DE10135281A1

DE10135281A1 - Spannelement zum positionsflexiblen Spannen von Werkstücken

Info

Publication number: DE10135281A1
Application number: DE10135281A
Authority: DE
Inventors: David Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-02-06
Also published as: EP1277547B1; EP1277547A1; ATE281279T1; DE50201438D1; ES2231651T3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannelement zum positionsflexiblen Spannen von Werkstücken mit hydraulisch oder mechanisch betätigten Spannbacken, die an das Werkstück heranfahrbar und festsetzbar sind. In einem Gehäuse sind zwei parallel geführte Aussparungen eingelassen, von denen eine Aussparung eine Zylinderbohrung (2) zur Aufnahme von zwei gegenläufig geführten Antriebselementen ist und in der anderen Aussparung zwei Schieber (7; 19; 26) geführt sind. Zwischen den Antriebselementen und den Schiebern besteht eine bewegliche Verbindung, die unter Krafteinfluss starr und selbsthemmend wird. Die Antriebselemente sind hydraulisch betätigte Kolben (4) oder Transportmuttern (23) mit gegenläufig ausgebildeten rechts-links Innengewinden, in denen eine Gewindespindel (25) mit zwei entsprechend ausgebildeten gegenläufigen Gewinden geführt ist.

Description

Werkstücke die einer Bearbeitung unterliegen, bei der erhebliche Kräfte auf das Werkstück einwirken, müssen in ihrer Lage positioniert und unverrückbar gespannt sein. Solche Werkstücke werden auf Aufspannplatten, Tischen, Paletten u. dergl. entweder an zwei Seiten angeschlagen oder in zwei Stiften aufgenommen und anschließend gespannt. Werkstücke die in sich labil sind oder biegeempfindliche Stellen besitzen müssen zusätzlich mit besonderen Spannelementen über ihre Länge unterstütz werden, um so allen Bearbeitungskräften, wie auch Querkräften zu widerstehen.
Diese besonderen Spannelemente müssen an je zwei sich gegenüberliegenden Punkten zwei gleich große Berührungs- und Haltekräfte entwickeln, so dass sich das Werkstück weder verformen noch seine vorgegebene Position verändern kann. Von solchen Spannelementen wird erwartet, dass sie die Spannstelle neutral spannen und halten und keine einseitigen und ungleichen Kräfte erzeugen..
Das Spannen kann an zwei sich gegenüberliegenden Punkten erfolgen, wie auch bei Drei- oder Vierpunktspannung strahlenförmig in gleicher Winkellage einander zugeordnet sein. Hinzu kommt eine universelle Anwendbarkeit, die auf die verschiedensten Werkstücke ausgelegt ist, sowie die Eigenschaft die Werkstücke sowohl aussen als auch innen spannen zu können. Ein wichtiges Merkmal ist die Aufrechterhaltung der Spann- und Haltekraft unabhängig von der Bearbeitungskraft, oder auch in Fällen des Druckabfalls.
Es ist bekannt, zwei sich gegenüberliegende gleichgroße Druckzylinder nach dem Beaufschlagen mit Druck durch Absperren der Zuführungsleitung, mittels einer besonderen Ventilsteuerung, von der Zuleitung zu trennen. Damit soll der Druck im Zylinderraum erhalten bleiben. Dieses bedingt, dass keine Verluste im Zylinderraum entstehen, z. B. hervorgerufen durch eine Luftblasenbildung in der Hydraulik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein positionsflexibles Spannsystem so zu gestalten, dass es unabhängig vom anstehenden hydraulischen Druck in seiner Spannstellung verbleibt und so an das Werkstück anlegbar ist, dass gleich grosse Berührungs- und Haltekräfte auf das Werkstück einwirken ohne dieses in seiner vorgegebenen Lage zu beeinflussen und damit allen Spannerfordernissen anpassbar ist.

Die Lösung der Aufgabe ist den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche zu entnehmen.

