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    公开号:WO1988006684A1
    申请号:PCT/EP1988/000057
    申请日:1988-01-27
    公开日:1988-09-07
    发明作者:Karel Chromik
    申请人:H. Bieri Ag Maschinenfabrik；
    IPC主号:F15B15-00
    专利说明:
    [0001] Verriegelbare Spannzylinder-Kolbeneinheit
    [0002] Die Erfindung betrifft eine Druckfluid beaufschlagbare, verriegelbare Spannzylinder-Kolbeneinheit, mit einem Gehäuse, weiches Anschlüsse zur Versorgung der Spannzylinder-Kolbeneinheit mit Druckfluid und eine Einbauöffnung aufweist in der ein Raum gebildet ist, in dem ein Spannkolben verschiebbar angeordnet ist, der im genannten Raum einen das Druckfluid aufnehmenden Zylinderraum abgrenzt, wobei der Zylinderraum mit einem der DruckfluidAnschiüsse in Verbindung steht.
    [0003] Generell sind in der Technik viele Anwendungsfälle gegeben, bei denen mit einer relativ großen Spannkraft ein Gegenstand dauernd, sicher festgespannt bleiben soll, auch dann, wenn die Spannverrichtung von der Druckfluid-Quelle abgekoppelt wird, also drucklos ist.
    [0004] Beispielsweise ist dies der Fall bei der Werkstückspannung auf Werkzeugmaschinen, Formenverriegelung auf Spritzgießmaschinen oder die Verriegelung von verfahrenstechnischen Druckbehältern usw.
    [0005] Es sind Klammsysteme ähnlich einer Spannzange bekannt, welche direkt auf eine die Spannkraft aufbringende Kolbenstange wirken. Ebenso sind Systeme mit Gewindespindein bekannt, welche mit dem Kolben mitlaufen und zur Arretierung des Kolbens mittels einer Bremse am Drehen gehindert werden.
    [0006] Im allgemeinen werden aber auf hydraulischer Seite Vorkehrungen getroffen um den Kolben am Zurückweichen zu hindern, z.B. mit Sitzventilen und Druckspeichern, Druckschaltern und Warnanlagen für den Fall des Versagens dieser Systeme.
    [0007] Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden eine solche Kolben-Spannzylindereinheit zum Aufbringen relativ großer Kräfte auf den zu haltenden Gegenstand zu schaffen, die auch im drucklosen, vom Druckversorgungssystem abgekoppelten Zustand, die Spannkraft dauernd aufrechterhalten kann.
    [0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im wesentlichen koaxial zur Einbauöffnung ein weiterer Raum im Gehäuse gebildet ist, in dem ein Riegelkoiben verschiebbar angeordnet ist, der den weiteren Raum in zwei Zylinderkammern unterteilt, wobei die eine Zylinderkammer mit einem weiteren Druckfluid-Anschluß und die andere
    [0009] Zylinderkammar mit dem erstgenannten Druckfluid-Anschluß in Verbindung steht, so daß der Zylinderräum des Spannkolbens und die andere Zylinderkammer des Riegelkolbens miteinander mit Druckfluid beaufschlagbar sind, und daß im Gehäuse zwischen dem Spannkolben und dem Riegelkoiben Mittel zum Verriegeln des Spannkolbens im drucklosen Zustand angeordnet sind, welche Mittel einen Verriegelungskeil aufweisen, der durch den Riegelkolben betätigbar ist und dessen Keilflachen mit Gegenkeilflachen am Spannkolben und am Gehäuse zusammenwirken und den Spannkolben nach erfolgtem Spann- und Verriegelungsvorgang in drucklosem Zustand formschlüssig dauernd zu verriegeln.
    [0010] Die erfindungsgemäße Spannzylinder-Kolbeneinheit hat den besonderen Vorteil, daß auf der Druckfluid-Versorgungsseite keine Vorkehrungen getroffen werden müssen, um den Kolben am Zurückweichen zu hindern. Aufwendige Druckhaitesysteme, verbunden mit entsprechenden Sicherheits-Wamvorrichtungen, entfallen vollständig, da der Spannkolben dauernd formschlüssig verriegelt bleibt. Zudem ist die Einheit konstruktiv einfach sowie betriebssicher aufgebaut und kann ohne großen Fertigungsaufwand, z.B. hinsichtlich Genauigkeit (Toleranzen), hergestellt werden. Ferner ergibt sich als weiterer großer Vorteil, daß praktisch sämtliche an der Kraftübertragung und an der Verriegelung beteiligten
    [0011] Elemente der Spannzylindereinheit vollständig vom Druckfluid umgeben sind, so daß beispielsweise dann, wenn das Druckfluid ein Hydrauliköl ist, die Verriegelungsteile nicht "trocken" laufen.
