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Hydraulische Zylinderanordnung Die Erfindung betrifRt eine hydraulische
Zylinderanordnung mit einem gegenüber einem undrehbaren Teil umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder,
insbesondere zur Betätigung eines Spannfutters einer Werkzeugmaschine, mit einer
drehbaren hydraulischen Verbindung zwischen dem undrehbaren Teil und dem umlauf
enden Drucköl-Hohlzylinder, die in dem undrehbaren Teil und/oder in dem Drucköl-Hohlzylinder
als Ringnuten ausgebildete Verbindungskanäle mit angrenzenden Dichtflächen aufweist.
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Bei derartigen hydraulischen Zylinderanordnungen sind in dem umlaufenden
Drucköl-Hohlzylinder hydraulische Betätigungseinrichtungen für ein mechanisch wirkendes
Aggregat,
beispielsweise das Spannfutter einer Werkzeugmaschine,
vorgesehen. Dementsprechend besteht das Problem, unter Druck stehendes hydraulisches
Medium von dem undrehbaren Teil in den umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder zu füh,
-ren, wozu eine drehbare hydraulische Verbindung erforderlich ist. Eine weitere
drehbare hydraulische Verbindung ist erforderlich zur Herstellung der Rücklaufverbindung
zwischen dem umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder und einem unter Atmosphärendruck stehenden
Behälter.
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Es ist bekannt, zur Realisierung der drehbaren hydraulischen Verbindung
entweder in dem undrehbaren Teil und/oder in dem Drucköl-Hohlzylinder Verbindungskanäle
vorzusehen, die als Ringnuten ausgebildet sind, und an die sich Dichtflächen anschließen.
Als Dichtungen sind Spaltdichtungen und Labyrinthdichtungen bekannt. Die bekannten
drehbaren hydraulischen Verbindungen, bei denen die Dichtflächen auf dem Außenumfang
der gegeneinander bewegbaren Teile liegen, haben sich als problematisch erwiesen.
Ist das Spiel zu klein, besteht die Gefahr, daß ein Festfressen der angrenzenden
Dichtflächen des undrehbaren Teils und des Drucköl-Hohlzylinders auftritt. Macht
man das Spiel größer, besteht die Gefahr einer zu großen Leckage, was zu einem zu
niedrigen Spanndruck beispielsweise des Spannfutters und damit zu einem Lösen des
in dem Spannfutter festgehaltenen Teils führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische
Zylinderanordnung
der Eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die geschilderten Probleme der drehbaren
hydraulischen Verbindung nicht auftreten bzw. wesentlich geringer sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aneinander
angrenzenden Dichtflächen des undrehbaren Teils und des Drucköl-Hohlzylinders quer
zur Längsachse des Hohlzylinders angeordnet sind, und ein die Dichtflächen aufweisender
Bereich des undrehbaren Teils als in axialer Richtung bewegbarer Andrückring mit
mechanischen und hydraulischen Andrückeinrichtungen ausgebildet ist, wobei die mechanische
Andrückeinrichtung als Federdruckanordnung gestaltet ist, und die hydraulische Andrückeinrichtung
eine von einem Ringkanal mit dem hydraulischen Medium beaufschlagbare wirksame Kolbenfläche
aufweist, deren Abmessungen etwa der wirksamen Fläche eines Verbindungskanals entspricht.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die bekannten Probleme
der drehbaren hydraulischen Verbindung dann behoben werden können, wenn auf die
bekannten Dichtungen verzichtet wird, und die Dichtflächen als plane Flächen und
quer zur Längsachse des Hohlzylinders angeordnet sind, und die gegeneinander bewegbaren
Teile mit variabler Kraft gegeneinander gedrückt und damit abgedichtet werden können,
wobei die Andruckkraft im wesentlichen hydraulisch
erzeugt und als
hydraulisches Medium das Arbeitsmedium verwendet wird, und somit die Anpreßkraft
im wesentlichen abhängig ist von dem Arbeitsdruck des hydraulischen Mediums. Darüber
hinaus ist eine mechanische Andrückeinrichtung vorgesehen, die beispielsweise eine
Druckfeder- oder eine Tellerfeder-Anordnung aufweisen kann. Die mechanische Andrückeinrichtung
hat im wesentlichen die Aufgabe, eine metallische Berührung der gegeneinander bewegbaren
Teile bei Stillstand der Anordnung bzw. während des Anfahrvorganges zu bewirken.
