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Vorrichtung zum Bewegen einer Spannvorrichtung Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Bewegen einer Spannvorrichtung, welche Vorrichtung durch einen
in einem insbesondere durch Druckluft beaufschlagbaren Zylinder verschiebbaren,
von der Spannvorrichtung entkuppelbaren Antriebskolben über einen Anstellhub unmittelbar
und über einen Arbeitshub durch ein mechanisches Übersetzungsgetriebe mit größerer
Kraft antreibbar ist, wobei das Übersetzungsgetriebe, vorzugsweise in aufeinanderfolgenden
Stufen des Arbeitshubes des Antriebskolbens, selbsthemmend ausgebildet ist und das
der Spannvorrichtung zugewendete Ende der Stange des Antriebskolbens einen Arbeitsspeicher,
insbesondere eine Feder, aufweist.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der AT-PS 321 677 bekannt. Hiebei
weist das Übersetzungsgetriebe am Spannglied gelagerte winkelförmige Schwenkhebel
mit einem Abstützteil und einem Führungsteil auf, welche vorzugsweise Rollen tragen,
wobei der Abstützteil über den Anstellhub am Zylinder geführt ist und mit dem Antriebskolben
eine mit dem Zylinder gleichachsig angeordnete, an einer mit dem Spannglied verbundenen,
den Antriebskolben durchsetzenden Stange gleitende Hülse verbunden ist, aus deren
äußerer Oberfläche in axialer Richtung abwechselnd Abschnitte mit entgegen der Hubrichtung
ansteigenden Keil- und Xonusflächen und Abschnitte ohne Steigung und/oder Abschnitte
mit in Hubrichtung ansteigenden Keil- oder Konusflächen vorhanden sein können, welche
mit dem Führungsteil der Schwenkhebel zusammenwirken, und wobei am Zylinder eine
quer zur Zylinderachse liegende Stützfläche vorgesehen ist, gegen welche die Abstützteile
der Schwenkhebel während des Arbeitshubes gedrückt werden.
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Die Stützfläche kann eine Begrenzungsfläche eines ringförmigen Eintauchraumes
des Zylinders bilden, in welchen die Abstützteile der Schwenkhebel zu Beginn des
Arbeitshubes eintreten, oder es kann ein die Stützfläche aufweisender Teil getrennt
von den übrigen Begrenzungswanden des Eintauchraumes ausgebildet und starr mit diesem
verbunden sein. Der ringförmige Eintauchraum ist an
der der Stützfläche
abgewendeten Seite durch einen ringförmigen Wandteil abgeschlossen, der gegenüber
dem Spannglied abgedichtet sein kann. Uber einen Druckmittelanschluß kann in den
Eintauchraum Druckmittel zum Bewirken des Rückhubes des Antriebskolbens eingeleitet
werden. Die Gestalt der Stützfläche ist entscheidend für den Verlauf von Kraft und
Weg in AbhällgigReit vom Arbeitsdruck belm Arbeitshub und im Falle der Austauschbarkeit
der Stützflächen besteht die Möglichkeit, die Spannvorrichtung den jeweiligen Erfordernissen
anzupassen.
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Dank des vorhandenen Arbeitsspeichers bleibt ein bereits fest eingespanntes
Werkstück nach einem Druckabfall im Zylinder weiterhin sicher eingespannt, vorausgesetzt,
daß der Antriebskolben unter dem Einfluß der vom Ubersetzungsgetriebe auf die äußere
Oberfläche der mit ihm verbundenen Hülse ausgeübten Reaktionskräfte nicht zurückweicht.
Im allgemeinen wird die Anordnung auch im Falle einer über die gesamte Hülsenlänge
glatt durchgehenden Keil- oder Konusfläche mit geringem Anzug selbsthemmend sein,
jedoch wird durch das Vorsehen von in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Abschnitten
mit entgegen der Hubrichtung ansteigenden Keil- oder Konusflächen und steigungslosen
Abschnitten und/oder Abschnitten mit in Hubrichtung ansteigenden Keil- oder Konusflächen
mehr Sicherheit für die Selbsthemmung beschaffen, well dann bei an eln r bschnitl
mit entgegen der Hubrichtung ansteigenden Keil- oder Konusflächen anliegenden Führungsteilen
der Schwenkhebel der Antriebskolben unter dem Einfluß der Reaktionskräfte, wenn
überhaupt, nur so weit zurückweichen wird, bis die Führungsteile an einem benachbarten
Abschnitt der äußeren Oberfläche der Hülse anliegen, wo die Reaktionskräfte keine
Axialkomponente ergeben, die den Antriebskolben im Sinne einer Lockerung der Spannvorrichtung
zu bewegen trachtet.
