DE2924111A1

DE2924111A1 - Einrichtung zur steuerung einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2924111A1
Application number: DE19792924111
Authority: DE
Inventors: Karl Hiestand
Original assignee: SMW Spanneinrichtungen Schneider und Weisshaupt Firma
Current assignee: SMW Spanneinrichtungen Schneider und Weisshaupt Firma
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4387907A; IT1132105B; JPS563111A; FR2459099B1; DE2924111C2; IT8022745A0; GB2052324B; GB2052324A; JPS6336881B2; FR2459099A1

Description

SMW Schneider & Weißhaupt GmbH

7996 Meckenbeuren

Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von dem in dem Druckraum eines dieser zugeordneten rotierenden Spannzylinder/ vorzugsweise eines Kraftspannfutters, herrschenden Druckes.

Bei mit Zugstangenfuttern ausgerüsteten Werkzeugmaschinen ist es bereits bekannt, den Druck in den hinter dem Spindelkopf angeordneten Spannzylinder,um bei einem Druckabfall zur Verhütung von Unfällen die Maschine sofort selbsttätig stillzusetzen, zu überwachen. Da hierbei die Drehverteiler der Spannzylinder nicht mit rotieren, sondern stillstehen und über Druckleitungen an eine Druckmittelquelle ständig angeschlossen sind, ist dies mittels in die Druckleitungen eingebauter Druckschalter, die bei einem einstellbaren Mindestdruck einen Impuls zum Abschalten der Arbeitsmaschine aufgeben, auf einfache Weise zu bewerkstelligen.

30 0^1/Ό 4 28

Bei rotierenden Spannzylindern, mit eingeschlossenem Innendruck, insbesondere bei Vorderendfuttern, bei denen die Druckmtitelzuführungsleitungen während des Betriebes der Maschine unterbrochen sind und somit keine ständige Verbindung mit dem Zylinder besteht, ist eine derartige Drucküberwachung nicht möglich. Bei diesen Spannexnrichtungen mußte somit bisher in Kauf genommen werden, daß auch bei zu geringer Spannkraft aufgrund eines ungewollten Druckabfalles in dem Druckraum des Spannzylinders die Maschine nicht selbsttätig stillgesetzt wurde.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine zu schaffen, mittels der auch bei rotierenden Spannzylindern der in diesen herrschende Druck auf einfache Weise zu überwachen ist und mittels der die Maschine selbsttätig in Abhängigkeit von diesem Druck abgeschaltet wird. Der dazu erforderliche Bauaufwand soll gering gehalten werden, dennoch soll eine sehr zuverlässige überwachung ermöglicht und damit Werkstückbeschädigungen und Unfälle vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der zu überwachende Druckraum mit einem entgegen einer vorbestimmten Kraft beeinflußbaren Impulsgeber in Verbindung steht, der mit einem außerhalb des Spannzylinders angeordneten ortsfesten Schaltelement zusammenwirkt, mittels dem die Arbeitsmaschine steuerbar ist.

Bei einer der möglichen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Impulsgeber als ein unmittelbar oder über Zwischenglieder von dem in dem zu überwachenden Druckraum

030051/042 8

befindlichen Druckmittel ein- oder beidseitig beaufschlagbarer Kolben oder als Doppelkolben ausgebildet, der entgegen der Kraft von Federn verschiebbar ist und mit einem radialen oder axial angeordneten Verstellglied in Verbindung steht.

Hierbei ist der Impulsgeber zweckmäßigerweise in einer achsparallelen oder achssenkrecht gerichteten als Druckraum ausgebildeten Ausnehmung des Zylinderdeckels anzuordnen.

Bei einem achsparallel angeordneten Kolben des Impulsgebers ist es angebracht, diesen mit einem radial gerichteten Verstellglied in Form eines in einer Ausnehmung des Zylinders oder des Zylinderdeckels geführten Bolzens zu versehen, das mit diesem zur Umlenkung der Axialbewegung über in Verstellrichtung des Kolbens geneigte an diesem angeformte Schrägflächen oder Schrägverzahnungen, über in die zusammenwirkenden Teile eingreifende Umlenkhebel, über ein in eine Verzahnung des Kolbens eingreifendes mittels eines Bolzens axial beweglich geführtes Zahnrades od. dgl. in Verbindung steht. Der Kolben kann aber auch auf der dem Druckraum abgewandten Seite mit einer aus dem Zylinderdeckel ragenden Ansatz als Verstellglied versehen sein.

Um stets einen einwandfreien Griff der Spannflächen der Spannbacken auf dem Werkstück unabhängig von dem herrschenden Druck in dem Spannzylinder zu gewährleisten, ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, den Kolben als Impulsgeber mit einem in den Zylinder ragenden Ansatz oder bei achssenkrechter Anordnung des Kolbens mit einem über Schrägflächen od. dgl. mit diesem verbundenen Betätigungsnocken zu versehen, mittels dem der Impulsgeber in einer oder beiden Verstellrichtungen in Abhängigkeit von der Lage des Spannkolbens unmittelbar oder mittels an dem Ansatz angebrachter Anschläge betätigbar ist.

030051/0428

Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln eine Endlagenüberwachung des in dem Spannzylinder eingesetzten Spannkolbens zu erzielen.

Nach einer andersartigen Ausgestaltung ist der Impulsgeber als eine von dem in dem zu überwachenden Druckraum befindlichen Druckmittel beaufschlagbare und entgegen der Kraft von Federn verstellbare Membrane ausgebildet, die mit einem Verstellglied in Form eines in dem Spannzylinder, vorzugsweise in einem Zylinderdeckel, eingesetzten Bolzens od. dgl. zusammenwirkt.

