-
Mechanisch-hydraulisches Spanngerät für Werkstücke, Werkzeuge . oder
Maschinenteile Die Erfindung bezieht sich auf mechandsehhydraulische Spannzeuge
zum Einspannen von Werkstücken, Werkzeugen oder Maschinenteilen, insbesondere auf
Maschinenschraubstöcke und andere Spanngeräte für das spangebende Formen auf Bohrwerken,
Hobelmaschinen, Fräsmäschinen und Drehbänken.
-
Es sind bereits Spannzeuge bekannt, bei denen die Spannbacken, Spannklauen
u. dgl.. mit mechanischen Verstellmitteln im Schnellgang, zum und vom Werkstück
geführt, die Spannkräfte dagegen von .einer außerhalb des Spannzeuges liegenden
, hydraulischen Kraftquelle abgeleitet werden. Aber die dabei notwendigen Hochdruckleitungen
zwischen dem Spannzeug und dem hydraulischen Druckerzeugungsmittel mit den dazu
gehörenden hand- oder fußbetätigten Steuerelementen sind allgemein lästig, in vielen
Fällen sogar unbrauchbar. Das gilt vor allem für Spannzeuge für bewegte Werkstücke,
Werkzeuge und Maschinenteile an und -auf Werkz-eugmaschinen.
-
Dieser Mangel ist bei einen, bekannten mechanisch-hydraulischen Reitstock-Spitzenspanngerät
dadurch beseitigt, daß sämtliche hydraulischen Druckerzeugungs- und; Spannmittel
innerhalb des Spanngerätes untergebracht sind.
-
Durch die Erfindung werden nicht nur für Reitstock-Spitzenspannvorrichtungen,
sondern auch für andere Spanngeräte Wege zu besserem Spannein
gezeigt,
und zwar besteht die Erfindung bei mechanisch-hydraulischen Spaaingeräten für Werkstücke,
Werkzeuge oder Maschinenteile, bei welchen. sämtliche hydraulischen Druckerzeugungs-und
Spannmittel jeweils innerhalb des Spanngerätes untergebracht sind, im wesentlichen.
darin, daß für den gesamten Löse- oder Spannvorgang nur ein Betätigungsglied derart
dient, daß durch Drehen desselben im Löse- bzw. Spannsinn der Flüssigkeitsdruck
erhöht und gleichzeitig auf ein zum selbsttätigen Nachspannen dienendes elastisches
Glied und auf das Spannglied übertragen wird. Bei der erwähnten bekannten Reitstock-Spitzenspannvorrichtung
ist zwar schon vorgesehen, daß bei Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes im Spannsinn
dieser Flüssigkeitsdruck gleichzeitig auf ein durch eine-Schraubenfeder oder ein
Luftkissen gebildetes elastisches Glied und auf das Sp'ännglied übertragen wird.
Das elastische Glied hat jedoch bei der bekannten Vorrichtung in erster Linie die
Aufgabe, ein selbsttätiges Ausweichen der Druckflüssigkeit bei einer Steigerung
des axialen Drukkes durch Ausdehnen des sidh infolge der Sparabnahme erwärmenden
Werkstückes zu ermöglichen. Erst, wenn sich das Werkstück abkühlt und wieder kürzer
wird, dehnt sich im gleichen Maße das elastische Glied aus und wirkt dann als selbGttätiges
Nachspannmittel. Bei diesem bekannten Spanngerät besteht jedoch die Notwendigkeit,
für das schnelle Heranführen des Spannmittels an das Werkstück und für das Festspannen
des Werkstückes je ein besonderes Betätigungsglied zu bedienen, was nicht nur umständlich,
sondern auch insofern ungünstig ist, als besonders bei Reitstock-Spitzenspannvorrichtungen
schwerer Drehbänke das eine Betätigungsglied wegen des notwendigen großen Verstellbereiches
für die Handhabung des anderen Betätigungsgliedes ein Hindernis darstellt. Diese
Nachteile sind beim Erfindungsgegenstand. vermieden, bei dem nur ein einziges Betätigungsglied
für den gesamten Spannvorgang benötigt wird, also keine zusätzlichen hand- oder
fußbetätigten Steuerorgane für die Hochdruckhydraulik erforderlich sind. Durch die
erfindungsgemäß vorgesehene Vereinigung dieses Merkmals mit dem an sich bekannten
Merkmal der Einschaltung eines selbsttätigem. elastischen Nachspannrmittels wird
ein erheblicher technischer 7ortschritt-gegenüber den bekannten Spanngeräten erzielt.
