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Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Schwenkspanner,
insbesondere zum Spannen von Werkstücken, Werkzeugen oder Vorrichtungen auf
Maschinentischen und/oder Paletten, mit einem Gehäuse, einer
Kolbenstange, die gegenüber
dem Gehäuse
von einer Bestückungsstellung,
in welcher der Maschinentisch und/oder die Palette mit dem Werkstück, den
Werkzeugen oder den Vorrichtungen bestückbar ist, in eine Spannstellung,
in der die Werkstücke,
Werkzeuge oder Vorrichtungen auf dem Maschinentisch und/oder der
Palette gespannt sind, -Spannrichtung- und umgekehrt axial verschieblich geführt sowie
durch eine Klemmeinrichtung arretierbar ist, welche durch einen
in seiner Klemmrichtung vorgespannten Klemmkolben betätigbar ist.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerung für einen solchen
Schwenkspanner.
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Ein solcher Schwenkspanner ist aus
der
EP 0 173 169 A1 bekannt.
Bei diesem Schwenkspanner ist die Kolbenstange mittels einer Klemmeinrichtung aus
keilförmig
ausgebildeten Schalen beliebiger Stellung klemmbar. Zum Lösen der
Klemmung dient ein druckmittelbetätigter Kolben, der die Keilscheiben gegen
die Kraft einer Feder drückt.
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In der Praxis kommt es beim Bearbeiten
von Werkstücken
in Werkzeugmaschinen häufig
zu Setzerscheinungen an den mittels des Schwenkspanners gespannten
Werkstücken,
Werkzeugen oder Vorrichtungen. Hierdurch kann sich der Schwenkspanner
ungewollt lösen,
wodurch schlimmstenfalls sich das gespannte Werkstück, Werkzeug
oder die Vorrichtung vollständig
löst. Dieses
kann zu erheblichen Beschädigungen
an dem Werkstück,
dem Werkzeug oder der Vorrichtung sowie der gesamten Werkzeugmaschine
führen.
Bedienpersonal wird in Gefahr gebracht. Dieses kann dadurch vermieden
werden, daß der
zum Spannen des Schwenkspanners aufgebrachte Hydraulikdruck während der
Bearbeitung aufrechterhalten wird oder ein Druckspeicher eingesetzt
wird.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung
das Problem zugrunde, einen Schwenkspanner der eingangs genannten
Art derart weiterzubilden, daß ein Nachfassen
des Schwenkspanners auch bei einem gewollten oder ungewollten Abfall
des Hydraulikdrucks zum Spannen des Schwenkspanners möglich ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist der
erfindungsgemäße Schwenkspanner
dadurch gekennzeichnet, daß die
Klemmrichtung für
die Klemmeinrichtung mit der Spannrichtung für die Kolbenstange übereinstimmt
und daß die
Kolbenstange und der Klemmkolben in Spannstellung in Spannrichtung
ein Restspiel aufweisen.
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Die Klemmeinrichtung bei dem Schwenkspanner
nach der
EP 0 173 169
A1 ist bei Setzerscheinungen am eingespannten Werkstück, Werkzeug
oder der Vorrichtung sogar kontraproduktiv. Die Feder drückt hier
die Klemmeinrichtung entgegen der Spannrichtung der Kolbenstange,
also die Kolbenstange aus ihrem Gehäuse heraus. Demgegenüber ist
der Klemmkolben durch insbesondere ein Tellerfederpaket in Spannrichtung
des Schwenkspanners vorgespannt. Ein Restspiel der Kolbenstange
und des Klemmkolbens in Spannrichtung, das diese selbst in Spannstellung
des Schwenkspanners aufweisen, ermöglicht es, daß bei Setzerscheinungen
der Klemmkolben und mit ihm über
die Klemmeinrichtung die Kolbenstange in Spannrichtung nachfassen.
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Die Steuerung für den Schwenkspanner zeichnet
sich dadurch aus, daß sie über ein
Umschaltventil vertügt.
