DE3219621C2 - Pneumatisch angetriebene Spannvorrichtung, insbesondere Maschinenschraubstock - Google Patents

Abstract

Eine pneumatisch angetriebene Spannvorrichtung weist ein in einem Gehäuse (1) in Spannrichtung bewegbares Spannteil (2) und eine Verstelleinrichtung (3-5) zur Grobverstellung des Spannteiles (2) gegenüber dem Gehäuse (1) in Spannrichtung auf. Zwischen der Verstelleinrichtung (3-5) und dem Spannteil (2) ist in einem Antriebsgehäuse (6) ein Kraftverstärker (7-9) vorgesehen, mit einem pneumatisch beaufschlagbaren Primärglied (10, 11), einem an seinem einen Ende vorgesehenen, mit der Verstelleinrichtung (3-5) verbundenen Widerlager (8) und einem an seinem anderen Ende in Spannrichtung beweglichen, auf das Spannteil (2) einwirkenden Sekundärglied (9). In dem Antriebsgehäuse (6) ist ein quer zur Spannrichtung des Kraftverstärkers (7-9) beweglicher, zwischen sein Sekundärglied (9) und das angrenzende Teil (6) einschiebbarer Keil (14) vorgesehen. Zum Antrieb ist ein mit einer Keilfläche (19) auf den Keil (14) einwirkender erster Kolben vorgesehen, der mit einem doppeltwirkenden zweiten Kolben verbunden ist. Die Druckräume (18a, 30a) der zugehörigen Zylinder sind über eine Parallelleitung verbunden und stehen über eine Verbindungsleitung (21) und ein in dieser angeordnetes, einstellbares Überdurckventil (22) mit dem Druckraum (10a) des Primärgliedantriebes (10, 11) in Verbindung.

Description

gungsrhythmus im praktischen Einsatz und Klebeffekte der Dichtungen in undefinierbarer Größe negativ aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatisch angetriebene Spannvorrichtung, insbesondere einen Maschinenschraubstock der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der unabhängig von dem Leerhub des Spannteiles stets mit genau vorherbestimmbarer und gleich großer, hoher Vorspannkraft arbeitet und dessen Kolben nach Beendigung des Spannvorganges problemlos wieder in Ausgangsstellung zurückführbar ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß dieser erste Kolben über eine Kolbenstange mit einem doppeltwirkenden zweiten Kolben verbunden ist, der in einem zweiten, getrennten Zylinder verschiebbar ist, dessen den Druckraum des ersten Kolbens abgewandter Zylinderraum über eine Parallelleitung mit dem Druckraum ständig verbunden ist.

Durch Verwendung des zusätzlichen, doppeltwirkenden Kolbens kann die Rückstellfeder entfallen. Hierdurch entfallen bei der neuen Spannvorrichtung auch alle durch die Rückstellfeder verursachten Nachteile. Die Vorspannkraft wird in keiner Weise mehr beeinträchtigt, und die Vorspannkraft ist vor allen Dingen auch unabhängig von dem Leerhub des Spannteiles, solange der maximal zulässige Leerhub nicht überschritten wird. Hinzu kommt, daß durch den doppeltwirkenden Kolben die Vorspannkraft praktisch verdoppelt wird; denn beim Spannen wirken jetzt der erste Kolben und auch der doppeltwirkende Kolben jeweils in der gleichen Richtung, und ihre Kräfte addieren sich. Beim Entspannen wirkt hingegen nur die zweite Kolbenflächt des doppeltwirkenden Kolbens und zieht den ersten Kolben in seine Ausgangsstellung zurück. Die Kraft des doppeltwirkenden Kolbens reicht hierbei aus, um die Haftreibung zwischen den Keilflächen zu überwinden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem anhand eines in der Zeichnung iargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spannvorrichtung,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt des Überdruckventils.