    [0012] Die erfindungsgemaße Einheit läßt sich kompakt und dadurch platzsparend bauen, wobei die Gehäuse-Außenkontur den jeweiligen Einbauerfordernissen entsprechend gestaltet werden kann, z.B. mit entsprechenden Führungs- und Hältemittel versehen ist.
    [0013] Ferner wird durch die erfindungsgemäße Einheit erreicht, daß das Spannen und Verkeilen des Spannkolbens praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall das Spanndrucks verläuft, was für alle Spann- oder Klemmvorgänge, insbesondere bei extrem starren Systemen von größter Bedeutung ist.
    [0014] Weiterhin ist der Wegfall eines permanent vorgespannten Druckmediumkissens, z.B. Ölkissen oder Hochdruckgaskissen, welches in sich elastisch (kompressibel) ist, für die Steifheit des Spannsystems von größter Wichtigkeit.
    [0015] Wenn die Spannzylinder-Kolbeneinheit so weitergebildet ist, daß der Verriegelungskeil einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat, und die Keilflächen einander gegenüberliegend an den Schmalseiten des Keils angeordnet sind, ergibt sich durch den im wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt des Verriegelungskeils eine fertigungstechnisch einfache Herstellung des Verriegelungskeils. Ferner besteht die Möglichkeit auch andere Querschnittsformen, z.B. ovaler oder runder Form, vorzusehen. Die Keilflächen wären dann hierbei wiederum als ebene oder einseitig bombierte Flächen vorhanden.
    [0016] Vorteilhafterweise wäre es auch möglich, mehr als einen Verriegelungskeil anzuordnen, beispielsweise parallel zueinander stehende oder einander diametral gegenüberstehende. Die Betätigung könnte dann wieder durch einen gemeinsamen Riegslkolben erfolgen, es wäre aber auch für jeden Verriegelungskeil ein separater Riegeikolben denkbar, sofern es die zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse zulassen.
    [0017] Ein Äusführungsbeispisi der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche einen Axialschnitt durch die Spannzylinder-Kolbeneinheit zeigt.
    [0018] Die Spannzyiinder-Kolbeneinheit weist ein Gehäuse 6 mit der Einbauöffnung 7 auf, und ist mit im wesentlich rechtwinklig zur Achse des Spannzyiinders angeordneten Druckfluid- Anschlüssen A und 3 versehen. In dem durch die Einbauöffnung 7 gebildeten Raum ist der Spannkolben 1 verschiebbar angeordnet, welcher durch die eingeschraubte oder eingepreßte und abgedichtete Zylinderhülse 5 geführt wird.
    [0019] Die Zylinderhüise 5 könnte auch entfallen und der Spannkoiben 1 unmittelbar an der Gehäusewand geführt sein. Der Spannkolben 1 kann einen nicht gezeigten, die Gehäusestirnseite überragenden Ansatzteil aufweisen, der zur Kraftübertragung auf das Spannobjekt dient. Der Kolben 1 besitzt gunstigerweise am Außenumfang einen oder mehrere Dichtungsringe.
