DE3604944C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen drehbaren Flüssigkeits- Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige drehbare Flüssigkeitszylinder sind bereits aus der DE-OS-21 23 075 bekannt. Der dort offenbarte Flüssigkeits- Zylinder hat jedoch eine aufwendige Konstruktion.

Ferner ist aus der GB-14 42 775 ebenfalls ein drehbarer Flüssigkeitszylinder bekannt, bei dem das Absperrventil durch ein Steuerventil betätigt wird. Auch die in dieser Druckschrift offenbarte Konstruktion ist aufwendig.

Ein Beispiel für einen rotierenden Flüssigkeitszylinder, um die Backen einer Einspannvorrichtung, die in einer Drehbank oder ähnlichem verwendet wird, zu steuern, ist in der US-PS Nr. 37 48 968 beschrieben. Diesem Patent zufolge ist die Innenseite eines Zylinders in zwei Kammern geteilt, und man läßt Betriebsöl abwechselnd in die Kammern strömen, um den Kolben hin- und herzubewegen, um die Backen der Einspannvorrichtung zu steuern. Um ein Abfallen des Anpreßdrucks der Einspannvorrichtung zu verhindern, selbst wenn der Öldruck abrupt abnimmt, wird ein Öldruckverschlußmechanismus einschließlich eines Absperrventils und eines Steuerventils bereitgestellt.

Für den Öldruckverschlußmechanismus werden ein Paar Führungs­ stangen, die die Hin- und Herbewegung des Kolbens in den Zylinderkammern lenken, als doppelte Hohlzylinder ausgeführt, und zwei ringförmige Stangen werden bereitgestellt, um sich im Hohlraum zwischen den inneren und äußeren Zylindern zu erstrecken. Eine der Ringstangen ist als ein Absperrventilmechanismus ausgeführt, der durch eine Feder abgestützt ist, und die andere ist als ein Steuermechanismus ausgeführt, der einen Öldurchlaß bildet, durch den ein Teil des Be­ triebsöls dort hineinströmt. Die zwei ringförmigen Stangen sind derart angeordnet, daß sie einander in axialer Richtung gegenüberliegen, und die Innenseite des inneren Zylinders wird als Öldurchlaß für ein Betriebsöl verwendet und mit den entsprechenden Kammern des Zylinders über einen Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren Zylindern und dem Öldurchlaß in dem äußeren Zylinder verbunden. Da es notwendig ist, den Zwischen­ raum zwischen den inneren und äußeren Zylindern eines Führungsstabes mit einer der Zylinderkammern zu verbin­ den und den Zwischenraum zwischen den inneren und äußeren Zylindern des anderen Führungsstabes mit der anderen Zylinderkammer zu verbinden, sollten die Absperrventile und die Steuerventile auf beiden Seiten in gegenüberliegenden Positionen, bezogen auf jede Führungsstange, angebracht sein.

Aus diesem Grund sind in dem oben beschriebenen Mecha­ nismus das Absperrventil und das Steuerventil bis in den ringförmigen Raum zwischen den inneren und äußeren Zylinder ausgedehnt, so daß die Konstruktion umständlich und die Gleitreibung hoch ist, wodurch ein hoher Öldruck bereitzustellen ist, um den Mechanismus zu bewegen. Hinzu kommt, daß durch die doppelwändige Konstruktion der äußere Umfang der Führungsstange groß wird.

Darüber hinaus muß die Fläche, auf die Druck ausgeübt wird, erhöht werden, weil der Steuermechanismus, der eine ringförmige Stange enthält, die mit einem Durchlaß für Steueröl versehen ist, in einem Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder angeordnet ist, um eine ausreichende Größe der Querschnittsfläche für den Öldurchlaß des Betriebsöls sicherzustellen und das Steuerverhältnis zu erhöhen. Dies erhöht jedoch die äußeren Durchmesser der Führungsstangen und des Zylin­ ders, so daß das Steuerverhältnis infolge der Konstruk­ tion im Höchstfall 1 : 3 beträgt. Mit einem solchen Steu­ erverhältnis ist die Folgegeschwindigkeit auf die Veränderung des Betriebsöldrucks sehr niedrig, was eine lange Zeitspanne für die Betätigung der Einspannvor­ richtung nach sich zieht.

Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten rotierenden Flüssigkeitszylinder zum Steuern einer Einspannvorrichtung mit einfacher Bauweise und einem kleinen Zylinderaußendurchmesser bereitzu­ stellen, wodurch die Konstruktion verkleinert wird und so ein hohes Steuerverhältnis bereitgestellt wird, was sich in einer schnellen Reaktion auf Veränderungen im Flüssigkeitsdruck auswirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen drehbaren Flüssigkeitszylinder zur Betätigung einer Einspannvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße drehbare Flüssigkeitszylinder gewährleistet ein schnelles Ansprechen des Steuerventils zum Entlüften der nicht mit Druck beaufschlagten Arbeitskammer. Dies wird insbesondere durch das erfindungsgemäße Steuerverhältnis erreicht, welches sicherstellt, daß schon bei niedrigen Drücken in der zu entlüftenden Arbeitskammer, das Steuerventil den Absperrmechanismus betätigt. Zur Einrichtung eines derartigen Steuerverhältnisses trägt der Umstand bei, daß bei der Erfindung die Steuerkammer innerhalb des Absperrgliedes koaxial zu der Führungsstange und der Steuerventilkolben in der Steuerkammer angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Dabei ist in den Figuren folgendes dargestellt:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, die einen rotie­ renden Flüssigkeitszylinder zum Betätigen einer Einspannvorrichtung darstellt;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des rotierenden Flüssigkeitszylinders, wie in Fig. 1 darge­ stellt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die die Kolben in dem Zylinder darstellt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das dazu dient, den Bewegungs­ vorgang der Kolben in einer Richtung zu erläu­ tern;

Fig. 5 ist eine ähnliche Darstellung, die dazu dient, den Vorgang zum Zeitpunkt des Anhaltens der Kolben zu erklären;

Fig. 6 ist eine ähnliche Darstellung, die dazu dient, den Bewegungsvorgang der Kolben in der entgegen­ gesetzten Richtung zu erläutern;

Fig. 7 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die einen Teil von Fig. 1 darstellt, wie durch Pfeil VII angezeigt;

Fig. 8 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die einen Teil von Fig. 1 darstellt, wie durch Pfeil VIII gekennzeichnet; und

Fig. 9 und 10 sind Ausschnittsansichten, die abgewandelte Anwendungsformen dieser Erfindung darstellen.

Ein rotierender Flüssigkeitszylinder, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, verwendet Öl unter Druck als Betriebs­ flüssigkeit. Der Flüssigkeitsdruckzylinder umfaßt ein Gehäuse, das aus einem Zylinderdeckel 1 und einem rotierenden Absperrglied 4 besteht, die durch Bolzen 7 verbunden sind und eine Kolbenstange 2, die gleitend in das Gehäuse eingebracht ist und mit einem ringförmigen Kolben 3 auf seinem äußeren Rand ausgebildet wird. Eine Zylinderkammer 29 wird in vordere und hintere Zylinder­ kammern 29a und 29b durch den Kolben 3 aufgeteilt, und das Betriebsöl wird abwechslend in eine der Zylinder­ kammern 29a und 29b geleitet, um so den Kolben 3 und Kolbenstange 2 zum Öffnen und Schließen der Backen des Spannfutters durch ein Stellglied, das nicht dargestellt ist, hin- und herzubewegen. Die Vorwärts- und Rückwärts­ bewegungen der Kolbenstange werden durch ein Paar Führungstangen 5 und 51 unterstützt, die an dem Zylin­ derdeckel 1 und dem rotierenden Absperrglied 4 an den diametral gegenüberliegenden Positionen des Kolbens 3 befestigt sind, so daß die Führungsstangen 5 und 51 in axialer Richtung zu der Kolbenstange 2 parallel sind.