Die Erfindung ermöglicht zwei Spannarten, nämlich das direkte und das indirekte
Spannen.
-
Beim direkten Spannen ist das vorzugsweise durch vorgespannte Tellerfedern
gebildete elastische Glied zwischen den Druckflüssigkeits-Sekundärkolben und das
Spannglied, das z. B. die bewegliche Backe eines Schraubstockes oder die Pinole
eines Reitstockes ist, eingeschaltet, und nach dem Heranführen des Spanngliedes
an den einzuspannenden Gegenstand wird durch Erhöhen des Flüssigkeitsdruckes das
Spannen bewirkt. Nach diesem Prinzip kann ein Spanngerät mit einer selbsthemmenden
Schnellgangspindel und selbsttätiger Nachspannung erfindungsgemäß in der Weise ausgestaltet
sein, daß beim Drehen des Betätigungsgliedes im Spannsinn und im Schnellgang durch
das Auftreten des Spanndruckes eine kraftschlüssige Drehmomentkupplung zwischen
Betätigungsglied und Schnellgangspindel gelöst wird und durch weiteres Drehen des
Betätigungsgliedes im gleichen Sinn die Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes erfolgt.
Die Drehmomentkupplung kann dabei aus einem mittels des Betätigungsgliedes auf oder
in der Schnellgangspindel axial verschraubbaren Schraubglied und einem radial bewegbaren
Kupplungsglied bestehen, das während des Schnellganges unter Federwirkung in eine
Rast der Schnellgangspindel eingreifend eine Schraubbewegung des Schraubgliedes
auf bzw. in der Schnellgangspindel verhindert, das jedoch beim Auftreten des Spanndruckes
ausrastet, wodurch beim Weiterdrehen des Betätigungsgliedes das Schraubglied auf
bzw. in der Schnellgangspindel verschraubt und damit ein in der hohlen Schnellgangspindel
axial verschiebbar angeordneter Druckflüssigkeits-Primärkolben in den Flüssigkeitsdruckraum
vorgeschoben wird. Das indirekte Spannen kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch,
daß das ebenfalls vorzugsweise durch Tellerfedern gebildete elastische Glied beim
Zusammenbau des Spanngerätes auf den betriebsmäßig zum Festlegen des Werkstückes
oder Werkzeuges oder Maschinenteiles erforderlichen Spanndruck mechanisch vorgespannt
wird, wobei noch ein ausreichender Federweg für das hydraulische weitere Zusammenpressen
des elastischen Gliedes zum Lösen des festgespannten Gegenstandes übrig bleibt,
und daß alle betriebsmäßigen Spann- und Lösevorgänge mit kleinem Verstellweg des
Spanngliedes durch Verringern bzw. Erhöhen des Flüssigkeitsdruckes mittels des Betätigungsgliedes
bewirkt werden. Beirr indirekten Spannen liefert also allein das zugleich als selbsttätiges
Nachspannmittel dienende elastische Glied die Spannkraft, und das Erhöhen des den
Sekundärkolben beeinflussenden Flüssigkeitsdruckes bewirkt in diesem Fall das Lösen
des festgespannten Gegenstandes. Diese indirekte Spannart hat den besonderen Vorteil,
daß die Spannkraft vom Gefühl des Menschen unabhängig ist und daß auch bei etwaigem
Versagen der Hydraulik eine- absolute Spannsicherheit gewährleistet ist, wodurch
besonders beim Einspannen großer Werkstücke Betriebsunfälle verhindert werden. Große
An- und Abstellwege der Spannklauen oder Spannbacken werden zweckmäßig durch einen
mechanischen Schnellgang überbrückt, während die Hochdruckhydiraulik nur zum Spannen
und Lösen dient, wobei das vorgesehene einzige Betätigungsglied selbsttätig vom
Schnellgang auf den Spanngang umschaltet, sobald das schnell herangeführte Spannglied
an dem einzuspannenden Gegenstand zur Anlage kommt. Andererseits kann der mechanische
Schnellgang fortfallen, wenn die Spannweiten sich so wenig ändern, daß die Spannwege
mit dem hydraulischen Spanngang überbrückbar sind. Je nach der gestellten Aufgabe
bringt bald
die direkte, bald die indirekte Spannart mit mechanischem
Schnellgang oder ohne diesen die größeren Vorteile.
