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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb
für einen
Werkstück- bzw.
Werkzeugspanner einer drehend angetriebenen Werkzeugmaschine, insbesondere
einer Drehmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es
sollen aber auch andere Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen durch
die Erfindung erfasst sein, wie z.B. Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren,
Bohrmaschinen, Schleifmaschinen etc..
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Insbesondere
sollen mittels des hydraulischen oder pneumatischen Spannantriebs
zu bearbeitende Werkstücke
in einem Spannkopf eingespannt werden, aber auch Werkstückträger (z.B. transportable
Werkstückpaletten),
auf denen die Werkstücke auf
beliebige Art und Weise befestigt sind und auch Werkzeuge selbst
oder Werkzeugträger
(z.B. Revolver), zur Bearbeitung von Werkstücken.
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Der
Spannkopf ist bevorzugt als axial segmentierte Spannzange ausgebildet,
die mittels der axialen Bewegung des Spannantriebs radial verschwenkt
werden kann, um das Werkstück/Werkzeug
zu spannen oder zu lösen.
Auch herkömmliche Spannfutter
mit zwei, drei oder mehr Spannbacken kommen als Spannkopf in Frage.
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Hierbei
wird durch die Spindel des Spindelantriebs (Elektromotor) der Werkzeugmaschine
der hydraulische oder pneumatische Spannantrieb dann drehend angetrieben,
der seinerseits wieder drehend den Spannkopf und das darin aufgenommene
Werkstück/Werkzeug
antreibt.
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Eine
derartige 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.
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Es
ist eine weitere Gruppe von Antrieben für Werkzeugspanner bekannt,
die mit Federkraft spannen.
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Merkmal
der unterschiedlichen Gruppen der Spannzeuge ist, dass bei Wegfall
der Druckölzuführung der
Spanner nicht unbeabsichtigt öffnen
darf.
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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.
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Mit
der
EP 1 027 947 A2 ist
ein Spannantrieb für
eine Zugstange bekannt geworden, welcher Spannantrieb einen Spannzylinder
aufweist, in dem eine Zugstange aus einer gelösten Stellung in eine gespannte
Stellung axial zurückziehbar
geführt
ist. Die Zugstange ist mit einem Spannkolben starr verbunden. Eine
damit verbundene Verriegelungszange weist radial bewegliche Verriegelungselemente
auf, die in der gespannten Stellung hinter die Verriegelungskante
des Spannzylinders greifen. Ein mit einem Druckmittel beaufschlagter
Lösekolben
ist mit einem Verriegelungsschieber verbunden und sichert die Verriegelungselemente
formschlüssig
in der Spannstellung.
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Nachteil
der Spannantriebe des Standes der Technik ist, dass das Druckmedium
von hinten her (von der dem Werkstück/Werkzeug und dem Spanner
abgewandten Seite) über
eine ständig
gekoppelte Drehdurchführung
axial zugeführt
wird, so dass es bei typischen Umdrehungszahlen von 20.000 bis 25.000
U/min zu Dichtproblemen kommt, mit entsprechend erhöhtem Wartungsaufwand
und damit verbundenen Stillstandszeiten und damit erhöhten Betriebskosten
und Ausfallkosten. Zudem ist durch die axiale Drehdurchführung der
konstruktive Aufwand des Spannantriebes und damit der Werkzeugmaschine
erhöht,
zumal auch lange Kanäle
zur Zuführung
des Druckmediums und/oder eine relativ lange Zugstange als Kopplung
zwischen dem Spannelement und dessen Antrieb benötigt werden.
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Weiterer
Nachteil des Standes der Technik ist, dass die Drehdurchführung für das Druckmedium ständig gekoppelt
ist und daher immer mit gedreht wird, so dass unnötig hohe
Massen mitgedreht werden müssen,
was zu einem erhöhten
Energiebedarf während
des Betriebes führt.
Außerdem
kann hierdurch nicht schnell genug auf Arbeitsdrehzahl hochbeschleunigt
werden oder zum Werkstückwechsel herabgebremst
werden, was zu einer geringeren Produktivität führt.
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Durch
die axiale Zuführung
des Druckmediums ist zudem die Baulänge des Spannantriebes und damit
der Werkzeugmaschine erhöht,
so dass ein kompakte Bauweise nicht erreicht werden kann.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen
oder pneumatischen Antrieb für
einen Werkzeugspanner der eingangs genannten Art so weiter zu bilden,
dass er wesentlich kostengünstiger
in Herstellung, Betrieb und Wartung ist, kompakter gebaut ist und
eine wesentlich verbesserte Abdichtung der Zufuhr des Druckmediums
gegeben ist.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass als Mittel zum Zu- und ggf. Abführen des Druckmediums in/aus
dem Antrieb mindestens ein Kopplungsmittel vorgesehen ist, welches
von den drehend angetriebenen Teilen der Werkzeugmaschine zu- und
wegstellbar ausgebildet ist, und welches mit den drehend angetriebenen
Teilen der Werkzeugmaschine bei der Bearbeitung eines Werkstücks nicht
mitdreht, und welches mit mindestens einem zugeordneten Gegenstück am Spannantrieb
und/oder am Spindelantrieb zusammenarbeitet.