Durch dieses Umschaltventil wird eine Druckmittelleitung zum Betätigen des
Klemmkolbens entweder mit einer Druckmittelleitung zum Spannen des
Schwenkspanners oder einer Druckmittelleitung zum Öffnen des
Schwenkspanners verbunden. Hierdurch sind nur noch zwei Druckmittelzuleitungen
für den
Schwenkspanner erforderlich; eine Druckmittelzuleitung zum Spannen
und eine Druckmittelzuleitung zum Öffnen. Durch das Umschaltventil
wird jeweils dafür
gesorgt, daß bei
Betätigen
der Kolbenstange in die eine oder andere Richtung auch der Klemmkolben
betätigt
und so die Kolbenstange entriegelt wird.
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Der Druckmittelleitung zum Spannen
des Schwenkspanners und/oder der Druckmittelleitung zum Öffnen des
Schwenkspanners ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung ein Steuerventil
zugeordnet. Durch dieses Steuerventil wird die Kolbenstange zeitlich
verzögert
zum Klemmkolben betätigt.
Hierdurch ist sichergestellt, daß zunächst die Arretierung der Kolbenstange
aufgehoben wird, bevor die Kolbenstange ein- bzw. ausgefahren wird.
Hierdurch wird Verschleiß an
der Klemmeinrichtung minimiert. Die zeitliche Steuerung erfolgt
vorzugsweise derart, daß das
Steuerventil nach Überschreiten
eines vorbestimmten Schwelldrucks öffnet. Die Steuerventile können dabei
mit einem Bypass versehen sein, der ein Rückfließen des Druckmittels, das vorher
zum Spannen des Schwenkspanners benötigt wurde, beim Öffnen des
Schwenkspanners wieder zurückfließen kann
und umgekehrt. Dieses wird durch ein geeignetes Ventil im Bypass
gesteuert. Beim Rückfließen des
Druckmittels durch den Bypass steigt der Hydraulikdruck in dem Bypass
an. Dieses kann vorteilhaft dazu genutzt werden, das zugehörige Steuerventil
zu öffnen,
indem der Bypass über
eine Steuerleitung mit dem Steuerventil verbunden wird.
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In der Druckmittelleitung zum Spannen
des Schwenkspanners kann vorteilhafterweise ein Rückschlagventil
angeordnet sein, welches einen Rückfluß des Druckmittels
verhindert. Hierdurch bleibt der zum Spannen des Schwenkspanners
aufgebrachte Hydraulikdruck auch bei einem Abfall des Hydraulikdrucks
in der Versorgungsleitung aufrechterhalten. Das oben beschriebene
Nachfassen des Schwenkspanners wird hierdurch weiter unterstützt. Um
das Rückschlagventil
zu öffnen,
wenn der Schwenkspanner geöffnet
werden soll, kann die zum Öffnen
des Schwenkspanners vorgesehene Druckmittelleitung über eine
Steuerleitung mit dem Rückschlagventil
verbunden sein.
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Die insoweit beschriebene Steuerung
kann in den Schwenkspanner selbst integriert oder in einem gesonderten
Steuerblock angeordnet sein. Im letzteren Fall ist es zweckmäßig, mehrere Schwenkspanner über einen
gemeinsamen Steuerblock zu steuern. Selbstverständlich kann auch die in einem
von mehreren Schwenkspanners untergebrachte Steuerung zum Steuern
der übrigen Schwenkspanner
genutzt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich
auf konstruktive Ausgestaltungen des Schwenkspanners.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Schwenkspanner mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Steuerung für
einen Schwenkspanner gemäß 1 als Schaltbild;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Steuerung für
einen Schwenkspanner gemäß 1 als Schaltbild;
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Steuerung für
einen Schwenkspanner gemäß 1 als Schaltbild.
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Der in 1 gezeigte
Schwenkspanner 10 weist ein Gehäuse 11 auf. In dem
Gehäuse 11 ist eine
Zylinderbohrung 12 angeordnet. Die Zylinderbohrung 12 ist
im Bereich der oberen Stirnseite des Gehäuses 11 erweitert
und mit einer Buchse 13 verschlossen. Die Zylinderbohrung 12 einerseits
und die Buchse 13 andererseits umschließen einen Zylinderraum 14.