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Als weitere Voraussetzung gilt für alle Fälle, daß der Spannvorgang
vollendet sein muß und daß im Arbeitsspeicher genügend Energie bzw. Kraft gespeichert
sein muß, so daß er ein Zurückweichen des Arbeitskolbens entsprechend dem Abstand
zweier benachbarter Abschnitte auf der äußeren Oberfläche der Hülse und/oder ein
gewisses Nachgeben des eingespannten Werkstückes ausgleichen kann, ohne daß dabei
die Sicherheit der Einspannung leidet.
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung der eingangs
angegebenen
Art in dieser Hinsicl,t zu verbessern, und besteht im wesentlichen darin, daß eine
die gespeicherte Energie des Arbeitsspeichers abfühlende Überwachungseinrichtung
vorgesehen ist, die mit einer Schaltvorrichtung für die Druckmittelquelle zum Beaufschlagen
eines Arbeitsraumes des Zylinders und/oder einer Schaltvorrichtung für die Betätigung
des Werkzeuges zum Bearbeiten eines eingespannten Werkstückes und/oder einer Anzeige-oder
Warneinrichtung verbunden ist. Durch diese t4aßnahmen wird es einzeln oder in Kombination
ermöglicht, nach dem Erreichen der gewünschten Einspannkraft die Druckmittelquelle
vom Zylinder zu trennen, beim Nichterreichen der erforderlichen Einspannkraft das
Wirksamwerden des Bearbeituncjswerkzeuges am Werkstück zu verhindern und dadurch
eine Gefährdung des Bedienungspersonals zu vermeiden und/oder eine Anzeige- oder
Warneinrichtung einzuschalten, die entweder, beispielsweise durch eine grüne Signallampe,
anzeigt, daß das Werkstück fest und sicher eingespannt ist, oder, beispielsweise
durch eine rote Signallampe oder ein akustisches Warnsignal, anzeigt, daß die vorgeschriebene
Einspannkraft nicht erreicht werden konnte und daher mit einer Bearbeitung des sferkstückes
nicht begonnen werden darf.
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Die Abstützung des Druckstückes am Spannglied über eine innerhalb
des Spanngliedes angeordnete Feder ist bekannt. Bei dieser Ausführungsform bereitet
aber der Anschluß der Überwachungseinrichtung gewisse Schwierigkeiten. Dieser Ubelstand
ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung vermieden,
bei welcher der von einer Schraubendruckfeder oder einem Tellerfederpaket gebildete
Arbeitsspeicher mit dem Druckstück zusammengebaut und an dem bezüglich des Zylinders
äußeren Ende des Spanngliedes befestigt ist.
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Für die Überwachungseinrichtung sind zahlreiche verschiedene Ausführungsformen
denkbar. Eine zweckdienliche Ausbildung besteht darin, daß die Überwachungseinrichtung
einen Aufnehmer für den Weg des Arbeitsspeichers aufweist. Hiebei ist im allgemeinen
keine kontinuierliche Umwandlung eines Weges, beispielsweise der 7,usammendrückung
des Federspeichers, in eine andere physikalische Größe erforder'-ch, sondern es
genügt die Signalgabe für das Erreichen bzw. Überschreiten eines vorbestimmten Punktes
des Weges. Für
diesen wichtigen Fall ist der Aufnehmer vorzugsweise
als mechanischer, elektrischer, optischer oder pneumatischer Schalter ausgebildet,
der nach Zurücklegung eines vorbestimmten Weges des Arbeitsspeichers, z. B. etwa
75 % des maximal möglichen Weges, schaltet. Der angegebene Bruchteil ist deshalb
zweckmäßig, weil einerseits eine ausreichende Einspannkraft sichergestellt sein
muß, auch wenn nach dem Abschalten der Druckmittelzufuhr in den Zylinder noch ein
gewisses Nachgeben stattfindet, aber anderseits ein Aufsitzen oder Durchschlagen
des Arbeitsspeichers vermieden werden soll, weil dies je nach der auf den Antriebskolben
wirkenden Kraft unter Umständen zu einer Beschädigung der Spannvorrichtung und/oder
des Werkstückes führen könnte.
