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Die
Erfindung betrifft einen Spannzylinder zum Spannen von Wechselpaletten
oder Vorrichtungen an Werkzeugmaschinen, Pressen oder Vorrichtungen,
in den ein an der Wechselpalette oder der Vorrichtung angeordneter
Einzugnippel eingreift und durch ein Spannelement gespannt wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Spannsystem zum Spannen
von Wechselpaletten oder Vorrichtungen an Werkzeugmaschinen, Pressen
oder Vorrichtungen mit einem solchen Spannzylinder.
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Ein
solches Spannsystem und ein solcher Spannzylinder sind beispielsweise
aus der
DE 296 15 613
U bekannt. Derartige Spannzylinder, in der Praxis auch
als Spanntöpfe
bezeichnet, weisen einen ringartigen Kugelkäfig auf, der je nach Durchmesser
des Kugelkäfigs
und damit des in ihn eingeführten
Einzugnippels eine angepaßte
Anzahl von Kugeln aufweist. Der Kugelkäfig wird durch einen Hydraulikkolben
umschlossen, der die Kugeln im gespannten Zustand gegen eine Eindrehung
am Einzugnippel drückt
und diesen damit spannt. Der Hydraulikkolben selbst ist durch ein
Tellerfederpaket in Spannrichtung vorgespannt und wird zum Lösen des Spannzylinders
mittels Hydrauliköl
gegen die Kraft des Tellerfederpaketes betätigt. Die Kugeln können dann
nach außen
in eine Ringausnehmung am Hydraulikkolben fallen und geben so den
Einzugnippel frei. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Wechselpaletten
mit darauf gespannten Werkstücken
schnell und, vor allem, nullpunktorientiert in beispielsweise Werkzeugmaschinen
spannen.
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Bei
Kugeln ist nur eine Linien- oder Punktberührung zwischen Einzugnippel
und den Kugeln gegeben. Hierdurch ergeben sich hohe Flächenpressungen.
Ferner ist keine selbsthemmende Gestaltung des Kontaktes zwischen
den Kugeln und den Hydraulikkolben möglich.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Spannzylinder
und ein Spannsystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
daß eine
geringe Flächenpressung zwischen
dem Spannelement und dem Einzugnippel gegeben und eine selbsthemmende
Gestaltung möglich
ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems sind der erfindungsgemäße Spannzylinder und das erfindungsgemäße Spannsystem
dadurch gekennzeichnet, daß das
Spannelement kreisbogenförmige
Spannsegmente aufweist, die den Einzugnippel in der Spannstellung
halten. Die kreisbogenförmigen
Segmente ergeben eine Linien- oder gar Flächenberührung mit dem Einzugnippel
und reduzieren dadurch die Flächenpressung.
Es können
damit auch höhere Kräfte übertragen
werden. Des weiteren läßt sich
am Außenumfang
der Segmente eine Keilfläche
vorsehen, die zusammen mit einer korrespondierenden Keilfläche am Betätigungselement,
nämlich
Betätigungskolben
bei entsprechendem Keilwinkel selbsthemmend wirkt.
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Es
reichen zwei Spannsegmente vorzugsweise sind drei oder mehr, insbesondere
sechs Spannsegmente vorgesehen. Durch die Mindestanzahl von drei
Spannsegmenten ist sichergestellt, daß der Einzugnippel in Lösestellung
des Spannzylinders immer gut freigegeben wird.
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Betätigt werden
die Spannsegmente nach einer Weiterbildung der Erfindung durch ein
Betätigungselement,
insbesondere einen Betätigungskolben.
Dieses kann pneumatisch, hydraulisch, magnetisch oder von Hand betätigt sein.
Ferner ist es möglich,
das Betätigungselement
als beispielsweise Schraube auszubilden, welche durch eine Mutter
betätigt
wird. Der Betätigungskolben
sollte dabei die Spannsegmente ringartig umgeben, wobei vorzugsweise
der Betätigungskolben
und die Spannsegmente mit zu einander korrespondierenden Keilflächen ausgebildet
sind. Dadurch wird durch einen besonders einfach zu erzielenden
Axialhub auf den Betätigungskolben
erreicht, daß die
Spannsegmente in Spannstellung nach innen gegen den Einzugnippel gedrückt werden
und diesen Spannen bzw. Verriegeln. Besonders vorteilhaft ist es,
wenn die Keilschrägen
am Betätigungskolben
und den Spannsegmenten selbsthemmend ausgebildet sind. Hierdurch
wird ein unbeabsichtigtes Lösen
des Spannzylinders, beispielsweise bei einem Ausfall der Druckmittelvorsorgung
auf den Betätigungskolben,
vermieden (sogenanntes fail-save-Verhalten).