In dem stationären Gehäuse 1 ist das Spannteil 2 in Spannrichtung 5 verschiebbar gelagert. Eine zwischen zwei Steckbolzen 3 gehaltene Mutter 4 kann durch Umstecken der Steckbolzen 3 gegenüber dem Gehäuse 1 stufenweise in Spannrichtung verstellt werden. In der Mutter 4 ist eine VersteMspindel 5 verschraubbar, deren Antriebsschaft durch das Antriebsgehäuse 6 hindurchgeführt ist. Das Antriebsgehäuse 6 ist fest mit dem Spannieil 2 verbunden.

In dem Antriebsgehäuse ist ein mechanischer Kraftverstärker in Form eines Kniehebelkraftverstärkers vorgesehen. Zu beiden Seiten des Antriebsschaftes 5a ist je ein Kniehebelpaar 7 parallel zur Spannrichtung S angeordnet. Dereine Kniehebel jedes Kniehebelpaares stützt sich dabei an einem Widerlager 8 ab, während der andere Kniehebel auf ein Sekundärglied 9 einwirkt. Zum Antrieb des Kniehebelkraftverstärkers dient ein in einem Zylinder 10 beweglicher Kolben 11. Der Hub dieses Kolbens 11 ist zweckmäßig durch die Stellschraube 12. deren Kopf mit Markierungsringen 13 versehen ist. begrenzbar.

In dem Antriebsgehäuse 6 ist ferner ein quer zui Spannrichtung 5des !<.^r;iftvcrstärkers 7 — 9 beweglicher Keil 14 vorgesehen. Dieser Keil 14 greift zwischen das Sekundärglicd 9 und eine Keilfläche 15 am Antriebsgehäuse 6 ein. Auch das Sekundärglied 9 ist mit einer Keilflächc 16 versehen. Zum Antrieb des Keiles 14 dient ein parallel zur Spannrichtung S beweglicher erster Kolben 17, der in einem ersten Zylinder 18 verschiebbar ist. Der Kolben 17 weist eine schräg zu seiner Achse verlaufende Keilfläche 19 auf, die mit einer entsprechend weiteren Keilfläche 20 des Keiles 14 zusammenwirkt. Der Winkel, den die Keilflächen 19,20 des Keiles 14 und des Kolbens 17 mit der Kolbenachse einschließen, ist zweckmäßig kleiner als der Reibungswinkei, so daß zwischen den aufeinandergleitenden Keilflächen 19, 20 Selbsthemmung eintritt.

Koaxial zum ersten Zylinder 18 ist ein zweiter Zylinder 30 vorgesehen, in welchem ein doppeltwirkender Kolben 31 verschiebbar angeordnet ist. Dieser doppeltwirkende zweite Kolben 31 ist über die Kolbenstange 32 mit dem ersten Kolben 17 fest verbunden. Der dem Druckraum 18a des ersten Kolbens 17 abgewandte Zylinderrauat 30a des zweiten Zylinders ist über eine Parallelleitung 33 mit dem Druckraun· y&a ständig verbunden. Ferner steht der Druckraum 18a ü! er eine Verbindungsleitung 21 mit dem Druckraum 10a des Zylinders 10 in Verbindung. In dieser Verbindungsleitunj 21 ist ein einstellbares Überdruckventil 22 vorgesehen. Über die Psrallelleitung 33 und die Verbindungsleitung 21 sind der Druckraum 18a und der Zylinderraum 30a sowie auch der Druckraum 10a parallel geschaltet. Im Druckraum 10a kann sich jedoch erst dann ein Druck aufbauen, wenn der Luftdruck im Druckraurn 18a und im Zylinderraum 30a einen bestimmten, am Überdruckventil 22 eingestellten Druck überschreitet.

In einer an die Parallelleitung 33 angeschlossenen Eintrittsleitung 34 ist zweckmäßig ein Rückschlagventil 35 vorgesehen. Der dem Druckraum 18a des ersten KoI-bens 17 zugekehrte Zylinderraum 306 des Zylinders 30 ist an eine zweite Eintrittsleitung 36 angeschlossen. In dieser zweiten Eintrittsleitung befindet sich ein Steuerkolben 37, der mit einem federbelastete Ventü 38 zusammenwirkt, welches mit der ersten Eintrittsleitung 34 hinter dem Rückschlagventil 35 in Verbindung steht.

