DE3417430A1 - Hydraulisches spannelement - Google Patents

Hydraulisches spannelement

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Manfred 6980 Wertheim König
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02Chucks
    • B23B31/24Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/30Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck
    • B23B31/305Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck the gripping means is a deformable sleeve

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Clamps And Clips (AREA)

Description

  • Hydraulisches Spannelement
  • Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement, insbesondere zum Spannen rotierender Teile wie Werkstücke, Werkzeuge oder Meßzeuge, mit wenigstens einer hydraulisch dehnbaren, von einem Hydraulik-Medium mit Spanndruck beaufschlagbaren Spannbüchse, wobei der hydraulische Spanndruck von Hand oder maschinell durch eine Kraftspanneinrichtung erzeugt und über wenigstens eine im Spannelement verlaufende Bohrung auf die Spannbüchse übertragen und über die Dauer der Spannung aufrechterhalten wird.
  • Hydraulische Spannelemente der genannten Gattung werden im Maschinenbau vielfach eingesetzt, wobei sie in der überwiegenden Zahl der Einsatzfälle zur Herstellung von kraftschlüssigen Verbindungen zwischen beispielsweise Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen und Werkzeugen bzw. Werkstücken, ggf.
  • auch zur Führung von Meßzeugen dienen.
  • Sie sind zu diesem Zweck mit elastisch verformbaren metallischen Spannbüchsen ausgerüstet, die mittels Druckbeaufschlagung eines Hydraulikmediums gleichmäßig kreisförmig ausgeweitet werden und somit ein Spannen eines Teiles genau mittig zur Drehachse des Spannelementes ermöglichen. Die aus dem Hydrauliksystem resultierende große Spannkraft ermöglicht selbst bei kleinen Spanndurchmessern ein absolut sicheres Spannen sowie die Übertragung hoher relativer Drehmomente.
  • Da die Spannbüchse ein geschlossener rotationssymetrischer Körper ist, wird sie im elastischen Bereich gedehnt, wobei ein Spannhub in der Größenordnung von ca. 0,3% des Spanndurchmessers erzielbar ist.
  • Durch einen Spannkolben, der von Hand oder über eine Spanneinrichtung einer Maschine betätigt wird, wird das Hydraulik-Medium beim Spannvorgang unter Druck gesetzt. Weil die zur Spannung benötigte relative Dehnung der Spannbüchse nur sehr gering ist, wird hierfür nur eine verschwindend kleine 3 Menge von einigen mm3 an Hydraulik-Medium benötigt.
  • So vorteilhaft dies ist, ergibt sich daraus andererseits die Schwierigkeit, daß bei einer Undichtigkeit ein teilweise oder völliger Verlust der Spannkraft eintreten könnte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachlassen der hydraulischen Spannkraft im Spannsystem des Spannelementes wirkungsvoll und unter Einsatz möglichst einfacher Mittel zu verhindern.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem hydraulischen Spannelement der eingangs genannten Gattung mit der Erfindung dadurch, daß die Bohrung, über welche der hydraulische Spanndruck auf die Spannbüchse übertragen wird, im Bereich zwischen Kraftspanneinrichtung und Spannbüchse mit einem Verschlußorgan verschließbar ausgebildet ist.
  • Mit Vorteil wird durch diese Ausgestaltung des Spannelementes in wirkungsvoller und unkomplizierter Weise ein Nachlassen der Spannkraft beim unter Druck gesetzten System auch dann verhindert, wenn beispielsweise im Bereich der Kraftspanneinrichtung eine geringe Undichtigkeit auftreten sollte.
  • Eine Ausgestaltung des Verschlußorganes sieht vor, daß dieses mit einem Verschlußelement in Form einer Kugel, vorzugsweise einer Stahlkugel, und die Bohrung mit einer Schulter ausgebildet ist, gegen welche die Kugel unter Bildung eines metallischen Dichtsitzes anpreßbar angeordnet ist.
