DE4135490C1 - Hydraulic tool or workpiece chuck, or support - has holding piston rod axially slidable in clamping piston centre bore - Google Patents

Abstract

The hydraulic clamping element is for a tool. The housing has a bottom (8) and an upper (9) portion. The bottom portion has a threaded flange which screws into the upper portion and there is a small opening (4) in the flat portion of the bottom portion. The two portions are sealed together by a sealing ring (3). A piston (1) extends through a bore (13) in the end of the upper portion. It has a collar with a conical surface (12) bearing on a matching conical surface (11) on a clamping piston (7) sliding in the upper portion of the housing. A collar (14) on the end of the piston (1) engages with a groove in the end of the clamping piston. USE - Hydraulic clutch assembly holding tool of workpiece.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Spann­ element mit einem hydraulisch betätigbaren Spannglied zum Spannen oder Abstützen von Werkzeugen oder Werk­ stücken auf Werkzeugmaschinen.The invention relates to a hydraulic clamping element with a hydraulically operated tendon for clamping or supporting tools or work pieces on machine tools.

Solche Spannelemente werden in den verschiedensten Bereichen der spanenden und nicht spanenden Bearbei­ tung verwendet und eignen sich besonders dann, wenn halb- oder vollautomatische Werkzeug- bzw. Werkstück­ wechsel vorgenommen werden. Such clamping elements are used in a wide variety Areas of machining and non-machining tion used and are particularly suitable when semi or fully automatic tool or workpiece change.  

Aus dem Stand der Technik ist die Patentschrift DD 2 83 095 bekannt, in der eine Einrichtung zum An­ fahren und Lösen von Stützvorrichtungen für Werkstücke beschrieben wird.The patent is from the prior art DD 2 83 095 known, in which a device for An driving and releasing support devices for workpieces is described.

Die Stützvorrichtung besteht aus einer Schubstange, die von einem Stützkörper kappenförmig umschlossen wird, welche in einem Gehäuse verschiebbar gelagert ist. Das Gehäuse ist mittels Deckel verschlossen und druckmittel­ beaufschlagbar. Ein im Stützkörper radial angeordneter Stift ragt in eine radiale Bohrung in der Schubstange hinein, wobei der Durchmesser der Bohrung größer als der des Stiftes ist und begrenzt die Verschiebbarkeit zwischen Stützkörper und Schubstange auf den Bruchteil eines Millimeters, gestattet jedoch, daß sich der Stütz­ körper spielfrei mit seiner inneren Planfläche auf die Stirnfläche der Schubstange aufsetzen kann. Hierbei werden die Planfläche und die Stirnfläche radial nach außen von einem ringförmigen Raum begrenzt, in den eine radial durch den Stützkörper erstreckte Bohrung mündet. In die innere Planfläche des Stützkörpers ist ein Freiraum eingearbeitet, dessen Durchmesser das statische und dynamische Verhalten der Einrichtung wesentlich mit­ bestimmt. Die dem Stützkörper abgewandte Seite der Schub­ stange ist mit einem Kolben versehen, an dem im stütz­ körperseitigen Zylinderraum eine am Gehäuse anliegende Feder abgestützt ist. Von der Stirnfläche aus ist ein koaxialer Kanal in die Schubstange geführt, der über eine Querbohrung mit dem Zylinderraum verbunden ist. Dieser Zylinderraum ist wiederum durch eine Drossel mit dem auf der anderen Seite des Kolbens befindlichen Zylinderraum verbunden, der einen äußeren Anschluß besitzt. Zwischen Kolben und Stützkörper wird die Schubstange von einer Klemmhülse umschlossen, die über einen Anschluß mit Druckmedium beaufschlagbar ist.The support device consists of a push rod that is enclosed by a support body in a cap shape, which is slidably mounted in a housing. The Housing is closed with a cover and pressure medium actable. A radially arranged in the support body The pin protrudes into a radial hole in the push rod into it, with the diameter of the hole larger than is that of the pen and limits the displaceability between support body and push rod to the fraction a millimeter, however, allows the support to extend body without play with its inner flat surface on the Can attach the end face of the push rod. Here the plane surface and the front surface are radially behind bounded on the outside by an annular space into which one radially extends through the support body opening. In the inner plane surface of the support body is a Free space incorporated, the diameter of which is static and dynamic behavior of the facility certainly. The side of the thrust facing away from the support body rod is provided with a piston on which in the support body-side cylinder space one adjacent to the housing Spring is supported. From the face is a coaxial channel in the push rod, which over a transverse bore is connected to the cylinder space. This cylinder space is in turn a throttle with the one on the other side of the piston Cylinder chamber connected, which is an external connection owns. Between the piston and the support body Push rod enclosed by a clamping sleeve that over a connection with pressure medium can be acted upon.