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Ein Wegaufnehmer mißt zwar nicht die eigentliche interessierende
Größe, nämlich die Einspannkraft, er bietet aber bei Verwendung eines Arbeitsspeichers
mit streng begrenztem Arbeitsweg, wie einem Federspeicher, eine große Sicherheit.
Wenn aber.die Einspannkraft das wichtigste Kriterium ist, beispielsweise bei der
Bearbeitung empfindlicher Werkstücke, bei denen die Gefahr einer Beschädigung durch
eine zu hohe Einspannkraft besteht, ist es günstiger, die Überwachungseinrichtung
mit einem Kraftaufnehmer für den Arbeitsspeicher auszustatten. Hiezu kann der Kraftaufnehmer
eine mit dem Arbeitsspeicher zusammengebaute Druckmeßdose sein.
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Wenn der Einfluß des Druckstückes selbst, beispielsweise dessen spezifische
Flächenpressung am Werkstück, in die Überwachung miteinbezogen werden soll, ist
es vorteilhaft, wenn der Kraftaufnehmer ein an dem am Ende der Stange des Antriebskolbens
vorgesehenen Druckstück angebrachter Dehnungsmeßstreifen ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in welcher eine Vorrichtung zum Bewegen einer Spannvorrichtung im Axialschnitt dargestellt
ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Zylinderl mit einem
darin verschiebbar angeordneten Antriebskolben 2 auf, auf den durch Einleiten von
Druckluft in einen Arbeitsraum 3 des Zylinders 1 eine Kraft ausgeübt werden kann.
Der Antriebskolben 2 dient zum Bewegen bzw. Ubertragen einer Kraft auf ein Spannglied
4, das mit einer Stange 5 verbunden ist, welche den Antriebskolben 2 durchsetzt.
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Zur Bildung eines Übersetzungsgetriebes sitzen an Lagerzapfen
des
Spanngliedes 4 winkelförmige Schwenkhebel 7 mit Rollen 8, die mit der äußeren Oberfläche
9 einer mit dem Antriebskolben 2 verbundenen Hülse 10 zusammenwirken, und mit Rollen
11, die mit der Lauffläche des Zylinders 1 bzw. mit einer Stützfläche 12 zusammenwirken.
Die Rollen 8 bilden Führungsteile an den Schwenkhebeln 7 und die Rollen 11 bilden
Abstützteile.
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Am Ende.des Arbeitsraumes 3 des Zylinders 1 ist ein Deckel 13 vorgesehen,
der einen Druckanschluß 14 zum Einleiten von Druckluft in den Arbeitsraum 3 aufweist.
Zur Befestigung der Vorrichtung an einem Teil einer Maschine dient ein die Stützfläche
12 tragender Basisteil 15, der einen Eintauchraum 16 für die Abstützteile der Schwenkhebel
7 aufweist. Das Spannglied 4 ist durch eine am Basisteil 15 vorgesehene Dichtungsanordnung
17 hindurchgeführt und der Basisteil ist mit einem Abschlußnippel 18 für Druckluft
versehen, so daß zum Bewirken des Rückhubes des Antriebskolbens 2 auch der in der
Zeichnung unterhalb dieses Kolbens gelegene Zylinderraum unter Druck gesetzt werden
kann. Um beim Hochfahren des Antriebskolbens 2 entlang der Stange 5 den Kraft schluß
mit der Stange weich einzuleiten, ist am Kopf der Stange 5 eine Pufferscheibe 19
mit einem Paket von Tellerfedern 20 vorgesehen.