Ferner weist der erste Kolben 17 zweckmäßig eine zentrale Bohrung 27 auf, und im Kolbenboden ist ein federbelastetes Sicherheitsventil 26 angeordnet. Die stationär angeordnete Stange 28 rag' in die zentrale Bohrung 27 hinein und ist gegenüber dieser mit dem O-Ring 39 abgedichtet. Ferner weist die Stange 28 eine Längsbohrung 40 auf, die einerseits in der zentralen Bohrung 27 und andererseits im Freien mündet.

Der Druckraum 18a des Zylinders 18 steht über eine Verbindungsleitung 21,21a mit dem Druckraum 10a des Zylinders 10 in Verbindung. In dieser Verbindungskitung 21, 21a ist ein einstellbares Überdruckventil 22 vorgesehen. Über die Verbindungsleitung 21, 21a sind die Druckräume !8a und 10a in Reihe geschaltet.

Für das Spannen einer Serie von in etwa gleich großen, sich nur von Werkstückstoleranzen unterscheidenden Werkstücken W wird das Spannteil durch Versetzen der Spindeirnutter 4 und Verdrehen der Versteilspindel 5 von Hand in eine Position gebracht, in der seine Spannbacke 2a von dem Werkstück Weinen Abstand H von etwa 3 mm einnimmt. Dieser At/stand H entspricht dem Öffnungshub der Spannvorrichtung. Wird nun über ein nicht dargestelltes Ventil Druckluft in die erste Einlaßleitjng 34 eingelassen, so gelangt diese

b5 in den Druckraum 18a und den Zylinderraum 30a. Hierdurch werden beide Kolben 17 und 31 gemeinsam nach links verschoben, wobei sich die auf die Kolbenflächen wirkenden Kräfte addieren. Die Kcilfliichc 19 des KoI-

bens 17 bewegt den Keil 14 quer zur Spannrichtung S nach oben. Der Keil 14 schiebt das Spannteil 2 nach links, bis seine Spannbacke 2a zur Anlage am Werkstück VV gelangt. Die Kniehebel 7 des Kraftverstärkers bleiben hierbei in ihrer gezeigten Ruhestellung. Durch den Keil 14 wird die Spannbacke 2a an das Werkstück mit einer bestimmten Vorspannkraft angedrückt. Sobald die Spannbacke 2a am Werkstück Wanliegt, steigt der Luftdruck im Druckraum 18a bis zum Erreichen der Vorspannkraft an, und es öffnet dann das einstellbare Überdruckventil 22. Die Vorspannkraft ist durch das Überdruckventil 22 einstellbar.

Wenn nach Erreichen der Vorspannkraft das Ventil 22 die Verbindungsleitung 21, 21a freigegeben hat, beginnt der eigentliche Krafthub. Die in den Druckraum 10a einströmende Druckluft bewegt den Kolben Il nach unten und betätigt dabei die Kniehebel 7 des

in bekannten Vorrichtung beeinträchtigt dieses Ausströmen der Luft durch die Längsbohrung 40 die Funktion der Schmierung zwischen den Keilflächen 19 und 20 in keiner Weise. Bei der vorbekanntcn Ausführung konnte die ausströmende Druckluft an diesen Keilflächen entlangströmen, wodurch das Schmiermittel weggeblasen wurde.

In Fig. 2 ist außerdem eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Überdruckventil 22 dargestellt. Das Überdruckventil 22 weist einen gegenüber dem umgebenden Ventilgehäuse 41 abgedichteten Kolben 42 auf. Dieser Kolben 42 besitzt einen im Durchmesser verkleinerten Ansatz 43, der unter Wirkung der Feder 44 am Ventilsitz 45 anliegt, in welchem die Verbindungsleitung 21 mündet. Die Vorspannung der Feder 44 ist durch Verdrehen der Stellschraube 46 einstellbar.