Hierbei ist es zur Verwendung des Impulsgebers für einen doppelseitig wirkenden Spannzylinder angebracht, der Membran einen beidseitig von dem Druckmittel beaufschlagbaren Ventilschieber vorzuschalten, mittels dem der der Membran zugeordnete Druckraum mit dem jeweils zu überwachenden Druckraum des Spannzylinders selbsttätig verbindbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es des weiteren, den Impulsgeber aus zwei ineinander angeordneten und gegeneinander verschiebbaren ein- oder beidseitig von Druckmittel beaufschlagbaren Kolben auszubilden, die über ein Reibglied miteinander gekoppelt sind und wobei der Verstellweg des einen entgegen der Kraft einer Feder verstellbaren Kolbens und dessen von Druckmittel beaufschlagten Flächen größer bemessen sind als der Verstellweg und die von Druckmittel beaufschlagten Flächen des anderen Kolbens und wobei der Kolben mit dem kleinen Verstellweg mit dem Verstellglied des Impulsgebers zusammenwirkt. Durch diese Ausgestaltung läßt sich erreichen, daß durch den Impulsgeber bei einem vorbestimmten Druckabfall und nicht erst bei Erreichen eines bestimmten Mindestdruckes ein Steuersignal abgegeben wird.

030051/"Ο 428

Bei radialer Anordnung des Verstellgliedes des Impulsgebers ist es, um die Zentrifugalkräfte auszugleichen, des weiteren zweckmäßig, dieses über ein Zahnrad mit einem achsparallel angeordneten massengleichen Zwischenglied zu verbinden, das durch dessen Kolben verstellbar ist.

Nach einer andersartigen Ausgestaltung kann der Impulsgeber auch aus einem oder mehreren Dehnungsmeßstreifen, piezoresistiven Elementen, HaIl-ICs od. dgl. gebildet sein, die auf einem unmittelbar von Druckmittel oder durch ein von diesem beeinflußbares Zwischenglied betätigbaren Träger, z. B. einer Membran angeordnet sind. Zur Endlagenüberwachung des Spannkolbens kann hierbei dem Träger ein durch den Spannkolben betätigbarer Nocken od. dgl. zugeordnet werden.

Das Schaltelement von dem die Steuerimpulse des Impulsgebers aufgenommen werden, ist derart ausgebildet, daß es durch eine Lageänderung des Verstellgliedes des Impulsgebers betätigbar ist.

Dies ist in der Weise zu bewerkstelligen, daß als Schaltelement ein als Sonde ausgebildeter berührungsloser Schalter vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Stellung des Verstellgliedes einen der Maschinensteuerung oder einer Anzeige zuführbaren Stromimpuls liefert, es ist aber auch möglich, als Schaltelement einen mechanisch betätigbaren Schalter vorzusehen, dessen Kontaktbrücke durch einen, z. B. über Schrägflächen mit dem Verstellglied des Impulsgebers zusammenwirkenden Auslöseknopf od. dgl. betätigbar ist, oder dazu einen durch einen von dem Impulsgeber erzeugbaren Stromimpuls betätigbarer Schalter, eine Induktionsspule, eine durch eine im Spannzylinder eingebaute Lichtquelle beeinflußbare ortsfeste Fotozelle od. dgl. zu verwenden.

030051/0428

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine ist in jeder der vorgeschlagenen Ausgestaltungen, nicht nur sehr einfach in ihrem konstruktiven Aufbau und damit auf wirtschaftliche Weise herzustellen, sondern auch sehr zuverlässig in ihrer Wirkungsweise und störunanfällig. Wird nämlich der zu überwachende Druckraum mit einem in den rotierenden Spannzylinder angeordneten Impulsgeber verbunden, der entgegen einer einstellbaren vorbestimmten Kraft beeinflußbar ist und mit einem außerhalb des Spannzylinders angeordneten Schaltelement zusammenwirkt, so ist es mit einfachen Mitteln möglich, durch dieses die Arbeitsmaschine zu steuern. Bei einem Druckabfall auf eine bestimmte Druckhöhe oder bei einer bestimmten Druckdifferenz kann somit die Arbeitsmaschine selbsttätig, sobald eine ausreichende Spannkraft nicht mehr gegeben ist, stillgesetzt werden. Unfälle und Sachbeschädigungen werden auf diese Weise zuverlässig vermieden.

Mittels des Impulsgebers ist auch eine Endlagekontrolle des Spannkolbens leicht zu bewerkstelligen, so daß stets auch ein ausreichender Eingriff, beispielsweise der Keilstangen· und Grundbackenverzahnungen sichergestellt ist. Und da nur wenige Einzelteile erforderlich sind, um die vorschlagsgemäße Steuereinrichtung, die ohne weiteres in einen Spannzylinder oder ein Vorderendfutter einzubauen ist, zu schaffen, ist deren Störanfälligkeit gering und es ist demnach eine hohe Betriebssicherheit gegeben.

