannvorrichtung festzuklemmen.

Die USA-Patentschriften 2 744 756 und 2 797 604 sowie die dort zitierten Entgegenhaltungen geben den Stand der Technik von hydrostatischen Einspannvorrichtungen v/ieder. Diese Vorrichtungen benutzen einen hydrostatischen Druck, um eine verhältnismäßig dünnwandige Metallhülse auszudehnen, die eine Kraft auf das Werkstück ausübt und dabei es an der Einspannvorrichtung festklemmt. Diese Art von Einspannvorrichtungen arbeitet mit ziemlich hohen hydrostatischen Drucken und kann eine große Kraft am Werkstück ausüben« Diese Vorrichtungen wurden entwickelt, um insbesondere schwerwiegende Verformungsprobleme zu lösen, wenn sie benutzt werden, um verhältnismäßig dünnwandige Werkstücke zuhalten, beispielsweise Zylinderbuchsen, Wenn die Büchse anfänglich nicht rund ist, haben die Klemmkräfte die ITeigung, sie in eine runde Gestalt zu verformen. Das führt dazu, daß trotz ursprünglich genau bearbeiteter Flächen diese

9093S1/0397

nicht rund sind, wenn das Werkstück aus der Einspannvorrichtung genommen wird und in seinen ursprünglichen, nicht runden, freien Zustand zurückkehren kann·

Die vorliegende Erfindung löst dieses Verformungsproblem durch Verwendung einer Hülse, die aus biegsamem Material, beispielsweise Kunststoff oder anderen Materialien hergestellt ist, die nachfolgend beschrieben werden sollen· Es ist anzunehmen, daß diese Materialien sich selbst in eine unrunde Gestalt des Werkstücks verformen, wobei sie es ermöglichen, daß die durch den hydrostatischen Druck entwickelten Klemmkräfte gleichmäßiger über die !Fläche des Werkstücks verteilt werden, so daß es nicht durch die Klemmkräfte verformt wird· Die Vorrichtung arbeitet auch zufriedenstellend bei wesentlich geringeren hydrostatischen Drucken als gleichartige Vorrichtungen, die mit Metallhülsen ausgestattet sind. In vielen Fällen wurde damit die Notwendigkeit für besondere Hochdruckpumpen vermieden, da die Vorrichtung durch hydraulische Systeme der Maschine betätigt werden kann, auf der sie Verwendung findet, um das zu bearbeitende Werkstück zu halten·

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Einspannvorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung, die eine verhältnismäßig dünnwandige Hülse für eine äußere oder innere Einspanneinheit aufweist·

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine

803851/039?

verbesserte Vorrichtung verfügbar zu machen, die nicht-runde, dünnwandige Werkstücke ohne Verformung hält.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer hydrostatischen Einspannvorrichtung, die mit verhältnismäßig niedrigen hydrostatischen Drucken arbeitet»

Andere Ziele und Merkmale dieser Erfindung sollen sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ergeben* In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer hydrostatischen Klemmvorrichtung der Außenfläche einer dünnwandigen Zylinderbüchse;

ffig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Figur 1, die ein konstruktives Detail der Dichtung darstellt;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform für die Anwendung von Differentialdrucken,

In Figur 1 ist eine Zylinderbüchse 20 dargestellt, die in einem Hauptkörper· 22 einer Einspannvorrichtung durch hydrostatischen Druck in einer Kammer 24 festgeklemmt ist. Die Kammer^ 24 wird durch eine Vielzahl von Windungen 26 auf der Innenfläche des Hauptkörpers 22 in Zusammenwirken^ mit einer Hülse 28 gebildet. Die Kammer kann auch durch eine geradlinige Ausnehmung (nicht . dargestellt) in den Hauptkörper 22 gebildet werden anstatt -·

9 0 9 8 5 1/0397

durch, eine Vielzahl von Windungen 26,, aber die Windungen stel- ·' , ^%len eine bevorzugte Aus führüngs form der Kammer 24 dar ι da aie es ermöglichen * daß aus der Kammer leichter die Luft entfernt wird, wenn, die Kammer mit einem Druckmittel ausgefüllt wird«
Diese G-ewindekammerstruktur ist in der USA-PatentBchrift
2 744 756 offenbart.