Eine Hülse 14 wird durch ein Paar Lager 15 und 15, drehbar auf dem äußeren Rand des rotierenden Absperr­ glieds 4 angebracht. Das vordere Ende der Hülse 14 wird am äußeren Rand des Zylinderdeckels 1 überlappend angebracht, um diesen einzuschließen, und das untere Ende des Hülse 14 wird durch einen Bolzen 20 an einen Hülsenkörper 13 angeschlossen, der mit einem Abfluß­ becken 23 und einer Öffnung 23′ zur Verbindung nach außen versehen ist. Ölentleerungsöffnungen 30, die sich in das Abflußbecken 23 öffnen, sind für die Hülse 14 ausgebildet. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind Ventil­ aufsitzflächen S und S′ an den Innenwänden der hinteren Öffnungen der Führungsstangen 5 und 5′, die von dem rotierenden Absperrglied 4 getragen werden, vorgesehen. Absperrventilmechanismen A und A′ sind im Zylinderdeckel 1 enthalten, in dem Absperrventile 39 und 39′ durch Kompressionsfedern 40 und 40′ gegen die Ventilaufsitz­ flächen S und S′ gepreßt werden, die in den Führungs­ buchsen 41 und 41′ geführt sind und durch Befestigungs­ teile 43 und 43′ gestützt werden, die mit Durchgangs­ öffnungen 46 und 46′ ausgebildet sind. Das Innere der Führungsstange 5 ist durch eine Öffnung 47 direkt mit der hinteren Zylinderkammer 29b verbunden, während das Innere der Führungsstange 51 mit der vorderen Zylinder­ kammer 29 a durch eine Öffnung 44 und einen im Zylinder­ deckel 1 ausgebildeten Öldurchlaß 48 verbunden ist.

Innerhalb des rotierenden Absperrglieds 4, das die Führungsstangen 5 und 5′ abstützt, sind Steuermechanis­ men B und B′ enthalten, beziehungsweise Steuerkammern 33 und 33′, in die Steuerventilkolben 32 und 32′ einge­ schoben werden, die koaxial zu dem Spannfutterventil­ mechanismus (Absperrmechanismus) A und A′ in den Führungsstangen 5 und 5′ und dem Steueröldurchlaß 45 und 45′ angebracht werden, wobei ein Ende mit den Steuerkammern 33 und 33′ und die anderen Enden mit der vorderen Zylinderkammer 29a beziehungsweise der hinteren Zylinderkammer 29b verbun­ den sind.

Öldurchlässe 28 und 28′, die dazu dienen, das Betriebsöl in die vorderen und hinteren Zylinderkammern 29a und 29b ein- und ausströmen zu lassen, sind mit den entspre­ chenden Steuerkammern 33 und 33′ verbunden, um das Betriebsöl durch Führungsstangen 5 und 5′ mit Kontroll­ ventilmechanismen A und A′ bei den vorderen und hinteren Zylinderkammern ein- und ausströmen zu lassen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Öldurchlässe 28 und 28′ mit den Durchlässen 27 und 27′, die in dem Hülsen­ körper 13 durch Öldurchlässe in der Hülse 14 gebildet werden, um eine Verbindung nach außen herzustellen, wobei die Durchlässe 27 und 27′ mit einer Quelle von unter Druck gesetztem Öl, was nicht dargestellt ist, verbunden werden, um das Betriebsöl in die Zylinderkam­ mer 29 ein- und ausströmen zu lassen.

