DE3146719A1 - Fluidbetaetigbares hohles spannfutter - Google Patents
Fluidbetaetigbares hohles spannfutterInfo
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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang
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- 3 Fluidbetätigbares'
hohles Spannfutter
Die Erfindung betrifft allgemein Werkzeugmaschinen mit hohlen Spindeln
und darauf angeordneten hohlen Spannfuttern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein fluidbetätigbares hohles Spannfutter, in welchem ein
fluidbetätigbarer Zylinder zum Antrieb der Spannbacken des Spannfutters
einteilig mit dem Spannfutter ist, um die Durchgangsbohrung der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine mit höchster Wirkung ausnützen zu können.
Spannfutter dieser Art werden im allgemeinen "Front-Spannfutter" genannt und oft zum Bearbeiten von Rohren für öl bohrgerät und .Elektrodenstangen
von Elektroöfen eingesetzt. Diese Spannfutter sind zum Bearbeiten von Stangen- und Rohrmaterial mit verhältnismäßig großen Durchmessern
geeignet.
In jüngerer Zeit werden weithin numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen
eingesetzt. In vielen Fällen werden dabei zur Erhöhung der Verläßlichkeit
bei solchen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen die Kiemmund Lösezustände der Werkstücke durch elektrische Aufnehmer für die
Verlagerung der Klemmbacken des Spannfutters überwacht.
Für diesen Zweck ragt bei einem üblichen fluidbetätigbaren Spannfutter,
bei welchem das Spannfutter und ein Fluidzylinder zur Betätigung der Klemmbacken getrennt sind, die Kolbenstange des Betätigungskolbens
von dessen Rückseite her in den Zylinder ein, der am rückwärtigen Ende der Maschinenspindel angeordnet ist, und die
Stellung des Endes der KoIbenstange wird an einem Punkt rückwärts
vom Zylinder mittels Grenzschaltern oder Annäherungsschaltern erfaßt,
um so die Verlagerungen der Klemmbacken /u messen.
Im Gegensatz dazu ist bei einem fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter,
bei welchem das Spannfutter und der die Klemmbacken betätigende Zylinder eine einheitliche Konstruktion bilden, im Hinblick auf die
grundsätzliche Funktion des Spannfutters die Anordnung eines Rohres
oder einer Stange zum übertragen der Verlagerungen des hohlen Kolbens
zu einer Stelle rückwärts von der Maschinenspindel in der Durchgangsbohrung der Spindel nicht zulässig. Aus diesem Grunde ist ein Erfassen der Verlagerungen der Klemmbacken an einem Punkt rückwärts von
der Spindel wie bei dem beschriebenen Spannfutter üblicher Bauart
nicht möglich, so daß es zwingend erforderlich schien» diese Messung an einem Punkt vorne an der Spindel vorzunehmen.
Bei einem bekannten fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter dieser Bauart
(US-PS 3,918,352,Fig. 5) ist ein rückwärtiger Deckel auf der
Rückseite des Spannkörpers vorgesehen, auf dessen Innenseite eine Zylinderkammer auf der Maschinenspindel vorgesehen ist, wobei eine
Führungshülse im Spannkörper und in einem zentralen Loch des rückwärtigen Deckels montiert und mit dem Spannkörper verbunden ist
und wobei ein hohler Kolben auf dem äußeren Umfang dieser Führungshülse
gleitend angeordnet ist.
Bei diesem Spannfutter mag es zwar möglich sein, auf der Rückseite
des hohlen Kolbens eine von dem rückwärtigen Deckel nach hinten ragende Kolbenhülse anzuordnen und die Stellung dieser KoIbenhülse
mittels Schaltern zu erfassen. Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion muß jedoch die Kolbenhülse auf der Innenseite der Anbringung
des rückwärtigen Deckels und der Spindel angeordnet sein, wodurch es praktisch unmöglich ist, Bewegungen der Kolbenhülse zu
erfassen. Eine andere Meßmethode, welche ausführbar erscheinen könnte, könnte darin gesehen werden, mehrere Stifte in dem hohlen
Kolben einzubetten und die Verlagerungen dieser Stifte nach außen
aus dem Spannfutterkörper zu führen und diese Verlagerungen zu messen. Ein Meßsystem zum Anwenden dieser Methode wäre jedoch
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kompliziert und schwierig in die Praxis umzusetzen. Somit steht gemäß dem Stand der Technik ein praktisches Meßsystem, mit dem
elektrisch die Verlagerungen der Klemmbacken erfaßt werden können, nicht zur Verfügung.