-
Die Zeichnungen veranschaulichen drei Ausführungsbeispiele der Erfindung,
und zwar sind der Schraubstock nach Fig. i bis 4 und die Abstützung der Reitstockspitze
in der oberen Hälfte der Fig. 5 Beispiele für das direkte Spannen mit Schnell- und
Spanngang, während die Reitstockbefestigung in der unteren Hälfte der Fig. 5 ein
Beispiel für das indirekte Spannen ohne die Notwendigkeit eines Schnellganges darstellt.
Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch einen Unterzugschraubstock, Fig. 2 einen
waag; rechten Schnitt durch den Schraubstock, Fig.3 einen Querschnitt durch den
Schraubstock nach der Linie A-.P der Fig. i und Fig. 4 einen Querschnitt durch den
Schraubstock nach der Linie C-D der Fig. i ; _ Fig. 5 stellt einen Längsschnitt
durch einen schweren Reitstock mit mechanisch-hydraulischer Spitzenspann- und Bettbefestigungsvorrichtung
dar.
-
Das als Unterzugschraubstock ausgebildete Spanngerät nach Fig. i bis
4 besteht aus dem Unterteil i, dem Unterzugschieber 2 und dem Oberteil 3. Der Unterzugschieber
2 trägt die auswechselbare Backe 4 und der Oberteil 3 die ebenfalls auswechselbare
Backe 5. Zwischen diesen Backen kann also das Werkstück 6 eingespannt werden. Die
Backe 4 wird beispielsweise durch zwei Schrauben 7 und die Backe 5 durch die beiden
Schrauben 8 gehalten.
-
In dem Oberteil 3 ist die hohle Schnellgangspindel9 gelagert, die
in das Muttergewinde des Unterzugschiebers 2 ..greift. Am Ende der Hohlspindel befindet
sich z. B. der als Ratsche ausgebildete Handhebel io, der mit der Mutter i i gekuppelt
ist, die auf dem Gewinde 12 der Hohlspindel 9 leicht beweglich sitzt.
-
Innerhalb der Hohlspindel 9 ist der Druckflüssigkeits-Primärkolben
13 geführt, der durch einen auf ihm gegenläufig verschiebbaren Sekundärkolben 14
in den mit einem Druckmittel, z. B. mit einem plastischen Kunststoff, C51 oder Fett
gefüllten Druckraum,i5 hineinragt. Der Sekundärkolben 14 ist in dem Oberteil 3 verschiebbar
und trägt zwischen sich und der Stirnfläche der Hohlspindel 9 eine Batterie Tellerfedern
16, die mit einer bestimmten Vorspannung eingebaut wurden.
-
Die Wirkungsweise des Schraubstockes ist folgende: Um das Werkstück
6 einzuspannen, wird in üblicher Weise der Handgriff io im Uhrzeigersinn gedreht.
Durch die als kraftschlüssige Drehmomentkupplung dienende Ratsche 17 in der
Mutter i i wird die Hohlspindel 9 mitgenommen. Zum Anstellen wird also zunächst
nur die Hohlspindel 9 benutzt, die den Unterzugschieber 2 nach rechts verschiebt.
Wenn das Werkstück mit mäßigem Druck, der dem einstellbaren . Drehmoment der Ratsche
17 entspricht, zwischen den Backen 4 und 5 sitzt, springt die Ratschenkugel
17 aus ihrer Vertiefung 18, und nunmehr dreht sich die Mutter i i
allein auf dem äußeren Ende der Hohlspindel 9 weiter. Dabei wandert die Mutter nach
links und schiebt den Primärkolben 13 in den Druckraum 1.5. Das verdrängte Druckmittel
drückt den Sekundärkolben14 nach rechts und das vorgespannte Federpaket 16 gegen
die Stirnfläche der Hohlspindel 9, die ihrerseits über ihr Muttergewinde den Unterzugschieber
2 nach rechts mitnimmt und das Werkstück 6 spannt. Die Vertiefung 18 ist so gestaltet,
daß ein Überratschen nur beim Spannen, aber nicht beim Lösen möglich ist.