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Vorteil
hierbei ist, dass dadurch keine Drehdurchführung mehr notwendig ist, die
bei hohen Drehzahlen (z.B. 20.000 U/min) immer noch eine genügende Dichtheit
des unter hohem Druck stehendenden Druckmediums gewährleisten
muss, sondern die Kopplungsmittel zum Zu- und Abführen des Druckmediums
nach der Erfindung müssen
lediglich für
eine Dichtheit während
des Stillstands der Werkzeugmaschine und damit des Werkzeugspanners sorgen.
Die Anforderungen an die Qualität
der Dichtung ist dadurch wesentlich geringer als beim Stand der
Technik, da bei der Erfindung keine bewegte Dichtung vorliegt.
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Die
Drehdurchführung
des Standes der Technik wird ständig
belastet, also während
des Spannens und des Lösens
des Werkstücks
mittels des Werkzeugspanners, ebenso wie während des Betriebs der Werkzeugmaschine
zum Bearbeiten des Werkstücks.
Bei den zu- und wegstellbaren Kopplungsmitteln zum Zu- und Abführen des
Druckmediums nach der Erfindung ist aber eine Belastung der Dichtung
der Schnittstelle zwischen Kopplungsmittel und drehend bewegbaren
Teilen der Werkzeugmaschine während
des Umspannens von Werkstücken zwar
vorhanden, nicht aber während
des Bearbeitungsvorgangs von Werkstücken auf der Werkzeugmaschine.
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Die
Erfindung sieht also eine wesentlich verbesserte Dichtungsmöglichkeit
der Druckmedienführung
bei einem Werkzeugspanner einer Werkzeugmaschine vor.
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Weiterer
Vorteil sind die geringeren bewegten Massen im Gegensatz zur vorliegenden
Erfindung, da die abgekoppelten Kopplungsmittel zum Zu- und Abführen des
Druckmediums während
der Bearbeitung nicht mitrotieren mit den bewegten Teilen der Werkzeugmaschine,
so dass hierdurch wesentliche Antriebsenergie eingespart wird.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung erfolgt die Zustell- und Wegstellbewegung der Kopplungsmittel
zum Zu- und Abführen
des Druckmediums zum Spannantrieb im Wesentlichen in radialer Richtung
zur Längsachse
der Werkzeugmaschine. Dadurch kann das Kopplungsmittel im vorderen Bereich
der Werkzeugmaschine unmittelbar am Spannantrieb angeordnet sein,
wodurch lange Bohrungen oder Leitungen für das Druckmedium entfallen
können.
Somit wird die Konstruktion vereinfacht und Herstellungskosten eingespart,
aber auch Betriebskosten durch geringeren Druckabfall in kürzeren Kanälen für das Druckmedium.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass die Zustell- und
Wegstellbewegung der Kopplungsmittel zum Zu- und Abführen des
Druckmediums zum Spannantrieb im Wesentlichen in axialer Richtung
zur Längsachse
der Werkzeugmaschine erfolgt. Dadurch muss zwar das Kopplungsmittel
im hinteren Bereich der Werkzeugmaschine angeordnet sein, also nicht
unmittelbar am Spannantrieb, wodurch längere Bohrungen oder Leitungen
für das
Druckmedium vorgesehen sein müssen,
jedoch wird durch das zuvor erwähnte
Kopplungsmittel immer noch der Vorteil der optimalen Dichtfunktion
erzielt, da die Kopplungsmittel zum Bearbeiten eines Werkstückes von
den drehenden Teilen der Werkzeugmaschine abgehoben werden und somit
nicht mitdrehen müssen.
Auch werden wieder nur geringere Massen drehend bewegt und dadurch kann
Energie und damit Kosten während
des Betriebes eingespart werden. Der Vorteil der kompakteren Außenmaße wie bei
der radialen Kopplung der Kopplungsmittel ist hier nicht mehr gegeben,
ebenso wie der geringere Herstellungs- und Betriebsaufwand wegen
kürzerer
Kanäle
für das
Druckmedium. Dennoch bleiben die wesentlichen Vorteile der besseren Abdichtung
und der Kosteneinsparung wegen geringerer zu drehender Massen.