Weitere Einzelheiten der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine sind den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind, zu entnehmen. Hierbei zeigen:

030051/0428

Fig. 1 ; eine in ein Spannfutter einer Arbeitsmaschine eingebaute Steuereinrichtung mit einem beidseitig von Druckmittel beaufschlagbaren Kolben als Impulsgeber, der über Schrägflächen mit einem Stellglied verbunden ist, das mit einem außerhalb des Spannzylinders angeordneten Schaltelement zusammenwirkt,

Fig. 2 : eine andersartige Ausgestaltung des Impulsgebers und des Schaltelementes bei einer Steuereinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 und 4:

weitere Ausführungsformen eines in dem Spannzylinder eingesetzten Impulsgebers,

Fig. 5 : einen als Membran ausgebildeten Impulsgeber bei einer Steuereinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 6 : einen aus zwei ineinander angeordneten Kolben gebildeten in dem Zylinderdeckel eingesetzten Impulsgeber,

Fig. 7 : die Anordnung eines dem Stellglied zugeordneten Zwischengliedes zum Ausgleich der Zentrifugalkraft bei der Ausgestaltung nach Fig. 6,

Fig. 8 : einen auf einem von dem Druckmittel des Spannzylinders beaufschlagbaren Träger angeordneten Dehnungsmeßstreifen als Impulsgeber,

030051/0428

Fig. 9 : die Ausgestaltung nach Fig. 8 in geringfügig anderer Ausführungsform mit einer Endlagenüberwachung des Spannkolbens und

Fig.10 : Die Verwendung eines pezoresistiven Elementes als Impulsgeber bei einem Spannzylinder nach Fig. 8.

In den Fig. 1 bis 10 ist jeweils mit 1 ein auf einer Arbeitsmaschine angeordnetes Kraftspannfutter bezeichnet, das aus einem durch einen Deckel 3 verschlossenen Futterkörper 2 als Spannzylinder und einem in diesen verschiebbar eingesetzten von Druckmittel beaufschlagbaren Spannkolben 4, der mit den nicht dargestellten Spannbacken zwangläufig verbunden ist, besteht. Den Druckräumen 5 und 6 wird das Druckmedium von außen über Leitungen zugeführt, die im Betrieb nicht an das Spannfutter angeschlossen sind. Die zur Überwachung der in den Druckräumen 5 und/oder 6 herrschenden Drücke vorgesehenen unterschiedlich ausgebildeten Impulsgeber sind unmittelbar oder über einei Druckmittelkanal 7 an diese angeschlossen.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 11 zur Steuerung der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von den in den Druckräumen 5 und 6 herrschenden Drücken des Spannfutters 1 besteht im wesentlichen aus einem in dem Zylinderdeckel 3 angeordneten Impulsgeber 12, einem mit diesem verbundenen radial verstellbaren Stellglied 20 und einem außerhalb des Spannfutters 1 angebrachten Schaltelementes 41 , das ein Steuersignal des Impulsgebers 12 aufnimmt und über ein Relais 42 der Maschxnensteuerung 4 4 und/oder einer Anzeigevorrichtung 4 3 zuleitet. Der Impulsgeber 12 ist hierbei aus einem

03 0 051/0428

Doppelkolben 13 und 13' gebildet, der von dem in die Druckräume 5 und 6 eingebrachten Druckmittel beaufschlagt wird und achsparallel zu dem Spannkolben 4 in einer in eine Ausnehmung 14 des Zylinderdeckels 3 eingesetzten Büchse 15 verschiebbar geführt ist.

Zur Umlenkung der Verstellbewegung des Doppelkolbens 13, 13' sind an einem diese verbindenden plattenförmigen Zwischenstück 23 zueinander geneigte Schrägflächen 24 und 25 vorgesehen, die mit an dem Stellglied 20 angebrachten Schrägflächen 21 und 22 zusammenwirken. Mittels eines Stiftes 26 wird die Rückführung des Stellgliedes 20 bewerkstelligt.

Der Doppelkolben 13, 13' wird durch auf diese einwirkende Tellerfedern 18 und 19 in Mittelstellung gehalten und ist in beiden Richtungen nur entgegen deren Kraft verschiebbar. Bei einer Beaufschlagung der Kolbenfläche 16 ist demnach die Kraft der Federn 19 zu überwinden, bei einer Beaufschlagung der Kolbenfläche 17 dagegen die Kraft der Federn 18. Und die Federn 18 und 19 sind in ihrer Kraft derart bemessen, daß bei einer bestimmten, in den Druckräumen 5 und 6 herrschenden Mindestdruck der Kolben 13, 13' selbsttätig in die dargestellte Lage gebracht wird.

Wird beispielsweise dem Druckraum 5 Druckmittel zugeführt und ist in diesem ein Druck von 10 bar aufgebaut, so wird der Kolben 4 nach links verschoben und die nicht gezeigten Spannbacken werden mit einer Kraft, die diesem Druck entspricht, gegen ein eingespanntes Werkstück gepreßt. Der Druck des Druckraumes 5 wirkt aber auch über den Kanal 7 auf die Kolbenfläche 17 ein, so daß der Doppelkolben 13, 13'

Φ 030051/0428

ORIGINAL INSPECTED

entgegen der Kraft der Tellerfedern 18, die derart vorgespannt sind, daß sie nur einem Druck von 2 bar das Gleichgewicht halten, nach rechts verschoben wird. Dabei wird über die Schrägflächen 22 und 25 das Stellglied 20 derart radial nach außen bewegt, daß es mit der Außenmantelfläche des Futterkörpers 2 bündig abschließt. Dem Schaltelement 41, das als Leiterschleife ausgebildet sein kann, wird in diesem Fall kein Steuerimpuls, da der Druck in dem Druckraum 5· dem gewünschten Druck entspricht, zugeleitet.