In den Fig. Ist die Erfindung wie folgt beschrieben:

Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Spannsystem im Schnitt

Fig. 1a zeigt eine Seitenansicht dazu

Fig. 2 zeigt ein dreiseitiges Spannsystem

Fig. 3 zeigt ein vierseitiges Spannsystem

Fig. 4 zeigt ein System mit Einzelelementen

Fig. 5 zeigt ein mechanisches Spannen

Fig. 6 zeigt den Führungskanal dazu

Fig. 7 zeigt das senkrechte mechanische Spannen

Fig. 8 zeigt den Spannkopf

In Fig. 1 ist in dem Gehäuse 1 eine zylindrische Bohrung 2 durchgehend eingelassen. In dieser Zylinderbohrung 2 sind zwei Kolben 4 eingesetzt, deren Hub dem jeweils erforderlichen Spannvorgang angemessen ist. Die Kolben 4 sind beidseitig aussen mit je einem Druckraum 5 und mittig zwischen den beiden Kolben mit einem Druckraum 6 verbunden. Jeder Kolben 4 hat mittig eine Ausnehmung in Form eines Prismas 11, in das ein Keilstein 10 eingelegt ist. Dieser Keilstein 10 ist in einer Längsnut 9 des Gehäuses 1 geführt, und zwar so, dass er die volle Hubbewegung des Kolben 4 mitmacht. Der Keilstein 10 ist mit einem Mitnehmer 12 versehen. Dieser Mitnehmer 12 ist fest in einen Schieber 7 eingefügt. Die Schieber 7 sind jedem Kolben 4 zugeordnet und werden in einer Führungsnut 3 im Gehäuse 1 gleitend geführt. Jedem Schieber 7 ist ein Spannbacken 8 zugeordnet, der mittels Schraubverbindung auf dem Schieber festsitzt. Diese Spannbacken sind auswechselbar und den Verhältnissen anpassbar. Die beiden äußeren Druckräume 5 sind mit einem Druckkanal 13 verbunden.
In Ruhestellung sind die beiden Kolben 4 in ihre Ausgangsposition gefahren und liegen links und rechts nahe dem Ende der Gehäuseseitenwandung in den Druckräumen 5. In dieser Lage wird das zu spannende Werkstück 15 zwischen den Spannbacken 8 eingefügt und der Spannvorgang eingeleitet. In den beiden Druckräumen 5 wird ein Druck aufgebaut, in dem Hydraulikleitung 13 beaufschlagt wird. Dieser Druck bewirkt, dass beide Kolben 4 aufeinander zu bewegt werden, hierbei nehmen sie über die Keilsteine 10 die Schieber 7 und die Spannbacken 8 mit. Die Spannbacken 8 kommen zum Anliegen an das Werkstück 15. Hierbei spielt es keine Rolle, ob einer der Spannbacken das Werkstück früher als der andere erreicht. Durch den Verbindungskanal 13 steht der gleiche Druck an beiden Kolben 4 an.
Berührt einer der Backen 8 das Werkstück zuerst, wird er infolge des Widerstandes stehen bleiben, während der andere Kolben infolge anstehenden Druckes so lange weiterfährt, bis auch er am Werkstück anliegt. Jetzt baut sich ein vollkommen gleicher Druck zwischen den Spannbacken auf, der auf das Werkstück einwirkt und dieses festsetzt. Der weiter im System wirkende Druck der Hydraulik bewirkt, dass die Kolben 4 weiter fahren und damit auf die keilförmigen Flächen der Keilsteine 10 auflaufen und diese damit nach oben drücken. Dadurch dass die Schieber 7 im Gehäuse in Führungsnuten 3 in form von T-Nuten geführt sind, werden diese Schieber nunmehr gegen das Gehäuse im oberen Teil der T-Nut gepresst. Es entsteht damit eine Verkeilung von Kolben 4, Schieber 7 und Gehäuse T-Nut, wodurch die Schieber unabhängig vom anstehenden Hydraulikdruck festgesetzt sind. Diese Selbsthemmung wird unterstützt durch die Winkelanstellung der Keilflächen in den Prismen und Keilsteinen, die den jeweiligen Anwendungsfällen anpassbar sind.