Sobald der Druck in der Leitung 21 ausreicht, um den

ginnt, wenn der Spannbacken 2a mit einer bestimmten Vorspannkraft an dem Werkstück anliegt, ist unabhängig von irgendwelchen Werkstückstoleranzen die vom Kraftverstärker erzeugte Spannkraft stets gleich hoch.

Die Selbsthemmung zwischen den Keilflächen 19, 20 verhindert, daß der Keil 14 bei Betätigung des Kraftverstärker nachgibt. Das Rückschlagventil 35 sorgt dafür, daß auch bei einem Luftdruckabfall im Druckluftversorgungsnetz die volle Spannwirkung der Spannvorrichtungerhalten bleibt.

Zum Lösen und Öffnen der Spannvorrichtung wird die weitere Druckluftzufuhr zur Einlaßleitung 34 unter- jo brochen und Druckluft in die zweite Einlaßleitung 36 eingelassen. Hierdurch wird der Steuerkolben 37 mit Druck beaufschlagt und öffnet das federbelastete Ventil 38. Gleichzeitig wird der Zylinderraum 30b unter Druck gesetzt, und der doppeltwirkende Kolben 31 bewegt sich von links nach rechts. Er nimmt hierbei über die Kolbenstange 32 den Kolben 17 mit und bewegt ihn in seine Ausgangsstellung zurück. Da das Ventil 38 geöffnet ist, kann die Druckluft aus dem Druckraum 10a über die Verbindungsleitung 21 und das Rückschlagventil 29 ebenso entweichen wie die Druckluft aus dem Druckraum 18a und dem Zylinderraum 30a. Die Teile 7 und 9 des Kraftverstärkers und der Kolben 11 sowie das .Spannteil 2 werden durch Rückstellfedern in ihre Ausgangslage zurückgeführt. Der Spannbacken 2a bewegt sich dabei um den Öffnungshub H von dem Werkstück VV zurück, so daß dieses nunmehr leicht entnommen werden kann. Der Öffnungshub H ist bewußt nur so groß gehalten, daß die Werkstücke einer Serie leicht zwischen die Sparnbacken eingesetzt werden können. jedoch ein Finger nicht zwischen das eingesetzte Werkstück und die Spannbacken paßt. Es besteht also keine Gefahr der Verletzung durch Einklemmen zwischen Werkstück und Spannbacken.

Als weitere Sicherheitsvorkehrung dient das Sicherheitsventil 26 im Kolbenboden 17a. Wenn nämlich der Öffnungshub H zu groß eingestellt wird, so daß dieser Hub größer ist als der tatsächlich vom Keil 14 erzeugbare Hub des Spannteiles 2, dann wird der Kolben 17 so weit nach links verschoben, daß die Stange 28 das Sicherheitsventil 26 öffnet. Die Druckluft kann dadurch durch die Längsbohrung 40 ins Freie entweichen. Abgesehen davon, daß hierdurch ein weiterer Druckaufbau im Druckraum 18a sowie im Zylinderraum 30a und damit eine Betätigung des Kraftverstärkers vermieden wird, wird durch die Luftausströmung ein akustisches Signal erzeugt, welches die Bedienungsperson auf den Einstellfehler aufmerksam macht Gegenüber der vornoiv 41 *T»m ventile!»-*

öffn

til, und es baut sich im Ventilraum 47 der gleiche Druck auf wie in dem Druckraum 18a und im Zylinderraum 30a. Dieser Druck wirkt nunmehr auf die gesamte Kolbenfläche des großen Kolbens 42, wodurch die Feder 44 zusammengedrückt wird. Auch wenn der Druck im Ventilntum 47 unter den Wert absinken würde, der zur ersten Öffnung des Ventils erforderlich war. wird das Überdruckventil weiterhin in Öffnungsstellung gehalten. Der Vorteil dieser Ausführung ist, daß irn Grenzbereich des Öffnungsdruckes das Ventil nicht zu flattern anfängt.