Wie am besten in Fig. 7 dargestellt, wird am hinteren Ende des rotierendes Absperrglieds 4 durch einen Schleuderring 18 und Bolzen 16 ein ringförmiges Abschluß­ stück 17 angebracht. Der innere Rand des Abschlußstücks 17 und der äußere Rand des Hülsenkörpers 13 werden mit Rillen versehen, um eine Labyrinthdichtung zu bilden. Mit dieser Konstruktion wird das von außen eindringende Öl durch eine Ölentleerungsausnehmung 2′ nach außen geleitet, wobei das von innen auslaufende Öl in einem Auffangbehälter in dem Hülsenkörper 13 durch eine Ölablaßrinne 23 aufgefangen wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, werden Luftansaugdurchlässe 24, 25 und 26 im Hülsenkörper 13 ausgebildet, um das Öl zum Ablassen und Wiedergewinnen durch den Schleudereffekt, der durch das Abschlußstück 17 und das Schleuderstück 18 hervorge­ rufen wird, leicht abtrennen zu können. Genauer als in Fig. 7 dargestellt, erzeugt die Drehung des Kantenteils 17 A des Abschlußgliedes 17 und Schleuderringes 18 in Relation zu dem Hülsenkörper 13 einen Luftstrom (siehe Pfeile, und da sich die Richtung des Luftstroms an einer Stelle X ändert, kann eine wirksame Verschluß­ funktion erreicht werden. So wird das von außen eindrin­ gende Öl durch eine Abflußkammer 70 abgelassen, während das von innen eindringende Öl durch eine Ölentleerungs­ kammer 69 abgelassen wird. Bezugsnummer 71 bezeichnet eine Luftkammer.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird eine Hülsenabdeckung 62 am Ende des Hülsenkörpers 13 mit einer ringförmigen Ölentleerungskammer 64 und einer ringförmigen Luftkammer 65 gebildet, so daß, wenn sich der Zylinderdeckel 1 im Verhältnis zu der Hülsenabdeckung 62 dreht, ein Luft­ strom entsteht, wie von einem Pfeil dargestellt, und sich die Richtung des Luftstroms an einem Punkt Y ändert, wodurch eine wirksame Verschlußfunktion geschaf­ fen wird. Bezugsnummer 63 stellt einen Schleuderring dar und 66 einen Verbindungsdurchlaß, der das Auffang­ becken 23 und die ringförmige Ölentleerungskammer 64 verbindet. Durch diese Konstruktion, bei Rotieren eines Ventilator 60, wird ein Abschnitt Z entleert, so daß die Strömungsrichtung der Luft, die sich von dem Auffang­ becken 23 zum Ventilator 60 bewegt, wie von einem Pfeil angezeigt, geändert wird, was verhindert, daß Öl zu dem Ventilator 60 gelangt.

Obwohl bei der vorhergehend beschriebenen Anwendung beide Steuermechanismen B und B′ im rotierenden Absperr­ glied 4 gebildet sind, ist es gleichfalls möglich, jeden der beiden Steuermechanismen im Zylinderdeckel 1 zu integrieren und durch Neuanordnung die Kontrollventil­ mechanismen A und A′ in den Führungsstangen 5 und 5′ umzukehren.

Mit dem rotierenden Ölzylinder nach der oben beschrie­ benen Ausführungsform wird der Steuerdruckkolben, wenn das Betriebsöl in die Steuerkammer 33 von Durchlaß 29 über den Öldurchlaß 28 in die Steuerkammer 33 des Steuermechanismus B eingelassen wird, nach links bewegt, wie in Fig. 3 dargestellt, während gleichzeitig das Absperrventil 39 in Richtung der Ventilaufsitzfläche S gegen die Spannung der Feder 40 bewegt wird, so daß das Betriebsöl in die rückwärtige Zylinderkammer 29b durch eine Öffnung 37 und ein Spalt 46 des Führungsstabes 5 und die Öffnung 47 eingelassen wird, wobei der Kolben 3 in Richtung des Stellglieds, wie in Fig. 4 dargestellt, bewegt wird.