Die Hülse 28 wird in. dem Hauptkörper 22 durch, einen Haltering 30 und eine Vielzahl von Keilen 32 aufgenommen» die eil dem
Hauptkörper 22 durch eine Vielzahl von Schrauben 34 oder in
anderer geeigneter Weise befestigt sind« Der Haltering 30 und die über den Umfang im Abstand voneinander engeordneten.Keile 32 verhindern, daß die Hülse 28 relativ zu dem Hattptkörper 22 längs verschoben wird, aber sie ermöglichen, daß die^. Hülse
durch den hydrostatischen Druck in der Kammer 24 radial bewegt werden kann« Sin Durchgang 31 in dem Hauptkörper 22 ist für
einen Druckmitteleintritt in die Kammer 24 vorgesehen und ein Durchgang 33 mit einem Absperrglied 35 dient als Auslaß und
zum Säubern der Kammer 24·

Wie Figur 2 zeigt, enthält eine gradlinige Ausnehmung 36 an jedem Ende der Kammer 24 eine 0-Ringdichtung 38 und einen mit einer Hute versehenen Stützring 40» Der O-Ring 38 stellt eine Dichtung zwischen dem Hauptkörper 22 und der Hülse 28 her,
so daß die Kammer 24 nicht lecken kann, wenn sie einem hydrostatischen Druck ausgesetzt wird» Diese Dichtungsanordnung
ist in der USA-Patentschrift 3 122 376 offenbart,

909851/0*97

ί L Λ.

t , I t t »-

ς A. t L*

Lit."·

^! Die Hülse 28 ist hergestellt aus einem flexiblen Kunststoffmäterial mit hoher Dichte, beispielsweise Nylon oder leflon. Wenn auf die Hülse 28 aus diesem flexiblen Material mit hoher Dichte ein hydrostatischer Druck ausgeübt wird, so nimmt das Material eine geringe Verformung an und fließt in die Unregelmäßigkeiten in der Rundung oder Gestalt des Werkstückes 20 · ein oder füllt diese aus. Diese schlaffe oder nachgiebige Eigenschaft des Materials unterstützt es, daß die duroh den hydrostatischen Druck in der Kammer 24 entwickelten Kräfte gleichförmiger über die Fläche des Werkstückes ausgeübt werden. Die flexible Hülse erzeugt eine Mittellinie von dem Außendurchmesser des Seils, Das ermöglicht es, daß ein nicht-rundes Werkstück in dem Hauptkörper 22 ohne Verformung gehalten wird. Wenn das Werkstück anfänglich verformt wird durch den Klemmdruck, werden die Flächen des Werkstückes, die bearbeitet werden, während das Werkzeug verformt ist, deformiert oder verformt, wenn das Werkstück nicht mehr festgeklemmt ist und in seinen freien Zustand zurückkehrt.

Die Verwendung einer Plastikhülse 28 in dieser Vorrichtung hat auch zu einer beträchtlichen Verringerung oder Senkung des Drucks geführt, dem das Druckmittel in der Kammer 24 ausgesetzt werden muß, um das Werkstück 20 in dem Hauptkörper 22 festzuklemmen, verglichen mit dem Druck: _r äer erforderlich ist, um eine gleichartige Vorrichtung zu betätigen, die eine MetaU-■hülse aufweist. In vielen Fällen.ist damit die Notwendigkeit für Spezialhochdruckvorrichtungen vermieden worden, die benutzt

909851/0397

wurden "bei vielen gleichartigen Vorrichtungen mit Metallhülsen, da das hydraulische System von vielen Maschinen, bei denen die Vorrichtung Anwendung findet, einen genügend hohen hydraulischen Druck aufweist, um eine hohe Festigkeit aufweisende Hülse 28 radial zu verformen. Die Vorrichtung wurde erfolgreich "betätigt mit einem Druck in der Kammer 24 im Bereich von 3,5 - 22 kg/cm ♦ Bei einigen Bearbeitungsvorgängen wurde ein höherer hydrostatischer Druck gewählt während der Grobbearbeitungen und dann der Druck verringert auf den Bereich von 10-14 kg/cm für die Endbearbeitungen·

In Figur 3 ist eine Abwandlung dargestellt, bei der ein Körper 50 einen zylindrischen Abschnitt 52 aufweist und ein zweiter zylindrischer Abschnitt 54 durch eine abgeschrägte Wand 56

verbunden ist^ An dem rechten Sude des Körpers nach figur 1 ist ein schmaler Kappenring 58 vorgesehen, der eine ringförmige Ausnehmung 60 an seiner Innenfläche aufweist, die mit einer schmale» öffnung 62 verbunden ist. Ein Durchgang 64 enthält luft unter Druck, der in einer geeigneten Meßeinrichtung wiedergegeben; wird, so daß, wenn der Plansch 66 eines Werkstückteile 70 sich über die Bohrung 62 bewegt, der Bedienungsmann erkennen kann, daß das feil nicht sachgemäß sitzt« _f