Zum Lösen der Verbindung wird der Druckraum 6 über die Druckleitung 14 beaufschlagt und gleichzeitig die Druckräume 5 entlastet. Die Kolben 4 fahren auseinander, lösen sich von ihren Keilflächen an den Keilsteinen und geben damit das Werkstück frei. Eine Erhöhung der Selbsthemmung kann dadurch erreicht werden, dass die Kolben 3 im unteren Bereich der Zylinderbohrung leicht abgeflacht sind. Dieses erhöht den Anpressdruck der Kolben im Zylinderraum, wenn diese sich an den Keilsteinen verklemmen.
Die Form der Keilsteine 10 ist den Verhältnissen anpassbar. Die in Fig. 1 gezeigten Keilsteine 10 haben an der Unterseite ihre Keilflächen und an der Oberseite einen Mitnehmer 12. Sie können auch um 180° gedreht eingesetzt werden, so das die Keilflächen im Schieber und die Mitnehmer im Kolben wirksam sind. Ebenso ist eine Ausführung möglich, bei der die Keilsteine beidseitig bei mit Keilflächen versehen sind. Bei entsprechender Ausgestaltung der Schieber und Kolben lassen sich diese Keilsteine dann einfügen und erzeugen damit eine Doppelwirkung.
Die mit Wechselbacken 8 bestückten Schieber 7 lassen sowohl eine Aussenspannung als auch eine Innenspannung der Werkstücke zu. Für die Innenspannung sind die Kolben 4 im Ruhezustand zusammen gefahren. Das über die Backen 8 geschobene Werkstück wird dadurch festgesetzt, dass Druckraum 6 beaufschlagt wird, womit die Kolben 4 auseinander fahren und die Spannbacken 8 damit an der Innenwandung der Werkstücke zum Anliegen kommen. Das Festsetzen erfolgt in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben.
Das einseitig offene Gehäuse 1 gestattet eine leichte Montage der Kolben, Schieber und Keilsteine. Sind Kolben und Schieber in das Gehäuse eingefügt, werden die Keilsteine durch eine seitlich im Gehäuse eingebrachte Öffnung 16 eingelegt und die Öffnung geschlossen. Diese Ausführung gestattet ein einteiliges Gehäuse, in das die Führungsbahn für die Schieber und die Zylinderbohrung für die Kolben eingearbeitet sind. Das Spannelement lässt sich variabel gestalten. In Fig. 2 ist es strahlenförmig mit drei Spannarmen gezeigt und in Fig. 3 mit einer Aufteilung in der vier Spannarme sich paarweise gegenüber stehen. Das Prinzip des Spannens ist das gleiche wie zuvor. Diese strahlenförmige Ausführung bietet sich besonders bei einer Innenspannung der Werkstücke an.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass die Kolben und Schieber eines Spannsystems in einem Gehäuse liegen. Fig. 4 zeigt dagegen eine Ausführung mit zwei Einzelelementen, die zusammen an einem Werkstück wirken. Diese Einzelelemente können einzeln oder auch gemeinsam angesteuert werden. Hierzu sind entweder getrennte Hydraulikleitungen nötig oder eine Leitung mit entsprechender Verbindung zwischen den Elementen. In beiden Fällen ist es erforderlich das Heranfahren an das Werkstück kontrolliert zu betreiben. Der Keilstein 17 kann in diesen Fällen mit nur einer Keilfläche 18 versehen sein und kreisförmig als Wippe ausgebildet ist er zugleich als Mitnehmer im Schieber wirksam. Der Schieber 19 ist hier als Welle ausgebildet, ebenso kann er mit einem Rechteck-Querschnitt versehen sein.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass die Betätigung der Spannelemente hydraulisch erfolgt. In Fig. 5 ist ein Beispiel mit mechanischer Betätigung gezeigt. In dem Gehäuse 20 ist ein durchgehender Führungskanal 21 eingelassen. Dieser Führungskanal 21 ist im oberen Teil mit seitlich eingebrachten T-Nuten 22 versehen. Unterhalb dieser T Nuten 22 sind in deren Führungskanal 21 zwei Transportmuttern 23 mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt eingefügt. Diese Transportmuttern 23 haben eine Mittenbohrung 24, in die Gewinde eingebracht sind, die gleichläufig als Rechts-Links-Gewinde ausgebildet