Die Erfindung betrifft eine Druckfluid beaufschlagbare, verriegelbare Spannzylinder-Kolbeneinheit, mit einem Gehäuse, weiches Anschlüsse zur Versorgung der Spannzylinder-Kolbeneinheit mit Druckfluid und eine Einbau- Öffnung 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 Druckfluid- Anschiüsse in Verbindung steht.

Generell sind in der Technik viele Anwendungsfälle gegeben, bei denen mit einer relativ großen Spannkraft ein Gegen¬ stand dauernd, sicher festgespannt bleiben soll, auch dann, wenn die Spannverrichtung von der Druckfluid- uelle abge- koppelt -wird, also drucklos ist.

Beispielsweise ist dies der Fall bei der Werkstückspannung auf Werkzeugmaschinen, Formenverriegelung auf Spritzgie߬ maschinen oder die Verriegelung von verfahrenstechnischen Druckbehältern usw.

Es sind Klammsysteme ähnlich einer Spannzange bekannt, welche direkt auf eine die Spannkraft aufbringende Kolben¬ stange wirken. Ebenso sind Systeme mit Gewindespindein bekannt, welche mit dem Kolben mitlaufen und zur Arretie¬ rung des Kolbens mittels einer Bremse am Drehen gehindert werden.

Im allgemeinen werden aber auf hydraulischer Seite Vorkeh- rungen getroffen um den Kolben am Zurückweichen zu hindern, z.B. mit Sitzventilen und Druckspeichern, Druckschaltern und Warnanlagen für den Fall des Versagens dieser Systeme.

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 abgekop¬ pelten Zustand, die Spannkraft dauernd aufrechterhalten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im wesentlichen koaxial zur Ξinbauöffnung ein weiterer Raum im Gehäuse gebildet ist, in dem ein Riεgelkoiben verschiebbar angeordnet ist, der den weiteren Raum in zwei Zylinderkammern unterteilt, wobei die eine Zylinderkammer mit einem weiteren Druckfluid— nschluß und die andere

Ξylinderkammar 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 auf¬ weisen, der durch den Riegelkolben betätigbar ist und dessen -Keilflachen mit Gegenkeiif achen am Spannkolben und am Gehäuse zusammenwirken und den Spannkolben nach erfolg¬ tem Spann- und Verriεgelungsvorgang in drucklosem Zustand formschlüssig dauernd zu verriegeln.

Die er indungsgemäße 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 forin- schlüssig verriegelt bleibt. Zudem ist die Einheit konstruktiv einfach sowie betriebssicher aufgebaut und kann ohne großen Fertigungsaufwand, z.B. hinsichtlich Genauig¬ keit (Toleranzen) , hergestellt werden. Ferner ergibt sich als weiterer großer Vorteil , daß praktisch sämtliche an der Kraftübe tragung und an der Verriegelung beteiligten

Elemente der Spannzylindereinheit vollständig vom Druck¬ fluid umgeben sind, so daß beispielsweise dann, wenn das

Druckfluid ein Hydrauliköl ist, die Verriegelungsteile nicht "trocken" laufen.

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 Kälte¬ mittel versehen ist.

Ferner wird durch die erfindungsgemäße Einheit erreicht, daß das Spannen und Verkeilen des Spannkolbens praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall das Spann¬ drucks verläuft, was für alle Spann- oder Klemmvorgänge, insbesondere bei extrem starren Systemen von größter Bedeu- tung ist.

Weiterhin ist der Wegfall eines permanent vorgespannten Druckmediumkissens, z.B. ölkissen oder Hochdruckgaskissen, welches in sich elastisch (kompressibel) ist, _t für die Steifheit des Spannsystems von größter Wichtigkeit.

Wenn die Spannzylinder-Kolbeneinheit so weitergebildet ist, daß der Verriegelungskeil einen im wesentlichen recht¬ eckigen 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 Verriegelungs¬ keils. Ferner besteht die Möglichkeit auch andere Quer- schnittsformen, z.B. ovaler oder runder Form, vorzusehen.. Die Keilflächen wären dann hierbei wiederum als ebene oder einseitig bombierte Flächen vorhanden.

Vorteilhafterweise wäre es auch möglich, mehr als einen Verriegelungskeil anzuordnen, beispielsweise parallel zu¬ einander stehende oder einander diametral gegenüber¬ stehende. 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.

Ein Äusführungsbeispisi der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche einen Axial- schnitt durch die Spannzylinder-Kolbeneinheit zeigt.

Die Spannzyiinder-Kolbeneinheit weist ein Gehäuse 6 mit der Ξinbauδffnung 7 auf, und ist mit im wesentlich rechtwinklig zur Achse des Spannzyiinders angeordneten Druckfluid- Anschlüssen A und 3 versehen. In dem durch die Ξinbauöff- nung 7 gebildeten Raum ist der Spannkolben 1 verschiebbar angeordnet, welcher durch die eingeschraubte oder einge¬ preßte und abgedichtete Zylinderhülse 5 geführt wird.

Die Zylinderhüise 5 könnte auch entfallen und der Spann- koiben 1 unmittelbar an der Gehäusewand geführt sein. Der Spannkolben 1 kann einen nicht gezeigten, die Gehäusestirn¬ seite überragenden Ansatzteil aufweisen, der zur Kraftüber¬ tragung auf das Spannobjekt dient. Der Kolben 1 besitzt gunstigerweise am Außenumfang einen oder mehrere Dichtungs¬ ringe.