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Der
Betätigungskolben
selbst kann sowohl in Spann- als auch in Löserichtung (Druckmittel-) betätigt sein.
Alternativ ist es auch möglich,
den Betätigungskolben
nur in eine der beiden Richtungen zu betätigen und in die jeweils andere
Richtung eine Vorspannung vorzusehen, die den Betätigungskolben
wieder in die Ausgangstellung zurückdrückt.
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Um
ein gutes Spannen eines Einzugnippels zu erreichen und auch eine
gute Planauflage der beispielsweise Wechselpalette auf der Oberseite
des Spannzylinders zu gewährleisten,
ist es von Vorteil, wenn eine nennenswerter Einzug vorgesehen ist. Dies
bedeutet, daß durch
das Spannen bzw. Verriegeln des Einzugnippels im Schnellspannzylinder
der Einzugnippel auch um ein nennenswertes Maß in den Schnellspannzylinder
eingezogen wird. Dieses kann nach einer ersten Variante der Erfindung
dadurch erreicht werden, daß auf
der der beispielsweise Palette abgewandten Seite der Spannsegmente eine
Feder, insbesondere in Form eines eingelegten O-Ringes, vorgesehen
ist. Der Betätigungskolben wird
dann zum Spannen von der beispielsweise Wechselpalette weggedrückt, also
gleichsinnig mit der Einführbewegung
des Einzugnippels. Dadurch werden beim Spannen die Spannsegmente
auch von der Wechselpalette weg gegen die Kraft der Feder gedrückt und
bewirken ein Einziehen des Einzugnippels. Nach einer anderen Variante
sind eine Eindrehung am Einzugnippel und die Spannsegmente mit zu
einander korrespondierenden Schultern ausgebildet, die schräg zur Bewegungsrichtung
der Spannsegmente beim Spannen derart gerichtet sind, daß der Einzugnippel
beim Spannen durch die Spannsegmente eingezogen wird.
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Nach
einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die Spannsegmente mittels einer Feder in die Schließstellung,
in welcher der Einzugnippel arretiert ist, vorgespannt. Als Feder
dient vorzugsweise ein O-Ring, wie er als Dichtung allgemein bekannt
ist. Dieser wird außen
um die Spannsegmente gelegt und ggf. in einer Nut derselben gehalten,
damit er nicht verrutscht. Es könnten
auch zwei oder mehr Federn (O-Ringe) verwendet werden. Dieses hängt von
den Bedingungen des Einzelfalls ab.
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Zum Öffnen des
Schnellspannzylinders dient bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
vorzugsweise ein Betätigungskolben,
der die Spannsegmente entgegen der Federkraft spreizt, so daß der Einzugnippel
freigegeben wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Spannsystems mit den Erfindungsmerkmalen im gelösten Zustand
im Vertikalschnitt,
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2 das
Spannsystem gemäß 1 im gespannten
Zustand im Vertikalschnitt,
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3 einen
Spannzylinder für
das Spannsystem gemäß 1 im
Vertikalschnitt in einer um 90° zur
Darstellung gemäß 1/2 verdrehten Ebene,
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4 ein
Detail IV des Spannzylinders gemäß 3,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Spannsystems mit den Erfindungsmerkmalen im gespannten Zustand
im Vertikalschnitt.
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Das
Spannsystem dient zum Spannen einer Wechselpalette 10 mittels
eines Schnellspannzylinders 11 an einer nicht dargestellten
Werkzeugmaschine. Ebenso können
auch Vorrichtungen gespannt werden. Dabei müssen die Wechselplatten 10 bzw.
Vorrichtungen nicht zwangsläufig
an Werkzeugmaschinen gespannt werden. Diese können auch beispielsweise an
Pressen oder (anderen) Vorrichtungen mittels des Schnellspannzylinders 11 gespannt
werden.
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An
der Unterseite der Palette 10 ist ein Einzugnippel 12 mittels
einer Schraube 13 angeschraubt. Dieser Einzugnippel 12 greift
mit seinem freien Ende in eine Mittenbohrung 14 am Schnellspannzylinder 11 ein.