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In der Ausgangsstellung liegt dier Antriebskolben 2 an der Pufferscheibe
19 an und das untere Ende der Oberfläche 9 der Hülse 10 berührt die den Führungsteil
der Schwenkhesel 7 bildenden Rollen 8. Wenn durch den Anschluß 14 Druckluft in den
Arbeitsraum 3 des Zylinders 1 eingeleitet wird, bewegt sich der Antriebskolben 2
abwärts und nimmt dabei das Spannglied 4 und die Stange 5 über die Rollen 8 und
die Schwenkhebel 7 mit der auf ihn ausgeübten Kraft und gleicher Geschwindigkeit
mit, solange die von den Rollen 11 yebildeten Abstützteile der Schwenkhebel 7 an
der Lauffläche des Zylinders entlangrollen und nicht auswärts ausweichen können.
Dies ist der Anstellbub.
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Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Antriebskolbens 2 gelangen die
Rollen 11 an den gekrümmten Bereich der Stützfläche 12 und unter dem Einfluß der
vom unteren Rand der Oberfläche 9 der Hülse 10 auf die Rollen 8 ausgeübten Kraft
erden im Zusammenwirken mit der vom Spannglied 4 ausgeübten Reaktionskraft die Schwenkhebel
7 auswärts in den Eintauchraum 16 geschwenkt,
wobei die Rollen 8
auf die Oberfläche 9 auflaufen. Dies ist der Arbeitshub. Während des Arbeitshubes
ist der vom Spannglied 4 zurückgelegte Weg viel kleiner als der vom Antriebskolben
2 zurückgelegte Weg, jedoch beträgt dank der durch die Schwenkhebel 7 bewirkten
Ubersetzung die vom Spannglied 4 ausübbare Kraft ein Vielfaches der vom Antriebskolben
2 aufgebrachten Kraft. Die Oberfläche 9 der Hülse 10 könnte als glatte Keil- oder
Kegelfläche mit so geringem Anzug ausgebildet sein, daß während des Arbeitshubes
bei Wegfall des im Arbeitsraum 3 wirkenden Druckes bezüglich der vom Spannglied
4 über die Schwenkhebel 7 und Rollen 8 auf die Hülse 10 ausgeübten Reaktionskräfte
Selbsthemmung bestünde. Aus Sicherheitsgründen ist aber die Oberfläche 9 stufenförmig
ausgebildet, wobei in axialer Richtung Abschnitte mit entgegen der Hubrichtung ansteigenden
Keil- oder Konusflächen und steigungslose Abschnitte abwechselnd aufeinanderfolgen.
Somit kann bei während des Arbeitshubes drucklos werdendem Arbeitsraum 3 und mit
einem konischen Abschnitt der Oberfläche 9 zusammenwirkenden Rollen 8 der Antriebskolben
2 durch die Reaktionskräfte äußerstenfalls um ein ganz kurzes Stück zurückgedrängt
werden, bis die Rollen 8 von dem konischen Abschnitt der Oberfläche 9 auf den benachbarten
steigungslosen Abschnitt auflaufen, wobei dann durch die Reaktionskräfte keine Axialkraftkomponente
auf den Antriebskolben 2 mehr ausgeübt werden kann und daher keine Rückstellung
oder Lockerung erfolgt.
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Damit'bei einem Nachlassen des Druckes im Arbeitsraum 3 und gegebenenfalls
einem ganz geringfügigen Zurückweichen des Antriebskolbens 2 die erforderliche Einspannkraft
für ein erkstück aufrechterhalten bleibt, ist am äußeren Endes des Spanngliedes
4 ein ein Druckstück 21 tragender Arbeitsspeicher 22 vorgesehen. Der Arbeitsspeicher
enthält ein Tellerfederpaket 23 und weist eine Mutter 24 mit im Axialschnitt stufenförmigen
äußeren Umriß auf, die auf einen Gewindezapfen 25 am Ende des Spanngliedes 4 aufgeschraubt
ist. Die butter 24 ist von einem einwärtsragenden Flansch einer das Tellerfederpaket
23 umschließenden Hülse 26 mit eine axiale Bewegung ermöglichendem radialen Spiel
umgriffen, an deren anderem Ende das Druckstück 21 befestigt ist. Beim Arbeitshub
kann die Hülse 26, nachdem das Druckstück
21 mit dem einzuspannenden
Werkstück in Berührung gelangt ist, gegenüber der Mutter 24 eine Relativbewegung
ausführen, wobei das Tellerfederpaket 23 zusammengedrückt wird.