Auf der durch .das Druckfluid beaufschlagten Seite besitzt der Spannkoiben 1 weiter einen konsolartig auskragenden Teil, der an der Gehäusewand durch eine parallel zur Spann¬ richtung verlaufende ebene oder gekrümmte Führungsfläche 8 abgestüzt . ist. Der Führungsfläche 8 abgewendet, gegen die

Mittelachse des Spannzylinders gerichtet, trägt der konsoi- artiga Teil 9 die Gegenkeiiflache 10 in einer nutartigen Ausnehmung über die sich der Spannkolben 1 am Verriege- lungskeil 2 abstützt. Die Oberfläche der Führungsflache des konsolartigen Teil 9 weist zusätzlich rillenartige Vertie¬ fungen auf, welche ein reibungstechnisch günstiges Abstütz- yerhalten des konsoiartigen Trägers auf der Keilstütze 4

der Gehäusewand ergeben. Die Keilstütze 4 ist in axialer Richtung unverrückbar am Gehäusewandkörper, hier in ringar¬ tiger 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.

Die Keilstütze 4 weist der Gegenkeilflache 10 gegenüberlie¬ gend eine weitere Gegenkeilflache 11 auf, die zum Spann- kclben 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 ent¬ spricht dem Winkel den die beiden Keilflächen 12, 13 des Verriegεl ngskeils 2 einschließen.

Dadurch wird im Verriegelungszustand die formschiüssige, vom Vorhandensein des Druckmediums nicht mehr abhängige

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 beauf¬ schlagt 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 Zylinderka mεrn 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 Riegεl- koiben 3 ist hier beispielsweise so gelöst, daß der Riegel¬ kolben 3 auf seiner Stirnseite eine zur Kolbenachse quer verlaufende, einen T-fδrmigen Querschnitt aufweisende 5 Führungsausnehmung 20 aufweist, in die der Verriegelungs¬ keil 2 mit seinem entsprechend geformten Endbereich ein¬ greift. Damit können die durch den iεgεlkolbεn 3 erzeugten Bewegungen zum Vεrriegεln und Ξntriεgεln des Spannkolbens 1 praktisch spielfrei in axialer Richtung auf den Verriege¬ lt) lungskεil 2 übεrtragεn werden.

In Querrichtung kann der Verriεgεlungskεii 2 die erforder¬ lichen Seitenbewegungen, die während des Spann- und Sntrie- gelungsvorgangs durch die genεigtε 3ahn dεs Vεrriegelungs- 15 keiis 2 bedingt sind, ungehindert ausführen.

Dadurch wird erreicht, daß sich der Verriegelungskeil 2 ohne Zwängung in seiner geneigten Verriεgelungsbahn bewegen kann. 20

Funktioneil sind folgende Phasen zu unterscheiden:

Phase 1: Spannen

25 Beide Hydraulikanschlüsse A und B werden mit Druckmedium beaufschlagt. Dadurch wird der Spannkolben 1 gegen das zu spannεndε Objekt ausgefahren. Der Riεgelkolben 3 wird von beiden Seiten her beaufschlagt. Infolge der kleinεren Kolbenfläche auf der dem Spannkolben 1 abgewendeten Seite

30 erzeugt der Riegelkolben 3 eine Zugkraft auf den Keil 2 entsprechend dεr Kolbenfiächendifferenz mal dem während dεr Bewegung herrschenden Druck am Spannkolben 1. Der Riegel¬ kolben 3 zieht somit leicht am Keil 2, wodurch dieser immer spielfrei an den Gegen-Keilflachen von Spannkolbεn 1 und

35 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.

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.

Phase 2: Verriegeln

Eine geeignete Steuerung schaltet den Anschluß A nach Erreichen des maximalen Spanndrucks auf druckiosεn Zustand, während dεr 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.

Phase 3 : Gespannt und verriegelt

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.

D.h. das Drucksystem kann drucklos gemacht werden, während die Spannkraft mechanisch gehalten bleibt.

Phase 4: Entsperren

Zum Lösen des Spannkolbens 1 wird lediglich dεr Anschluß A unter Druck gesetzt, wodurch dεr Riegelkolben 3 auf den

Keil 2 drückt und ihn löst, wodurch auch der Spannkolben 1 sich wiedεr frεi bewegen kann. Dieser wird z.B. mittels

einer extεrnεn Feder zurückgestoßen. Er verdrängt das Druckfluid aus dem Anschluß 3 zurück in die Antriebseinhεit.

Die beschriebene Lösung erlaubt insbesondεre das Spannen und Verkeilen des Spannkoibens I praktisch ohne Setzvorgang während oder nach dem Wegfall des Spanndruckes, was für alle Spann- odεr Kiem vorgEnge, insbesondere bei extrem starren (unelastischen) Systemen von größter Bedeutung ist.

Ein nachträgliches Setzen wird durch die vorhergehende Druckbeaufschlagung und die damit verbundene Vordehnung der Matεriaiiεn auf ein absolutes Minimum reduziεrt.

Diε 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 Spannkolbεns 1 angeordnet sein. Ferner wird die Neigung der mitεinandεr in Kontakt stεhenden Keil- und Gegenkeilflachen in jedem Fall so gewählt, daß eine seibsthemmεndε Vεrkεilung 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.