Die Dimensionierung der Andrückeinrichtungen wird dabei so gewählt, daß die Summe
der von der mechanischen und der hydraulischen Andrückeinrichtung erzeugten Kräfte
größer ist, als die von dem zugeführten in dem entsprechenden Verbindungskanal unter
Arbeitsdruck befindli -chen hydraulischen Medium auf den Andrückring ausgeübte Kraft.
Daraus ergibt sich, daß die Kraft, mit der der undrehbare, aber in axialer Richtung
verschiebbare Andrückring gegen die Dichtfläche des Drucköl-Hohlzylinders gedrückt
wird, immer etwas größer, aber stets genau proportional der durch den Druck des
hydraulischen Mediums in dem Verbindungskanal auf den Andrückring wirkenden Kraft
ist. Auf diese Weise läßt sich eine dem Arbeitsdruck proportionale Andrückkraft
und damit eine konstante Dichtwirkung, unabhängig von einem höheren oder niedrigeren
Arbeitsdruck des hydraulischen Mediums erzielen. In dem Spalt zwischen den gegenüberliegenden
Dichtflächen wird eine hydrodynamische Schmierung erreicht, wobei sich aber
der
Spaltdruck soweit abbaut, daß eine sehr geringe Leckage auftritt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
in den in den umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder vorgesehenen Steuerkanälen für die
Zuleitung und Ableitung von hydraulischem Medium entsperrbare Rückschlagventile
vorgesehen sind. Die Maßnahme, die entsperrbaren Rückschlagventile nicht in dem
feststehenden Teil, sondern in dem umlaufenden Teil der Anordnung vorzusehen, bietet
den Vorteil, daß kein unerwünschtes Ansprechen der von der Hydraulikanordnung gesteuerten
Einrichtung, beispielsweise des Spannfutters, erfolgen kann, wenn die drehbare hydraulische
Verbindung aus irgendwelchen Gründen versagen, also festfressen oder lecken würde.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine hydraulische Zylinderanordnung mit einem gegenüber einem undrehbaren
Teil umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber
ein die Zylinderanordnung umschließendes Gehäuse nicht dargestellt ist, und
Fig.
2 eine schematische Darstellung der Zuordnung der einzelnen Elemente gemäß Fig.
1 in der gesamten Hydraulikanordnung.
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Ein undrehbares in einem Gehäuse (nicht dargestellt) angebrachtes
Teil 1 weist einen Andrückring 2 auf, der mittels Führungsstiften 3 gegen Verdrehung
gesichert, andererseits aber in Richtung der Längsachse 4 der Anordnung bewegbar
ist. Der Andrückring 2 ist an einer Stirnseite mit einer quer zur Längsachse 4 angeordneten,
planen Dichtfläche 5 versehen, in der als Ringnuten 6a und 7a ausgebildete Verbindungskanäle
vorgesehen sind. Die Ringnuten 6a und 7a sind über Verbindungskanäle 8 und 9 mit
Anschlüssen 10 und 11 verbunden. Die Anschlüsse 10 und i1 sind wechselweise für
die Zufuhr eines unter Druck stehenden hydraulischen Mediums bzw. eines unter Atmosphärendruck
stehenden Behälters (nicht dargestellt) vorgesehen.
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An dem undrehbaren Teil 1 ist mittels eines Wälzlagers 12 und einer
Ringmutter 13 ein Drucköl-Hohlzylinder 14 drehbar angebracht, in dem ein Hohlkolben
15 mit einer Kolbenfläche 15a angeordnet ist. Der Hohlkolben, der hydraulisch entsprechend
der zeichnerischen Darstellung nach rechts bis zu einer Stirnwand 16 des Drucköl-Hohlzylinders
14 bewegt werden kann, ist mit einem Anschluß gewinde 17 zum Anschluß eines Spannfutters,
beispielsweise einer Bohrmaschine oder Drehmaschine, versehen.