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Ferner ist bei einem bekannten fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter
der beschriebenen Bauart der Spannkörper mit der Maschinenspindel mittels eines rückwärtigen Deckels verhältnismäßig geringer Stärke
gekuppelt, so daß die Steifigkeit des Spannfutters trotz des Zuwachses an Gesamtgewicht des Spannfutters nicht erhöht werden kann,
und es wurde deshalb oft als schwierig angesehen, Spannfutter dieser
Bauart beim Bearbeiten mit großen Beanspruchungen einzusetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei fluidbetätigbaren hohlen Spannfuttern zu überwinden
und ein fluidbetätigbares Spannfutter praktischer Bauart zu
schaffen, bei welchem die Verlagerungen der Klemmbacken elektrisch
positiv an einer Stelle vor der Maschinenspindel erfaßt werden können, wobei die Steifigkeit des Spannkörpers erhöht wird. Zur
Lösung dieser Merkmale dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
Bei einem Spannfutter nach der Erfindung wird durch Anbringen eines
Zylinderkörpers am Spannkörper eine zylindrische Ringkammer auf der
Außenseite des Montageabschnittes des Spannkörpers geschaffen, wobei
ein Ringkolben gleitend in der Zylinderkammer untergebracht ist und
an seiner Rückseite eine Kolbenhülse hat, die gleitend in einen Zwischenraum zwischen dem Spannkörper und dem Zylinderkörper paßt
und aus dem Zylinderkörper nach hinten herausragt, so daß Annäherungsschalter
zum Erfassen der Stellungen der Kolbenhülse an einer Stelle hinter
dem Zylinderkörper angeordnet werden können.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen anhand
von vorteilhaften Ausführungen mit Weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
ff *
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Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführung eines fluidbetä'tigbaren
hohlen Spannfutters gemäß der Erfindung, wobei gewisse Teile weggelassen sind;
5" Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1 gesehen
in Pfeil richtung;
Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt längs der durch die
Linie III-III in Fig. 2 angedeuteten Ebene in Richtung
der Pfeile;
Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1 in Pfeilrichtung;
Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche einen
Zugbalken und einen Keil block darstellt;
Fig. 6 einen Teil schnitt, welcher die Anordnung eines Hilfs-
backens an einem Hauptbacken darstellt; 20
Fig. 7 eine Teilansicht der Anordnung nach Fig. 6 von rechts und
Fig. 8 in einem Längsschnitt eine Hälfte einer anderen Ausführung eines Spannfutters gemäß der Erfindung.
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Ein erstes Beispiel eines fluidbetätigbaren, hohlen Spannfutters, das
eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, sei nun anhand der
Fig. 1 bis 7 beschrieben.
Dieses fluidbetätigbare hohle Spannfutter 1 hat einen hohlen Spannkörper
2 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 3 und an seinem Außenabschnitt einen Vorderteil 2a mit großem Durchmesser (rechter Teil in
Fig. 2) und einen Hinterteil 2b mit kleinerem Durchmesser (linker Teil
in Fig. 2).
Wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist, ist der Spannkörper an seiner Frontseite mit drei Klemmbacken-Montageschlitzen 4 versehen,
die T-Querschnitt haben und durch Bearbeiten in die Frontseite des Spannkörpers in gleichen Winkelabständen mit radialer Ausrichtung
eingebracht sind. Auf einer Seite jedes Klemmbacken-Montageschlitzes 4 (auf der i.m Uhrzeigersinn liegenden Seite gemäß Fig. 1)
ist ein Einsatzloch 5 als Durchgangsloch durch den Vorderteil 2a des Spannkörpers 2 parallel zur Spannfutterachse eingearbeitet. Jeder
Klemmbacken-Montagfischlitz 4 ist mit dem zugehörigen Einsatzloch 5
über eine Gleitnut 6 verbunden, die parallel zur Spannfutterachse verläuft und parallele,gegenüberliegende Gleitflächen 6a, 6a aufweist,
die senkrecht zu den Seitenflächen des Montageschlitzes 4
stehen.
Die Frontseite des Spannkörpers 2 ist ferner mit einer flachen Aussparung
7 zur Aufnahme einer Abdeckplatte für jedes Einsatzloch 5 und die zugehörige Gleitnut 6 versehen. Ferner sind mehrere (beim
gezeigten Beispiel 9) Bolzenlöcher 8 im Spannkörper 2 für Spannfutter-MontcHjebolzen
im Sparmkörper ? parallel /u seiner Λ<
h',e al'. Durchgangslöcher ausgebildet, die von der Frontseite zur Rückseite
des Spannkörpers führen und auf einem gemeinsamen Mittenkreis 9 im Abstand von den Klemmbacken-Montageschlitzen 4 und nahe der zentralen
Durchgangsbohrung 3 liegen. Der Durchmesser des Mittenkreises 9 ist gleich
demjenigen eines Mittenkreises von Bolzenlöchern 11 in der Hauptspindel der Werkzeugmaschine gewählt, an welcher das Spannfutter 1 montiert
ist. Die Bolzenlöcher 8 sind ferner koaxial mit den entsprechenden Bolzenlöchern 11 angeordnet. Die Rückseite des Vorderteils 2a des
Spannkörpers 2 ist um seinen äußeren Umfang mit einer abgesetzten Schulter 12 zum Ansetzen des Frontendes eines ringförmigen Zylinderkörpers
28 versehen, der im folgenden beschrieben wird.
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Je ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichneter Klemmbacken
ist in je einer der drei Klemmbacken-Montageschlitze 4 des Spannkörpers
2 montiert und wie folgt aufgebaut. Ein Hauptbacken 15 ist
gleitend in jedem Klemmbacken-Montageschlitz 4 geführt. Im Front-Mittelteil
jedes Hauptbackens 15 ist eine Mutternut 16 von T-Querschnitt
durch Bearbeiten geformt. Auf der Frontseite jedes Hauptbackens 15 sind auf beiden Seiten der Mutternut 16 Zähne 15a eines
Stimzahn-Abschnittes ausgebildet. Ferner ist eine Keilverzahnung 15b, deren Zähne relativ zur Gleitrichtung des Hauptbackens 15 mit einer
Neigung nach hinten und gegen den äußeren Umfang des Spannkörpers 2
versehen sind, auf einer Seitenfläche jedes Hauptbackens 15 zunächst
dan Einsatzloch 5 ausgebildet.