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Ohne Überwachung des Arbeitsspeichers liegen in der Einspeicherung
der Arbeit gewisse Gefahren verborgen. Wird nämlich die Spannvorrichtung bei einem
geringeren Druck in der Anlage als dem Nenndruck in Betrieb genommen, so kann ein
erfolgreicher Spannvorgang vorgetäuscht werden, obwohl die erforderliche Spannkraft
nicht erreicht werden konnte. Bei der Bearbeitung eines solcherart eingespannten
Werkstückes besteht dann die Möglichkeit, daß das Werkstück aus seiner für die Bearbeitung
vorgesehenen Position verschoben wird. Dies kann zu Beschädigungen von Werkstück,
Werkzeug oder Spannvorrichtung und zu einer Gefährung des Bedienungspersonals führen.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, vor dem Anschluß 14 ein Folgeventil
vorzusehen, welches die Inbetriebnahme der Spannvorrichtung nur nach Erreichen eines
festgelegten Mindestdruckes erlaubt. Eine solche Anordnung hat aber noch immer den
Nachteil, daß bei einem Einspannfehler oder einer Einspannbeschädigung, wie sie
beispielsweise bei lunkerigen Gußstücken oder bei irrtümlich in den nächsten Arbeitsgang
geratenen Ausschußstücken vorkommen kann, nicht die volle erforderliche Einspannkraft
wirksam wird. Das Werkstück wird in diesem Fall nicht mit der für eine Bearbeitung
nötigen Kraft festgehalten. Es treten dann die gleichen Gefahren auf wie bei einem
zu geringen Arbeitsluftdruck.
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Zur Abhilfe ist gemäß der Erfindung eine den Speicherzustand des
Arbeitsspeichers 22 abfühlende Uberwachungseinrichtung 27 vorgesehen, die einen
Wegaufnehmer 28 für die Relativbewegung zwischen Mutter 24 und Hülse 26 und/oder
als Kraftaufnehmer einen Dehnungsmeßstreifen 29 am Druckstück 21 aufweist. Die Uberwachungseinrichtung
27 beeinflußt die Druckmittelsteuerung 30 für den Zylinder 1 und speist eine Anzeigelampe
31 , durch deren Aufleuchten das Bedienungspersonal über die Ursache einer selbsttätig
eingeleiteten Unterbrechung eines Arbeitsganges informiert wird.
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Wenn nach Einleitung von Druckluft in den Arbeitsraum 3 des Zylinders
1 vom Wegaufnehmer 28 nicht die Zurücklegung eines vorbestimmten Mindestfederweges
gemeldet wird, so wird einerseits
kein Bearbeitungsvorgang am zu
spannenden Werkstück vorgenommen und anderseits der sofortige Rückhub des Antriebskolbens
2 über die Druckmittelsteuerung 30 veranlaßt. Zur Kontrolle des Einspannvorganges
kann auch die mechanische Spannung in einem der kraftübertragenden Teile, im vorliegenden
Fall am Druckstück 21, durch den Dehnungsmeßstreifen 2 ermittelt werden, wobei bei
Vorliegen einer zu geringen Dehnung die Unterbrechung eines automatisch ablaufenden
Arbeitsganges und Rückhub des Antriebskolbens 2 veranlaßt werden.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erübrigt sich die Verwendung
eines Druckfolgeventils vor dem Anschluß 14, da der Fall eines zu geringen Arbeitsluftdruckes
ebenso abgesichert ist wie ein allfälliger Einspannfehler.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Zylinder 2 Antriebskolben 3 Arbeitsraum
4 Spannglied 5 Stange 6 Übersetzungsgetriebe 7 Schwenkhebel 8 Rollen 9 Oberfläche
10 Hülse 11 Rollen 12 Stützfläche 13 Deckel 14 Anschluß 15 Basisteil 16 Eintauchraum
1 7 Dichtungsanordnung 18 Abschlußnippel 19 Pufferscheibe 20 Tellerfedern 21 Druckstück
22 Arbeitsspeicher 23 Tellerfederpaket 24 Mutter 25 Gewindezapfen 26 Hülse 27 Überwachungseinrichtung
28 Wegaufnehmer 29 Dehnungsmeßstreifen 30 uruckmittelsteuerung 31 Anzeigelampe