-
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb für einen Werkzeugspanner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine hydromechanische Vorrichtung ist beispielsweise mit dem Gegenstand der
EP 780 180 B1 bekannt geworden.
-
Die genannte Druckschrift beschäftigt sich allerdings im Wesentlichen nur mit dem mechanischen Teil der Spannvorrichtung, die im Wesentlichen aus zueinander bewegbaren Spannzangen besteht, zwischen denen der Spannkegel aufgenommen und gespannt wird.
-
Allerdings offenbart diese Druckschrift auch einen hydromechanischen Antrieb für die Spannzange in der Weise, dass mittels Drucköl ein Hydraulikkolben verschoben wird, der über eine entsprechende Verbindung in der Art einer Zugstange mit den mechanischen Spannelementen verbunden ist.
-
Es ist eine weitere Gruppe von Antrieben für Werkzeugspanner bekannt, die mit Federkraft spannen.
-
Merkmal der unterschiedlichen Gruppen der Spannzeuge ist, dass bei Wegfall der Druckölzuführung der Spanner nicht unbeabsichtigt öffnen darf.
-
Zu diesem Zweck sieht die Anordnung nach der
EP 780 180 B1 eine Verriegelung des Antriebskolbens des Hydraulikkreises in der Weise vor, dass ein Verriegelungselement auf eine schräge Auflauffläche aufläuft und der Kolben damit verriegelt wird.
-
Die Anordnung von in axialer Richtung schräg geneigten Auflaufflächen hat jedoch den Nachteil, dass die Arretierwirkung nicht sicher genug ist. So kann es zum Beispiel bei Einwirken mechanischer Schläge zu einem unbeabsichtigten Lösen dieser mechanischen Verriegelung kommen. Der Selbsthemmeffekt durch die relativ flachen Kegelschrägen ist also ungenügend.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb für einen Werkzeugspanner der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass eine wesentlich verbesserte Arretierung des Antriebes bei Wegfall der Versorgung durch das Antriebsmedium (Öl/Luft) gegeben ist.
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der dem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb dienende Kolben mit einem axialen Ansatz versehen ist, in dem mindestens eine radiale Ausnehmung für die Aufnahme von Verriegelungselementen vorhanden ist, welche radial bewegbar in diesen Aufnahmen gelagert sind, wobei die Verriegelungselemente mit einem in axialer Richtung unter Federlast bewegbaren Verriegelungskörper zusammenwirken und eine Formschlussverriegelung zwischen den Verriegelungselementen und dem Verriegelungskörper gegeben ist.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verriegelung zwischen dem unter Federlast verschiebbaren Verriegelungskörper und den mit dem Ansatz des Hydraulikkolbens unter radialem Spiel verbundenen Verriegelungselementen unter Fliehkrafteinwirkung selbsttätig nachsetzend ausgebildet ist.
-
Mit dieser technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun nicht mehr eine kraftschlüssige Verriegelung nach dem Stand der Technik vorgeschlagen wird, sondern eine formschlüssige und damit sichere Verriegelung vorgesehen ist.
-
Es ist eine Formschlussverriegelung zwischen den Verriegelungselementen und dem zugeordneten Verriegelungskörper gegeben. Es wirken mehrere Schrägen der Verriegelungselemente mit den zugeordneten gehäusefesten Schrägen des Körpers zusammen.
-
Eine radial außen liegende, im Winkel zur axialen Längsachse geneigte Schräge am Verriegelungselement wirkt mit der an der ortsfesten Außenbüchse angeordneten hydraulischen Antriebsvorrichtung zusammen.
-
Andererseits wirken gleichfalls im Winkel zur axialen Längsachse geneigte Schrägen der Verriegelungselemente, die radial einwärts gelagert sind; mit zugeordneten Schrägen am Verriegelungskörper zusammen.
-
Die Formschlussverriegelung kommt nun dadurch zustande, dass zwischen dem Außenumfang der Verriegelungselemente und dem zugeordneten Innenumfang der ortsfesten Außenbüchse ein fester Anschlag vorhanden ist, und der unter Federlast in axialer Richtung bewegbare Verriegelungskörper drückt nun die Verriegelungselemente unter Verschiebungskraft radial auswärts gegen die genannte radial außen liegende Schrägfläche zwischen dem Verriegelungselement und der Außenbüchse, so dass es zu einer absolut ortsfesten und sicheren Anlage der Verriegelungselemente an der fest stehenden Außenbüchse kommt.