  • Mit Vorteil ergibt die Anordnung einer geschliffenen Stahlkugel als Verschlußelement im Zusammenwirken mit einer Schulter der Bohrung schon bei relativ geringem Anpreßdruck einen hermetisch dichten Verschluß auch gegen hohe hydraulische Drücke, und somit ein Höchstmaß an funktioneller Sicherheit.
  • Andererseits ist diese Ausgestaltung fertigungstechnisch unkompliziert, daher preisgünstig und zuverlässig in der Funktion.
  • Weiter ist vorgesehen, daß das Verschlußorgan eine Spannschraube sowie ein Druckelement zum Anpressen der Kugel gegen die Schulter aufweist.
  • Mit Vorteil ergibt sich hierdurch, entsprechend der gestellten Aufgabe, ein Optimum an funktioneller Sicherheit mit einem Minimum an mechanischem Aufwand.
  • Um das Abheben der Kugel vom Dichtsitz nach Lösen der Spannschraube sicher zu gewährleisten, ist weiter vorgesehen, daß an der der Spannschraube entgegengesetzten Seite der Kugel ein Rückstellelement vorzugsweise in Form einer Spiral-Druckfeder angeordnet ist.
  • Bei einer Ausgestaltung des Spannelementes, wobei die Kraftspanneinrichtung mit einer Kolben/Zylinder-Einheit mit einem Verdrängerkolben ausgebildet ist und zum Antrieb des Verdrängerkolbens eine Spannschraube angeordnet ist, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Spannschrauben einander identisch gleichend ausgebildet sind.
  • Weiter ist vorgesehen, daß der Verdrängerkolben und das Druckelement identisch gleich ausgebildete Teile sind.
  • Mit Vorteil wird durch die Gleichheit der verwendeten Bauelemente einerseits eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung von Fertigung und Montage und andererseits beispielsweise im Falle einer Überholung des Spannelementes eine Verringerung der Ersatzteilbevorratung erreicht.
  • Und schließlich ist das Spannelement mit Vorteil so ausgebildet, daß es eine Füllöffnung mit einem Verschlußstopfen aufweist, die mit einer Querbohrung oberhalb der Schulter in die Bohrung einmündet und eine Verbindung zwischen der Kolben/Zylinder-Einheit und dem Verschlußorgan herstellt.
  • Die Erfindung wird in der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus der Zeichnung weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind.
  • Die Zeichnung zeigt im einzelnen: Fig. 1 einen Schnitt durch ein hydraulisches Spannelement, entlang der Mittelachse, Fig. 2 einen Schnitt durch das Spannelement entsprechend Fig. 1, quer zur Längsachse, entlang einer Schnittebene II-II in Fig. 1.
  • Das hydraulische Spannelement 18 in Fig. 1 weist einen Grundkörper 19 und einen mit diesem verbundenen Spannkörper 20 auf. Beide Körper können je nach Anforderung lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein. Der Spannkörper 20, der nur ein Beispiel stellvertretend für viele Anwendungsfälle darstellt, und in der überwiegenden Anzahl von praktischen Anwendungsfällen als fertigungsbezogene Sonderanfertigung hergestellt wird, weist eine zylindrische Bohrung 24 auf. In diese ist die eigentliche Spannbüchse 3 eingesetzt. Zwischen dieser und der zylindrischen Bohrung 24 des Spannkörpers 20 ergibt sich ein freier Ringraum 21, der mit einem Hydraulik-Medium gefüllt und Teil des Hydrauliksystems des Spannelementes 18 ist.
  • Die Spannbüchse 3 ist zu beiden Seiten des Ringraumes 21 mit Flanschen 25 und 26 ausgebildet.