Die Wirkungsweise wird für den Einsatz der Stützvor­ richtung als Bestandteil einer Spannvorrichtung be­ schrieben. The mode of action is used for the support direction as part of a tensioning device wrote.  

Im Ruhezustand befindet sich die Schubstange in ihrer unteren Position, d. h. die untere Ringfläche des Kolbens der Schubstange liegt am unteren Deckel des Gehäuses an.In the idle state the push rod is in hers lower position, d. H. the lower ring surface of the piston the push rod rests on the lower cover of the housing.

Wird der untere Anschluß mit Drucklust beaufschlagt, wirkt dieser mit dem vollen Druck auf die untere Kolben­ ringfläche des Kolbens und durchströmt die Drossel des Kolbens, die Querbohrung in der Schubstange, deren Kanal, sowie den zwischen dem Stützkörper und der Schubstange gebildeten Drosselspalt und gelangt durch den ringför­ migen Raum und die Querbohrung nach außen. Zunächst wird die Federkraft noch nicht überwunden, und die Schubstange bleibt in ihrer unteren Position. Bei Druckerhöhung be­ wegt sich die Schubstange nach oben und der auf der Schub­ stange befestigte Stützkörper stützt das Werkstück. Es folgt dabei ein Druckausgleich, und es kommt zum Ausgleich der statischen Kräfte am Kolben der Schub­ stange. In dieser Position wird die Schubstange ver­ klemmt, um eine Lagefixierung des Werkstückes zu sichern.If pressure is applied to the lower connection, this acts with full pressure on the lower pistons ring surface of the piston and flows through the throttle of the Piston, the cross hole in the push rod, its channel, and that between the support body and the push rod throttle gap formed and passes through the ringför space and the cross hole to the outside. First of all the spring force has not yet been overcome, and the push rod remains in its lower position. When pressure increases the push rod moves up and the one on the push rod-attached support body supports the workpiece. A pressure equalization follows and it comes to Compensation of the static forces on the piston of the thrust pole. In this position the push rod is ver clamps to secure the workpiece in position.

Dies geschieht in der Weise, daß durch den vorgesehenen Anschluß des Gehäuses Druckluft in das Gehäuse gedrückt wird, die auf die Klemmhülse wirkt, wodurch die Schub­ stange von der Klemmhülse fest umspannt und somit in ihrer Lage fixiert wird.This is done in such a way that the intended Connection of the housing compressed air pressed into the housing that acts on the collet, causing the thrust rod firmly clamped by the clamping sleeve and thus in her Location is fixed.

Zum Lösen der Stützvorrichtung wird zunächst der eben beschriebene Anschluß mit dem Rücklauf verbunden, so daß sich der Druck auf die Klemmhülse entspannt, und anschlie­ ßend wird der untere Anschluß mit der Atmosphäre verbunden, wodurch der Feder ermöglicht wird, die Luft aus dem Zy­ linderraum zu verdrängen, und die Schubstange mit ihrem Stützkörper wird in das Gehäuse eingefahren.To release the support device, the level is first described connection connected to the return, so that the pressure on the clamping sleeve relaxes, and then The lower connection is connected to the atmosphere, which allows the spring to release the air from the Zy to displace the linderraum, and the push rod with her Support body is inserted into the housing.