    [0020] Auf der durch das Druckfluid beaufschlagten Seite besitzt der Spannkoiben 1 weiter einen konsolartig auskragenden Teil, der an der Gehäusewand durch eine parallel zur Spannrichtung verlaufende ebene oder gekrümmte Führungsfläche 8 abgestüzt ist. Der Führungsfläche 8 abgewendet, gegen die
    [0021] Mittelachse des Spannzylinders gerichtet, trägt der konsolartiga Teil 9 die Gegenkeiiflache 10 in einer nutartigen Ausnehmung über die sich der Spannkolben 1 am Verriegelungskeil 2 abstützt. Die Oberfläche der Führungsflache des konsolartigen Teil 9 weist zusätzlich rillenartige Vertiefungen auf, welche ein reibungstechnisch günstiges Abstützyerhalten des konsoiartigen Trägers auf der Keilstütze 4 der Gehäusewand ergeben. Die Keilstütze 4 ist in axialer Richtung unverrückbar am Gehäusewandkörper, hier in ringartiger Form, angeordnet, es könnte auch eine mehrteilige Ausführung in Frage kommen. Die Keilstütze 4 könnte weiter auch einstückig mit der Gehäusewand ausgeführt sein. Im gezeichneten Fall besteht die Möglichkeit, die Keilstütze 4 aus einem anderen Material herzustellen als dasjenige des Gehäuses, so daß reibungstechnisch eine günstige, d.h. optimierte Materialpaarung erzielt werden kann.
    [0022] Die Keilstütze 4 weist der Gegenkeilflache 10 gegenüberliegend eine weitere Gegenkeilflache 11 auf, die zum Spannkolben 1 hin geneigt ist. Die Neigung dieser Keilfläche 11 muß größer sein als die Neigung der Gegenkeilflache 10. Der Winkel zwischen den beiden Gegenkeilflachen 10, 11 entspricht dem Winkel den die beiden Keilflächen 12, 13 des Verriegelungskeils 2 einschließ en .
    [0023] Dadurch wird im Verriegelungszustand die formschiüssige, vom Vorhandensein des Druckmediums nicht mehr abhängige
    [0024] Abstützung des Spannkolbens 1 durch den Verriegelungskeil 2 erreicht. Im linken Endbereich der Keilstütze 4 mündet der Kanal 14, welcher mit dem Anschluß B für das Druckfluid verbunden ist. Mit dem Anschluß B und dem Kanal 14 kann sowohl der Spannkolben 1 wie der Riegelkolben 3 beaufschlagt werden. Im Raum zwischen den beiden genannten Gegenkeilflachen 10, 11 greift der Keil mit seinem die Keilflächen 12, 13 tragenden Bereich ein. An dem, diesem Bereich entgegengesetzten Ende ist der Verriegelungskeil 2 mit dem verschiebbar angeordneten Riegelkolben 3 verbunden, welcher sich im koaxial zum Zylinderraum orientierten weiteren Raum befindet. Durch den Riegelkolben 3 werden die beiden Zylinderkammern 15, 16 abgegrenzt, wobei die Kammer 15 durch den Druckanschluß A und die Kammer 16 durch den Druckanschluß B beaufschlagt wird. Die Verbindung des Verriegelungskeils 2 mit dem Riegelkoiben 3 ist hier beispielsweise so gelöst, daß der Riegelkolben 3 auf seiner Stirnseite eine zur Kolbenachse quer verlaufende, einen T-förmigen Querschnitt aufweisende Führungsausnehmung 20 aufweist, in die der Verriegelungskeil 2 mit seinem entsprechend geformten Endbereich eingreift. Damit können die durch den Riegelkolben 3 erzeugten Bewegungen zum Verriegeln und Entriegeln des Spannkolbens 1 praktisch spielfrei in axialer Richtung auf den Verriegelungskeil 2 übertragen werden.
    [0025] In Querrichtung kann der Verriegelungskeil 2 die erforderlichen Seitenbewegungen, die während des Spann- und Sntriegelungsvorgangs durch die geneigte Bahn des Verriegelungskeils 2 bedingt sind, ungehindert ausführen.
    [0026] Dadurch wird erreicht, daß sich der Verriegelungskeil 2 ohne Zwängung in seiner geneigten Verriegelungsbahn bewegen kann.