In der Mutternut 16 jedes Hauptbackens 15 ist eine Klemmbacken-Mutter
beweglich aufgenommen. Zähne 18a eines Kopfbackens 18 kämmen mit den
erwähnten Zähnen 15a jedes Hauptbackens 15, und der Kopfbacken 18 ist
mit dem Hauptbacken 15 durch zwei Befestigungsbolzen -19 verbunden, die in die Klemmbacken-Mutter 17 eingeschraubt sind.
Der beschriebene Hauptbacken 15 hat innere Endflächen .15c, die dem
Inneren der Durchgangsbohrung 3 des Spannkörpers 2 zugewandt sind, und in denen Gewindelöcher 20 für Montagezwecke vorgesehen
sind. Nach Wunsch kann ein Hilfsbacken 22 an der inneren Endfläche
15c gemäß den Fig. 6 und 7 durch Einschrauben von Bolzen 22
in die Gewindelöcher 20 angebracht werden.
Je ein Keilblock 23 gemäß Fig. 5 ist in jeder Gleitnut 6 des Spannkörpers
2 so angeordnet, daß er parallel zur Achsrichtung des Spannfutters darin gleitverschieblich ist. Jeder Keil block 23 hat eine
Kei!verzahnung 23a auf der dem zugehörigen Klemmbacken 14 zugewandten
Seite. Diese Kei!verzahnung 23a kämmt mit der Keil verzahnung
15b jedes Hauptbackens 15. Der Kei!block 23 hat ferner einen Vorsprung 23b, an der dem Klemmbacken 14 abgewandten Seite. In jedem Einsatzloch
5 des Spannkörpers 2 ist ein Zugbalken 24 gleitend und gas-
a ·>
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9 -
dicht eingepaßt. Das rückwärtige Ende des Zugbalkens ist mit einem
im folgenden noch beschriebenen Hohlkolben gekuppelt. An seinem Frontabschnitt hat der Zugbalken 24 an einer Seitenfläche eine
Aussparung 24 zum Zusammenwirken mit dem Vorsprung 23b des Keilblocks
23.
In jeder flachen Aussparung 7 ist eine Abdeckplatte 25 eingesetzt und mittels Schrauben 26 befestigt. Die Abdeckplatte soll das Eindringen
von Spänen,Verschnitt und Schneidöl in die Gleitnut 6 verhindern.
Der Spannkörper 2 kann direkt mit der Frontseite der Spindel 10 der
Werkzeugmaschine dadurch verbunden werden, daß Befestigungsbolzen 27 durch die Bolzenlöcher 8 des Spannkörpers 2 gesteckt und
die Bolzenenden in die Bolzenlöcher 11 der Spindel 10 eingeschraubt werden.
Der schonerwähnte ringförmige Zylinderkörper 28 ist gasdicht mittels
einer großen Anzahl von Schrauben 29A auf der Schulter 12 des Spannkörpers 2 befestigt und umgibt somit den Hinterteil 2b des Spannkörpers
diesen umschließend. Als vorderen Abschnitt hat der Zylinderkörper
eine Zylinderbohrung 28a relativ großen Innendurchmessers und als
rückwärtigen Abschnitt eine Hülsen-Gleitbohrung 28b verhältnismäßig geringen Innendurchmessers, der geringfügig größer als der Außendurchmesser
des Hinterteils 2b des Spannkörpers ist. Eine ringförmige Zylinderkammer 29 ist somit zwischen der Innenfläche der
Zylinderbohrung 28a und der Außenfläche des Hinterteils 2b gebildet,
wobei ein ringförmiges Aufnahmespiel 30 zwischen der Innenfläche der Bohrung 28b und der Außenfläche des Hinterteils 2b des Spannfutters
gebildet ist.
Am rückwärtigen Ende des Zylinderkörpers 28 ist eine Aussparung 31
zur Aufnahme eines Fluid-Zuführringes 37 vorgesehen, der im folgenden
beschrieben ist. Auf der Rückseite des Zylinderkörpers 28 sind in
- ίο -
dieser Aussparung 31 zwei Ringnuten 32 und 33 für die Zufuhr eines
Betätigungsfelds konzentrisch um die Spannfutterachse herum zwischen
und durch Ringrippen 32a und 32b sowie Ringrippeh 33a und 33b gemäß
Fig. 4 gebildet.
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Da der Zylinderkörper 28 an der Außenseite des Spannkörpers 2 befestigt
ist, der direkt auf der Maschinenspindel 10 montiert sein kann, und der Zylinderkörper funktionell von dem Spannkörper 2 getrennt
ist, kann das Gewicht des Zylinderkörpers 28 durch Fertigen aus einer Leichtmetallegierung ohne Verringerung der Steifigkeit
des Spannkörpers 2 verringert werden. Durch Anwenden einer solchen Leichtbauweise kann das Trägheitsmoment der Spannfutteranordnung
wesentlich reduziert werden.
Ein ringförmiger oder hohler Kolben 34 ist gleitend in der Zylinderkammer
29 aufgenommen und auf seiner Frontseite mit den rückwärtigen Enden der Zugbalken 24 durch Befestigungsbolzen 34a gekuppelt.
Da dieser Kolben 34 ein doppelt wirkender Kolben ist,
weist die Zylinderkammer 29 einen rückseitigen Zylinderkammerteil
29ä und einen frontseitigen Zylinderkammerteil 29b auf der Front-
und Rückseite des Kolbens 34 auf. Am rückwärtigen Ende hat der Kolben 34 einstückig und koaxial mit ihm eine Kolbenhülse 35.