-
Damit erfolgt eine Formschlussverbindung zwischen dem Verriegelungskörper über das Verriegelungselement zu der entsprechenden Schrägfläche an der Außenbüchse. Es besteht also nicht mehr die Gefahr, dass sich diese Verriegelung unter Schlägen löst.
-
Im Gegenteil ist nach der Erfindung vorgesehen, dass unter entsprechender Zentrifugalkraft die Formschlussverriegelung sich sogar noch durch Nachsetzen verfestigt.
-
Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass bei Wegfall der Druckölversorgung für den hydromechanischen Antrieb eine absolut sichere Verriegelung der Zugstange stattfindet, welche ihrerseits die Spannzangen der mechanischen Spannvorrichtung beaufschlagt.
-
Nach der Erfindung werden folgende Anwendungen bevorzugt:
- 1. Rotierender Einsatz, zum Beispiel bei Spindeln für Werkzeug- und Schleifmaschinen
- 2. Stehender Einsatz, wie zum Beispiel in Verbindung mit Drehrevolvern
- 3. Einspannung von Werkstücken zwecks Bearbeitung dieser Werkstücke.
Die Werkstücke können hierbei auch auf transportablen Werkstückpaletten eingesetzt werden.
-
Die Erfindung hat hierbei folgende Merkmale:
Der Öl- beziehungsweise Luftdruck liegt nur kurzzeitig bei der Betätigung der Antriebsvorrichtung an.
-
Es ist eine formschlüssige Verriegelung in der Spannstellung gewährleistet. Die Spannkraft wird 100%-ig im drucklosen Zustand gehalten.
-
Eine zunehmende Drehzahl bei rotierendem Einsatz bewirkt ein Zunehmen der Zentrifugalkraft. Folglich erfolgt damit eine Zunahme der Spannkraft und ein Nachsetzen der Verriegelung.
-
Es ergeben sich damit im Übrigen sehr kleine Einbaumaße.
-
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
-
Es zeigen:
-
1: Schnitt durch einen hydromechanischen Antrieb nach der Erfindung in zwei Halbschnitten, wobei
-
1a: die Spannvorrichtung in gelöster Stellung und
-
1b: die Spannvorrichtung in gespannter Stellung zeigen.
-
2: Die Seitenansicht des Hydraulikkolbens des hydromechanischen Antriebes.
-
3: Die Draufsicht auf den Hydraulikkolben.
-
4: Ein Teilschnitt durch den Hydraulikkolben.
-
5: Schnitt durch die Verriegelungselemente.
-
6: Seitenansicht auf die Verriegelungselemente nach 5.
-
7: Schnitt durch den Verriegelungskörper
-
8: Stirnansicht des Verriegelungskörpers nach 7
-
9: Halbschnitt durch die Zylinderbüchse
-
10: Schnitt durch die Außenbüchse des hydraulischen Antriebes
-
11: Eine weitere Ausführungsform des hydromechanischen Antriebes nach 1.
-
In 1 ist auf den jeweiligen Halbschnitten auf der linken Seite eine an sich bekannte Spannvorrichtung 1 dargestellt, die zum Stand der Technik gehört und die beispielsweise in einem Prospekt der Firma Ortlieb näher beschrieben ist. Auf die Offenbarung dieser Beschreibung wird Bezug genommen. Sie soll voll inhaltlich von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung umfasst sein, soweit es auf die Beschreibung des Erfindungsgegenstandes ankommt.
-
Der rechte Teil der in 1 dargestellten Spannvorrichtung wird durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 gebildet.
-
Die beiden Teile sind bei Position 11 aneinandergefügt.
-
Der obere Halbschnitt in 1 (1b) ist jeweils durch „b”-Positionen gekennzeichnet, während die gleichen Teile in dem unteren Halbschnitt „a”-Positionen gekennzeichnet sind. Die jeweils gleichen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die mechanische Spannvorrichtung 1 nach dem Stand der Technik arbeitet im Wesentlichen mit gleichmäßig verteilt am Umfang angeordneten Spannzangen 2, die etwa schnabelförmig zueinander bewegbar sind, wobei der hintere Teil der jeweiligen Spannzange 2 verdickt ausgebildet ist und um ein Drehlager 3 kippbar oder schwenkbar ausgeführt ist.