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Für beide
Ausführungsformen,
der radial und der axial zu- und wegstellbaren Kopplungsmittel gelten
die folgenden Merkmale:
Sowohl das Kopplungsmittel, als auch
das Gegenstück
zum Kopplungsmittel kann lediglich einmal vorhanden sein und an
einer Stelle des Außenumfangs am
Spannantrieb (radiale Kopplung) bzw. der Stirnseite des Spindelmotors
(axiale Kopplung) vorgesehen sein, wodurch dann bei erfolgter Kopplung
das Zu- und Abführen
des Druckmediums während
des Spannens und des Lösens
des Spannantriebs bewerkstelligt wird.
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Bevorzugt
wird aber ein Anordnen von einem Kopplungsmittel, das mit zwei Gegenstücken am Spannantrieb
zusammenarbeitet, wobei durch das eine Gegenstück bei Kopplung mit dem Kopplungsmittel
das Zu- und Abführen
des Druckmediums während
des Spannens des Spannantriebs bewerkstelligt wird und das Zu- und
Abführen
des Druckmediums während
des Lösens
des Spannantriebs durch das andere Gegenstück bewerkstelligt wird.
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Bevorzugt
sind dabei die beiden Gegenstücke
am Spannantrieb gleichmäßig verteilt
am Umfang (radiale Kopplung) des Spannantriebs bzw. an der hinteren
Stirnseite des Spindelmotors (axiale Kopplung) angeordnet, so dass
sie zwischen sich einen Winkel von 180° einschließen.
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Das
Vorsehen von zwei um 180° zueinander versetzten
Gegenstücke
ist aber nicht lösungsnotwendig,
da ja auch nur ein Gegenstück
vorgesehen sein kann, aber auch mehrere, oder zwei Gegenstücke, die
einen anderen Winkel als 180° zwischen
sich einschließen,
also mehr oder weniger als 180°,
also z.B. 90°.
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Auch
können
selbstverständlich
mehrere Kopplungsmitel für
ein oder mehrere Gegenstücke vorhanden
sein. Die Anzahl und Anordnung der Kopplungsmittel und der Gegenstücke ist
also nahezu beliebig und hängt
im Wesentlichen von der Zugänglichkeit
in der Werkzeugmaschine ab, aber auch von der vorgegebenen Geschwindigkeit
zum Wechseln des Werkstücks/Werkzeugs.
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Die
Zu- und Wegstellbewegung der Kopplungsmittel kann dabei rein linear
erfolgen, aber auch als Schwenkbewegung um einen Drehpunkt erfolgen,
beträgt
aber in der Regel nur wenige Millimeter und benötigt daher keinen großen Zeitaufwand,
jedoch eine große
Anpresskraft, um genügend
abzudichten.
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Die
Kopplungsmittel, als auch die Gegenstücke am Spannantrieb sind bevorzugt
gleichartig oder gar identisch ausgebildet, so dass hierdurch die
Herstellung kostengünstiger
wird. Insbesondere sind hierbei federbeaufschlagte Kegelventile
vorgesehen, die beim Zusammenkoppeln der Kopplungsmittel mit dem
Gegenstück
am Spannantrieb nach der Abdichtung zur Umgebung automatisch öffnen und
ein Ein- und Ausströmen
des Druckmediums ermöglicht
wird.
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Die
Positionierung der Spindel in die Kopplungslage kann über verschiedenartige
an sich bekannte Mittel erfolgen. Hierbei sind Lichtschranken, kapazitive
und induktive Näherungsgeber,
inkrementale und digitale Winkelgeber, potentiometrische Winkelmessungen
möglich,
aber auch das Vorsehen eines Schrittmotors als Antrieb für die Spindel,
mit der auch der Spannantrieb und der Spanner selbst gedreht werden.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Erfindung hat hierbei folgende grundsätzliche Merkmale:
Der Öl- bzw.
Luftdruck liegt nur kurzzeitig bei der Betätigung der Antriebsvorrichtung
an. Die Spannkraft wird im Betrieb also drucklos gehalten. Der Mechanismus
kann nur durch den Lösedruck
geöffnet
werden. Es ist eine kraft- und/oder formschlüssige, selbsthemmende Verriegelung
in der Spannstellung gewährleistet.
Eine zunehmende Drehzahl bei dem rotierenden Einsatz bewirkt ein
Zunehmen der Zentripetalkraft. Folglich erfolgt damit eine Zunahme
der Spannkraft und ein Nachsetzen der Verriegelung, was durch die
axiale Spannfeder unterstützt
wird.
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Es
ergeben sich damit im übrigen
sehr kleine Einbaumaße.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, die
mehrere Ausführungswege
darstellen. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1: Prinzipskizze der Anordnung
der Kopplungsmittel für
das Zu- und Abführen
des Druckmediums nach der Erfindung;
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2: Schnitt durch einen hydromechanischen
Antrieb mit axialen Kopplungsmitteln nach einer ersten Ausführung der
Erfindung in zwei Halbschnitten, wobei
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2a: die Spannvorrichtung
in gelöster Stellung
und
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2b: die Spannvorrichtung
in gespannter Stellung zeigen.