Da die Rückstellung des Kolbens 17 nach Überwindung der Haftreibung im Keilsysitm schlagartig erfolgt, ist der Kolben 17 mit einem Dämpfungsring 48 versehen. Der Aufprall auf die Stirnfläche des Druckraumes 18a wird damit gemindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch angetriebene Spannvorrichtung, insbesondere Maschinenschraubstock, mit einem in einem stationären Gehäuse in Spannrichtung bewegbaren Spannteil, mit einer Verstelleinrichtung zur Grobverstellung des Spannteiles gegenüber dem stationären Gehäuse in Spannrichtung, mit einem zwischen Verstelleinrichtung und Spannteil in einem Antriebsgehäuse vorgesehenen Kraftverstärker, der ein pneumatisch beaufschlagbares Primärglied aufweist, mit einem am einen Ende des Kraftverstärkers vorgesehenen Widerlager, welches mit der Verstelleinrichtung in Verbindung steht, mit einem am anderen Ende des Kraftverstärkers in Spannrichtung beweglich angeordneten Sekundärglied, welches auf das Spannteil einwirkt, und mit einem in dem Antriebsgehäuse quer zur Spannrichtung des Kraftverstärkers beweglichen, in Spannrichtung zwischen dessen Sekundärglied oder dessen Widerlager und das jeweils angrenzende Teil einschiebbaren Keil, zu dessen Antrieb ein quer zur Bewegungsrichtung des Keiles in einem Zylinder verschiebbarer Kolben vorgesehen ist, der eine schräg zu seiner Achse verlaufende, mit einer entsprechenden weiteren Keilfläche des Keiles zusammenwirkende Keilfläche aufweist, wobei der Druckraum des Zylinders über eine Verbindungsleitung und ein in dieser angeordnetes, einstellbares Überdruckventil dem Druckraum des Primärgliedantriebes vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erste Kolben (17) über eine Kolbenstange (32) mit einem doppeltwirkenden zweiten Kolben (31) verbunden ist, der in einem zweiten, getrennten Zy'^:nder (30) verschiebbar ist, dessen dem Druckraum (Ma)des ersten Kolbens (17) abgewandter Zylinderraum (30a) über eine Parallelleitung (33) mit dem Druckraum (Ma) ständig verbunden ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer an die Parallelleitung (33) angeschlossenen ersten Eintrittsleitung (34) ein Rückschlagventil (35) vorgesehen ist, daß an den dem Druckraum (18a)des ersten Kolbens (17) zugekehrten Zylinderraum (30b) des zweiten Kolbens (31) eine zweite Eintrittsleitung (36) angeschlossen ist, die mit einem Steuerkolben (37) in Verbindung steht, welcher bei Druckbeaufschlagung der zweiten Eintrittsleitung (36) in der ersten Eintrittsleitung (34) ein hinter dem Rückschlagventil (35) vorgesehenes Entlüftungsventil (38) öffnet.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste Kolben eine zentrale Bohrung und im Kolbenboden ein Sicherheitsventil aufweist, welches in vorderster Spannstellung des Kolbens durch eine in der Bohrung angeordnete stationäre Stange geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (28) gegenüber der zentralen Bohrung (27) abgedichtet ist und eine einerseits in der Bohrung (27) und andererseits im Freien mündende Längsbohrung (40) aufweist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (22) aus einem federbelasteten, gegenüber dem Ventilgehäuse (41) abgedichteten Kolben (42) mit einem im Durchmesser verkleinerten Ansatz (43) besteht, der sich an einem an die Verbindungsleitung (2i) anschließenden Ventilsitz (45) abstützt.