Diese Kolbenhülse 35 i.st gasdicht und gleitend in dem oben erwähnten
Aufnahmespiel 30 aufgenommen, und ihr rückwärtiges äußerstes Ende ragt nach hinten über die Rückseite des Zylinderkörpers 28 ah
seinem radial innersten Teil hinaus. Eine flache Ringhöhlung 34b, die einem Kanal für ein Betätigungsfluid bildet, ist um den Mittelteil
der Innenwandfläche des hohlen Kolbens 34 geformt. Diese Ringhöhlung
34b kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammerteil
29a über mehrere Verbindungslöcher 36 in der Kolbenhülse 35 gemäß Fig. 2.
Der Fluid-Zuführring 37 für Betätigungsfluid (im folgenden Zuführring
genannt) ist auf der Rückseite von und koaxial mit dem Zylinderkörper
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angeordnet, wobei sein rückwärtiger äußerer Umfang auf einem Montagering
37a aufsitzt. Der Zuflihrring 37 ist in einem Zustand, in welchem sein Frontabschnitt in der erwähnten Aussparung 31 im rückwärtigen
Ende des Zylinderkörpers 28 aufgenommen ist, mittels des Montageringes
37a am Maschinenstock 38 befestigt. Zwischen der Innenwandflache des Zuführringes 37 und dem äußeren Umfang des Hinterteils 2b
des Spannkörpers 2 ist ein Meßspalt 37b einer solchen Größe vorgesehen, daß die Kolbenhülse 35 in diesen Meßspalt hinein gleiten kann.
Der Zuführring 37 kann an einer Verlagerung durch einen Lagerstützzylinder
gehindert werden, der einstückig mit dem inneren "Felgenteil" des Zylinderkörpers 28 auf seiner Rückseite sein und den
Zuführring 37 mittels eines Lagers abstützen kann,das auf der äußeren
Umfangsfläche dieses Lagerstützzylinders sitzt.
Auf der Frontseite des Zuführringes 37 sind an einem den Ringrippen 32a,
32b und 33a und 33b des Zylinderkörpers 28 gegenüberliegenden Abschnitt
ringförmige Dichtungsaufnahmenuten 39 und 40 von T-Querschnitt gemäß Fig. 4 vorgesehen. Ferner sind an den Gründen dieser ringförmigen
Dichtungsnuten 39 und 40 Ringnuten 41 und 42 an Stellen gegenüber den Ringnuten 32 und 33 angeordnet. Ringdichtungen 43 und
mit verschiedenen Durchgangslöchern 43a und 44a an Stellen gegenüber
den Ringnuten 41 und 42 sind in diesen Dichtungsnuten 39 und 40 aufgenommen .
Wenn ein Betiitigungsfluid wie Luft in die Ringnuten 41 und 42 eingebracht
wird, werden die Ringdichtungen 43 und 44 gegen die Ringrippen 32a und 32b und die Ringrippen 33a und 33b gepreßt, so daß
das Betätigungsfluid ohne Lecken über die Durchgangslöcher 43a und 44a
zu den Ringnuten 32 und 33 gelangen kann.
Der oben beschriebene Zuführring 37 ist an seinem äußeren Umfang mit
Speiseeinlässen- 45a und 45b für das Betätigungsfluid versehen. Ein
Spei seein-laß, 45a kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammer-
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- 12 -
teil 29a über einen Kanal 46 im Zuführring 37, die Ringnuten. 41 und
32, einen Kanal 47 im Zylinderkörper 28 und im Spannkörper 2, ein
Servo-Rückschlagventil 48a, einen Kanal 49 im Zylinderkörper 2,
die Ringhöhlung 34b und die Verbindungslöcher 36. Der andere Zuführeinlaß 45b kommuniziert mit dem frontseitigen Zylinderkammerteil
29b über einen Kanal 50 im Zuführring 37, die Ringnuten und 33, einen Kanal 50 im Zylinderkörper 28 und im Spannkörper 2,
ein Servo-Rückschlagventil 48b und einen Kanal 52 im Spannkörper
Die oben beschriebenen Servo-Rückschlagventile 48a und 48b sind so
konstruiert, daß sie eisen Rückstrom des Betätigungsfelds, welches
in die rückseitigen und frontseitigen Zylinderkammerteile 29a und 29b eingespeist sind, verhindern und gleichzeitig das Betätigungsfluid
zu einem dieser Zylinderkammerteile 29a und 29b speisen,
und das Betätigungsfluid aus dem jeweils anderen Zylinderkammerteil
abführen. Der Betrieb der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b in
Verbindung mit der Wirkung des Kolbens 34 und mit dem Betrieb eines Meßsystems zum Erfassen der Kolbenstellung sind im folgenden beschrieben. Dabei wird jedoch von einer detaillierten Beschreibung
der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b abgesehen, weil diese in
der japanischen Patentanmeldung 35564/1980 beschrieben sind.
Die Stellung des rückwärtigen Endes der Kolbenhülse 35 wird durch
Annäherungsschalter 53 und 54 erfaßt. Diese Annäherungsschalter
und 54 sind in entsprechende Aufnahmebohrungen 55 und 56 eingesetzt und dort gehalten, die in einem Abschnitt des Zuführringes
37 in radialer Richtung verlaufen, so daß die Meßköpfe 53a und 54a
der Annäherungsschalter in den Meßspalt 37b hineinragen. Jeder Annäherungsschalter 53 und 54 ist an Ort und Stelle von einer Klemmschraube
57 und einem Schutzglied 58 gehalten. Die Annäherungsschalter 53 und 54 sind durch Leitungsdrähte 59 und 60 mit einer
Steuervorrichtung (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine verbunden.