-
Die Übersetzung der Hochdruckhydraulik, die durch das Größenverhältnis
der Flächen des Primärkolbens 13 und des Sekundärkolbens 14 bestimmt wird,
kann beliebig gewählt werden. Die Hohlspindel 9 wird vorteilhaft mit einem -Grobtrapezgewinde
ausgeführt, durch das eine beschleunigte An- und Abstellbewegung der Backen möglich
ist.
-
Besonders. beachtenswert ist es, daß beim hydraulischen Spannen die
Hohlspindel 9 keine Drehung mehr macht, d. h., daß ihr schlechter Wirkungsgrad im
Schraubentrieb ausgeschaltet ist. Wohl ist die Reibung im Gewinde 12 noch wirksam,
aber der Kraftverlust ist hier verhältnismäßig klein, weil der Vorschubdruck des
Primärkolbens 13 nur einen Bruchteil der Spannkraft bildet.
-
Beim Lösen wird durch die linksdrehende Kurbel io zunächst die Mutter
i i zurückgeschraubt, bis die Ratschenkugel 17 wieder in die Vertiefung t8 springt.
Damit ist der hydraulische Druck aufgehoben. Bei weiterem Zurückdrehen wird die
Hohlspindel 9 mitgenommen, wodurch die Spannbacken vom Werkstück abgehoben werden.
-
Durch die Tellerfedern 16 wird eine sogenannte nachgreifende Spannung
erzielt, d. h. bei einem etwaigen Lockern des Werkstückes 6 zwischen den Backen
4 und 5 drizeken die Federn 16 selbsttätig nach, .so daß, ähnlich wie bei einem
Preßlu.ftspanner, die Spannung unterschiedlich von einem rein mechanischen Spanner
erhalten bleibt.
-
Ein weiteres Beispiel für das direkte mechanischhydraulische Spannen
gemäß der Erfindung bildet die in der oberen Hälfte der Fig. 5 dargestellte Spitzenspannvorrichtung
eines Reitstockes.
-
In dem Reitstockgehäuse 22 ist axial verschiebbar die Pinole 2o angeordnet,
in, der die mit dem Werkstück mitlaufende Spitze i9 in üblicher Weise drehbar gelagert
ist. Das Längslager 2i nimmt den axialen Arbeitsdruck der Spitze auf und überträgt
ihn über die längsbewegliche Büchse 23, das Lager 24, den Federbolzen 25, den Federsatz
26, den Ring 27 und den Sekundärkolben 29 auf das Druckmedium im Raum
30 und in den Bohrungen 3 i, 33 und 35. -Die Mutter 28 dient beim Zusammenbau
zum mechanischen Vorspannen des Federpakets 26. Die Flüssigkeitsspannung wird durch
den Primärkolben 32 erzeugt, der durch die Innenspindel 39, 42 und das auf ihr mit
der Mutter 44 befestigte Handrad 43 axial bewegt werden kann. Die Schraubspindel
36, die mit der Mutter 37 den Schnellgang für die An- und Abstellbewegung der Spitze
bildet, ist im hinteren Ende der Pinole 2o
in bekannter Weise axial
und radial geführt. Sie erhält ihren Antrieb, ebenso wie die Schnellgangspindel
des Schraubstockes, über eine Ratschenkupplung, die aus der gefederten Kugel 4o
und der Kugelrast 41 besteht. Der Schaft-4?- ist in der Bohrung 38 leicht dreh-
und verschiebbar gelagert. Das Manometer 34 dient zur Kontrolle der Spannkraft.
In der Zeichnung ist die Spitze drucklos dargestellt.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Rechtsdrehen des Handrades 43
zwingt die Ratschenkupplung 40, 41 im Schaft 42 die Schnellgangspindel 36 zum Mitlaufen
und die Pinole 2o zur Schnellbewegung nach links. Solange kein besonderer Widerstand
an der Spitze und der Pinole auftritt, rotieren die Spindeln 36 und 39 gemeinsam.
Erreicht jedoch die Spitze das Werkstück, so steigt das Drehmoment an der Spindel
39 an, bis das eingestellte Drehmoment an der Ratschenkupplung überschritten wird
und die ausweichende Kugel 40 die Verbindung mit der Schnellgangspindel löst. Bei
weiterem Drehen des Handrades 43 schraubt sich nur noch die Spindel 39 weiter, schiebt
den Primärkolben 32 nach links, steigert die Flüssigkeitsspannung und wirkt dementsprechend
auf den Sekundärkolben 29 und die Federn 26, die das elastische Glied zwischen dem
Werkstück bzw. der Spitze und der Hydraulik bilden. Die Druckanzeige am Manometer
34 und das elastische Glied schützen die Spitze vor unzulässigen Belastungen beim
Aufspannen und bei Wärmedehnungen im Betrieb.