Fällt jedoch der Druck in dem Druckraum 5 aufgrund von Leckverlusten oder durch andere Ursachen bedingt derart ab, daß der Kraft der Federn 18 durch die auf die Kolbenfläche 17 einwirkende Druckkraft nicht mehr das Gleichgewicht gehalten werden kann, so wird der Kolben 13,13' in die dargestellte Lage zurückgeschoben. Dabei wird das in einer radial gerichteten Bohrung 31 geführte Stellglied 20 mittels des mit dem Zwischenstück 23 zusammenwirkenden Stiftes 26 nach innen gezogen, so daß in der Außenmantelfläche des Spannfutters 1 eine Freisparung in Form einer Sacklochbohrung gebildet wird. Und bei jeder Umdrehung des Spannfutters 1 wird durch diese Freisparung, sobald diese an dem Schaltelement 41 vorbeibewegt wird, in diesem eine Veränderung des Stromdurchganges bewirkt, so daß ein Steuersignal zum Abschalten der Arbeitsmaschine mittels des Relais 42 gegeben ist. Das Schaltelement 41 reagiert demnach auf eine Lageänderung des Stellgliedes 20, ohne von diesem unmittelbar beeinflußt zu werden oder mit diesem unmittelbar verbunden zu sein.

Um zu verhindern, daß der Spannkolben 4 bis in eine Endlage bewegt wird, in der ein ausreichender Eingriff der zusammenwirkenden Verzahnungen und ein Nachspannweg der Spannbacken nicht mehr gewährleistet wäre, sind

030051/0428

an der verlängerten Kolbenstange 27 des Doppelkolbens 13, 13' zwei Anschläge 28 und 29 angebracht. Unabhängig von den in"den Druckräumen 5 und 6 herrschenden Drücken wird somit der Doppelkolben 13, 13' durch den Spannkolben 4, sobald dessen durch die Anschläge 28 bzw. 29 bestimmte Endstellungen überfahren werden, in die gezeigte Mittelstellung verstellt, so daß auch dadurch ein Steuersignal zum Abschalten der Maschine ausgelöst wird.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, wie es strichpunktiert auf der linken Seite des Zylinderdeckels 3 dargestellt ist, ein Schaltelement 41' mechanisch zu betätigen. Dazu ist an dem Kolben 13, 13' ein Ansatz 30 vorgesehen, durch den das Schaltelement 41', sobald durch den Spannkolben 4 über den Anschlag 28 der Doppelkolben nach links bewegt wird, betätigt wird. Das Schaltelement 41' ist hierbei auch zur Drucküberwachung in dem Druckraum 5 einsetzbar.

Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung 51 zur Steuerung einer Arbeitsmaschine besteht ebenfalls aus einem in dem Zylinderdeckel 3 achsparallel zu dem Spannkolben 4 angeordneten Impulsgeber 52, einem mit diesem verbundenen in eine radial gerichtete Bohrung 59 eingesetzten Stellglied 58 und einem Schaltelement 62, das über ein Relais 72 auf die Maschinensteuerung 73 einwirkt. Der Impulsgeber 52 dient hierbei zur Überwachung des in dem Druckraum 5 des Spannfutters 1 herrschenden Druckes und ist als Kolben 53 ausgebildet, der in eine Ausnehmung 54 des Zylinderdeckels 3 entgegen der Kraft von Tellerfedern 56 verschiebbar eingesetzt ist. über einen drehbar gelagerten Gelenkhebel 60, der in einen an dem TColben 53 angeformten Ansatz 57 eingreift, ist -dieser mit dem Stellglied 58 zwangläufig verbunden.

030051/0 428

Zur Betätigung des als Schalter ausgebildeten Schaltelementes 62 ist das Stellglied 58 an dem äußeren Ende mit einer Schrägfläche 61 ausgestattet und der Schalter 62 weist einen in einem Gehäuse 63 verschiebbar eingesetzten Schaltnocken 64 auf, der mit einer Gegenfläche 65 versehen ist. Außerdem ist in dem Gehäuse 63 eine Kontaktbrücke 68 angeordnet, mittels der die in eine Stromleitung 71 eingesetzten Kontakte 70, 70' zu betätigen sind. Die Kontaktbrücke 68 ist dazu mit einem Bolzen 69 versehen, der mit seiner Spitze 69' mit einer an dem Schaltnocken 64 angeformten Schrägfläche 66 sowie einer Rastnut 67 zusammenwirkt.

Wird die Kolbenfläche 55 des Kolbens 53 von Druckmittel aus dem Druckraum 5 über den Kanal 7 beaufschlagt, so wird der Kolben 53, sofern die auf diesen ausgeübte Kraft größer ist als die Vorspannkraft der Federn 56_# nach rechts verschoben. Das Stellglied 58 wird dabei über den Gelenkhebel 60 aus der dargestellten Lage nach innen gezogen, so daß die Schrägfläche 61 bündig mit der Außenmantelfläche des Spannfutters abschließt.

Fällt jedoch der Druck in dem Druckraum 5 unter einen Mindestdruck ab, der der Kraft der Federn 56 nicht mehr das Gleichgewicht hält, so wird durch diese der Kolben 53 nach links bewegt. Das Stellglied 58 wird dadurch nach außen gedrückt, so daß dessen Schrägfläche 61, sobald es an dem ortsfest angeordneten Schalter 62 vorbeibewegt wird, gegen die Schrägfläche 65 des Schaltnockens 64 gedrück wird. Dadurch wird dieser nach oben geschoben und über die Schrägfläche 66 wird die Kontaktbrücke 68 an den Kontakten 70 und 70' zur Anlage gebracht, so daß über die Leitung 71 Strom fließt und die Arbeitsmaschine sofort stillgesetzt wird. Dieser Betriebszustand ist in Fig. 1 dargestellt.

030051/0428

Der Bolzen 69 rastet hierbei mit seiner Spitze 69' in die Nut 67 ein, ein Wiedereinschalten der Arbeitsmaschine ist demnach nur möglich, wenn die Störung beseitigt bzw. das Schaltelement 62 entriegelt ist.