-
Die Spannung erfolgt über die am vorderen Ende der jeweiligen Spannzange angeordneten Klauen 7, die in entsprechende Aufnahmen 8 am zu spannenenden Werkzeug 6 eingreifen.
-
Ein Spannkegel 4, der axial verschiebbar ist, bewegt die entsprechenden Spannzangen 2 in ihre Öffnungs- oder Spannstellung.
-
Ein Vorsatzflansch 5 bildet die Aufnahme für das Werkzeug 6.
-
Die Klaue 7 der jeweiligen Spannzange 2 hängt sich dann an der Schulter 9 des zu spannenden Werkzeugs 6 an.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Spannung von Hohlschaftkegelwerkzeugen beschränkt. Es können sämtliche beliebigen Werkzeuge gespannt werden. Es können auch sämtliche anderen Spannvorrichtungen verwendet werden, weil es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nur um den hydraulischen/pneumatischen Antrieb jeder beliebigen Spannvorrichtung geht.
-
Die Spannvorrichtung wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Zugstange 12 gebildet, die mit ihrem vorderen Ende über ein Gewinde 13 mit dem Spannkegel 4 verbunden ist.
-
Der hydromechanische Antrieb nach 1 besteht aus zwei ortsfesten und axial aneinander gefügten Teilen. Das unmittelbar an Position 11 sich anschließende Teil ist eine Zylinderbüchse 35, die in 9 noch näher dargestellt ist.
-
Unmittelbar axial an die eine Stirnseite dieser Zylinderbüchse 35 schließt sich die Außenbüchse 33 an, in welcher die Verriegelungseinrichtung 39 (11) angeordnet ist.
-
Die beiden Teile 33, 35 sind beispielsweise gemäß 11 in der zentralen Aufnahme eines Grundkörpers 40 angeordnet und werden mechanisch fest miteinander durch einen stirnseitig angelegten Abschlussdeckel 41 verbunden.
-
Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind die beiden Teile 33, 35 ebenfalls mechanisch aneinander gelegt. Der besseren Übersicht halber ist jedoch der außen liegende Grundkörper 40 entfernt. Das heißt die Druckölzuführungen und die dazugehörenden Kanäle sind der Einfachheit halber in 1 nicht dargestellt. Ebenso ist nicht dargestellt, wie die beiden Teile 33, 35 mechanisch zusannnengespannt sind.
-
Es sind lediglich O-Ringe dargestellt, welche die Abdichtung gegen Eindringen von Hydrauliköl im Bereich der Innenwandung eines (in 1 nicht dargestellten) Grundkörpers 40 erbringen.
-
Im Innenbereich der in 9 dargestellten Zylinderbüchse 35 ist ein Hydraulikkolben 14 unter Einwirkung eines Hydrauliköls axial verschiebbar angeordnet.
-
Auf der linken Seite des Hydraulikkolbens 14 ist hierbei eine Zylinderkammer 15 ausgebildet, während auf der rechten Seite eine Zylinderkammer 16 (radial auswärts) ausgebildet ist.
-
Die radial außen liegende Zylinderkammer 16, die über die Zulauföffnung 18 mit Drucköl versorgt wird, wird über eine radiale Bohrung 20 mit der radial innen liegenden Zylinderkammer 17 verbunden.
-
Die andere Zylinderkammer 15 steht über eine Zulauföffnung 19 mit Drucköl in Verbindung.
-
Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung stets von der Versorgung mit Drucköl ausgegangen. Hierauf soll die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein. Es ist ebenso möglich, die gesamte Anordnung mit Druckluft zu betreiben.
-
In der entspannten Stellung gemäß dem Halbschnitt 1a befindet sich der Kolben 14 in der Lösestellung. Um die Spannstellung zu erreichen wird nun über die Zulauföffnung 19 Drucköl in die Zylinderkammer 15a eingespeist, wodurch der Hydraulikkolben 14 nach rechts verschoben wird.
-
Gemäß 2–4 ist der Hydraulikkolben gebildet aus einer Kolbenscheibe 30, an welcher mit verringertem Durchmesser ein Kolbenansatz 21 ansetzt.
-
Im Bereich des Kolbenansatzes 21 sind zwei einander gegenüber liegende Fenster 31 ausgespart.
-
Durch diese Fenster 31 greifen mit radialem Spiel die in den 5 und 6 dargestellten Verriegelungselemente 22 hindurch.