Dem Stand der Technik haften die Nachteile an, daß die bekannte Lösung in ihrem technischen Aufbau sehr kom­ pliziert ist, was die Störanfälligkeit der Einrichtung fördert, und zum anderen ist die Fertigung bzw. Herstel­ lung mit einem fertigungstechnisch hohem Aufwand ver­ bunden.The prior art has the disadvantages that the known solution in its technical structure very com is what makes the facility susceptible to interference promotes, and on the other hand, the manufacturing or manufacture processing with a high level of manufacturing technology bound.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein hydraulisches Spannelement zum Unterstützen von Werkstücken und zum Spannen von Werkstücken zu entwickeln, welches unter Beibehaltung und Ausnutzung der Selbsthemmung zwischen zwei sich aneinander anliegenden und zu klemmenden Teilen, ein sicheres verspannen und Unterstützen gewährleistet, wobei auf zusätzliche Maschinenelemente bei der Entspan­ nung verzichtet werden soll, jedoch eine sichere Klemmung auch bei abgeschaltetem Druck gewährleistet sein muß.The object of the invention is a hydraulic Clamping element for supporting workpieces and To develop workpieces, which under Maintaining and taking advantage of self-locking between two parts to be clamped against each other, secure tensioning and support guaranteed, being on additional machine elements when relaxing should be dispensed with, but secure clamping must be ensured even when the pressure is switched off.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 herausgestellten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the Claim 1 highlighted features solved.

Zweckmäßige Ausgestaltungen eines derartigen Spann­ elementes sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate configurations of such a clamping elements are the subject of the subclaims.

Bei der vorliegenden erfinderischen Lösung kommt vorteil­ haft zum Tragen, daß das hydraulische Spannelement von seinem Aufbau und von seiner Wirkungsweise her ein funktionssicheres Spannen oder Unterstützen von Werkstücken und Werkzeugen gewährleistet.The present inventive solution is advantageous adheres to the fact that the hydraulic tensioning element from its structure and mode of operation reliable clamping or support of workpieces and tools guaranteed.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung veranschaulicht und wird nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is in one embodiment in the Drawing illustrates and is detailed below explained in more detail with reference to the drawing.

Die Zeichnung zeigt das hydraulische Spannelement vom Prinzip her, wobei die Schnittdarstellung gewählt wurde. The drawing shows the hydraulic clamping element from Principle, where the sectional view was chosen.  

Aus der Zeichnung ist erkennbar, daß das Spannelement in kompakter Form ausgeführt ist und das Gehäuse 5 aus einem Gehäuseunterteil 8 sowie einem Gehäuseoberteil 9 mit Deckel 10 besteht, wobei der Deckel 10 kein gesondertes Bauteil darstellt, vielmehr mit dem Gehäuseoberteil 9 eine Einheit bildet und vorteilhaft als ein komplettes Teil hergestellt wird.From the drawing it can be seen that the clamping element is designed in a compact form and the housing 5 consists of a lower housing part 8 and an upper housing part 9 with cover 10 , the cover 10 is not a separate component, but rather forms a unit with the upper housing part 9 and is advantageous is manufactured as a complete part.

Technologisch ist nicht ausgeschlossen, den Deckel 10 als Einzelstück herzustellen und dann mit dem Gehäuseober­ teil 9 in geeigneter Form zu verbinden.Technologically, it is not excluded to manufacture the cover 10 as a single piece and then to connect it to the upper housing part 9 in a suitable form.

Innerhalb des Gehäuses 5 ist die Kolbenstange des Spann­ kolbens 1 vorgesehen, die den Klemmkolben 7 trägt, welcher mit seinem äußeren Umfang an der Innenwandung des Gehäuse­ oberteiles 9 anliegt und dadurch gleichzeitig der Kolben­ stange des Spannkolbens 1 eine Führung und sichere Lagerung gestattet. Die zweite Lagefixierung der Kolbenstange des Spannkolbens 1 erfolgt durch die Bohrung 13 im Deckel 10 des Gehäuseoberteiles 9, die so bemessen ist, daß die Kolbenstange des Spannkolbens 1 darin längsverschiebbar ist.Within the housing 5 , the piston rod of the clamping piston 1 is provided, which carries the clamping piston 7 , which bears with its outer circumference on the inner wall of the housing upper part 9 and thereby simultaneously the piston rod of the clamping piston 1 allows guidance and secure storage. The second position fixing of the piston rod of the tensioning piston 1 takes place through the bore 13 in the cover 10 of the upper housing part 9 , which is dimensioned such that the piston rod of the tensioning piston 1 is longitudinally displaceable therein.