    [0027] Funktioneil sind folgende Phasen zu unterscheiden:
    [0028] Phase 1: Spannen
    [0029] Beide Hydraulikanschlüsse A und B werden mit Druckmedium beaufschlagt. Dadurch wird der Spannkolben 1 gegen das zu spannende Objekt ausgefahren. Der Riegelkolben 3 wird von beiden Seiten her beaufschlagt. Infolge der kleineren Kolbenfläche auf der dem Spannkolben 1 abgewendeten Seite erzeugt der Riegelkolben 3 eine Zugkraft auf den Keil 2 entsprechend der Kolbenfiächendifferenz mal dem während der Bewegung herrschenden Druck am Spannkolben 1. Der Riegelkolben 3 zieht somit leicht am Keil 2, wodurch dieser immer spielfrei an den Gegen-Keilflachen von Spannkolben 1 und Keilstütze 4 anliegt. Der Spannkolben 1 kann aber trotzdem weiter ausfahren, da er sich vom Keil 2 weg bewegt und dadurch die Verkeilung wieder lockert. Der Keil 2 muß sich also um so mehr vom Spannkolben 1 weg bewegen, als sich letzterer zum Spannobjekt hin bewegt.
    [0030] Spannkolben 1 und Keil 2 führen folglich eine gegenläufige Bewegung aus. Beim Auftraffen des Spannkolbens 1 auf das zu spannende Objekt beginnt der Druck anzusteigen und die Kräfte nehmen zu.
    [0031] Phase 2: Verriegeln
    [0032] Eine geeignete Steuerung schaltet den Anschluß A nach Erreichen des maximalen Spanndrucks auf druckiosen Zustand, während der Anschluß B weiterhin den vollen Druck erhält. Der Spannkolben 1 wirkt also ununterbrochen auf das zu spannende Objekt, während der Riegelkolben 3 durch nunmehr nur einseitige Druckbeaufschlagung via Anschluß 3 mit seiner vollen Kraft am Keil 2 zieht.
    [0033] Phase 3 : Gespannt und verriegelt
    [0034] Das Keilsystem, bestehend aus Keil 2, Keilstütze 4 und Spannkolben 1 ist nun fest ineinander verkeilt, wodurch der Spannkolben 1 nicht mehr zurückweichen kann, auch nicht bei Wegfall des Druckes am Anschluß B.
    [0035] D.h. das Drucksystem kann drucklos gemacht werden, während die Spannkraft mechanisch gehalten bleibt.
    [0036] Phase 4: Entsperren
    [0037] Zum Lösen des Spannkolbens 1 wird lediglich der Anschluß A unter Druck gesetzt, wodurch der Riegelkolben 3 auf den
    [0038] Keil 2 drückt und ihn löst, wodurch auch der Spannkolben 1 sich wieder frei bewegen kann. Dieser wird z.B. mittels einer externen Feder zurückgestoßen. Er verdrängt das Druckfluid aus dem Anschluß B zurück in die Antriebseinheit.
    [0039] Die beschriebene Lösung erlaubt insbesondere das Spannen und Verkeilen des Spannkoibens 1 praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall des Spanndruckes, was für alle Spann- oder Kiemmvorgänge, insbesondere bei extrem starren (unelastischen) Systemen von größter Bedeutung ist.
    [0040] Ein nachträgliches Setzen wird durch die vorhergehende Druckbeaufschlagung und die damit verbundene Vordehnung der Materiaiien auf ein absolutes Minimum reduziert.
    [0041] Die Erfindung läßt sich auf mancherlei Art abwandeln und ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es könnte z.3. der konsolartig auskragende Teil des Spannkoibens 1 wegfallen und der Verriegelungskeil 2 in einem nicht durchgehenden Schlitz eines durchgehend zylindrischen Spannkolbens 1 angeordnet sein. Ferner wird die Neigung der miteinander in Kontakt stehenden Keil- und Gegenkeilflachen in jedem Fall so gewählt, daß eine seibsthemmende Verkeilung erfolgt. Die Durchmesser der beiden Kolben können z.B. auch gleich groß sein, ebenso sind andere Durchmesser-Kombination möglich. Auch bezüglich der Materialwahl der Einzelteile der Spanneinheit besteht ein weiter Spielraum in Frage kommender Werkstoffe.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Druckfluidbeaufschlagbare, verriegelbare Spannzylinder- Kolbenheit, mit einem Gehäuse (6), welches Anschlüsse (A,B) zur Versorgung der Spannzylinder-Kolbeneinheit mit Druckfluid und eine Einbauöffnung (7) aufweist in der ein Raum gebildet ist, in dem ein Spannkoiben (1) verschiebbar angeordnet ist, der im genannten Raum einen das Druckfluid aufnehmenden Zylinderraum abgrenzt, wobei dar Zylinderraum mit einem der Druckfluid-Anschlüsse (B) in Verbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im wesentlichen koaxial zur Einbauöffnung ein weiterer Raum im Gahäuse (6) gebildet ist, in dem ein Riegeikolben (3) verschiebbar angeordnet ist, der den weiteren Raum in zwei Zylinderkammern (15, 16) unterteilt, wobei die eine Zylinderkammer (15) mit einem weiteren Druckfluid-Anschluß (A) und die andere Zylinderkammer (16) mit dem erstgenannten Druckfluid-Anschluß (3) in Verbindung steht, so daß der Zylinderraum des Spannkoibens (1) und die andere Zylinderkammer (16) des Riegelkolbens (3) miteinander mit Druckfluid beaufschlagbar sind, und daß im Gehäuse (6) zwischen dem Spannkolben (1) und dem Riegelkolben (3) Mittel zum