In der Zylinderbohrung 12 und der Buchse 13 ist
eine Kolbenstange 15 gleitend geführt. Die Kolbenstange 15 kann
dabei sowohl aus dem Gehäuse 11 ein-
und ausgefahren, als auch um ihre Längsachse 16 gedreht
werden.
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An ihrem aus der Buchse 13 herausragenden
Ende ist die Kolbenstange 15 konisch verjüngt und
mit einem Außengewinde 17 versehen.
Auf den konisch verjüngten
Bereich der Kolbenstange 15 ist ein Spanneisen 18 aufgesteckt
und mittels einer auf das Außengewinde 17 aufgeschraubten
Mutter 19 verspannt.
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An dem der Buchse
13 gegenüberliegenden, unteren
Ende ist das Gehäuse
11 mit
einer weiteren Zylinderbohrung
20 versehen. Diese Zylinderbohrung
20 ist
durch einen von unten in das Gehäuse
11 eingeschraubten
Fuß
21 verschlossen.
Ferner sind die Zylinderbohrungen
12 und
20 durch
eine Durchgangsbohrung
22 miteinander verbunden. Die Durchgangsbohrung
22 ist
zur Zylinderbohrung
12 hin erweitert und mit einem Innengewinde
23 versehen,
in das ein Schwenkrohr
24 eingeschraubt ist. Das Schwenkrohr
24 erstreckt
sich bis in eine Sackbohrung
25 in der Kolbenstange
15.
Auf der äußeren Mantelfläche des
Schwenkrohres
24 sind Kulissennuten (nicht dargestellt)
angeordnet, die mit Kulissenkugeln
26 in zum Beispiel aus
der
DE 32 01 013 A1 an
sich bekannter Art zusammenwirken und die Dreh- und Spannbewegung
der Kolbenstange
15 steuern.
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Von der Zylinderbohrung 20 durch
die Durchgangsbohrung 22 und das Schwenkrohr 24 hindurch ist
ein Klemmkolben 27 geführt.
Der Klemmkolben 27 ist im Bereich der Zylinderbohrung 20 einstückig mit einer
Art Teller 28 versehen, dessen Außendurchmesser mit dem Innendurchmesser
der Zylinderbohrung 20 korrespondiert, so daß der Klemmkolben 27 eine
etwa T-förmige
Form aufweist.
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Auf dem aus dem Schwenkrohr 24 herausragenden
Ende ist auf den Klemmkolben 27 ein kegelstumpfförmig ausgebildeter
Keil 29 aufgeschraubt. Der Keil 29 wirkt mit Keilsegmenten 30,
die einstückig mit
dem Schwenkrohr 24 verbunden sind, derart zusammen, daß durch
eine Bewegung des Klemmkolbens 27 zum Fuß 21 hin
(Klemmrichtung) die Keilsegmente 30 nach außen gegen
die Sackbohrung 25 in der Kolbenstange 15 gedrückt werden.
Hierdurch wird die Kolbenstange 15 gegenüber dem
Schwenkrohr 24, und damit gegenüber dem Gehäuse 11, durch Klemmung
(kraftschlüssig)
arretiert.
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Der Klemmkolben 27 ist in
Klemmrichtung vorgespannt, nämlich
durch ein Tellerfederpaket 31, das sich zwischen dem Gehäuse 11 und
dem Teller 28 abstützt.
Hierdurch wird zum einen sichergestellt, daß bei einem Ausfall des Hydraulikdrucks
die Kolbenstange 15 immer arretiert wird. Zum anderen wird durch
ein Restspiel 32 zwischen dem Klemmkolben 27 und
dem Fuß 21,
welches in 1 zur Verdeutlichung
etwas vergrößert dargestellt
ist, ermöglicht, daß bei Setzerscheinungen
am mittels des Schwenkspanners 10 gespannten Werkstück oder dergleichen
der Schwenkspanner 10 aufgrund der Vorspannung des Tellerfederpakets 31 nachfassen kann.