Vorgesehene Dichtungen 3 zwischen der Kolbenstange des Spannkolbens 1 zum Klemmkolben 7 und zur Bohrung 13 ver­ hindern ein Austreten bzw. Hindurchtreten des verwendeten Mediums.Provided seals 3 between the piston rod of the tensioning piston 1 to the clamping piston 7 and to the bore 13 prevent leakage or passage of the medium used.

Ein Gehäuseunterteil 8 dichtet den Innenraum des Gehäu­ ses 5 ab, wobei auch hier vorgesehene Dichtungen 3 Leckverluste verhindern. Die eingesetzten Dichtungen 3 gewährleisten des weiteren Druckdifferenzen vor und hinter dem Klemmkolben 7.A lower housing part 8 seals the interior of the housing 5 , the seals provided here also preventing 3 leakage losses. The seals 3 used further ensure pressure differences upstream and downstream of the clamping piston 7 .

Funktionsbedingt weist die Kolbenstange des Spann­ kolbens 1 einen Ansatz 14 und der Klemmkolben 7 eine Aussparung 15 auf, die so zueinander bemessen sind, daß Formschluß zwischen den Teilen gegeben ist. Functionally, the piston rod of the clamping piston 1 has a projection 14 and the clamping piston 7 has a recess 15 , which are dimensioned to each other so that there is a positive fit between the parts.

Innerhalb des Gehäuses 5, an der Innenseite des Deckels 10 ist der konisch gestaltete Klemmring 6 angeordnet, der so gestaltet ist, daß sein Außenkonus 12 das gleiche Stei­ gungsmaß besitzt wie der Innenkonus 11 des Klemmkolbens 7. Des weiteren weist der Klemmring 6 nicht näher darge­ stellte Schlitze auf, die umfangsseitig verteilt vorge­ sehen sind.Inside the housing 5 , on the inside of the cover 10 , the conically shaped clamping ring 6 is arranged, which is designed such that its outer cone 12 has the same pitch as the inner cone 11 of the clamping piston 7th Furthermore, the clamping ring 6 has not shown Darge slots that are seen distributed around the circumference.

Um den Ein- und Austritt des verwendeten Mediums für das Spannelement und somit seine Funktion zu ermöglichen, besitzt das Gehäuse 5 Mediumeintrittsöffnungen 2; 4.In order to enable the entry and exit of the medium used for the tensioning element and thus its function, the housing has 5 medium inlet openings 2 ; 4th

Zum Funktionsablauf des hydraulischen Spannelementes: Das hydraulische Spannelement wird auf den Maschinen­ tisch einer Werkzeugmaschine aufgesetzt und befestigt. Über die Eintrittsöffnung 4 wird das Medium zugeführt, drückt auf die Stirnflächen der Kolbenstange des Spann­ kolbens 1 sowie des Klemmkolbens 7 und bewegt beide Teile vorwärts. Bei Anlage der Kolbenstange des Spannkolbens 1 an einen Körper, dem zu unterstützenden oder zu spannenden Werkstück, verharrt die Kolbenstange des Spannkolbens 1 in dieser Stellung, während der Klemmkolben 7 weiter vorwärts bewegt wird. Bei weiterer Vorwärtsbewegung gelangt der Klemmkolben 7 mit seinem Innenkonus 11 über den Außenkonus 12 des Klemmringes 6. Da beide Konen die gleiche Steigung besitzen, gleitet der Klemmkolben 7 auf den Konus 12 des Klemmringes 6 weiter und bewirkt, unterstützt durch die Schlitze im Klemmring 6, ein Festspannen der Kolbenstange des Spann­ kolbens 1 in der anfixierten Stellung.The functional sequence of the hydraulic clamping element: The hydraulic clamping element is placed and fastened on the machine table of a machine tool. Via the inlet opening 4 , the medium is supplied, presses on the end faces of the piston rod of the clamping piston 1 and the clamping piston 7 and moves both parts forward. When the piston rod of the tensioning piston 1 rests against a body, the workpiece to be supported or to be tensioned, the piston rod of the tensioning piston 1 remains in this position while the clamping piston 7 is moved further forward. Upon further forward movement, the clamping piston 7 with its inner cone 11 passes over the outer cone 12 of the clamping ring 6 . Since both cones have the same pitch, the clamping piston 7 slides on to the cone 12 of the clamping ring 6 and, supported by the slots in the clamping ring 6 , causes the piston rod of the clamping piston 1 to tighten in the attached position.