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3: Schnitt durch einen hydromechanischen
Antrieb mit axialen Kopplungsmitteln nach einer zweiten Ausführung der
Erfindung in zwei Halbschnitten, wobei
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3a: die Spannvorrichtung
in gelöster Stellung
und
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3b: die Spannvorrichtung
in gespannter Stellung zeigen
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4: Schnitt durch einen hydromechanischen
Antrieb mit radialen Kopplungsmitteln nach einer dritten Ausführung der
Erfindung in zwei Halbschnitten, wobei
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4a: die Spannvorrichtung
in gelöster Stellung
und
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4b: die Spannvorrichtung
in gespannter Stellung zeigen
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5: Stirnansicht der Spannvorrichtung nach 4
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6: Schnitt durch einen hydromechanischen
Antrieb nach 4 mit dargestellter
Kopplungsvorrichtung in zwei Halbschnitten, wobei
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6a: die Spannvorrichtung
in gelöster Stellung
und nicht gekoppelter Kopplungsvorrichtung zeigt und
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6b: die Spannvorrichtung
in gespannter Stellung und gekoppelter Kopplungsvorrichtung zeigt
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7: Stirnansicht der Spannvorrichtung nach 6.
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In
allen 1-7 sind nahezu alle Bauteile rotationssymmetrisch
um die Längsachse
der Spindel der Werkzeugmaschine ausgebildet, soweit nicht anderweitig
angegeben oder dargestellt, so dass es sich um zylinder- scheiben-
oder rohrförmige
Elemente handelt.
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In 1 ist eine Prinzipskizze
der Erfindung dargestellt, mit der Längsachse 100 der Spindel 101 der
Werkzeugmaschine. Die Spindel 101 ist in dem Antrieb 102 aufgenommen
und kann in den Drehrichtungen 103 durch den Elektromotor
des Antriebs 102 gedreht werden. Mit der Spindel 101 dreht
sich auch der an den Spindelantrieb 102 lösbar (separates
Teil) oder unlösbar
(integraler Teil der Werkzeugmaschine) angebrachte anschließende Spannantrieb 104 mit,
der bei Betätigung
durch Druckmedium sich teilweise in den axialen Richtungen 105 verschiebt
und dadurch den daran anschließenden
Spannkopf 106 in den radialen Richtungen 107 verschiebt,
so dass das Werkstück
oder Werkzeug 108 darin fest eingespannt wird.
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Wichtig
ist nun die Anordnung der Kopplungsmittel 109 und 110 für das Druckmedium,
wobei bevorzugt nur das radiale Kopplungsmittel 109 vorgesehen
ist, welches über
ein entsprechendes Gegenstück 111 im
Spannantrieb 104 dichtend koppelbar ist, so dass das Druckmedium
strömen
kann. Die Kopplung oder Entkopplung des Kopplungsmittels 109 erfolgt
durch eine im Wesentlichen lineare Zustell- bzw. Wegstellbewegung
in den Pfeilrichtungen 113, so dass das Kopplungsmittel 109 nicht
mitrotiert, wenn die Spindel 101 durch den Antrieb 102 in
Drehrichtung 103 angetrieben wird.
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Statt
des radialen Kopplungsmittels 109 kann auch das axiale
Kopplungsmittel 110 vorgesehen sein, das die gleiche Funktionen
erfüllt
und mit dem Gegenstück 112 im
Spindelgehäuse
des Spindelantriebs 102 zusammen wirkt bei Verstellung
in axialen Pfeilrichtungen 114.
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Auch
können
sowohl axiale 110 als auch radiale Kopplungsmittel 109 vorhanden
sein, falls gewünscht,
so dass dann beispielsweise die radialen Kopplungsmittel 109 für das Spannen
zuständig
sind und die axialen Kopplungsmittel 110 für das Lösen des
Spannantriebes 104 und damit des Spannkopfes 106 für das Werkzeug
bzw. des Werkstückes 108.
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Wesentlich
für die
Erfindung ist also, dass axiale 110 und/oder radiale Kopplungsmittel 109 vorhanden
sind und diese radial zum Spannantrieb 104 bzw. axial zur
der Stirnseite des Spindelgehäuses bzw.
des Werkzeugmaschinen-Antriebs 102 in den Pfeilrichtungen 113 bzw. 114 zustellbar
(linear verfahrbar oder um einen Drehpunkt verschwenkbar) sind,
um dort an das vorhandene Gegenstück 111 bzw. 112 anzukoppeln
und damit eine zur Umgebung abgedichtete Verbindung für den Durchtritt
des Druckmediums zu schaffen, wodurch der Spannantrieb 104 und
damit der Spannkopf 106 und das darin aufgenommenen Werkzeug/Werkstück 108 gespannt
oder gelöst
wird.