Die Erfindung betrifft eine pneumatisch angetriebene Spannvorrichtung, insbesondere einen Maschinenschraubstock, mit einem in einem stationären Gehäuse in Spannrichtung bewegbaren Spannteil, mit einer Verstelleinrichtung zur Grobverstellung des Spannteiles gegenüber dem stationären Gehäuse in Spannrichtung, mit einem zwischen Verstelleinrichtung und Spannteil in einem Antriebsgehäuse vorgesehenen Kraftverstärker, der ein pneumatisch beaufschlagbares Primärglied aufweist, mit einem am einen Ende des Kraftverstärkers vorgesehenen Widerlager, welches mit der Verstelleinrichtung in Verbindung steht, mit einem am anderen Ende des Kraftverstärkers in Spannrichtung beweglich angeordneten Sekundärglied, welches auf das Spannteil einwirkt und mit einem in dem Antriebsgehäuse quer zur Spannrichtung des Kraftverstärkers beweglichen, in Spannrichtung zwischen dessen Sekundärglied oder dessen Widerlager und das jeweils angrenzende Teil einschiebbaren Keil, zu dessen Antrieb ein quer zur Bewegungsrichtung des Keiles in einem Zylinder verschiebbarer Kolben vorgesehen ist, der eine schräg zu seiner Achse verlaufende, mit einer entsprechenden weiteren Keilfläche des Keiles zusammenwirkende Keilfläche aufweist, wobei der Druckraum des Zylinders über eine Verbindungsleitung und ein in dieser angeordnetes, einstellbares Überdruckventil dem Druckraum des Primärgliedantriebes vorgeschaltet ist.

Bei einer derartigen bekannten, pneumatisch angetriebenen Spannvorrichtung (DE-OS 30 39 906) ist der Winkel, den die Keilflächen des Keiles und des Kolbens einschließen, kleiner als der Reibungswinkel, so daß zwischen den aufeinander gleitenden Keilflächen Selbsthemmung eintritt. Ferner wird der Kolben zu Beginn des Spannvorganges durch den im Druckraum des Zylinders herrschenden Druck entgegen der Kraft einer Rückstellfeder verschoben. Die Rückstellfeder ist vorgesehen, um den Kolben bei Beendigung des Spannvorganges wieder in seine Ausgangslage zurückzuführen, wobei die Feder die Selbsthemmung zwischen den Keilflächen des Kolbens und des Keiles überwinden muß. Nachdem die Reibung zwischen den aneinanderliegenden Keilflächen abhängig von den jeweiligen Schmierverhältnissen zwischen beiden Keilflächen ist, der Schmierzustand aber bei hohen Drucken nie 100%ig genau definiert werden kann, muß die Rückstellfeder so ausgelegt werden, daß sie mit Sicherheit den Kolben zurückdrückt. Dies bedeutet, daß ein großer Teil der Kolbenkraft durch die Rückstellfeder verlorengeht und daß dadurch die Vorspannkraft, mit der das Spannteil mittels des Keiles an das Werkstück angepreßt wird, nicht die gewünschte Größe erreicht. Wolke man den Vorspanndruck erhöhen, so müßte die auf den Kolben einwirkende Kraft erhöht werden, die wiederum zu einer Erhöhung der zwischen den Keilflächen wirkenden Kräfte führt. Zum Lösen der Selbsthemmung wäre dann eine noch stärkere Feder erforderlich, die wiederum die Vorspannkraft verringert. Hinzu kommt, daß der Leerhub des Spannteiles, bis dieses am Werkstück anliegt, vom Bedienungspersonal nicht immer gleich groß eingestellt wird. Es ergibt sich dadurch, daß die Rückstellfeder mehr oder weniger stark zusammengedrückt wird, bevor der Kolben seine Endstellung erreicht hai und daß sich wegen der unterschiedlichen Zusammendriikkung der Feder auch unterschiedliche Vorspannkräfte

b5 ergeben. Dies führt zu Fehlfunktionen, die in der Praxis nicht vertretbar sind. Es wirken sich nämlich zusätzlich noch Bearbeitungstoleranzen, die Schmiermittelmenge, die Beschaffenheit der Spannvorrichtung, der Betäti-