Das Neigungsverhältnis bzw. die Steigung der Konen 11; 12 vom Klemmring 6 und vom Klemmkolben 7 sind so aus­ geführt, daß Selbsthemmung beim Aufeinandertreffen der beiden Teile vorherrscht, wodurch eine sichere Klemmung der Kolbenstange des Spannkolbens 1, auch bei Wegnahme des hydraulischen Druckes, gewährleistet ist.The inclination ratio or the slope of the cones 11 ; 12 of the clamping ring 6 and the clamping piston 7 are guided so that self-locking prevails when the two parts meet, whereby a secure clamping of the piston rod of the tensioning piston 1 , even when the hydraulic pressure is removed, is ensured.

Soll die Stützung bzw. Verspannung des Werkstückes oder anderen Körpers aufgehoben werden, wird über die zweite Eintrittsöffnung 2 das Medium in den sich gebildeten Zwischenraum von Deckel 10 und Klemmkolben 7 geführt. Bei Druckerhöhung wird die Selbsthemmung zwischen den Konen 11; 12 von Kolbenstange des Spannkolbens 1 und Klemmring 6 überwunden.If the support or tensioning of the workpiece or other body is to be removed, the medium is guided via the second inlet opening 2 into the space formed by the cover 10 and the clamping piston 7 . When the pressure increases, the self-locking between the cones 11 ; 12 overcome by the piston rod of the tensioning piston 1 and the clamping ring 6 .

Der Klemmkolben 7 wird rückwärts bewegt, greift mit seiner Aussparung 15 über den Ansatz 14 der Kolbenstange des Spannkolbens 1 und nimmt diese in seiner Rückwärts­ bewegung mit.The clamping piston 7 is moved backwards, engages with its recess 15 over the shoulder 14 of the piston rod of the tensioning piston 1 and takes it with it in its backward movement.

Somit ist das Werkstück frei; es kann gewechselt werden, und das hydraulische Spannelement ist für den nächsten Vorgang einsatzbereit.The workpiece is thus free; it can be changed and the hydraulic tensioner is for the next one Operation ready for use.

Die beschriebene Funktionsweise gibt Aufschluß über den Einsatz des Spannelementes als Mittel zum Spannen und zum Unterstützen von Werkstücken, Werkzeugen oder anderer Gegenstände.The described mode of operation provides information about the Use of the tensioning element as a means for tensioning and to support workpieces, tools or others Objects.

Auf seine besonders vorteilhafte Verwendung beim Spannen oder Unterstützen von Körpern mit nicht parallen An­ schlagflächen oder bei Werkstücken mit sehr dünnen Wandungen bzw. bei Werkstücken aus labilem Material sei hingewiesen, denn durch das beschriebene Prinzip des Anlegens der Kolbenstange des Spannkolbens 1 an das Werk­ stück werden keine Spannungen oder Drücke erzeugt, die sich negativ auf die Qualität der Bearbeitungsstücke auswirken.On its particularly advantageous use when clamping or supporting bodies with non-parallel striking surfaces or for workpieces with very thin walls or workpieces made of unstable material, it should be pointed out, because by the principle described of applying the piston rod of the tensioning piston 1 to the work piece does not generate any stresses or pressures that negatively affect the quality of the workpieces.