Es ist zu ersahen, daß das Arbeitsteil 70 eine starke Wand 72 und eine dünne Wand 74 aufweist und unter bestimmten Umständen kann es erwünscht sein, zu diesen Wänden unterschiedliche Drucke zuzuführen, um ein sachgemäßes Festklemmen ohne Verfor-

909851/0397

mung sicherzustellen. Das wird erreicht durch die Verwendung" einer Büchse 80, die eine starke Wand 82 und eine dünne Wand 84 aufweist, um eine sachgemäße Berührung mit dem Arbeiteteil herzustellen* Die Büchse wird an dem Ende durch O-Ringanord-nungen 86 bzw« 88 abgedichtet und zwischen den beiden Wandstärkeabschnitten ist eine dritte O-Ringdichtung 90 angeordnet« Die Einrichtung zur Entwicklung des Drucks ist bekannt und entsprechende Durchgänge 92 und 94 sind vorgesehen, die den Druck entweder von einer äußeren Quelle durch die Durchgänge 96 bzw« 98 aufnehmen oder von eher eingebauten Eolbeneinrichtung (nicht dargestellt)»

»· ■

Durch die Anwendung verschiedener Durchgänge können unterschiedliche Drucke zwischen dem Büchsenteil 82 und dem Eörper und zwischen dem Büchsenteil 84 und dem Eörper erzeugt werden, um die sachgemäße Verengung zu gewährleisten·

Die Differentialdrucke können auch benutzt werden für unterschiedliche Schnitte« Zum Beispiel kann ein Rohschnitt oder eine Rohbohrung in einer Richtung mit einem beträchtlich höheren Druck durchgeführt werden, um stärkeren Eräften des Bohrwerkzeugs während des Rohschnittes zu widerstehen« Ein Endschnitt könnte mit einem geringeren Druck durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß der Elemmdruck auf den nicht-runöen Außenflächen nicht die Erzeugung einer runden Bohrung in dem Teil beeinträchtigt, wenn es in den freien Zustand entlassenwird. Es ist natürlich zu berücksichtigen, 'daß die Verwendung.,.

909851/0397

der Hülse 28 in Figur 1 bis zu einem gewissen &rad die unterschiede in der Wanddicke kompensiert, da eine größere Dicke » der Büchse über dem dünnen iDeil des Arbeitsstückes einen größeren Widerstand auf den zusammendrückenden Druck ausübt, während die dünnere Wandfläche der Büchse an dem dickeren Teil des Werkstückes einen geringeren Widerstand gegenüber dem Druck ausübt β

Es findet daher eine automatische Kompensation statt, und diese Wirkung kann günstiger gestaltet werden durch die Verwendung einer zusätzlichen Nylonhülse, um diese Wirkung zu erhöhen* In jedem Pail ist es die Elastizität der verhältnismäßig dünnen Plastikhülse, die eine erfolgreiche Halteeinheit für dünnwandige Teile ausmacht. Es wird angenommen, daß die Plaetikbüchse unmittelbar auf die Drucke in den verschiedenen Bereichen anspricht, so daß sie unverzüglich in einem nicht-runden Zustand des Teils anliegt, bevor irgendein ungebührlicher Druck auf irgendeinen besonderen Bereich ausgeübt wird« Somit wirkt der Druck rund um die Einheit, und es ist ein Minimum an Verformung vorhanden, die sich wiederspiegeln würde, wenn die Teile wieder von dem Haltedruck frei werden, ^f

Zusätzlich zu der Verwendung von Nylon als Material let es auch beabsichtigt, daß eine gesättigte Paser aus Fiberglas, gewunden in der Form einer Röhre, Verwendung finden kann. Es ' wurde gefunden, daß dieses Material Ausdehnungseigenschaften auf v/eist, die akzeptabel sind. Die Fiberglasfasern werden all-