-
Jedes Verriegelungselement 22 ist etwa in der Seitenansicht halbrundförmig ausgebildet und bildet eine radial außen und oben liegende Anschlagfläche 25, der etwa im gleichen Winkel gegenüber liegend eine radial einwärts gerichtete Auflauffläche 26b gegenüberliegt.
-
Diese Verriegelungselemente 22 wirken mit einem Verriegelungskörper 23 zusammen, der im Wesentlichen als Büchse ausgebildet ist.
-
Diese Büchse hat eine Innenaufnahme für den Eingriff einer Druckfeder 29, die sich mit ihrem anderen Ende an dem Abschlussdeckel 41 gemäß 11 abstützt.
-
Damit wird der Verriegelungskörper 23 stets unter Federlast in seiner linken verschobenen Stellung gehalten.
-
Beim Einfüllen von Drucköl in die Zulauföffnung 19 wird also der Hydraulikkolben 14 gemäß dem unteren Halbschnitt 1a nach rechts verschoben in die Stellung nach 1b. Damit nimmt der Hydraulikkolben 14 aufgrund seiner Anlage an dem Ansatz 42 der Zugstange 12 diese Zugstange nach rechts mit. Gleichzeitig wird auch der Kolbensatz 21 nach rechts verschoben, weil dieser fest mit der Kolbenscheibe 30 des Hydraulikkolbens 14 verbunden ist.
-
Die auf dem Kolbenansatz 21 mit radialem Spiel gehaltenen Verriegelungselemente 22 greifen mit ihren radial einwärts gerichteten Auflaufflächen 26b der zugeordneten Auflaufschräge 24a des Verriegelungskörpers 23 an (siehe auch 7) und nehmen diesen ebenfalls entgegen der Kraft der Druckfeder 29 nach rechts mit.
-
Der Verriegelungskörper 23 wird soweit nach rechts verschoben, bis die Verriegelungselemente 22 in den Bereich einer ortsfesten Schulter 34 an der Außenbüchse 33 gelangen.
-
Damit können sich die Verriegelungselemente 22 radial nach außen verschieben und gelangen gemäß dem Halbschnitt nach 1b in die gewünschte Sperrstellung.
-
Die Sperrstellung wird dadurch erreicht, indem die radial äußere Schulter 25 des Verriegelungselements 22 als Anschlagfläche an der zugeordneten Schulter 34 der Außenbüchse 33 anliegt und andererseits die radial einwärts gerichtete Auflauffläche 26a des Verriegelungselements 22 auf einer zugeordneten Auflaufschräge 24b des Verriegelungskörpers 23 gemäß 7 aufliegt.
-
Sobald sich also die Verriegelungselemente 22 aufgrund ihrer axialen Verschiebung und ihrer radialen Auswärtsbewegung an den ortsfesten Schultern 34 der Außenbüchse 33 angelegt haben, beginnt der Verriegelungskörper 22 sich unter der Last der Feder 29 an den zugeordneten schrägen Auflaufflächen 26a des Verriegelungskörpers 23 zu verkeilen.
-
Die eigentliche Formschlussverriegelung erfolgt also zwischen der Anschlagfläche 25 des Verriegelungselementes 22 und der ortsfesten Schulter 34 der Außenbüchse 33.
-
Mit zunehmender Zentripetalkraft wandern die Verriegelungselemente 22 weiter nach außen, so dass die in Formschluss miteinander im Eingriff stehenden Schultern 25, 34 aneinander entlang gleiten, und der Verriegelungskörper 23 wird unter Federlast mehr nach links verschoben, um so die Verriegelung nachzusetzen.
-
Es wurden der Einfachheit halber die in der Zeichnung 1a dargestellten Dichtungsringe und deren Funktion nicht näher beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann klar, dass diese Dichtungsringe – wie sie auch in 11 dargestellt sind – der Abdichtung gegen Hydrauliköl dienen.
-
So trägt zum Beispiel der Verriegelungskörper 23 einen Einstich 27 gemäß 7, um dort einen entsprechenden Dichtungsring aufzunehmen.
-
Die Schultern 34 bilden etwa einen Winkel von 45° zur Längsachse und erstrecken sich im Wesentlichen über den gesamten Umfang der Außenbüchse 33.
-
Dementsprechend sind auch die Anschlagflächen 25 der Krümmung dieser Schultern 34 halbrund ausgebildet, um so eine vollflächige Anlage über die gesamte Länge der Verriegelungselemente 22 zu erreichen.