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Der insoweit beschriebene Schwenkspanner 10 arbeitet
wie folgt:
Zunächst
wird ein durch den Teller 28, die Zylinderbohrung 20 und
den Fuß 21 gebildeter
Druckraum 33 mit Druckmittel, konkret Hydrauliköl, beaufschlagt. Hierdurch
wird der Klemmkolben 27 angehoben und so die Arretierung
der Kolbenstange 15 gelöst,
die Kolbenstange 15 also entriegelt. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ist hierzu noch ein Hilfskolben 34 vorgesehen,
der in einer Sackbohrung 35 im Fuß 21, die durch einen
Deckel 36 verschlossen ist, angeordnet ist. Der Hilfskolben 34 wird
gleichzeitig und gleichsinnig mit dem Klemmkolben 27 mit dem
Druckmittel beaufschlagt und überträgt über einen
Zwischenkolben 77 die auf ihn einwirkende Druckkraft auf
den Klemmkolben 27.
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Hierdurch wird bei gleichzeitig kompakter Bauweise
die auf den Klemmkolben 27 wirkende Kraft vergrößert. Dieses
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Keilwinkel an dem Keil 29 und
den Keilsegmenten 30 so gewählt ist, daß Selbsthemmung eintritt.
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Zeitlich verzögert zur Beaufschlagung des Klemmkolbens 27 und
des Hilfskolbens 34 mit dem Druckmittel wird entweder ein
unter (zum Fuß 21 hin) der
Kolbenstange 15 angeordneter Druckraum 37 oder
der Zylinderraum 14 mit dem Druckmittel beaufschlagt, je
nachdem, ob die Kolbenstange 15 in eine Bestückungsstellung
ausgefahren oder in eine Spannstellung eingefahren (Spannrichtung),
sprich, das Werkstück
oder dergleichen mit dem Schwenkspanner 10 gespannt oder
gelöst
werden soll.
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Um die einzelnen Räume 14, 33 und 37 mit dem
Druckmittel zu versorgen, sind im Gehäuse 11 und dem Fuß 21 in
geeigneter Weise Leitungen vorgesehen, die an die Druckmittelversorgung
anschließbar
sind. So ist für
den Druckraum 33 und den zwischen dem Hilfskolben 34 und
dem Deckel 36 angeordneten Druckraum 38 eine Druckmittelleitung 39 vorgesehen,
für den
Zylinderraum 14 eine Druckmittelleitung 40 und
für den
Druckraum 37 eine Druckmittelleitung 41 vorgesehen.
Ein oberhalb des Tellers 28 angeordneter Raum 42 ist
nicht mit Druckmittel beaufschlagt, sondern über eine Entlüftungsbohrung 43 entlüftet. Die
Druckmittelleitungen 39, 40 und 41 sind
in Form von Bohrungen im Gehäuse 11 und
im Fuß 21 vorgesehen
und, soweit erforderlich, nach außen durch Stopfen 44 verschlossen.
Eine unterhalb der Buchse 13 in Zylinderraum 14 angeordnete
Bohrung 45 dient lediglich zum Entlüften des Zylinderraumes 14 während des
Befüllens
mit dem Druckmittel und wird anschließend verschlossen.
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Varianten zum Steuern der oben beschriebenen
Arbeitsweise des Schwenkspanners 10 sind in den 2 bis 4 verdeutlicht. Dabei ist das oben erwähnte Grundprinzip
der Steuerung immer gleich.
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In 2 ist
eine Variante gezeigt, bei der die Steuerung in den Schwenkspanner 10,
vorzugsweise in dessen Fuß 21,
integriert ist. Diese Variante hat den Vorteil, daß für den Schwenkspanner 10 nur noch
zwei Druckmittelanschlüsse
A und B erforderlich sind. Von diesen Druckmittelanschlüssen A und B
gehen Druckmittelleitungen 46 und 47 zu einem Umschaltventil 48.