909851/039 7

t L .. t ι. LL <

A. L ί. > L L 'W

L L ILL-V. IU t

■ _ 9 -

gemein wendelförmig um einen Dorn gewickelt und gesättigt mit einer Harzmatrize, beispielsweise verschiedene Arten von Epoxy-Polyester- oder anderen Harzen, die gehärtet werden können und ein hohes Dichteverhältnis haben« Das Material ist natürlich korrosionsbeständig, nicht magnetisch und besitzt eine geringe thermische leitfähigkeit, was in Verbindung mit den Werkstückanwendungen der oben beschriebenen Art von Vorteil ist. Das Material besitzt eine hohe Brechfestigkeit und ist allgemein mit einem Draht vorgespannt, der unter Spannung gewickelt ist. Eine sehr weiche Bearbeitung kann mit dem Material erzielt werden, und aufgrund der ihm innewohnenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren, Salzen usw« besteht nicht die Notwendigkeit einer Plattierung oder Rostfreimachung, wie es der Pail bei einer Metallhülse ist* '

Auch ein schmiegsames Material, beispielsweise ein imprägniertes, gewundenes Pasermaterial von Glasfibern, kann beispielsweise für eine Verstärkung benutzt werden« Zum Beispiel t$$&Q gewickelte Stahldrähte ermöglichen eine Ausdehnung "und können eingebettet in Gummi, synthetischen Gummi oder Kunststoff Verwendung finden«. Allgemein schlägt die Erfindung die Verwendung einer Hülse vor, die nachgiebige Eigenschaften aufweist uad deren Grad an Härte geringer ist als der von Metall, so daß sie unter dem Klemmdruck sich an nicht-runde Seile anpaßt, um den notwendigen Klemmdruck zu erzielen, ohne das' leil zu verformen und es beispielsweise auszurunden* nachdem das Seil somit zu einem runden Zustand bearbeitet oder geschliffen lift

909851/0381

J . i * i

und hernach freigegeben wird, federt es nicht zurück in einen nicht-runden Zustand«

909851/0397

Claims

J 1 «jBinsparuivarrichtung für Werkstücke, die ein Werkstück hält, ohne es zu verformen, gekennzeichnet durch einen Hauptkörper, der wenigstens eine Ausnehmung, aufweist und einen Durchgang, der mit der Ausnehmung in Verbindung steht, die zu einer zugänglichen Fläche in dem Hauptkörper öffnet durch eine Hülse aus nachgiebigem Material, das mit der Ausnehmung zusammenwirkt, um wenigstens eine geschlossene Kammer zwischen dem Hauptkörper und der Hülse auszubilden, wobei die Hülse in Berührung mit dem Werkstück sich befindet und durch eine Abdichtung der Kammer,vso daß sie einem Druckmittel ausgesetzt werden kann, wobei die Hülse relativ zu dem Hauptkörper durch das Druckmittel, das in die Kammer durch den Durchgang eintritt, verlagert wird, wobei das Werkstück an dem Hauptkörper durch die Verlagerung der Hülse fe s tgeklemmt wir d »
2♦ Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer verhältnismäßig dünnwandigen Hülse, die dem iragekörper zugeordnet ist mit einer oder mehreren Kammern zwischen den beiden zur Aufnahme eines hydros ta tischen Druckes, dadurch gekennzeichnet , daß die dünnwandige Hülse aus einem flexiblen Material hergestellt ist, das verhältnismäßig weich und nachgiebig im Vergleich zu Metall ist und das wenigstens einen Plächenbereich aufweist, der sich in -Berührung mit dem Werkstück befindet,

909851/0397
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ^v daß zum Halten verhältnismäßig dünner, leicht verformbarer Werkstücke eine nachgiebige Hülse aus flexiblem Kunststoff vorgesehen ist, die so gestaltet ist, daß sie die Druckkammer schließt und "bündig über den Wänden des Werkstücks sitzt, wobei der Druck in der Kammer der Hülse eine solche Gestalt verleiht, daß sie das Werkstück ohne Verformung festklemmt,

4« Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine unterschiedliche Dicke aufweist und auf der . anderen Seite einen konstanten Durchmesser besitzt und daß die unterschiedlichen Durchmesser komplementär zu den Durchmessern des Werkstückes auf der Klemmfläche sind.

5, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine unterschiedliche radiale Dicke aufweist in Anpassung an das Werkstück, das komplementäre Durchmesser auf der zu ergreifenden Pläche aufweist.

6, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer auf dem Lagerkörper in eine Vielzahl von getrennten Druckkammern unterteilt ist, daß jede Druckkammer eine axiale Abmessung aufweist, die etwa der axialen Abmessung einer speziellen Wanddicke des Werkstücks entspricht,und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um

90985 1 /0397

den einzelnen Druckkammern unters chiedliche Drucke zuzuführen»

7· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus einem gewickelten lasermaterial und einem gehärteten Harzsättigungsmittel besteht,

8, Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Hülse aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern und einem nachgiebigen Einbettungsmaterial besteht.

909851/0397