Um eine Endlagenkontrolle des Spannkolbens 4 zu schaffen, kann an dem Kolben 53 des Impulsgebers 52 ein Ansatz 57* angeformt sein, der in den Druckraum 6 ragt. Wird der Spannkolben 4 über den durch den Ansatz 57' begrenzten Bereich hinausverschoben, so wird die Arbeitsmaschine in gleicher Weise unabhängig von dem in dem Druckraum 5 herrschenden Druck abgeschaltet, in dem der Kolben 53 nach links gedrückt wird.

Bei der Steuereinrichtung 81 nach Fig. 3 ist der Impulsgeber 82 als Doppelkolben 83 und 83' ausgebildet und entgegen der Kraft von Federn 86 radial verschiebbar in einer in eine Ausnehmung 84 des Zylinderdeckels 3 eingesetzten Büchse angeordnet. Der Kolben 83, 83' bildet hierbei zusammen mit der Büchse 85 Druckräume 89 und 90, denen das Druckmittel aus den Druckräumen 5 bzw. 6 des Spannfutters 1 über die Kanäle 7 und 91 bzw. 92 zuströmt.

Wird eine der Kolbenflächen 87 oder 88 von Druckmittel beaufschlagt, durch dessen Kraft die \orspannkraft der Tellerfedern 86 überwunden wird, so wird der Kolben 83 nach innen verschoben. Der an diesem angeformte als Stellglied wirkende Ansatz 93 ist in dieser Lage bündig mit der Außenmantelfläche des Spannfutters 1, so daß bei dessen Rotation ein Schaltelement nicht betätigt wird. Fällt jedoch der Druck in dem jeweils beaufschlagten Druckraum 5 oder 6 auf einen Mindestwert ab, so wird der Kolben 83 durch die Kraft der Feder

030DS1/O428

radial nach außen verschoben und über den Ansatz 93 wird mittels der an diesem angearbeiteten Schrägfläche 94 ein Schaltelement in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 betätigt.

Der Kolben 83 ist außerdem auf der nach innen gerichteten Seite mit einem weiteren Ansatz 95 ausgestattet, der über Schrägflächen 98 und 99 mit einem in einer Ausnehmung 96 des Zylinderdeckels 3 verschiebbar eingesetzten Schaltstiftes 97 zusammenwirkt. Wird der Spannkolben 4 über den durch den Schaltstift 97 begrenzten Spannbereich hinausverschoben, so wird unabhängig von dem in dem Druckraum 5 herrschenden Druck der Ansatz 93 des Kolbens 83, 83' in eine Lage gebracht, in der ein Schaltelement betätigt und die Arbeitsmaschine selbsttätig abgeschaltet wird.

Gemäß Fig. 4 ist bei der Steuereinrichtung 101 als Impulsgeber 102 wiederum ein doppelseitig von Druckmittel beaufschlagbarer Kolben 103 vorgesehen, der achsparallel zu dem Spannkolben 4 verschiebbar in eine Ausnehmung 104 des Zylinderdeckels 3 eingesetzt ist, und zwar entgegen der Kraft von Federn 109 bzw. 110. Zur Umlenkung der axialen Bewegung des Kolbens 103 dient eine an diesem angebrachte Zahnstange 111, die mit einem in einer radial gerichteten Ausnehmung 112 des Zylinderdeckels 3 verdrehbar gehaltenen Bolzen als Stellglied, der eine Gegenverzahnung 114 aufweist zusammenwirkt.

Wird einem der Druckräume 105 bzw. 106 des Kolbens 103 aus den Druckräumen 5 bzw. 6 des Spannfutters 1, die ständig mit diesen verbunden sind, Druckmittel zugeleitet, so wird dieser, sofern die auf dessen Kolbenflächen 107 bzw. 108 ausgeübte Kraft größer ist als die durch die gegenüberliegenden Federn

030051/0428

110 bzw. 109 aufgebrachte Vorspannkraft, nach rechts bzw. links verschoben. Dadurch wird der Bolzen 113 verdreht und, da in eine in diesen eingearbeitete schraubenlinienförmig ausgebildete Nut 115 ein Führungsglied 116 eingreift, gleichzeitig auch radial nach außen verschoben. Dem wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zugeordneten Schaltelement 41 wird in dieser Lage keine Steuerimpuls übermittelt.

Sinkt jedoch der Spanndruck in den Druckräumen 5, 105 bzw. 6, 106 unter einen bestimmten Mindestdruck ab und wird der Kolben 103 aufgrund dessen durch die Kraft der Federn 109 bzw. 110 in die gezeigte Mittellage zurückgeschoben, so entsteht an der Außenmantelfläche des Spannfutters 1 ein Sackloch 117, durch das bei jeder Umdrehung der Stromfluß in dem Schaltelement 41 verändert wird. Dadurch wird berührungslos auf dieses ein Steuersignal übertragen, aufgrund dessen die Arbeitsmaschine abzuschalten ist.

Zur Endlagenüberwachung des Spannkolbens 4 ist an dem Kolben 103 des weiteren ein in den Druckraum 6 ragender Ansatz 118 angebracht, mittels dem der Impulsgeber 102 unabhängig von dem in dem Druckraum 5 herrschenden Druck betätigt wird, sobald der Spannkolben 4 über den zugeordneten Spannbereich verschoben wird.