sind. In diese Gewindebohrungen ist eine durchgehende Gewindespindel 25 mit geteiltem Rechts- Links-Gewinde eingebracht. Im oberen Teil des Führungskanals sind zwei Schieber 26, die der Form der T-Nuten 22 angepasst sind, eingesetzt. Zwischen den Schiebern 26 und den Transportmuttern 23 ist eine Verbindung der Mitnahme geschaffen. Diese Verbindung wird über Keilabschnitte 27 hergestellt, wobei die Keilabschnitte so eingelassen werden können, dass die nach unten gerichteten Keilflächen dem Schieber 26 zugeordnet und in den Transportmuttern 23 entsprechende Einkerbungen vorgesehen sind oder umgekehrt, indem die Transportmuttern nach oben gerichtete Keilflächen aufweisen und je Schieber die Einkerbungen besitzen.
Auch hier bietet sich die Lösung an, zwischen Schiebern und Transportmuttern einen Keilstein der zuvor beschriebenen Art zu legen. Vorteil der Gehäuseausführung ist, dass alle Teile leicht eingeschoben werden können und dann in ihrer Position mit bekannten Mitteln festgesetzt werden. Dem Schieber 26 sind Spannbacken 28 zugeordnet, die sowohl für Innenspannung als auch für Außenspannung anwendbar sind.
Der Spannvorgang wird durch Drehen der Gewindespindel 25 eingeleitet, indem beide Schieber mit ihren Backen gleichmäßig aufeinander zu oder von einander weg bewegt werden. Damit wird auf ein von den Spannbacken 28 aufgenommenes Werkstück ein gleichmäßiger Spanndruck bewirkt, der nachdem beide Spannbacken das Werkstück festgesetzt haben durch die Keilwirkung und die damit verbundenen Reibkräfte zwischen Transportmuttern und Schiebern so lange aufrecht erhalten bleibt, bis die Verbindung wieder gelöst wird.
Ein solches mechanisches Spannelement kann auch zum Spannen von Werkstücken eingesetzt werden, die lagebedingt sind. In Fig. 7 ist ein solches Element gezeigt. In das Gehäuse 29 sind zwei zueinander parallel geführte zylindrische Bohrungen 30 und 31 eingebracht. In Bohrung 31 sind zwei Spannnasen 32, 32a geführt und in Bohrung 30 sind zwei Transportmuttern 33 eingefügt, die mit einer Gewindespindel 34 verbunden sind. Diese Gewindespindel hat ein Rechts-Links-Gewinde, entsprechend den Innengewinden der Transportmuttern. Jede Spann-Nase 32, 32a ist mit einem Rundkopf 35, 36 fest verbunden. Der Rundkopf 36 hat einen spannbackenförmigen Ansatz 37. Die Rundköpfe sind über einen vorgegebenen Bereich mit einer Keilfläche 38 versehen. Diese Keilflächen 38 finden ihre Gegenstücke in den Keilschrägen 39, die den Transportmuttern 33 zugeordnet sind. Die Spann-Nase 32a ist schwenkbar ausgeführt, so dass ihr Spannbackenteil 37 um 90° schwenkbar ist. Der Spannhub ist relativ groß gehalten und wird vom Werkstück abhängig meist nur zum Teil gebraucht. Durch längenbestimmte Passstücke 40 wird der Abstand zwischen beiden Rundköpfen 32, 32a veränderbar gemacht. Dieses auf das jeweilige Werkstück bezogene Passstück 40 wird einseitig mit dem Rundkopf 35 fest verbunden. Die sich gleichmäßig aufbauende Spannkraft bewirkt über die Keilflächen und Keilschrägen ein ebenfalls gleichmäßiges Verklemmen der Transportmuttern und der Spann-Nasen in ihren Führungen und damit gleiche Spann- und Haltekräfte am Werkstück.
Durch Drehung der Gewindespindel 34 werden die Spann-Nasen 32, 32a bewegt und je nach Spindeldrehung auf einander zu oder von einander weg bewegt. Das Werkstück 15 wird zwischen Rundkopf 35 und Passstück 40 eingelegt und durch die Spindelbewegung festgesetzt. Über die Keilflächen 38 und Keilschrägen 39verklemmen sich die Rundköpfe gegen die Transportmuttern und setzen das System fest.