Ein Annäherungsschalter 53 ist ein wenig nach hinten-versetzt-an.
der Rückseite der Kolbenhülse 34 in ihrer vorderen Grenz-
* O
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stellung Versetzt angeordnet. Wenn der hohle Kolben 34 zur vorderen
jGrenzsteilung seines Vorschubhubes zu gleiten veranlaßt wird,
verläßt das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 die Stellung gegenüber
dem Meßkopf 53a'des Annäherungsschalters 54, welcher daraufhin
von seiner "Aus"-Stellung in seine "Ein"-Stellung gelangt.
Als Folge davon wird die vordere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, d. h. diejenige Stellung, bei welcher die Klemmbacken 14
in ihrer geöffneten, nicht greifenden Lösestellung sich befinden.
Der andere Annäherungsschalter 54 ist ein wenig vor dem rückwärtigen
Ende der Kolbenhülse 35 in deren hinterer Grenzstellung angeordnet.
Wenn der Kolben 34 dazu veranlaßt wird, in seine hintere Endstellung am Ende seines Rückzughubes zu gleiten, überfährt das
rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 eine mit dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 fluchtende Stellung, worauf dieser aus
seinem "Aus"-Zustand in seinen "Ein"-Zustand gelangt. Als Folge davon wird die hintere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, in welcher
die Klemmbacken 14 am Ende ihrer Einwärtsbewegung zur Mitte hin angelangt sind und nicht ein Werkstück greifen.
Dementsprechend kam durch Feststellen, ob die Annäherungsschalter
und 54 beide eingeschaltet oder beide ausgeschaltet sind , elektrisch erfaßt
werden, daß die Klemmbacken 14 nicht ein Werkstück greifen. Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in eine Ruhestellung
versetzt werden. Ferner kann durch Feststellen, ob die Annäherungsschalter 53 und 54 ein- b-z<w. ausgeschaltet sind,
elektrisch erfaßt werden, ob die Klemmbacken 14 ein Werkstück greifen.
Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in Betrieb
gesetzt werden.
Wenn das oben beschriebene, mechanisch betätigbare hohle Spannfutter
in einer Werkzeugmaschine angewendet werden soll, wird zuerst der Zuführring 37 auf dem Maschinenstock 38 montiert und danach die Rück-
seite des Spannkörpers 2 in Kontakt mit der Frontseite der Spindel
gebracht. Der Spannkörper 2 wird dann mittels der Bolzen 27 mit der Spindel 10 verbunden. Anschließend wird das zu bearbeitende Werkstück
in die zentrale öffnung zwischen den drei Kopfbacken 18, die
in geöffneter-Stellung sind, eingeführt.
In diesem Fall sind das Spannfutter 2 und die Spindel. 10 mit zentralen
Durchgangsöffnungen 3 und 10a durch ihre Mitten versehen. Dabei sind
keinerlei Bauteile, wie zur Betätigung der Klemmbacken 14 oder zürn
Erfassen der Bewegungen der Klemmbacken 14 in diesen Durchgangsbohrungen 3 und 10a angeordnet. Dementsprechend können die Innenräume
dieser Durchgangsbohrungen 3 und 10a vollständig für die Aufnahme des Werkstückes verwendet werden. Deshalb können Werkstücke
verhältnismäßig großer Durchmesser durch die Innenräume der Durchgangsbohrungen 3 und 10a hindurch^geführt werden.
Im Betrieb wird zunächst Betätigungsfluid über den Speiseeinlaß 45b
des Zuführrings 37 zugeführt. Dieses Betätigungsfluid strömt durch
den Kanal 50, tritt in die Ringnut 42 ein und drückt die Ringdichtung 44 gegen die Ringrippen 33a und 33b, wodurch einem Lecken
des Betätigungsfelds vorgebeugt wird. Das Fluid strömt dann über
das Durchgangsloch 44a und den Kanal 51 zum Betätigen des Servo-Rückschlagventils
48b und über den Kanal 52 in den frontseitigen Zylinderkammerteil 29b, wodurch es den Kolben 34 rückwärts schiebt
und dadurch das Betätigungsfluid aus dem rückseitigen Zylinderkammerteil
29a austreibt.
Dieser Rückhub des Kolbens 34 veranlaßt die drei Zugbalken 24 und
damit auch die Keil blöcke 23 zu einem Rückwärtsgleiten. Als Folge
davon werden die Hauptbacken 15 dazu veranlaßt, längs der Klemmbacken-Montageschlitze 4 nach einwärts gegen die Spannfutter-Mittelachse
zu wandern, wodurch die Hauptbacken 18 in Kontakt mit dem äußeren Umfang des Werkstückes kommen und dieses greifen. Hierbei
werden die Keilblöcke 23 veranlaßt,ohne Spiel längs der Gleit-
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- 15 -
flächen 6a auf der Außenseite in radialer Richtung der Gleitnuten zu gleiten. Deshalb können die Klemmbacken 14 genau und definiert
in äquidistanten Abständen von der Spannfutter-Mittelachse gehalten werden, was ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit beizubehalten
ermöglicht.