-
In 11 ist als Anwendungsbeispiel nach 1 dargestellt, dass die gesamte Antriebsvorrichtung 10 in einem Grundkörper 40 eingebaut ist. Es sind deshalb auch die entsprechenden Zuführkanäle 37 und 38 für das Hydrauliköl dargestellt.
-
Nachfolgend wird nun der Übergang von der Spannstellung in die Lösestellung dargestellt. Hierzu wird auf die 1b Bezug genommen.
-
Um diesen Übergang zu erreichen, wird über die Zulauföffnung 18 Drucköl eingespeist, welches über die Querbohrung 20 auch in die radial einwärts gerichtete Zylinderkammer 17 gelangt.
-
Es bleibt zunächst der Kolben stehen, weil das Drucköl über die größer ausgebildete Zylinderkammer 17 nun zunächst die vordere Stirnseite des als Kolben ausgebildeten Verriegelungskörpers 23 antreibt und diesen entgegen der Federkraft der Druckfeder 29 nach rechts verschiebt.
-
Dadurch geraten die Verriegelungselemente 22 außer Eingriff mit den Auflaufschrägen 24b und gelangen bei weiterer Verschiebung des Verriegelungskörpers 23 in den Bereich der steileren Auflaufschrägen 24a.
-
Dadurch kommen die Verriegelungselemente 22 frei von den Verriegelungsschultern 34 und können sich radial einwärts verschieben. Damit wird der Formschluss zwischen den Teilen 34, 25 aufgehoben und mit weiterer Einwirkung von Drucköl über die Zulauföffnung 18 verschiebt sich nun die gesamte Anordnung, bestehend aus Verriegelungskörper 23 und Kolben 14, nach links in die Lösestellung gemäß dem Halbschnitt nach 1a.
-
Wichtig bei dieser Ausführungsform ist also, dass neben dem Hydraulikkolben 14 auch noch der Verriegelungskörper 23 als Kolben ausgebildet ist, der einseitig mit Drucköl beaufschlagt wird, während die andere Seite mit Federkraft beaufschlagt wird.
-
Selbstverständlich ist die Beaufschlagung mit Federkraft nicht an eine Druckfeder 29 gebunden. Es können auch andere Kraftspeicher verwendet werden, wie zum Beispiel eine Tellerfeder, eine Schenkelfeder oder sämtliche anderen bekannten Kraftspeicher, insbesondere auch elastomere Kraftspeicher.
-
Das Lösen der Verriegelungsstellung gemäß dem Halbschnitt nach 1b führt zu einer Verschiebung der Zugstange 12 nach links und damit zum Ausstoßen des Werkzeuges.
-
In 11 ist noch schematisiert dargestellt, dass es nicht lösungsnotwendig ist, dass die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 unmittelbar und fest mit der Spannvorrichtung 1 verbunden ist.
-
Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 11 besteht die Verbindung lediglich aus einer Verlängerungsstange 36, die mit der Zugstange 12 der Antriebsvorrichtung 10 verbunden ist.
-
Die genannten Teile 1, 10 können in relativ großem räumlichen Abstand voneinander angeordnet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Spannzange
- 3
- Drehlager
- 4
- Spannkegel
- 5
- Vorsatzflansch
- 6
- Werkzeug
- 7
- Klaue
- 8
- Aufnahme
- 9
- Schulter
- 10
- Antriebsvorrichtung
- 11
- Position
- 12
- Zugstange
- 13
- Gewinde
- 14
- Kolben
- 15
- Zylinderkammer
- 16
- Zylinderkammer
- 17
- Zylinderkammer
- 18
- Zulauföffnung
- 19
- Zulauföffnung
- 20
- Bohrung
- 21
- Kolbenansatz
- 22
- Verriegelungselement
- 23
- Verriegelungskörper
- 24
- Anlaufschräge 24a, b
- 25
- Anschlagfläche
- 26
- Auflauffläche 26a, b
- 27
- Einstich
- 28
- Aufnahmebohrung
- 29
- Druckfeder
- 30
- Kolbenscheibe
- 31
- Fenster
- 32
- Pfeilrichtung
- 33
- Außenbüchse
- 34
- Schulter
- 35
- Zylinderbüchse
- 36
- Verlängerungsstange
- 37
- Zuführkanal
- 38
- Zuführkanal
- 39
- Verriegelungseinrichtung
- 40
- Grundkörper
- 41
- Abschlussdeckel
- 42
- Ansatz