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In
der Mittenbohrung 14 ist ein Spannelement angeordnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 besteht
dieses Spannelement aus, im konkreten Fall sechs, Spannelementen 15 und
ein die Spannsegmente 15 ringartig umschließendes Betätigungselement,
nämlich
einen Betätigungskolben 16.
An ihrem dem Einführende
für den Einzugnippel 12 gegenüberliegenden
(unteren) Ende ist die Mittenbohrung 14 durch einen Deckel 17 verschlossen.
In dem Deckel 17 ist eine gradlinig nach unten verlaufende
Ablaufbohrung 18 vorgesehen, die mit der Mittenbohrung 14 korrespondiert
und durch die eventuell in die Mittenbohrung 14 eindringende Kühlflüssigkeit
ablaufen kann oder Medien durchgeführt werden kann.
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1 zeigt
das Spannsystem bei bereits in die Mittenbohrung 14 eingeführtem Einzugnippel 12 kurz
vor dem Spannen (Verriegeln). Hierzu dient eine Druckkammer 19,
die über
zwei O-Ringe 20, 21 gedichtet ist. Der Betätigungskolben 16 ist
druckmittelbetätigt
nach unten gedrückt,
so daß die Spannsegmente 15 nach
außen
fallen. Nachdem der Einzugnippel 12 vollständig in
den Schnellspannzylinder 11 eingeführt ist, wird eine unterhalb
dem Betätigungskolben 16 angeordnete
Druckkammer 22 mit Druckmittel beaufschlagt und so der
Betätigungskolben 16 nach
oben gedrückt.
Hierdurch werden die Spannsegmente 15 nach innen gegen
den Einzugnippel 12 gedrückt und hintergreifen eine
Eindrehung 23 am Einzugnippel 12. Diese Position
(Spannstellung) ist in 2 gezeigt. Zum Lösen des
Spannsystems wird die Druckkammer 19 mit Druckmittel beaufschlagt und
so der Betätigungskolben 16 nach
unten gedrückt.
Die Spannsegmente 15 können
nun wieder nach außen
fallen und den Einzugnippel 12 freigeben. Schräge Schultern
an der Eindrehung 23 am Einzugnippel 12 und hierzu
korrespondierende schräge
Spannflächen 24 an
der Innenseite der Spannsegmente 15 sorgen dafür, daß die Spannsegmente 15 zuverlässig nach
außen
gedruckt werden, sobald der Einzugnippel 12 aus dem Schnellspannzylinder 11 gezogen
wird, falls die Spannsegmente 15 nicht von alleine nach
außen
fallen sollten.
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An
der Oberseite des Deckels 17 ist ein ringartig umlaufender
Vorsprung 25 vorgesehen. Dieser Vorsprung 25 verhindert,
daß die
Spannsegmente 15 bei ausgefahrenem Einzugnippel 12 in
die Mittenbohrung fallen. Sie bilden quasi einen Anschlag für die Spannsegmente 15 nach
innen.
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Die
Kontaktflächen
zwischen den Spannsegmenten 15 und dem Betätigungskolben 16 sind
im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit einem unteren Keilansatz 26, der die Spannsegmente 15 nach
innen drückt,
und einen oberen Zylinderteil 27, der die Spannsegmente 15 in
der Spannstellung hält,
ausgebildet. Nach einer alternativen Ausführungsform sind die Kontaktflächen keilförmig ausgebildet,
und zwar mit einem Keilwinkel, der im gespannten Zustand eine Selbsthemmung
bewirkt. Das heißt,
der Tangens des Keilwinkels ist kleiner als der Reibkoeffizient
der Reibpaarung der für
die Spannsegmente 15 und dem Betätigungskolben 16 ausgewählten Materialien.
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5 zeigt
eine weiteres Spannsystem aus einem Schnellspannzylinder 28 und
einem Einzugnippel 29. Der Schnellspannzylinder 28 weist
e ein Gehäuse 30 und
einen eine Mittelbohrung 31 im Gehäuse 30 nach unten
verschließenden
Boden 32 auf. In der Mittenbohrung sind mehrere, konkret
sechs, Spannsegmente 33 angeordnet, die den Einzugnippel 29 zum
Spannen desselben umschließen.
Dabei sind die Spannsegmente 33 in die in 5 gezeigte Spannstellung
vorgespannt. Dieses erfolgt konkret durch zwei die Spannsegmente 33 umschließende Ringfedern,
wofür im
vorliegenden Fall O-Ringe 34, 35, wie sie als
Dichtung hinlänglich
bekannt sind, verwendet werden.