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Nach
erfolgtem Wechsel des Werkzeugs/Werkstücks 108 wird dann
das axiale 110 und/oder radiale Kopplungsmittel 109 wieder
von dem jeweiligen Gegenstück 112 bzw. 111 in
den Pfeilrichtungen 114 bzw. 113 weggestellt und
damit abgekoppelt, so dass das Kopplungsmittel 109/110 nicht mit
der Spindel 101, dem Spannantrieb 104, dem Spannkopf 106 und
dem Werkstück/Werkzeug 108 in den
Pfeilrichtungen 103 mitrotiert. Im abgekoppelten Zustand
werden sowohl die kurzen Druckleitungen 115 -kammern des
Spannantriebs 104 bzw. die längeren Druckleitungen 116 und – kammern
des Spindelantriebs 102 durch das jeweilige Gegenstück 111 bzw. 112 abgedichtet,
als auch das (nicht dargestellte) externe Reservoir des Druckmediums
durch das abkoppelbare Kopplungsmittel 109/110.
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In 2 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. Diese Offenbarungen sollen vollinhaltlich von der Offenbarung
der vorliegenden Erfindung umfasst sein, soweit es auf die Beschreibung
des Erfindungsgegenstandes ankommt.
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Der
rechte Teil der in 2 dargestellten Spannvorrichtung
wird durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 gebildet.
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Die
beiden Teile sind bei Position 11 aneinandergefügt.
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Der
obere Halbschnitt in 2 (2b) ist jeweils durch "b"-Positionen gekennzeichnet, während die
gleichen Teile in dem unteren Halbschnitt durch "a"- Positionen gekennzeichnet
sind. Die jeweils gleichen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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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.
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Die
Spannung erfolgt über
die am vorderen Ende der jeweiligen Spannzange angeordneten Klauen 7,
die in entsprechende Aufnahmen 8 am zu spannenden Werkzeug 6 eingreifen.
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Ein
Spannkegel 4, der axial verschiebbar ist, bewegt die entsprechenden
Spannzangen 2 in ihre Öffnungs-
oder Spannstellung.
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Ein
Vorsatzflansch 5 bildet die Aufnahme für das Werkzeug 6.
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Die
Klaue 7 der jeweiligen Spannzange 2 hängt sich
dann an der Schulter 9 des zu spannenden Werkzeuges 6 an.
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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.
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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.
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Der
hydromechanische Antrieb nach 2 besteht
aus zwei ortsfesten und axial aneinander gefügten Teilen. Das unmittelbar
an Position 11 sich anschliessende Teil ist eine Zylinderbüchse 35.
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Unmittelbar
axial an die eine Stirnseite dieser Zylinderbüchse 35 schließt sich
die Außenbüchse 33 an,
in welcher die Verriegelungseinrichtung 39 angeordnet ist.
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Die
beiden Teile 33, 35 sind beispielsweise in der
zentralen Aufnahme eines Grundkörpers 40 angeordnet
und werden mechanisch fest miteinander durch einen stirnseitig angelegten
Abschlussdeckel 41 verbunden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 2 sind die beiden
Teile 33, 35 ebenfalls mechanisch aneinander gelegt,
wobei die beiden Teile 33, 35 mechanisch über den
Grundkörpers 40 über O-Ringe
zusammengespannt sind, welche die Abdichtung gegen Eindringen von
Hydrauliköl
im Bereich der Innenwandung des Grundkörpers 40 erbringen.
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Im
Innenbereich der Zylinderbüchse 35 ist ein
Hydraulikkolben 14 unter Einwirkung eines Hydrauliköls axial
verschiebbar angeordnet.
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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.
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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.
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Die
andere Zylinderkammer 15 steht über eine Zulauföffnung 19 mit
Drucköl
in Verbindung.
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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.
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In
der entspannten Stellung gemäss
dem Halbschnitt 2a 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.
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Der
Hydraulikkolben ist aus einer Kolbenscheibe 30 gebildet,
an welcher mit verringertem Durchmesser ein Kolbenansatz 21 ansetzt.
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Im
Bereich des Kolbenansatzes 21 sind zwei einander gegenüber liegende
Fenster 31 ausgespart.
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Durch
diese Fenster 31 greifen mit radialem Bewegungsspiel 32 Verriegelungselemente 22 hindurch.
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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.
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Diese
Verriegelungselemente 22 wirken mit einem Verriegelungskörper 23 zusammen,
der im Wesentlichen als Büchse
ausgebildet ist.
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Diese
Büchse
hat eine Innenaufnahme für den
Eingriff einer Druckfeder 29, die sich mit ihrem anderen
Ende an dem Abschlussdeckel 41 abstützt.