Wird Druck auf den Druckmittelanschluß A gegeben, wird durch das
Umschaltventil 48 die Druckmittelleitung 46 mit
der Druckmittelleitung 39 verbunden und dadurch der Klemmkolben 27 geöffnet. Die
Druckmittelleitung 47 wird gleichzeitig durch das Umschaltventil 48 verschlossen.
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Nachdem der Klemmkolben 27 gegen
die Kraft des Tellerfederpakets 31 vollständig geöffnet ist,
steigt der Druck weiter an. Nach Überschreiten eines gewissen,
vorbestimmten Schwelldrucks wird ein Steuerventil 49 geöffnet und
dadurch die Druckmittelleitung 40 mit Druckmittel versorgt.
Das Werkstück wird
mit dem Schwenkspanner 10 gespannt. Der Druck am Druckmittelanschluß A kann
nun abgesenkt werden. Ein Rückschlagventil 50 verhindert, daß der Druck
im Zylinderraum 14 fällt
und sorgt so für
ein weiteres sicheres Spannen des Werkstücks. Gleichzeitig wird durch
das Absenken des Drucks der Klemmkolben 27 durch das Tellerfederpaket 31 nach unten
in die Klemmposition gedrückt.
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Zum Öffnen des Schwenkspanners 10 wird der
Druckmittelanschluß B
mit Druck beaufschlagt. Durch das Umschaltventil 48 wird
nun zunächst
die Druckmittelleitung 47 mit der Druckmittelleitung 39 verbunden
und die Druckmittelleitung 46 verschlossen. Der Klemmkolben 27 wird
wieder gegen die Kraft des Tellerfederpakets 31 angehoben
und so der Schwenkspanner 10 entriegelt. Der Druck am Druckmittelanschluß B steigt
weiter an, so daß durch
ein Steuerventil 51 die Druckmittelleitung 41 mit
dem Druckmittel versorgt wird. Die Kolbenstange 15 wird nach
oben gedrückt
und dadurch der Schwenkspanner 10 geöffnet. Ein Bypass 52 im Bereich
des Steuerventils 49 sorgt dafür, daß das Druckmittel aus dem Zylinderraum 14 entweichen
kann. Ein Ventil 53 im Bypass 52 sorgt dafür, daß das Druckmittel
nur von der Druckmittelleitung 40 zum Druckmittelanschluß A fließen kann,
und nicht umgekehrt. Ferner wird durch eine Steuerleitungen 54,
die von der Druckmittelleitung 47 zu dem Rückschlagventil 50 verlegt
ist, das Rückschlagventil 50 geöffnet. Eine
vom Bypass 52 zum Steuerventil 49 gelegte Steuerleitung 55 schließt das Steuerventil 49,
sobald Druckmittel von der Druckmittelleitung 40 zum Druckmittelanschluß A fließt.
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Analog ist auch am Steuerventil 51 ein
Bypass 56 vorgesehen. Ein Ventil 57 im Bypass 56 läßt das Druckmittel
aus dem Druckraum 37 entweichen, wenn die Kolbenstange 15 nach
unten gedrückt
wird. Eine von dem Bypass 56 zum Steuerventil 51 verlegte
Steuerleitung 58 schließt in diesem Moment das Steuerventil 51.
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Bei der in
3 gezeigten Steuerung erfolgt die Ansteuerung
des Schwenkspanners
10 in gleicher Weise, wie bei der Steuerung
gemäß
2. Gleiche Teile sind deshalb
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Jedoch ist die Steuerung
hier in einem gesonderten Steuerblock
59 untergebracht.
Dabei kann für
mehrere Schwenkspanner
10 ein gemeinsamer Steuerblock
59 vorgesehen
sein. Der Steuerblock
59 ist zusammen mit den Schwenkspannern
10 vorzugsweise
auf einer Werkstückpalette
angebracht und beispielsweise durch in einem Schnellspannzylinder
für die
Palette integrierte Kupplungen
60 und
61, wie
sie in der
DE 199
20 291 A1 gezeigt sind, mit externen Druckmittelleitungen
62 und
63 verbunden.