-
Beim Lösen wird das Handrad' 43 links herum gedreht, die Vorgänge
folgen einander umgekehrt, bis die Ratsohenkupplung ihre Ausgangsstellung erreicht
hat und der Schnellgang sich selbsttätig wieder einschaltet. Beim Rückgang rastet
auch hier, wie beim Schraubstock, die Kugel 40 wieder in die Vertiefung 41 ein,
wodurch beim weiteren Zurückdrehen des Handrades eine kraftschlüssige Verbindung
der Teile 36 und 39 hergestellt ist.
-
Wie die untere Hälfte der Fig. 5 zeigt, sind zur Befestigung des Reitstockgehäuses
22.-, auf dem Drehbankbett 45 die Spannleiste 46, die Spannschrauben 47, die Unterlegscheiben
48, die Tellerfedersätze 49, die Muttern So und die Sekundärkolben 51 vorgesehen.
Über den Kolben 51 liegen die Räume 52 für das Druckmittel, das auch die Bohrungen
53, 54 und 55 füllt. In den Bohrungen 55 und 57 sitzt der Primärkolben 56, mit dem
die Mutter 58 fest verbunden ist. Diese ist in der Bohrung 57 verschiebbar gelagert
und durch die Nut 59 und die Paßfeder 6o gegen Verdrehung gesichert. Die Schraube
61 ist mit dem Handrad 62 fest verbunden. Die Zeichnung zeigt den Reitstock in gelöstem
Zustand. Dabei steht die gesamte Hydraulik unter dem von dem Kolben 56 erzeugten
Druck. Die Federpakete 49 sind um den Betrag des restlichen Federweges verkürzt,
und die Spannleiste 46 ist frei. Die Verspannung der Federsätze 49 wird beim ersten
Aufbau des Reitstockes durch mechanisches Anziehen der Muttern 5o erzeugt. Beim
hydraulischen Spannen und Lösen genügen jeweils zusätzliche Federwege von -Bruchteilen
eines Millimeters.
-
Soll der Reitstock mit dem Bett fest verbunden werden, so wird das
Handrad 62 im Uhrzeigersinn gedreht und die Mutter 58 durch die Schraube 61 nach
rechts gezogen. Ihr folgt der Primärkolben 56, die Spannung in den Druckräumen geht
zurück, und die Kolben 51 steigen nach oben, bis das Reitstockgehäuse 22 und die
Spannleiste 46 unter der somit wirksam werdenden Verspannung der Federsätze 49 am
Drehbankbett festliegen.
-
Zum Lösen wird das Handrad 43 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und
der hydraulische Druck so lange gesteigert, bis- die Federsätze 49 durch die Sekundärkolben
51 mittels der Spannschrauben 47 und der Muttern So über die Vorspannungsiage
hinaus zusammengedrückt werden und dadurch den Reitstock freigeben.
-
Die Federsätze müssen. in jedem Fall erstmalig beim Zusammenbau der
Vorrichtung auf mechanischem Weg vorgespannt werden. Erst dann ist es möglich, die
Hydraulik in der beschriebenen Weise kraftsparend einzusetzen.
-
Bei kleinen Anstellwegen, die mit dem Spanngang leicht überbrückbar
sind, kann allgemein der Schnellgang fortfallen. Das ist hauptsächlich bei Sonderspannzeugen
der Fall, bei denen die An-und Abstellwege oft nur Bruchteile eines Millimeters
betragen.
-
Von den vielen Verwendungsmöglichkeiten -der hydraulisch-mechanischen
Spannart gemäß der Erfindung seien als Beispiele noch folgende genannt: Meißelbefestigung
auf den Supporten von Hobelmaschinen und Drehbänken, Werkstücksbefestigung auf Planscheiben
und mit Zwei-, Drei- und Vierbackenfutter, Befestigung von Quer- und Längsschlitten
auf ihrer Grundlage und das Spannen mit Patronenschrauben, wie es z. B. bei Walzendrehbänken
üblich ist.