  • Diese sind in die zylindrische Bohrung 24 eingepaßt und mit dieser beispielsweise durch eine Schutzgas-Hartlötung mediendicht verbunden. Da die Spannbüchse 3 eine geschlossene Büchse ist, wird sie im elastischen Bereich durch den Druck des Hydraulik-Mediums gedehnt und umschließt daher ein einzuspannendes Teil (nicht dargestellt) kraftschlüssig mit hoher Spannkraft. Dabei legt sich die Spannfläche 27 der Spannbüchse 3 praktisch auf der ganzen Fläche an die Kontaktfläche des eingespannten Teils an.
  • Dieser Spannvorgang wird dadurch begünstigt, daß die Spannbüchse 3 aus einem besonders elastischen Stahl hergestellt wird.
  • Das .Hydrauliksystem des Spannelementes 18 umfaßt - wie gesagt - den Ringraum 21, die Bohrung 1 mit dem Verschlußorgan 4, die Querbohrung 17 mit der Füllöffnung 15 und die Kraftspanneinrichtung 2.
  • Das Verschlußorgan 4 weist als Verschlußelement 5 die Kugel 7 auf. Die Bohrung 1 geht im Bereich der Kugel 7 von einem kleineren Durchmesser in einen größeren Durchmesserbereich 1' über. Dadurch ergibt sich eine Schulter 6, gegen die sich die Kugel 7 unter Bildung eines metallischen Dichtsitzes 8 anlegt. Das Verschlußorgan 4 umfaßt weiter die Spannschraube 9 und das Druckelement 10. Durch Anziehen der Spannschraube 9 wird eine Druckkraft erzeugt und über das Druckelement 10 auf die Kugel 7 übertragen, die sich form- und kraftschlüssig gegen den Dichtsitz 8 preßt und damit die Bohrung 1 gegenüber der Querbohrung 17 bzw. der Kraftspanneinrichtung 2 hermetisch verschließt. Umgekehrt hebt sich beim Lösen der Spannschraube 9 die Kugel 7 unter der Wirkung des Rückstellelementes 11 vom Dichtsitz 8 ab und gibt die Verbindung zwischen dem Hydrauliksystem im Grundkörper 19 und dem hydraulischen Ringraum 21 frei. Die Kräftspanneinrichtung 2 umfaßt eine Kolben/Zylinder-Einheit 12. Hierbei bildet die Bohrung 23 den Zylinderraum, in welchem der Verdrängerkolben 13 beweglich angeordnet ist. Dieser wird durch die Spannschraube 14 durch Einschrauben in das Gewinde 14' angetrieben und verdrängt aus dem Zylinderraum der Bohrung 23 einen Teil des Hydraulik-Mediums. Weil die Querbohrung 17 in Richtung der Füllöffnung 15 durch den Verschlußstopfen 16 mit der Verschlußkugel 28 druckdicht verschlossen ist, wird auf diese Weise im Hydrauliksystem ein Druck aufgebaut, der sich durch die Bohrung 1 auf den hydraulischen Ringraum 21 überträgt und in der vorgängig beschriebenen Art und Weise mittels Innendehnung der Spannbüchse 3 den Spannvorgang bewirkt. Während der Arbeitsphase des Spannens ist die Kugel 7 nach Lösen der Spannschraube 9 unter der Wirkung des Rückstellelementes 11, einer Spiral-Druckfeder,vom Dichtsitz 8 abgehoben und gibt damit die Verbindung zwischen dem Zylinderraum der Bohrung 23 und dem Ringraum 21 frei.
  • Nach Aufbau eines Spanndruckes von vorgegebener Größenordnung im Hydraulik-Medium des Hydrauliksystems wird die Spannschraube 9 in das Gewinde 9' eingeschraubt und überträgt den damit erzeugten Schließdruck über das Druckelement 10 auf die Kugel 7, die nunmehr auf den Dichsitz 8 gepreßt wird und in der bereits beschriebenen Art und Weise das Hydrauliksystem gegenüber dem Ringraum 21 der Spannbüchse 3 unter Druck hermetisch verschließt.
  • Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, sind die beiden Spannschrauben 9 und 14 untereinander gleich ausgebildet, ebenso der Verdrängerkolben 13 und das Druckelement 10, desgleichen sind die Kugeln 7 und 28 von gleicher Dimension und gleichem Werkstoff. Hierdurch wird die Fertigung und Montage sehr erleichtert und vereinfacht. Es ergibt sich dadurch eine verbilligte Fertigung. Im Falle einer Überholung und Austauschs dieser Teile ergibt sich auch eine sparsame Ersatzteil-Lagerhaltung, was sich ebenfalls kostengünstig auf Fertigung und Unterhalt des Spannelementes 18 auswirkt.
  • Fig. 2 veranschaulicht in sehr übersichtlicher Weise die Anordnung und gegenseitige Verbindung der Füllöffnung 15, der Querbohrung 17, des Zylinderraumes der Bohrung 23, sowie der Bohrung 1, 1' mit der Schulter 6.
  • Das Spannelement nach der Erfindung erlaubt durch.
  • seinen unkomplizierten Aufbau und übersichtlichunkomplizierte Bedienung eine Erhöhung der Funktionssicherheit beim Spannen mit vorteilhaft unkomplizierten Mitteln.
  • Weil dabei mittels weniger Handgriffe nach Einspannen des zu bearbeitenden Teils die Gefahr des Nachlassens der Spannung infolge geringfügiger Undichtigkeiten sicher behoben ist, was durch Einsatz weniger artgleicher Bauteile erreicht wird, erfüllt das Spannelement nach der Erfindung in idealer Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims (8)

  1. Ansprüche: 1. Hydraulisches Spannelement, insbesondere zum Spannen rotierender Teile wie Werkstücke, Werkzeuge oder Meßzeuge, mit wenigstens einer hydraulisch dehnbaren, von einem Hydraulik-Medium mit Spanndruck beaufschlaabaren Spannbüchse, wobei der hydraulische Spanndruck von Hand oder maschinell durch eine Kraftspanneinrichtung erzeugt und über wenigstens eine im Spannelement verlaufende Bohrung auf die Spannbüchse übertragen und über die Dauer der Spannung aufrechterhalten wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Bohrung (1) im Bereich zwischen Kraftspanneinrichtung (2) und Spannbüchse (3) mit einem Verschlußorgan (4) verschließbar ausgebildet ist.
  2. 2. Spannelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verschlußorgan (4) mit einem Verschlußelement (5) in Form einer Kugel (7), vorzugsweise einer Stahlkugel, und die Bohrung (l)mit einer Schulter (6) ausgebildet ist, gegen welche die Kugel (7) unter Bildung eines metallischen Dichtsitzes (8) anpreßbar angeordnet ist.
  3. 3. Spannelement nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verschlußorgan (4) eine Spannschraube (9) sowie ein Druckelement (10) zum Anpressen der Kugel (7) gegen die Schulter (6) aufweist.
  4. 4. Spannelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der der Spannschraube (9) entgegengesetzten Seite der Kugel (7) ein Rückstellelement (11), vorzugsweise in Form einer Spiral-Druckfeder, angeordnet ist.
  5. 5. Spannelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kraftspanneinrichtung (2) mit einer Kolben/ Zylinder-Einheit (12) mit einem Verdrängerkolben (13) ausgebildet ist, und daß zum Antrieb des Verdrängerkolbens (13) eine Spannschraube (14) angeordnet ist.
  6. 6. Spannelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spannschrauben (9, 14) einander identisch gleichend ausgebildet sind.
  7. 7. Spannelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verdrängerkolben (13) und das Druckelement (10) identisch gleich ausgebildete Teile sind.
  8. 8. Spannelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Füllöffnung (15) mit einem Verschlußstopfen (16) aufweist, die mit einer Querbohrung (17) oberhalb der Schulter (6) in die Bohrung (1) einmündend und eine Verbindung zwischen der Kolben/Zylinder-Einheit (12) und dem Verschlußorgan (4) herstellend ausgebildet ist.
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