    Verriegeln des Spannkolbens (1) im drucklosen Zustand angeordnet sind, welche Mittel einen Verriegelungskeil (2) aufweisen, der durch den Riegelkolben (3) betätigbar ist und dessen Keilflächen (12, 13) mit Gegenkeilflachen (10, 11) am Spannkolben und am Gehäuse zusammenwirken um den Spannkolben (1) nach erfolgtem Spann- und Verriegelungsvorgang in drucklosem Zustand formschiüssig dauernd zu verriegeln.
    2 Spannzylinder-Koibeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskeil (2) einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt hat, und die Keilflachen (12, 13) einander gegenüberliegend an den Schmalseiten des Keils (2) angeordnet sind.
    3. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verriegelungskeil (2) zum Riegelkolben (3) hin verjüngt.
    4. Spannzylinder-KoIbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung des Verriegelungskeils (2) geneigt zur Verbindungslinie zwischen dem Zylinderraum und der anderen Zylinderkammer (16) verläuft, wobei die Neigung vorzugsweise 7,5° zur genannten Verbindungslinie beträgt.
    5. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflachen (12, 13) des Keils (2) einen Winkel von 1 bis 10° einschließen.
    6. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Keilfläche (12) des Keils (2) mit der Gegenkeilfläche (10) des Spannkolbens zusammenwirkt und die andere Keilflache (13) sich an der Gegenkeilflache (11) einer in Spannrichtung unverschiebbar angeordneten Keilstütze (4) der Gehäusewand abstützt, welehe genannten Gegenkeilflachen (10, 11) in verriegeltem und drucklosen Zustand den Verriegelungskeil formschlüssig abstützen.
    7. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkeilflache (10) des Spannkolbens (1) an einem konsolartig auskragenden Teil (9) des Spannkoibens (1) ausgebildet ist, wobei der genannte Teil (9) sich an der Gehäusewand, insbesondere an der genannten Keilstütze (4) quer zur Spannrichtung abstützt.
    8. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskeil (2) so mit dem Riegelkolben (3) verbunden ist, daß quer zur
    Bewegungsrichtung des Riegelkolbens (3) keine formschlüssige Kraftübertragung zwischen Riegelkolben (3) und Verriegelungskeil (2) stattfinden kann.
    9. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegelkolben (3) eine zur Bewegungsrichtung des Kolbens (3) querverlaufende T-förmige Nut aufweist, in die der Verriegelungskeil (2) mit seinem einen Ende eingreift, so daß der Verriegelungskeil (2) durch den Riegelkolben zur Durchführung des Spann- Verriegelungs- und des Entriegelungsvorgangs betätigt werden kann.
    10. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegelkolben (3) auf der dam Verriegelungskeil (2) abgewandten Seite einen im Gehäuse aufgenommenen Führungsfortsatz (17) aufweist, und die wirksamen Riegelkolbenflächen nicht gleich groß sind.
    11. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dar Zylinderraum durch eine abgedichtet angeordnete Zylinderhülse (5) des Gehäuses begrenzt ist.
    12. Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Riegelkolbens (3) und des Spannkolbens (1) fluchtend verlaufen.
    13. Werkstück-Spannmittel mit einer Spannzylinder-Kolbeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
    14. Werkstück-Spannmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ein Maschinenschraubstock ist.
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    法律状态:
    1988-09-07| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP NO US |
    1988-09-07| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
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