Claims

1. Spannelement zum positionsflexiblen Spannen von Werkstücken mit hydraulisch oder mechanisch betätigten Spannbacken, die an das Werkstück anfahrbar und festsetzbar sind, mittels Schieber, die zusammen mit ihren Antriebselementen in einem Gehäuse geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse (1) zwei parallel geführte Aussparungen eingelassen sind, dass eine Aussparung eine Zylinderbohrung (2) zur Aufnahme von zwei gegenläufig geführten Antriebselementen ist und in der anderen Aussparung zwei Schieber (7; 19; 26) mit zugehörigen Spannbacken (8; 28) geführt sind und dass zwischen den Antriebselementen und den Schiebern eine in sich bewegliche Verbindung besteht, die unter Krafteinfluss in sich starr und selbsthemmend wird.

2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zylinderbohrung (2) zwei hydraulisch beaufschlagbare Kolben (4) geführt sind, die über äussere Druckkammern (5), die an dem gleichen Hydraulikkanal (13) angeschlossen sind in der einen Arbeitsrichtung und über eine innere Druckkammer (6), die zwischen den Kolben (4) gebildet und an den Hydraulikkanal (14) angeschlossen ist, in der anderen Arbeitsrichtung verfahrbar sind.

3. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schieber (7) in der über der Zylinderbohrung (2) liegenden Aussparung eingefügt sind.

4. Spannelement nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) zwischen den beiden Aussparungen zwei Längsnuten (9) eingelassen sind, zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Kolben (4) und den Schiebern (7) und dass diese Längsnuten (9) dem Kolbenhub angepasst sind.

5. Spannelement nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (4) und die Schieber (7) mit Ausnehmungen versehen sind, und so in das Gehäuse (1) eingelegt sind, dass diese Ausnehmungen sich gegenüber liegen und dass Keilsteine (10) zwischen diesen Ausnehmungen einlegbar sind, durch die eine Verbindung zwischen Kolben und Schieber herstellbar ist.

6. Spannelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit einer seitlich eingebrachten Öffnung (16) versehen ist, durch die nach der Montage der Kolben (4) und Schieber (7) die Keilsteine (10) zwischen Kolben und Schieber einfügbar sind und dass die Öffnung (16) verschließbar ist.

7. Spannelement nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilsteine (10) auf einer Seite mit Keilflächen und auf der gegenüber liegenden Seite mit Mitnehmern versehen sind.

8. Spannelement nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilsteine (10) an zwei sich gegenüber liegenden Seiten mit Keilflächen versehen sind.

9. Spannelement nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Kolben (4) leicht abgeflacht ist.

10. Spannelement nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Schieber (7) Wechsel-Spannbacken (8) für Innen- und Aussen- Spannung aufbringbar sind.

11. Spannelement nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spannvorgang die Kolben (4) und ihre zugehörigen Schiebern (7) an das Werkstück (15) heranfahrbar und damit ihre Spannbacken (8) zum Anliegen kommen und dass infolge des in der Hydraulik anstehenden Drucks sich die Kolben mit den Schiebern über die Keilflächen der Keilsteine (10) gegen das Gehäuse (1) selbsthemmend verspannen.

12. Spannelement nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse strahlenförmig mit drei oder vier Armen ausgebildet ist und dass in jedem Arm ein Kolben mit zugehörigem Schieber und Spannbacken wirksam ist.

13. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) ein Führungskanal (21) eingelassen ist, in dessen unterem Bereich zwei Transportmuttern (23) geführt sind, die je mit einem zueinander gegenläufig rechts-links ausgebildeten Innengewinde versehen sind, dass eine Gewindespindel (25), mit zwei gegenläufigen Gewinden versehen, in die Gewindebohrungen der Transportmuttern (23) eingefügt ist und dass die Transportmuttern (23) mit Schiebern (26) in Verbindung stehen, die im oberen Teil des Führungskanals (21) in separaten Aussparungen - in Form einer T-Nut (22) - parallel geführt sind.

14. Spannelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Transportmuttern (23) und Schiebern (26) über Keilschrägen erfolgt.