In Fig. 5 ist eine Steuereinrichtung 121 in beaufschlagter Stellung dargestellt, bei der als Impulsgeber 122 eine von Druckmittel beaufschlagbare Membran 123 vorgesehen ist. An der Membran 123 liegt hierbei ein in einer radial gerichteten Ausnehmung 127 des Spannfutters 1 entgegen der Kraft von Federn 124 verschiebbar eingesetztes Verstellglied 126 an, das mit einem Schaltelement gemäß Fig. 1 zusammenwirkt. Dem der Membran 123

030051/0428

zugeordneten Druckraum 125 wird das Druckmittel aus den Druckräumen des Spannfutters 1 über Kanäle 129 bzw. 130 zugeleitet, und zwar über einen vorgeschalteten, in eine Ausnehmung 132 eingesetzten Ventilschieber 131. Da in diesen Kanäle 134 und 135 eingearbeitet sind, über die je nach Druck-beaufschlagung stets eine Verbindung des in den Druckraum 125 mündenden Kanals 133 mit dem Kanal 129 oder 130, je nachdem in welchem dieser Kanäle der höhere Druck herrscht, herstellbar ist, ist die Membran 123 zur Drucküberwachung beider Druckräume des Spannfutters 1 verwendbar.

Fällt der Spanndruck in dem überwachten Druckraum des Spannfutters 1 unter einen bestimmten Wert ab, so wird durch die Kraft der Federn 124 die Membran 123 sowie das Stellglied 126 nach innen verschoben. Dadurch entsteht an der Außenmantelfläche des Spannfutters 1 wiederum ein Sackloch 128, mittels dem gemäß Fig. 1 ein Steuersignal übertragen und die Arbeitsmaschine selbsttätig abgeschaltet wird.

Der Impulsgeber 141 nach Fig. 6 ist aus zwei Kolben 142 und 143 gebildet, die in einer in eine Ausnehmung 145 des Zylinderdeckels 3 eingesetzten Büchse 144 verschiebbar angeordnet sind. Über Reibglieder 150 sind die beiden Kolben 142 und 143 miteinander verbunden. Die von Druckmittel beaufschlagten Kolbenflächen 171 und 173 des inneren Kolbens 142, der entgegen der Kraft von Federn 148 bzw. 149 verschiebbar ist, sind hierbei größer bemessen als die Kolbenflächen 172 und 174 des äußeren Kolbens 143, der über an diesem angeformte Schrägflächen 157 und 157', die eine Aussparung 156 begrenzen, mit einem Stellglied 151 zusammenwirkt.

030051/0428

Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist dem radial nach außen verschiebbaren Verstellglied 151, das über Schrägflächen

152 mit einem Schaltelement gemäß Fig. 2 zusammenarbeiten, ein massengleiches Zwischenglied 153 zugeordnet, das über Schrägflächen 155, 155' an dem Kolben 143 anliegt und in dessen Aussparung 156 eingreift. Über ein Zahnrad 154 ist das Stellglied 151 zwangläufig mit dem Zwischenglied

153 verbunden. Auf diese Weise erfolgt ein Ausgleich der nach außen gerichteten Zentrifugalkräfte, da die von dem Stellglied 151 und dem Zwischenglied 153 hervorgerufenen Zentrifugalkräfte in unterschiedlichen Drehrichtungen an dem Zahnrad 154 angreifen und sich somit gegenseitig aufheben.

Die den Kolben 142 und 143 zugeordneten Druckräume 146 bwz. 147 stehen über Kanäle 158 bzw. 159 mit den Druckräumen des Spannfutters 1 ständig in Verbindung. Bei einem Druckaufbau in einem der Druckräume 146 oder 147, beispielsweise in dem Druckraum 146, werden die beiden Kolben 142 und gemeinsam nach links verschoben. Das Zwischenglied 153, das mit der Spitze in eine Freisparung 160 des federbelasteten Kolbens 142 eingreift, wird dabei durch die Schrägfläche 157 des äußeren Kolbens 143 nach außen gedrückt, so daß über das Zahnrad 154 das Stellglied 151 nach innen geschoben wird und dessen Spitze bündig mit der Außenmantelfläche des Zylinderdeckels 3 ist. Der äußere Kolben 143 liegt in dieser Betriebsstellung mit der Kolbenflache 174 an der Büchse 144 an, der innere Kolben 142 wird dagegen weiter nach links bewegt, bis durch die Spannkraft der Feder 149 ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist.

./■

Sinkt der Druck in dem Druckraum 146 von beispielsweise 12 bar auf 10 bar ab, so wird der Kolben 142 durch die Kraft der Feder 149 nach rechts verschoben, bis die Federkraft der auf die Kolbenfläche 171 ausgeübten Druckkraft wiederum das Gleichgewicht hält. Und da die Fläche 172 des Kolbens 143 klein bemessen ist und auf diesen somit nur eine geringe Kraft ausgeübt wird, dieser aber über die Reibglieder 150 mit dem Kolben 142 verbunden ist, werden demnach beide Kolben 142 und 143 nach rechts bewegt. Das Stellglied 151 kann dabei durch die Kraft der auf dieses einwirkenden Rückstellfeder 175, da auf das Zwischenglied 153 durch den Kolben 143 keine Gegenkraft ausgeübt wird, nach außen in die dargestellte Lage verschoben werden, so daß entsprechend Fig. 2 über die Schrägfläche 152 ein Schaltelement betätigt und die Arbeitsmaschine abgeschaltet wird.

Der Impulsgeber nach Fig. 6 spricht demnach nicht bei einem bestimmten Mindestdruck in einem der Druckräume an, sondern auf einen bestimmten Druckabfall von beispielsweise 2 bar. Die Reibglieder 150 sind hierbei derart auszulegen, daß die von diesen aufgebrachte Reibkraft größer ist als die auf die Kolbenflächen 172 oder 174 ausgeübte Kraft, so daß bei einem vorbestimmten Druckabfall eine Mitnahme gewährleistet ist. Durch das Einrasten des Zwischengliedes 153, das durch die Kraft der Feder 175 nach innen gedrückt wird, in die von den Schrägflächen 157, 157¹ begrenzte Ausnehmung 156 des Kolbens 143 wird dieser in seiner Mittellage wiederum fixiert. Selbstverständlich ist dazu der Kolben 143, z.B. mittels einer angeformten Nase, unverdrehbar in der Büchse 144 zu halten. Und durch Entlüften beider Druckräume 146 und 147 ist auch der Kolben 143 durch die Kraft der Federn 14S und 149 in die gezeigte Ausgangslage zurückzuverschieben.