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Damit
wird der Verriegelungskörper 23 stets unter
Federlast in seiner linken verschobenen Stellung gehalten.
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Beim
Einfüllen
von Drucköl
in die Zulauföffnung 19 wird
also der Hydraulikkolben 14 gemäss dem unteren Halbschnitt 2a nach rechts verschoben
in die Stellung nach 2b.
Damit nimmt der Hydraulikkolben 14 aufgrund seiner Anlage
an dem Ansatz 42 der Zugstange 12 diese Zugstange nach
rechts mit. Gleichzeitig wird auch der Kolbenansatz 21 nach
rechts verschoben, weil dieser fest mit der Kolbenscheibe 30 des
Hydraulikkolbens 14 verbunden ist.
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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
und nehmen diesen ebenfalls entgegen der Kraft der Druckfeder 29 nach rechts
mit.
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Der
Verriegelungskörper 23 wird
soweit nach rechts verschoben, bis die Verriegelungselemente 22 in
den Bereich einer ortsfesten Schulter 34 an der Außenbüchse 33 gelangen.
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Damit
können
sich die Verriegelungselemente 22 radial gerichtet nach
außen
verschieben und gelangen gemäss
dem Halbschnitt nach 2b in die
gewünschte
Sperrstellung.
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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
Verriegelungselementes 22 auf einer zugeordneten Auflaufschräge 24b des
Verriegelungskörpers 23 aufliegt.
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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.
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Die
eigentliche Formschlussverriegelung erfolgt also zwischen der Anschlagfläche 25 des
Verriegelungselementes 22 und der ortsfesten Schulter 34 der
Außenbüchse 33.
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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.
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Es
wurden der Einfachheit halber die in der Zeichnung 2a dargestellten Dichtungsringe und deren
Funktion nicht näher
beschrieben. Es ist jedoch für
den Fachmann klar, dass diese Dichtungsringe der Abdichtung gegen
Hydrauliköl
dienen.
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So
trägt z.B.
der Verriegelungskörper 23 einen
Einstich 27, um dort einen entsprechenden Dichtungsring
aufzunehmen.
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Die
Schultern 34 bilden etwa einen Winkel von 45° zur Längsachse
und erstrecken sich im Wesentlichen über den gesamten Umfang der
Außenbüchse 33.
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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.
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Die
gesamte Antriebsvorrichtung 10 ist in einem Grundkörper 40 eingebaut
ist, in dem auch die entsprechenden Zuführkanäle 37 und 38 für das Hydrauliköl dargestellt
sind.
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Nachfolgend
wird nun der Übergang
von der Spannstellung in die Lösestellung
dargestellt. Hierzu wird auf die 2b Bezug
genommen.
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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.
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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.
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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.
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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 2a.
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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.
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Selbstverständlich ist
die Beaufschlagung mit Federkraft nicht an eine Druckfeder 29 gebunden. Es
können
auch andere Kraftspeicher verwendet werden, wie z.B. eine Tellerfeder,
eine Schenkelfeder oder sämtliche
anderen bekannten Kraftspeicher, insbesondere auch elastomere Kraftspeicher.
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Das
Lösen der
Verriegelungsstellung gemäss
dem Halbschnitt nach 2b führt zu einer Verschiebung
der Zugstange 12 nach links und damit zum Ausstossen des
Werkzeuges.
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Es
ist nicht notwendig, dass die Antriebsvorrichtung 10 unmittelbar
und fest mit der Spannvorrichtung 1 verbunden ist.
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Die
Verbindung besteht lediglich aus einer Verlängerungsstange 36,
die mit der Zugstange 12 der Antriebsvorrichtung 10 verbunden
ist.
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Die
genannten Teile 1, 10 können auf in relativ großem räumlichen
Abstand voneinander angeordnet werden.
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Rechts
in 2 sind die axial
nach außen führenden
Gegenstücke 112 für die (nicht
dargestellten) axialen Kopplungsmittel 110 gezeigt. Die
Gegenstücke 112 sind
hierbei in dem Grundkörper 40 integriert.
Dies kommt aber nur in Frage, falls auch die hintere Stirnseite
des Antriebs 10 zugänglich
ist, ansonsten müssen
die Gegenstücke 112 an
die hintere Stirnseite des Spindelantriebes 102 verlegt
werden.
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3 zeigt eine andere Ausführung eines Spannantriebs 43 innerhalb
des Gehäusekörpers 60 und
der zugehörigen
Spannvorrichtung 44.
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Die
Spannvorrichtung 44 mit Spannzangenkegel 45 entspricht
in etwa dem Spannax®-System des Anmelders
und die Zugrohrstange 46 des Antriebs 43 ist als
Hohlwelle ausgebildet und dafür
geeignet, auch längeres
Stangenmaterial aufzunehmen zur Bearbeitung.