Eine andere Folge der Bewegung der Hauptbacken 15 in die entsprechenden
Stellungen, in denen die Kopfbacken 18 das Werkstück wie oben beschrieben positionieren, besteht darin, daß die Kolbenhülse 35 des
Kolbens 34 in einer Zwischenposition angehalten wird, die kurz vor der hinteren Grenzstellung ihres Hubes liegt, nachdem ihr hinteres
Ende eine Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters
53 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die Annäherungsschalter
53 bzw,54 ihre "Ein-" bzw. "Aus-" Zustände ein, d. h. erfassen, daß die Klemmbacken das Werkstück gegriffen haben, und veranlassen
die Werkzeugmaschine, den Betrieb aufzunehmen.
Im Falle, daß die Hauptbacken 18 das Werkstück aus irgendwelchen Gründen noch nicht gegriffen haben, z. B. wegen eines Versagens einer
automatischen Vorrichtung zum Zuführen und Wechseln von Werkstücken, wird die Kolbenhülse 35 des Kolbens 34 dazu veranlaßt, rückwärts
in ihre hintere Grenzstellung zu gleiten, wie strichpunktiert in Fig. 4 angedeutet ist, wo das hintere Ende eine Stellung gegenüber
dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 einnimmt. Die Annäherungsschalter
kommen daraufhin in "Ein"-Zustand, so daß sie die Tatsache erfassen, daß die Klemmbacken 14 kein Werkstück greifen und
entsprechend die Werkzeugmaschine dazu veranlassen, ihren Ruhezustand einzunehmen. Demgemäß ist es möglich, überflüssigen Betrieb,
wie das Ausführen nachfolgender Maschinenarbeit mit den Klemmbacken 14 in einem Zustand, in der sie ein Werkstück nicht
greifen, zu vermeiden und dadurch die Verlässlichkeit des Betriebes zu erhöhen, was insbesondere im Falle automatisierten Betriebes
ohne ständige Aufsicht von Bedienungspersonal wichtig ist.
Wenn im Normal betrieb nach Abgabe von Signalen durch die Annäherungsschalter
53 und 54 sichergestellt ist, daß ein Werkstück durch die Klemmbacken gegriffen ist, wird die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß 54b gestoppt, wobei ein Abfluß
von Betätigungsfluid aus dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b mittels des Servo-Rückschlagventils 48b vermieden ist,
so daß der Greifzustand des Werkstückes durch die Klemmbacken
selbst nach Stoppen der Zufuhr von Betätigungsfluid ständig aufrechterhalten wird. Ferner nimmt nach dem Stoppen der Zufuhr von
Betätigungsfluid die Ringdichtung 44 aufgrund ihrer Elastizität
ihre ursprüngliche Lage wieder ein, wobei sie in eine von den Ringrippen
33a und 33b entfernten Stellung g/elangt.
Darauf wird die Spindel 10 der Werkzeugmaschine gedreht, um das fluidbetätigte
Spannfutter 1 mit dem Werkstück zu drehen, wobei der Bearbeitungsvorgang am Werkstück ausgeführt wird. In diesem Fall ist
der Spannkörper 2 des Spannfutters 1 direkt mit der Spindel durch die Bolzen 27 verbunden. Aus diesem Grund kann das gesamte Spannfutter
1 mit großer Steifigkeit trotz des Vorsehens eines Zylinders am Spannkörper 2 ausgeführt werden, wodurch die Spannfutterwirkung
des Greifens des Werkstückes stabil und das Spannfutter 1 widerstandsfähig
gegen Bearbeiten unter schwerer Last gehalten werden kann.
Nach Vollenden der Bearbeitung des Werkstückes wird die Drehung der
Spindel gestoppt, worauf Betätigungsfluid zum anderen Speiseeinlaß
45a gespeist wird. Dieses Fluid passiert über den Kanal 46 zur Ringnut 41 und presst die Ringdichtung 43 gegen die Ringrippen
43a und 32b, strömt dann über das Durchgangsloch 43a und den Kanal 47 zur Betätigung des Servo-Rückschlagventiles 48a, worauf
das Fluid über den Kanal 49, die Ringhöhlung 34b und die
Verbindungslöcher 36 zum rückseitigen Zylinderkammerteil 29a gelangt,
so daß es den Kolben 34 vorschiebt und dadurch das Be-
tätigungsfluid aus dem frontseitigen 7ylindc>rkamnierteil 29baustreibt.
Diese Vorwärtsbewegung des Kolbens 34 wird mittels der Zugbalken
24 und der Keilblöcke 23 in eine Bewegung der Klemmbacken 14 radial nach außen umgesetzt, um das Werkstück freizugeben und
die ursprüngliche Offenstellung wieder einzunehmen. Wenn die Klemmbacken 14 in ihre Ausgangsstellungen zurückgekehrt sind,
wird gleichzeitig die Kolbenhülse 35 in ihre vorderer Grenzstellung geführt, wobei ihr hinteres Ende aus der Stellung gegenüber dem
Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53 herausfährt. Folglich nehmen die Annäherungsschalter 53 und 54 beide ihre "Aus"-Stellungen ein,
wodurch der Zustand erfaßt wird, daß die Klemmbacken 14 das Werkstück freigegeben haben, und ein Greif-Lösesignal zur erwähnten
Steuervorrichtung abgegeben wird.