030051/0428

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 l&bjZU J als Impulsgeber 181 bzw. 181' jeweils ein Dehungsraeßstreifen 182 vorgesehen, der auf einem verformbaren Träger 183 angeordnet ist. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 ist die Ausnehmung 184, in die der Träger 183 eingesetzt ist, mit dem Druckraum 5 des Spannfutters 1, bei der Ausführungsform nach Fig. 9 dagegen mit dem Druckraum 6 verbunden. Außerdem ist die Speisung des Dehungsmeßstreifens 182 unterschiedlich, und zwar mittels einer unmittelbar in dem Zylinderdeckel 3 eingesetzten Batterie 185 oder mittels eines in diesen indizierten Stromes, der über Induktionsspulen 188 und 189 übertragen und über einen Gleichrichter 190 diesem zugeführt wird.

Wird der Träger 183 von Druckmittel beaufschlagt,so ändert sich der Widerstandswert des Dehnungsmeßstreifens

182 entsprechend der Längenänderung des Trägers 183. Die Spannungsänderung ist somit ein Maß für den jeweils in dem Druckraum 5 bzw. 5 herrschenden Druck. Mittels eines Schleifringes 186 und eines Schleifkontaktes 187 wird der durch die Dehnungsmeßstreifen 182 fließende Strom abgenommen, so daß bei einer bestimmten Druckdifferenz oder einem Mindestdruck die Arbeitsmaschine abzuschalten ist.

Zur Endlagenüberwachung des Spannkolbens 4 ist bei der Ausgestaltung nach Fig. 9 ein Schaltnocken 191 vorgesehen, der über eine Feder 192 und einen Stößel 193 auf den Träger

183 einwirken kann. Wird hierbei der Spannkolben 4 über den durch den Schaltnocken 191 begrenzten Weg hinaus verstellt, so wird, da die Feder 192 in diesem Fall gespannt wird, auf den Träger 183 ein erhöhter Druck ausgeübt, aufgrund dessen ebenfalls eine Abschaltung der Arbeitsmachine aufzulösen ist. Die Übertragung der Spannungsänderung kann auch mit Hilfe eines in den Zylinderdeckel 3 eingesetzten, mit dem Impulsgeber 181' verbundenen Lichtbandes 186' und einer mit diesem zusammenwirkenden Fotozelle 187' bewerkstelligt werden.

•Λ

030051/0428

Nach Fig. 10 dient als Impulsgeber 201 ein auf einer elastisch verformbaren bzw. vorgespannten Folie 202 angeordnetes piezoresistive Element 203, das bei einer Druckbelastung bzw. Entlastung einen Stromstoß abgibt. Auf das piezoresistive Element 203 wirkt hierbei ein an einer von dem Druckmittel des Druckraumes 6 beaufschlagten Membrane 204 angebrachter Stift 205 ein.

Fällt der Druck in dem Druckraum 6 stark ab, so wird das piezoresistive Element 203 entlastet bzw. bei vorgespannter Folie 202 gespannt. Dabei entsteht ein Stromstoß, der über Induktionsspulen 206 und einem mit diesen zusammenwirkenden Schaltelement 207 zur Steuerung der Arbeitsmaschine ausgenutzt werden kann. Selbstverständlich ist der beim Aufbau in dem Druckraum 6 entstehende Stromstoß zu eliminieren.

28. Mai 1979 e-1
A 7709

030051/0428

Claims

Guido EngeJhardt Patentanwalt

Ehlerestr. 17 Tel.(07541)72667 D-7990 Friedrichshafen 1

SMW Schneider & Weißhaupt GmbH

Meckenbeuren

Patentansprüche :

(1. Einrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine in Ab- ^■^ hängigkeit von dem in dem Druckraum eines dieser zugeordneten rotierenden Spannzylinder, vorzugsweise eines Kraftspannfutters herrschenden Druckes,

dadurch gekennzeichnet,

daß der zu überwachende Druckraum (5,6·) mit einem entgegen einer vorbestimmten Kraft beeinflußbaren Impulsgeber (12; 52; 82; 1o2; 122; 141; 181; 2o1) in Verbindung steht, der mit einem außerhalb des Spannzylinders (1) angeordneten ortsfesten Schaltelement (41; 62; 187; 2o7) zusammenwirkt, mittels dem die Arbeitsmaschine steuerbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch T,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Impulsgeber (12; 52; 82; 1o2) als ein unmittelbar

030051/0428

oder über Zwischenglieder von dem in dem zu überwachenden Druckraum (5,6) befindlichen Druckmittel ein- oder beidseitig beaufschlagbarer Kolben (53; io3) oder als Doppelkolben (13,13'; 83, 83') ausgebildet ist, der entgegen der Kraft von Federn (18,19; 56; 86; 1o9,11o) verschiebbar ist und mit einem radialen oder axial an geordneten Verstellglied (2o; 58; 94; 113)in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Impulsgeber 12; 52; 82; 1o2; 122; 141) in einer achsparallelen oder achssenkrecht gerichteten als Druckraum ausgebildeten Ausnehmung (14; 54; 84; 1o4; 124;145) des Zylinderdeckels (3) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (13,13'; 53; 83; 1o3) des. Impulsgebers (12; 52; 82; 1o2) mit einem radial gerichteten Verstellglied (2o; 58; 93; 113) in Form eines in einer Ausnehmung (31; 59; 112) des Zylinders (2) oder des Zylinderdeckels (3) geführten Bolzens versehen ist, das mit diesem zur Umlenkung der Axialbewegung über in Verstellrichtung des Kolbens (13,13'; 53) geneigte an diesem angeformte Schrägfläche (24,25) oder Schrägverzahnungen, über in die zusammenwirkenden Teile eingreifende Umlenkhebel (6o), über ein in eine Verzahnung (111) des Kolbens (1o3) eingreifendes mittels eines Bolzens (116) axial beweglich geführten Zahnrades (114) od.dgl. in Verbindung steht.