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Die
fiktive Achse 47 stellt die Trennlinie zwischen dem Spannantrieb 43 und
der Spannvorrichtung 44 dar, wobei der Flansch 49,
welcher die Spannzangenkegel 45 aufnimmt, an dem Gehäusekörper 60 über Verbindungselemente 50 lösbar verbunden
ist. Als Drehsicherung der Spannzangenkegel 45 in der kegelförmigen Ausnehmung 52 des Flansches 49 dient
ein radialer Einschraubzapfen 51.
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Innerhalb
der in der radialen Weite veränderbaren
Ausnehmung 53 ist das Werkstück/Werkzeug (nicht dargestellt)
aufgenommen.
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In
die Ausnehmung 54 im Gehäusekörper 60 ist vom vorderen
freien Ende her vor der Befestigung des Flansches 49 der
vollständige
Spannantrieb 43 eingeführt,
der eine hohl ausgebildete Zugstange 46 enthält, die
mit ihrem vorderen Ende über
eine Hakenverbindung 48 mit dem Spannkegel 45 verbunden
ist. Somit wird bei axialem Zug auf die Zugstange 46 nach
rechts in 3, auch der
Spannkegel 45 nach rechts mitbewegt und in die kegelförmige Ausnehmung 52 gezogen,
so dass die Finger des Spannkegel 45 sich radial nach innen
schließen
und das Werkstück/Werkzeug
spannen.
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Auf
dem Zugstangenrohr 46 ist im Bereich der Haken 48 radial
außen
eine Stufenhülse 55 über das
Gewinde 56 aufgeschraubt, so dass Zugstangenrohr 46 und
Stufenhülse 55 eine
Einheit bilden und gemeinsam verschiebbar innerhalb der Ausnehmung 54 des
Gehäusekörpers 60 sind.
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Zwischen
dem kleineren Außendurchmesser des
Zugstangenrohrs 46 und dem größeren Innendurchmesser der
Stufenhülse 55 ist
der Keilbereich 57 des Verriegelungskörpers 58 eingebettet,
wobei sich zwischen der Innenausnehmung des Verriegelungskörpers 58 und
einem Stufenanschlag des Zugstangenrohr 46 eine Feder 59 abstützt, und
die beiden Teile 46, 58 axial auseinander zieht.
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In
den radialen Ausnehmungen 61 der Stufenhülse 55 sind
Verriegelungselemente 62 (ähnlich der Pos. 22 in 2) radial verschieblich
gelagert.
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Sämtliche
beweglichen Teile sind zueinander über Dichtungsringe (schwarz
dargestellt) abgedichtet.
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Die 3a stellt die Situation
des entspannten, gelösten
Spannantriebs 43 dar, wohingegen die 3b die Situation des gespannten Spannantriebs 43 darstellt.
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Um
nun von der entspannten Situation der 3a in
die gespannte Situation der 3b zu kommen
sind folgende Schritte nötig:
Durch Anlegen des Druckmediums über
die Zuführleitung 63 in
die Kammer 64, und über
die Bohrung 65 in die Kammer 66, verschiebt sich
unter Mitwirkung der Kraft der Feder 59 sowohl die Zughülse 46,
als auch die Stufenhülse 55 und
der Verriegelungskörper 58 nach
rechts in 3, solange
bis die Verriegelungselemente 62 radial in den Ausnehmungen 61 nach
außen
gewandert sind und sich zwischen den Keilflächen 67 des Keilbereichs 57 des
Verriegelungskörpers 58 und den
Keilflächen 68 des
Gehäusekörpers 60 selbsthemmend
verkeilen. Jetzt kann das Druckmedium abgesetzt werden und der Spannantrieb 43 bleibt
auf Grund der Selbsthemmung so lange gespannt, bis eine Entspannung
durch das Druckmedium selbst erfolgt.
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Dies
geschieht in dem von der gespannten Situation der 3b in die entspannte Situation der 3a zu kommen übergegangen
wird, durch folgende Schritte: Durch Anlegen des Druckmediums über die
Zuführleitung 69 in
die Kammer 70, verschiebt sich die Zughülse 46 entgegen der
Kraft der Feder 59, und mit der Zughülse 46 auf Grund der
Reibungskraft der Keilflächen 67 des
Keilbereichs 57 der Verriegelungskörper 58 und die Stufenhülse 55 und nach
links in 3, solange
bis die Verriegelungselemente 62 radial in den Ausnehmungen 61 nach
innen gewandert sind und sich die vordere Stirnfläche 71 an
einer radialen Anlagefläche 72 der
Zughülse 46 anlegt.