Im Falle, daß die Klemmbacken 14 aus irgendeinem Grund, wie Versagen
des Mechanismus zum Zuführen des Betätigungsfluids nicht in ihre Ausgangspositionen zurückkehren, wird das rückwärtige Ende der
Kolbenhülse 35 nicht in eine Stellung vor dem Annäherungsschalter
bewegt, so daß die Annäherungsschalter 53 bzw. 54 in ihren vorherigen Zuständen, nämlich dem "Ein-" bzw. "Aus-" Zustand verbleiben und ein
Freigabe des Werkstückes anzeigendes Signal nicht erzeugt wird. Somit kann entsprechend den Signalzuständen der Annäherungsschalter
53 und 54 die Freigabe des Werkstückes aus dem Greifzustand der
Klemmbacken 14 elektrisch erfaßt und überprüft werden. Auf der Basis dieser überprüfung kann Brechen oder Beschädigung von
Maschinenteilen aufgrund von Interferenz bzw. Kollision zwischen Werkstück oder Klemmbacken 14 und einer automatischen Wechselvorrichtung,
z. B. alsFolge eines automatischen Werkstückaustausches für einen nachfolgenden Bearbeitungszyklus, verhindert
werden.
Im Normal betrieb wird nach Verifikation des üffnungszustandes
der Klemmbacken 14 die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß
45a gestoppt, wobei das Servo-Rückschlagventil 48a jedoch
noch weiter wirkt, um die Klemmbacken 14 im öffnungs- bzw. Lösezustand
zu halten. Ferner trennt sich die Ringdichtung 43 von den Ringrippen 32a und 32b und nimmt ihre davon entfernte Lage
ein. Somit ist ein Betriebszyklus vollendet.
Bei dem oben beschriebenen fluidbetätigbaren hohlen"Spannfutter 1
können die Hilfsbacken 22 an den inneren Endflächen der Hauptbacken
15 mittels der Montagebolzen 21 gemäß den Fig. 6 und 7 je nach Notwendigkeit befestigt werden. Durch Verwenden dieser Hilfsbacken
22 kann das Werkstück an einer Stelle näher der Endfläche der Spindel 10 gegriffen werden, wodurch die Greifwirkung noch
stabiler und mit größerer Greifkraft gemacht werden kann, ohne
daß ein 1!Schwimmen" der Klemmbacken auftritt.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 8 ist der Fluid-Zuführring 37e um den äußeren Umfangsteil des Vorderteils 2a e
des Spannkörpers 2e herum angeordnet. Annäherungsschalter 53e und 54e sind in einem Raum nahe der Rückseite des Zylinderkörpers 28e
mittels eines Halters 61 gehalten, der mit dem Maschinenstock 38e fest verbunden ist. Diese Bauteile sind bei dem in Fig. 8 dargestellten
Spannfutter gleich oder ähnlich wie entsprechende Teile bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 ausgebildet und
mit gleichen Bezugszeichen mit dem Anhang e bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung dieser Bauteile erübrigt sich deshalb.
Es ist zu bemerken, daß verschiedene Abänderungen bei dem oben beschriebenen hohlen Spannfutter nach der Erfindung vorgesehen werden
können. Zum Beispiel können die beispielhaft beschriebenen Annäherungsschalter, welche die vorderen und hinteren Grenzstellungen
der Kolbenhülse erfassen, so angeordnet sein, daß einer dieser Annäherungsschalter in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung einstellbar
ist, um die Position der Kolbenhülse und die vordere Grenzstellung
ihres Hubes zu erfassen und eine korrekte und definierte überwachung des Greif- und Lösezustandes des Werkstückes sicherzustellen.
Ferner kann der Spannkorper an der Spindel mittels eines Keil-Verriegelungszapfens am Montageteil des Spannkörpers befestigt
sein. Eine andere Abwandlung besteht in der Verwendung nur eines oder dreiefoder mehr Annäherungsschalter.
Durch Vorsehen von zwei Spannfuttern am Frontende und am Rückende der Maschinenspindel zum Greifen eines Werkstückes an zwei im
Abstand befindlichen Stellen können ein stabiles Greifen, hohe Bearbeitungsgenauigkeit und ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt
werden.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist eine Zylinderkammer, die
in" einem Zylinderkörper außerhalb des Mittenkreises von Spannfuttermontagelöchern
und darum herum ausgebildet ist,zur Aufnahme eines hohlen oder ringförmigen Kolbens mit einer Kolbenhülse bestimmt,
welche vom Zylinderkörper nach hinten ragt, und mindestens ein Annäherungsschalter ist vorgesehen, um die Stellung dieser
Kolbenhülse zu erfassen. Wenn demgemäß die Spanntut.U'r-Klemmbacken
zum Greifen und Lösen des Werkstückes betätigt werden,wird die Verlagerung
dieser Klemmbacken elektrisch genau und definiert an einer Stelle entfernt und getrennt vom Bearbeitungsort, wo SchneidfVüssigkeit
verspritzt wird, erfaßt, wodurch das Greifen und Lösen des Werkstückes durch die Klemmbacken genau und definiert überwacht
werden kann. Dadurch kann insbesondere bei Anwendung des Spannfutters nach der Erfindung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
die Bearbeitungsgüte und-verlasslichkeit erheblich verbessert
werden.
Ferner ist der Zylinderkörper auf dem Spannkorper angeordnet und
die Zylinderkammer ist auf der Außenseite des Spannfuttermontageteils
des Spannkörpers vorgesehen. Aufgrund dieser Konstruktion
können im Falle, daß das Spannfutter auf der Spindel der Werkzeugmaschine
zu befestigen ist, der Spannkörper direkt sicher an der Spindel befestigt werden, wodurch die Steifigkeit des Spannfutters
erhöht und das Spannfutter für schwere Bearbeitungen mit hoher Belastung eingesetzt werden kann. Gleichzeitig kann die
Greifwirkung der Spannbacken auf das Werkstück stabilisiert werden,
wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit wirksam verbessert wird. Weil ferner die Kolbenhülse des hohlen Kolbens hinten durch einen
Spalt zwischen dem Spannkörper und dem Zylinderkörper herausragt, kann die Spannfutterkonstruktion sehr einfach und billig gehalten
werden.