030051/0428

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (13,13') auf der dem Druckraum (5,6.) abgewandten Seite mit einer aus dem Zylinderdeckel (3) ragenden Ansatz (3o) als Verstellglied versehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Endlagenüberwachung des in dem Spannzylinder (2) eingesetzten Spannkolbens (4) der Kolben (13,13*; 83;1o3) des Impulsgebers (12; 82; 1o2) mit einem in den Zylinder (2) ragenden Ansatz (Kolbenstange 27; 118) oder bei achssenkrechter Anordnung des Kolbens (83) mit einem über Schrägflächen (98,99) od.dgl. mit diesem verbundenen Betätigungsnocken (97) versehen ist, mittels dem der Impulsgeber (12; 82; 1o2) in einer oder beiden Verstellrichtungen in Abhängigkeit von der Lage des Spannkolbens (4) unmittelbar oder mittels an dem Ansatz (27) angebrachter Anschläge (28,29) betätigbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Impulsgeber (122) als eine von dem in dem zu überwachenden Druckraum (Leitung 129,13ο) befindlichen Druckmittel beaufschlagbare und entgegen der Kraft von Federn (124) verstellbare Membran (123) ausgebildet ist, die mit einem Verstellglied (126) in Form eines in dem Spannzylinder (1), vorzugsweise in einem Zylinderdeckel, eingesetzten Bolzens od.dgl. zusammenwirkt.

03O051/042S

8. Einrichtung nach Anspruch 7,

dad urch gekennzeichnet,

daß der Membran (123) zur Verwendung als Impulsgeber (122) für einen doppelseitig wirkenden Spannzylinder (1) ein beidseitig von dem Druckmittel beaufschlagbarer Ventilschieber (131) vorgeschaltet ist, mittels dem der'der Membran (123) zugeordnete Druckraum (125) mit dem jeweils zu überwachenden Druckraum (Kanal 129 bzw. 13o) des Spannzylinders (1) selbttätig verbindbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Impulsgeber (141) aus zwei ineinander angeordneten und gegeneinander verschiebbaren ein- oder beidseitig von Druckmittel beaufschlagbaren Kolben (142,143) gebildet ist, die über ein Reibglied (15o) miteinander gekoppelt sind und daß der Verstellweg (S) des einen entgegen der Kraft einer Feder (148 bzw. 149) verstellbaren Kolbens(142) und dessen von Druckmittel beaufschlagte Flächen (171,173) größer bemessen sind als der Verstellweg (S¹) und die von Druckmittel beaufschlagten Flächen (172,174) des anderen Kolbens (143), wobei der Kolben (143) mit dem kleinen Verstellweg (S¹) mit dem Verstellglied (Zwischenglied 153) des Impulsgebers (141) zusammenwirkt.

1o. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß bei radialer Anordnung des Verstellgliedes (151) des Impulsgebers (141) dieses über ein Zahnrad (154) mit einem achsparallel angebrachten massengleichen Zwischenglied (153) verbunden ist, das durch dessen Kolben (143)

verstellbar ist. 030051/0428 "^Λ

11. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Impulsgeber (181; 2c4) aus einem oder mehreren Dehnungsmeßstreifen (183) piezoresistiven Elementen (2o3) Hall-IC oder dgl. gebildet ist, die auf einem unmittelbar von Druckmittel oder durch ein von diesem beeinflußbares Zwischenglied (2o4,2o5) betätigbaren Träger (182,2o2) z.B. einer Membran angeordnet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Endlagenüberwachung des Spannkolbens (4) dem Träger (182) ein durch den Spannkolben (4) betätigbarer Nocken (191,192,193) od.dgl. zugeordnet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichne t,

daß das Schaltelemente; 62) durch eine Lageänderung des Verstellgliedes (2o; 58) des Impulsgebers (12; 52) betätigbar ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Schaltelemente ) ein als Sonde ausgebildeter berührungsloser Schalter vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Stellung des Verstellgliedes (2 3) einen der Maschinensteuerung (42,44) oder einer Anzeige (43) zuführbaren Stromimpuls liefert.

030051/0428

15. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet)

daß als Schaltelement (62) ein mechanisch betätigbarer Schalter vorgesehen ist, dessen Kontaktbrücke (68) durch einen z. B. über Schrägflächen (61, 65) mit dem Verstellglied (58) des Impulsgebers (52) zusammenwirkenden Auslöseknopf (64) od. dgl. betätigbar ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß als Schaltelement (187; 207) ein durch einen von dem Impulsgeber (181; 202) erzeugbarerj, Stromimpuls betätigbarer Schalter, eine Induktionsspule, eine durch eine im Spannzylinder(81) eingebaute Lichtquelle beeinflußbare ortsfeste Fotozelle od. dgl. vorgesehen ist.

A 77o9 e-£
18. Mai 197)5

030051/0428