Die externen Druckmittelleitungen
62 und
63 werden über Magnetventile
64 beziehungsweise
65 mit
einer Druckmittelzuleitung
66 oder einer Druckmittelableitung
67 verbunden.
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Bei der in
4 gezeigten Variante sind drei gesonderte
Druckmittelanschlüsse
für den Schwenkspanner
10 vorgesehen,
nämlich
eine Druckmittelanschluß A
zum Spannen des Schwenkspanner
10, ein Druckmittelanschluß B zum Lösen des
Schwenkspanners
10 und ein Druckmittelanschluß C zum
Entriegeln des Klemmkolbens
27. Die Druckmittelanschlüsse A, B
und C können
beispielsweise wieder über
die in der
DE 199
20 291 A1 gezeigten Kupplungen
68,
69 und
70 mit
einem Schnellspannzylinder mit externen Druckmittelleitungen
71,
72 und
73 verbunden
sein. Diese werden wiederum über
Magnetventile
74,
75 und
76 mit der Druckmittelzuleitung
66 oder
der Druckmittelableitung
67 verbunden.
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Selbstverständlich sind Variationen der
insoweit beschriebenen Steuerungen und des Schwenkspanners im Rahmen
der Erfindung möglich.
So können
zum Beispiel Sensoren vorgesehen sein, die ein Unterschreiten eines
gewissen Restspiels 32 unter einen vorbestimmten Gefahrenwert erfassen
und einen Alarm oder dergleichen auslösen. Die Werkzeugmaschine kann
dann kontrolliert heruntergefahren werden.
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- 10
- Schwenkspanner
- 11
- Gehäuse
- 12
- Zylinderbohrung
- 13
- Buchse
- 14
- Zylinderraum
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Längsachse
- 17
- Außengewinde
- 18
- Spanneisen
- 19
- Mutter
- 20
- Zylinderbohrung
- 21
- Fuß
- 22
- Durchgangsbohrung
- 23
- Innengewinde
- 24
- Schwenkrohr
- 25
- Sackbohrung
- 26
- Kulissenkugel
- 27
- Klemmkolben
- 28
- Teller
- 29
- Keil
- 30
- Keilsegmente
- 31
- Tellerfederpaket
- 32
- Restspiel
- 33
- Druckraum
- 34
- Hilfskolben
- 35
- Sackbohrung
- 36
- Deckel
- 37
- Druckraum
- 38
- Druckraum
- 39
- Druckmittelleitung
- 40
- Druckmittelleitung
- 41
- Druckmittelleitung
- 42
- Raum
- 43
- Entlüftung
- 44
- Stopfen
- 45
- Bohrung
- 46
- Druckmittelleitung
- 47
- Druckmittelleitung
- 48
- Umschaltventil
- 49
- Steuerventil
- 50
- Rückschlagventil
- 51
- Steuerventil
- 52
- Bypass
- 53
- Ventil
- 54
- Steuerleitung
- 55
- Steuerleitung
- 56
- Bypass
- 57
- Ventil
- 58
- Steuerleitung
- 59
- Steuerblock
- 60
- Kupplung
- 61
- Kupplung
- 62
- Druckmittelleitung
- 63
- Druckmittelleitung
- 64
- Magnetventil
- 65
- Magnetventil
- 66
- Druckmittelleitung
- 67
- Druckmittelleitung
- 68
- Kupplung
- 69
- Kupplung
- 70
- Kupplung
- 71
- Druckmittelleitung
- 72
- Druckmittelleitung
- 73
- Druckmittelleitung
- 74
- Magnetventil
- 75
- Magnetventil
- 76
- Magnetventil
- 77
- Zwischenkolben
- A
- Druckmittelanschluß
- B
- Druckmittelanschluß
- C
- Druckmittelanschluß