Im Gegensatz zu dem bekannten Spannfutter der "zweistückigen" Bauart
mit einem hinteren Deckel ist das Spannfutter nach der Erfindung mit einem "einstückigen" Spannkörper bzw. in einstückiger
Konstruktion ausgeführt, was hohe Steifigkeit und damit die Eignung für schwere Bearbeitung unter hoher Last gewährleistet.
Aufgrund der Tatsache, daß der Innenraum der zentralen Durchgangsbohrung
des Spannfutters nach'der Erfindung frei ist und im wesentlichen
gleichen Durchmesser wie die Maschinenspindel hat, kann das Spannfutter zum Greifen von Werkstücken großer Durchmesser benutzt
werden, welche an denjenigen der zentralen Durchgangsbohrung heranreichen. Im Gegensatz dazu ist es bei einem üblichen
Spannfutter der Keil bauart oder der gekröpften Bauart schwierig, Bewegungen in axialer Richtung der Kolbenstange in radiale Bewegungen
zur Betätigung der Klemmbacken umzusetzen.
"θ rs e i t
Leerseite
Claims (5)
- « <D-89£>0 München'80 Sckellslrasse 1Telefon (089)4462496Telex 5215935Telegramme patemus muncäieriPostscheck München 394 1B-80:Reuschelbank München 26030Ü7Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegangzugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agree aupres I" Office European des BrevetsHOWA KOGYO KABUSHIKl KAISHA
Aichi-Ken, Japan
P 127.02Patentansprüchef iJFluidbetätigbares, hohles Spannfutter mit einem Spannkörper (2), der mit seinem Montageabschnitt auf einer hohlen Spindel (10) einer Werkzeugmaschine (38) montierbar ist, Klemmbacken (14) am Spannkörper (2), einer Zylinderkammer (29) und einem gleitend darin verschieblichen Kolben (34), der in der Zylinderkammer mittels eines Fluids verschiebbar ist, um die Klemmbacken zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammer (29) eine Ringkammer ist, die auf der radial äußeren Seite des Montageabschnitts (8,27) von einem um den Spannkörper (2) herum angeordneten Zylinderkörper (28) gebildet ist, und daß der Kolben (34) ein Ringkolben mit einer davon nach hinten ragenden Kolbenhülse (35) ist, die gleitend zwischen den Spannkörper (2) und den Zylinderkörper (28) paßt und rückwärts aus dem Zylinderkörper (28) herausragt, so daß Verlagerungen der KoTbenhülse (35) an einer Stelle hinter dem Zylinderkörper (28) mittels Aufnehmern (53,54) erfaßt werden kann, welche indirekt Verlagerungen der Spannbacken (14) anzeigen. - 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmer Annäherungsschalter (53,54) aufweisen, welche in einem Fluid-Zuführring (37) benachbart der Rückseite des Zylinderkörpers (28) angeordnet sind.31 AGV I 3
- 3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei c h n e t, daß der Ringkolben (34) betriebsmäßig mit jedem Klemmbacken (14) durch Kraftübertragungsmittel verbunden ist, welche einen gleitend im Spannfutter (2) geführten und mit seinem rückwärtigen Ende am Kolben (34) angebrachten Zugbalken (24), einen mit dem Zugbalken gekuppelten Keilblock (23) mit einer ersten Keilverzahnung (23a) und eine zweite am Klemmbacken (15b) ausgebildete und mit der ersten Keil verzahnung zusammenwirkende Keil verzahnung (15b) aufweist, wobei die genannten Keil verzahnungen Bewegungen des Zugbalkens und des Kolbens im wesentlichen parallel zur Spannfutterachse in. entsprechende radialeVer-1 agerungen jedes Klemmbackens umwandeln.
- 4. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Spannkörper (2) ein Vorderteil (2a) größeren Außendurchmessers und ein Hinterteil (2b) kleineren Außendurchmessers umfaßt, daß der Zylinderkörper (28) im wesentlichen hohl zylindrisch mit einem vorderen Abschnitt (28a) großen Inndurchmessers, der mit seinem vorderen fluiddichten Ende mit der Rückseite des Vorderteiles (2a) des Spannkörpers verbunden ist, und mit einem rückwärtigem Abschnitt (28b) kleineren Innendurchmessers versehen ist, und daß die Kolbenhülse (35) gleitend und fluiddicht zwischen der Innenfläche des rückwärtigen Abschnittes (28a) des Zylinderkörpers (28) und der Außenfläche des Hinterteils (2b) des Spannfutters (2) aufgenommen ist, wobei die Zylinderkammer (29) zwischen der Rückseite des Vorderteils (2a) des Spannfutters, der Außenfläche des Hinterteils (2b) des Spannfutters, der Frontseite des hinteren Abschnittes (28b) des Zylinderkörpers und der Innenseite des vorderen Abschnittes (28a) des Zylinderkörpers ausgebildet ist.
- 5. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η zei chnet, daß· das .Fluid-Versorgungssystem eine Druckmittelquelle und Servo-Rückschlagventile (48a,48b) aufweist, wobei das Versorgungssystem das Betätigungsfluid auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens in die Zylinderkammer einspeist und davon abführt.
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