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Zur Zuleitung und Ableitung des hydraulischen Mediums sind in einer
der Dichtfläche 5 gegenüberliegenden Fläche 18 gegenüber den Ringnuten 6a und 7a
ebenfalls Ringnuten 6b und 7b angeordnet. Von der Ringnut 6b führt eine Verbindung
19 zu einem entsperrbaren Rückschlagventil 20. Von dort aus kann das hydraulische
Druckmedium die Kolbenfläche 15a beaufschlagen. Bei einer daraus resultierenden
Bewegung des über wenigstens einen Stift 21 gegen axiale Verdrehung gesicherten
Hohlkolbens 15 entsprechend der zeichnerischen Darstellung nach rechts, wird in
einer Kammer 22 befindliches Öl verdrängt, welches über einen Kanal 23 dann über
ein entsperrbares Rückschlagventil 20 fließen kann, wenn dieses Rückschlagventil
20 geöffnet ist. Ist dies der Fall, so wird das verdrängte Öl von dort aus über
einen Kanal 24 der Ringnut 7b und damit auch der gegenüberliegend in dem undrehbar
angeordneten Andrückring 2 vorgesehenen Ringnut 7a zugeführt. Von dort strömt das
Öl dann über den Anschluß 11 in den unter Atmosphärendruck stehenden Behälter (nicht
dargestellt).
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Die zwischen dem undrehbaren Teil und dem umlaufenden Drucköl-Hohlzylinder
14 erforderliche Dichtung wird durch die gegeneinander anliegenden Dichtflächen
5 und 18 bewirkt. Der undrehbare, aber in Richtung der Längsachse 4 bewegbare Andrückring
2 ist mittels einer Federdruckanordnung 25 gegen den undrehbaren Teil 1 abgestützt.
Dadurch wird eine mechanische Berührung der Dichtflächen 5 und 18, unabhängig von
dem Druck des hydraulischen Mediums, bewirkt. Weiterhin ist der Andrückring 2 als
hydraulischer
Kolben gestaltet, wobei das hydraulische Medium über
einen Anschluß 26 und einen Stichkanal 27 einem Zylinderraum 28 zuführbar ist. Die
wirksame Kolbenfläche 29 des Andrückrings 2 entspricht in ihren Abmessungen etwa
der wirksamen Fläche 30 des Verbindungskanals 6a bzw. 6b. Dem Anschluß 26 wird hydraulisches
Medium ebenso wie dem Anschluß 10 von einer Druckquelle (nicht dargestellt) zugeführt.
Steigt der Druck in der Ringnut 6a bzw. 6b, so hat dies eine die Dichtflächen 5
und 18 auseinandertreibende Kraft zur Wirkung. Da in dem Zylinderraum 28 jedoch
der gleiche Druck wie in den Ringnuten 6a bzw. 6b herrscht, wird auf den Andrückring
2 bei steigendem Arbeitsdruck des hydraulischen Mediums eine der die Dichtflächen
5 und 18 auseinandertreibenden Kraft entgegengesetzt gerichtete Kraft ausgeübt,
deren Größe von den Abmessungen der Kolbenfläche 29 bestimmt wird. Die durch die
Gestaltung des Andrückrings 2 als hydraulischer Kolben realisierte hydraulische
Andrückeinrichtung sowie die mechanische Andrückeinrichtung 25 sind insgesamt gesehen
in ihren Dimensionierungen so gewählt, daß die Summe der von der mechanischen und
der hydraulischen Andrückeinrichtungen erzeugten Kräfte größer ist, als die von
dem mit dem hydraulischen Medium unter Arbeitsdruck beaufschlagten Verbindungskanal
(6a, 6b) auf den Andrückring 2 ausgeübte Kraft.