Ein Teil des Betriebsöls, das in die hintere Zylinder­ kammer 29b eindringt, wird durch einen gesteuerten Öldurchlaß 45′ in die Steuerkammer 33′ eingelassen, um den Steuerdruckkolben 32′ zu bewegen und das Steuer­ ventil 39′ gegen die Spannung der Feder 40′ von der Ventilaufsitzfläche S′ wegzubewegen. Dementsprechend wird das Betriebsöl in der vorderen Zylinderkammer 29c durch den Öldurchlaß 48, die Öffnung 44, die Durchgangs­ öffnung 46′ und die Öffnung 37′ der Führungsstange 5′ in den Öldurchlaß 28′ abgelassen und dann durch den Durchlaß 27′ in ein Ölreservoir zurückgeführt, was nicht dargestellt ist. Als Ergebnis wird die Bewegung des Kolbens 3 angehalten, wie in Fig. 5 dargestellt, wodurch ein Vorwärtskolbenhub abgeschlossen ist.

Das Rückbewegen des Kolbens 3 wird durch Umschaltung eines Überleitungsventils bewirkt, was nicht dargestellt ist, so daß der Durchlaß 27′ ein Einlaß und der Durchlaß 27 ein Auslaß wird, um das Betriebsöl in umgekehrter Richtung zu der beschriebenen zu leiten, wodurch der Kolben 3 in der von dem Pfeil beschriebenen Richtung in Fig. 6 bewegt wird.

Wenn das Betriebsöl in die hintere Zylinderkammer 29b eingelassen wird, umklammern die Einspannbacken das Arbeitsstück, und wenn der Kolben 3 in einer Endposition auf der Seite des Stellgliedes gehalten wird, wird die Zufuhr von Betriebsöl zu der rückwärtigen Zylinderkammer 29b unterbrochen. Gleichzeitig wird das Kontrollventil 39 durch die Druckkraft der Feder 40 entgegen der Druckkraft des Betriebsöls gegen die Ventilaufsitzfläche gepreßt, wodurch die Verbindung zwischen der rückwär­ tigen Zylinderkammer 29b und dem Öldurchlaß 28 unterbro­ chen wird. Entsprechend, selbst wenn der Druck des Betriebsöls auf Null sinkt, würde der Druck im rückwärti­ gen Zylinder 29b einen vorherbestimmten Druck beibehal­ ten, wodurch der Kolben 3 in einer vorherbestimmten Endposition gehalten werden kann.

Umgekehrt, wenn das Betriebsöl in die vordere Zylinder­ kammer 29a eingelassen wird, um den Kolben 3 in eine Position auf der gegenüberliegenden Seite des Stell­ glieds zu bewegen und dann anzuhalten, wodurch die Zufuhr von Betriebsöl von der äußeren Quelle des unter Druck gesetzten Öls gestoppt wird, wird das Absperrven­ til 39′ gegen die Ventilaufsitzfläche S′ gepreßt, wodurch die Verbindung zwischen der vorderen Zylinder­ kammer 29a und dem Öldurchlaß 28′ unterbrochen wird. Folglich ist es möglich, den Kolben in der gewünschten Endposition zu halten.

Darüber hinaus wird es möglich, den anfänglichen Arbeits­ druck der Absperrventile 39, 39′ unabhängig von den Umdrehungen des Zylinders konstant zu halten, indem man die Rückstellkraft der Federn 40, 40′ einstellbar macht.

Entsprechend dem rotierenden Flüssigkeitszylinder zur Betätigung einer Einspannvorrichtung nach dieser Erfindung ist es möglich, den Durchmesser und die Länge des Führungsstabes zu verkürzen, da ein Steuermechanis­ mus in einem Teil gebildet wird, das ein Ende der Führungsstange abstützt und nur ein Absperrventil­ mechanismus in der Führungsstange enthalten ist.

Da ein Absperrventilmechanismus in einer Führungsstange als ein von einer Feder verschlossenes Absperrventil ausgeführt wird, ist es darüber hinaus nicht nur möglich, die Konstruktion stark zu vereinfachen, sondern auch, unabhängig vom Durchmesser der Führungsstange, die Fläche des Selbststeuerungsdruckkolbens zu vergrößern, so daß es möglich ist, das sogenannte Steuerverhältnis auf ungefähr 1 : 7 zu verbessern. Das erhöht die Folgege­ schwindigkeit auf Veränderung des Drucks des Betriebs­ öls, wodurch die Geschwindigkeit des Einspannens und Ausspannens des Arbeitsstücks heraufgesetzt wird und die Arbeitszeit verkürzt wird.