Die konstruktive Ausführung des hydraulischen Spann­ elementes hängt im wesentlichen von seinem Einsatzgebiet ab, wobei die zu erzeugende Druck- bzw. Spannkraft das entscheidende Moment darstellt. The design of the hydraulic clamping elementes essentially depends on its area of application from, the pressure or clamping force to be generated represents crucial moment.  

Diesem wird entsprochen, indem die Stirnflächen der Kolbenstange des Spannkolbens 1 und des Klemmkolbens 7 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, was fertigungstechnisch dadurch erreicht wird, daß die Maße der Durchmesser der beiden Teile aus dem Flächenverhältnis abgeleitet werden bzw. auch in umgekehrter Reihenfolge von den Durchmessern auf die Flächengrößen bezug genommen wird. Dadurch ist eine breite Palette zu erzeugender Druck- bzw. Spannkräfte ableitbar.This is complied with by the end faces of the piston rod of the tensioning piston 1 and the clamping piston 7 being in a certain relationship to one another, which is achieved in terms of production technology in that the dimensions of the diameters of the two parts are derived from the area ratio or in reverse order from the Diameters are referred to the area sizes. As a result, a wide range of compressive or clamping forces to be generated can be derived.

Claims (3)

1. Hydraulisches Spannelement mit einem hydraulisch betätigbaren Spannglied zum Spannen oder Abstützen von Werkzeugen oder Werkstücken auf Werkzeugma­ schinen mit einem einen druckmittelbeaufschlagbaren Zylinderraum umfassenden Gehäuse mit Gehäusedeckel, der eine zentrale Öffnung aufweist, zum Durchtritt einer das Spannglied bildenden Kolbenstange eines druckmittelbeaufschlagbaren Spannkolbens, sowie mit einer druckmittelbetätigbaren Klemmeinrichtung zum Festklemmen der Kolbenstange des Spannkolbens gegen­ über dem Gehäuse, nachdem die Kolbenstange an dem zu spannenden bzw. abzustützenden Werkzeug bzw. Werk­ stück in Anlage gekommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange des Spannkolbens (1) in einer zentralen Bohrung eines Klemmkolbens (7) axial verschiebbar und dichtend geführt ist, der seiner­ seits dichtend im Zylinderraum geführt ist, einen Ansatz (14) am Spannkolben (1) hintergreift und im Bereich seiner Bohrung eine Innenkonusfläche (11) aufweist, die in Wirkverbindung mit einer Außenkonus­ fläche (12) eines die Kolbenstange des Spannkolbens (1) umgebenden, an der Innenseite des Gehäusedeckels (10) angeordneten Klemmringes (6) bringbar ist.1.Hydraulic tensioning element with a hydraulically actuated tensioning element for tensioning or supporting tools or workpieces on machine tools with a housing with a cover which can be pressurized with a cylinder and which has a central opening for the passage of a piston rod of a tensioning piston which can be pressurized as well as with a Pressure-actuated clamping device for clamping the piston rod of the clamping piston against the housing after the piston rod has come into contact with the tool or workpiece to be clamped or supported, characterized in that the piston rod of the clamping piston ( 1 ) is in a central bore of a clamping piston ( 7 ) is axially displaceable and sealingly, which is sealingly guided in the cylinder chamber, engages behind an extension ( 14 ) on the tensioning piston ( 1 ) and has an inner conical surface ( 11 ) in the area of its bore, which can be brought into operative connection with an outer cone surface ( 12 ) of a clamping ring ( 6 ) surrounding the piston rod of the tensioning piston ( 1 ) and arranged on the inside of the housing cover ( 10 ). 2. Hydraulisches Spannelement, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aneinanderliegen von Klemm­ kolben (7) und Klemmring (6) Selbsthemmung gegeben ist.2. Hydraulic clamping element, according to claim 1, characterized in that self-locking is given when the clamping piston ( 7 ) and clamping ring ( 6 ) abut each other. 3. Hydraulisches Spannelement, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Innenseite des Deckels (10) angeordnete Klemmring (6) umfangs­ seitig Schlitze aufweist.3. Hydraulic clamping element, according to claim 1 and 2, characterized in that the clamping ring ( 6 ) arranged on the inside of the cover ( 10 ) has circumferential slots on the circumference.