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Zum Öffnen des
Schnellspannzylinders dient ein Betätigungskolben 36.
Der Betätigungskolben 36 wird
in Richtung auf den Einzugnippel 29 angehoben, indem ein
Druckraum 37 zwischen dem Boden 32 und dem Betätigungskolben 36 mit
Druckmittel beaufschlagt wird. Eine Dichtung 38 dichtet
dabei den Betätigungskolben 36 gegenüber der
Mittenbohrung 31 im Gehäuse 30.
Aufgrund von schrägen
Schultern 39 an den Spannsegmenten 33, welche
mit einer Fase 40 am Betätigungskolben 36 zusammenwirken, werden
die Spannsegmente 33 gegen Kraft der O-Ringe 34, 35 nach
außen
gedrückt
und geben den Einzugnippel 29 frei.
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Im
vorliegenden Fall weisen die Spannsegmente 33 eine weitere
Fase 41 auf, welche mit einer schrägen Schulter 42 am
Betätigungskolben 36 zusammenwirken
und die das Betätigen
der Spannsegmenten 33 zum Öffnen des Schnellspannzylinders 28 noch
unterstützen.
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Damit
die Spannsegmente 33 nicht auf den Betätigungskolben fallen, sobald
dieser zum Schließen
des Schnellspannzylinders 28 wieder abgesenkt wird (Druckraum 37 drucklos),
werden die Spannsegmente 33 durch einen Ring 43 gehalten,
der seinerseits durch einen Seegerring 44 in der Mittenbohrung 31 des
Gehäuses 30 gehalten
ist.
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Der
insoweit beschriebene und in den Figuren gezeigte Spannzylinder 11 ist
sehr gut zum Spannen von beispielsweise Werkstück-Wechselpaletten, wie der
Wechselpalette 10 geeignet. Auch für andere Einrichtungen bietet
sich der Schnellspannzylinder 11 an. Bei einem anderen,
nicht dargestellten, Ausführungsbeispiel
wird der Betätigungskolben
nicht von der der Palette 10 gegenüberliegenden Seite gegen die
Spannsegmente, also in der Darstellung gemäß 1 bis 3 von
unten nach oben, sondern in Einführrichtung
des Einzugnippels 12, also in der Darstellung gemäß 1 bis 3 von
oben nach unten betätigt.
Unterhalb der Spannsegmente, also auf der der Palette 10 abgewandten
Seite derselben ist dann eine Feder vorgesehen, gegen deren Kraft die
Spannsegmente 15 weiter nach unten gedrückt werden. Im einfachsten
Falle ist diese Feder durch einen O-Ring gegeben, der unter die
Spannsegmente 15 auf den Deckel 17 gelegt ist.
Ein so ausgebildeter Spannzylinder hat einen guten Einzugeffekt
auf den Einzugnippel 12.
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Alternativ
ist es auch möglich,
die Spannsegmente weiter auskragend auszubilden und eine entsprechend
tiefere Eindrehung 23 am Einzugnippel 12 vorzusehen,
so daß über schräge Kontaktflächen zwischen
Einzugnippel 12 und den Spannsegmenten ein Einzug erfolgt.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Einzugnippel 12 innen und wird von außen von
den Spannsegmenten 15 umgriffen. Alternativ kann auch ein
ringartiger Einzugnippel vorgesehen sein, in den Spannsegmente von
innen eingreifen.
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- 10
- Wechselpalette
- 11
- Schnellspannzylinder
- 12
- Einzugnippel
- 13
- Schraube
- 14
- Mittenbohrung
- 15
- Spannelement
- 16
- Betätigungskolben
- 17
- Deckel
- 18
- Ablaufbohrung
- 19
- Druckkammer
- 20
- O-Ring
- 21
- O-Ring
- 22
- Druckkammer
- 23
- Eindrehung
- 24
- Spannfläche
- 25
- Vorsprung
- 26
- Keilansatz
- 27
- Zylinderteil
- 28
- Schnellspannzylinder
- 29
- Einzugnippel
- 30
- Gehäuse
- 31
- Mittenbohrung
- 32
- Boden
- 33
- Spannsegment
- 34
- O-Ring
- 35
- O-Ring
- 36
- Betätigungskolben
- 37
- Druckraum
- 38
- Dichtung
- 39
- Schulter
- 40
- Fase
- 41
- Fase
- 42
- Schulter
- 43
- Ring
- 44
- Seegerring