Da das Absperrventil von einer Führungsbuchse geführt wird, die achsparallel zu der Ventilaufsitzfläche ist, kann die Genauigkeit des Absperrventils gewährleistet werden, und selbst wenn der Kolben während der Drehung der Einspannvorrichtung betätigt wird, würde das Absperrventil in radialer Richtung nicht verschoben.

Bedingt durch die vereinfachte Konstruktion, ist die Gleitreibung so gering, daß der Absperrventilmechanismus und der Steuermechanismus bei niedrigem Druck genau arbeiten kann. Da es darüber hinaus möglich ist, Öldruck­ zylinder mit kleiner Trägheit herzustellen, kann eine hochgenaue Greifkraft, wie man sie für die Bearbeitung dünner Arbeitsstücke braucht, gewährleistet werden.

Eine Modifizierung dieser Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt, in der die Führungsstange 5 in ein Ventil­ aufsitzflächenbestandteil 51 und ein zylindrisches Bestandteil 52, das das Ventilaufsitzflächenbestandteil an einem Ende abstützt, aufgeteilt ist. Mit dieser geteilten Konstruktion ist es möglich, die Aufsitzfläche genauer zu bearbeiten, wodurch der Verschlußeffekt des Absperrventils verbessert wird. Darüber hinaus kann die Erfindung durch alleiniges Austauschen des zylindrischen Bestandteils 52 auf Zylinder mit verschiedenen Kolben­ hüben angewendet werden. Im Gegensatz dazu, wenn die Führungsstange integriert ist, ist es notwendig, die Führungsstange als Ganzes auszutauschen. Wo nur das zylindrische Teil ausgetauscht wird, wird ein geeigneter Abstandhalter 90 entsprechend der Länge des zylindrischen Anteils verwendet. Weiterhin wird es durch diese Abwandlung möglich, das Steuerverhältnis nach Wunsch zu ändern, indem einfach die Ventilaufsitzfläche 51 mit einer anderen, die einen unterschiedlichen Öffnungs­ durchmesser aufweist, ausgetauscht wird.

Fig. 10 zeigt noch eine andere Variante dieser Erfin­ dung, bei der die Ventilplatte 51, wie in Fig. 9 dargestellt, bis zu der Druckkolbengleitzone ausgeweitet wird. Durch genaues Bearbeiten der vergrößerten Ventil­ aufsitzfläche 501 kann die Genauigkeit der Druckkolben­ gleitzone verbessert werden. Im Gegensatz dazu wird in einer Konstruktion, in der der Druckkolben 32 entlang einer Innenwand des rotierenden Absperrglieds 4 ge­ schoben wird, die Spannung, die durch Erhärten der Innenfläche entsteht, die Werkstückgenauigkeit beein­ flußt.

Claims (1)

1. Drehbarer Flüssigkeitszylinder zur Betätigung einer Einspannvorrichtung, mit einer Kolbenstange, die wirksam mit der Einspannvorrichtung verbunden ist, einem drehbaren Zylindergehäuse und parallelen Führungsstangen in dem Zylinder­ gehäuse, wobei die Führungsstangen in axialer Richtung zu der Kolbenstange angeordnet sind und federgespannte Absperr­ mechanismen jeweils in den Führungsstangen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

   • - Steuerkammern (33, 33′) innerhalb der Innenwand des Zylindergehäuses gebildet und koaxial mit den Führungsstangen (5, 5′) angeordnet sind;
   • - daß Steuerkolben (32, 32′) in den jeweiligen Steuerkammern (33, 33′) angeordnet sind, um die Absperrmechanismen (A, A′) zu steuern, und
   • - daß Ventilaufsitzflächen (S, S′) zum Abstützen von jeweiligen Absperrventilen (39, 39′) der Absperrmechanismen (A, A′) jeweils zwischen den Steuerkammern (33, 33′) und den Führungsstangen (5, 5′) angeordnet sind.