Jetzt kann das Druckmedium abgesetzt werden und der Spannantrieb 43 bleibt
so lange entgespannt, bis eine Spannung durch das Druckmedium selbst
wieder erfolgt.
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Die
Beaufschlagung mit Druckmedium erfolgt über die angedockten axialen
Kopplungsmittel 110, und die damit zusammen wirkenden Gegenstücke 112 (rechts
in 3), welche Gegenstücke 112 im
Spindelantrieb 102 oder im Gehäusekörper 60 des Spannantriebs 43 eingelassen
sein können.
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In
den 4-7 sind prinzipiell die gleichen Bauteile
wie in 3 dargestellt,
jedoch mit dem Unterschied, dass die Beaufschlagung mit Druckmedium
radial erfolgt über
die radialen Gegenstücke 111 und
radialen Kopplungsmittel 109.
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4 und 5 stellen den Antrieb 1 ohne Kopplungsmittel 109 dar,
wohingegen die 6 und 7 den Antrieb 1 mit
Kopplungsmittel 109 darstellen.
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Die 5 und 7 sind dabei die Stirnansichten der 4 bzw. 6.
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6 zeigt das Kopplungsmittel 109 in
fluchtender Gegenüberstellung
mit dem Gegenstück 111, wobei
jedoch noch keine Kopplung erfolgt ist und somit noch ein sehr geringer
Spalt 73 zwischen den Teilen 109 und 111 liegt.
-
In 7 ist die Kopplung dann
erfolgt, so dass kein Spalt mehr zwischen den Teilen 109 und 111 liegt.
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Die
Anpresskraft des Kopplungsmittels 109 auf das Gegenstück 111 wird
dabei über
die Tellerfedern 74 erzeugt, welche Anpresskraft so dimensioniert
sein muss, dass die Dichtung 75 am Kopplungsmittel 109 das
ungehinderte Strömen
des Druckmediums durch die Ventilanordnung 76 in Strömungsrichtung 77 zulässt, ohne
dass Medium ins Freie austritt.
-
Beim
Eintritt des Druckmediums in die jeweilige Kammern 64/66 oder 70 des
Spannantriebs 43 muss natürlich dafür gesorgt werden, dass das
noch vorhandene überschüssige Medium
(Öl, Luft)
in der jeweiligen anderen Kammer 70 oder 64/66 ausgestoßen werden
kann. Dieses überschüssige Medium kann
ins Freie, in einen Auffangbehälter
oder in das oder ein anderes angedocktes Kopplungsmittel fließen und
somit ggf. recycelt werden.
-
- 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
- 43
- Hakenverbindung
- 44
- Verschraubung
von 12 mit 14
- 45
- Spannzangenkegel
- 46
- Zugrohrstange
- 47
- fiktive
Achse
- 48
- Hakenverbindung
- 49
- Flansch
- 50
- Verbindungselemente
- 51
- Einschraubzapfen
- 52
- kegelförmige Ausnehmung
- 53
- zylindrische
Ausnehmung
- 54
- zentrale
Ausnehmung
- 55
- Stufenhülse
- 56
- Gewinde
- 57
- Keilbereich
- 58
- Verriegelungskörper
- 59
- Feder
- 60
- Gehäusekörper
- 61
- Radiale
Ausnehmungen
- 62
- Verriegelungselemente
- 63
- Zuführleitung
- 64
- Kammer
(Spannen)
- 65
- Bohrung
(Spannen)
- 66
- Kammer
(Spannen)
- 67
- Keilflächen von 57
- 68
- Keilflächen von 60
- 69
- Zuführleitung
- 70
- Kammer
(Entspannen/Lösen)
- 71
- Stirnfläche
- 72
- radiale
Anlagefläche
- 73
- Spalt
zwischen 109 und 111 oder 110 und 112
- 74
- Tellerfeder
- 75
- Dichtung
- 76
- Ventilanordnung
- 77
- Strömungsrichtung
- 100
- Längsachse
der Spindel der Werkzeugmaschine
- 101
- Spindel
der Werkzeugmaschine
- 102
- Spindelantrieb
(drehend)
- 103
- Drehrichtungen
- 104
- Spannantrieb
- 105
- axiale
Klemm-/Löserichtungen
- 106
- Spannkopf
- 107
- radiale
Klemm-/Löserichtungen
- 108
- Werkstück oder
Werkzeug
- 109
- radiale
Kopplungsmittel
- 110
- axiale
Kopplungsmittel
- 111
- Gegenstück für 109 in 104
- 112
- Gegenstück für 110 in 102
- 113
- radiale
(lineare) Zustell- bzw. Wegstellbewegungen von 109
- 114
- axiale
(lineare) Zustell- bzw. Wegstellbewegungen von 110
- 115
- kurze
Druckleitungen in 104
- 116
- längere Druckleitungen
in 102