DE19845576C2 - Vorrichtung zum zentrierten Spannen von Werkstücken oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zentrierten Span­ nen von Werkstücken oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum zentrierten Spannen von Werkstücken in Bearbeitungsmaschi­ nen, zum Spannen von Gegenständen in Handlingseinrichtungen und dergleichen sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen das Werkstück durch zwei linear gegeneinander bewegte Spannbacken, vorzugsweise Prismaspannbacken erfaßt und klemmend gehalten wird. Zur Bewegung der Spannbacken dienen Spannschlitten, die durch geeignete Betätigungsmittel gegeneinander bewegt werden.

Um die Spannschlitten spiegelsymmetrisch gegeneinander zu be­ wegen, ist es bekannt, die Spannschlitten über eine Spindel mittels eines Rechts- und eines Linksgewindes anzutreiben. Hier greift der Antrieb, vorzugsweise ein elektromotorischer oder hydraulischer Antrieb an der Spindel an.

Weiter ist es bekannt, die Spannschlitten über druckmittel­ beaufschlagte Zylinder-Kolben-Aggregate anzutreiben. Bei sol­ chen druckmittelbeaufschlagten Spannvorrichtungen muß durch zusätzliche Maßnahmen für einen zentrischen Gleichlauf der Spannschlitten gesorgt werden, um ein zentrisches Spannen zu gewährleisten.

Aus der DE 93 13 787 U1 ist es hierzu bekannt, die durch zwei druckmittelbeaufschlagte Kolben gegeneinander verschiebbaren Spannschlitten über Zahnstangen und ein gemeinsames Ritzel in ihrer gegenläufigen Bewegung zu koppeln. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist allerdings nicht spiegelsymmetrisch, so daß unterschiedliche Wärmeausdehnung im Betrieb zu Ungenauigkeiten der Zentrierung führen kann.

Die DE 41 27 012 A1 offenbart eine Spannvorrichtung zum zentrierten Spannen von Werkstücken mit zwei linear gegeneinander bewegbaren Spannschlitten, wobei jeder Spannschlitten durch druckmittelbeaufschlagte Kolben angetrieben wird und wobei eine symmetrische Bewegung der Spannschlitten durch eine Gleichlaufeinrichtung gewährleistet wird. Die Gleichlaufeinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Scheibe, an der die Spannschlitten diametral zueinander angelenkt sind. Des weiteren sind beide Kolben einseitig im Bezug zu den Spannschlitten angeordnet.

Die DE 24 43 041 B2 zeigt eine Spannvorrichtung, bei der die Bewegung der Spannschlitten über ein Kulissengetriebe geführt wird. Hierzu weist jeder Spannschlitten eine Nut auf, die im Wesentlichen quer zur axialen Richtung des Spannschlittens verläuft. Weiter ist in der Vorrichtung ein Spannschieber vorgesehen, auf dessen oberer Fläche im Wesentlichen konisch verlaufende Gleitschienen angeordnet sind. Des weiteren werden die Spannschlitten im Bereich der Nut jeweils auf eine Gleitschiene gesetzt. Zum Schließen der Spannvorrichtung wird der Spannschieber unter den Spannschlitten bewegt, wodurch sich die Spannschlitten linear aufeinander zu bewegen. Der Spannschieber wird von einem druckbeaufschlagten Kolben angetrieben.

Die DE 92 08 418 U1 offenbart einen Maschinenschraubstock mit einem festen und einem horizontal beweglichen Spannbacken. Der bewegliche Spannbacken wird durch einen in vertikale Richtung bewegbaren Kolben über einen Spannkeil und ein Keilgetriebe angetrieben.

Die DE 30 31 778 A1 offenbart eine Spannvorrichtung mit zwei beweglichen Spannbacken zum Einspannen von gekrümmten Rohren. Hierzu ist eine Kulissenführung vorgesehen, mit deren Hilfe eine horizontal verlaufende, unsymmetrische Annäherung der beiden Spannbacken an das gekrümmte Rohr bewerkstelligt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum zentrierten Spannen von Werkstücken oder dergleichen zu schaf­ fen, die einfach und kompakt aufgebaut ist und eine hohe Zen­ triergenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß erfolgt der Antrieb der beiden Spannschlitten über jeweils einen zugeordneten druckmittelbeaufschlagten Kolben. Um den zentrischen Gleichlauf der beiden Kolben und damit der Spannschlitten zu gewährleisten, ist eine Kulissengetriebeeinrichtung vorgesehen. Die Kolben sind unverdrehbar ge­ führt, so daß die druckmittelbeaufschlagte Verschiebung der Kolben zu einer Bewegung der Kulissengetriebeeinrichtung und damit zu einem zwangsläufigen Gleichlauf der Bewegung beider Kolben führt.

Gemäß einer vorteilhaften bevorzugten Ausführung weist die Ku­ lissengetriebeeinrichtung einen Kulissenstein auf, der senk­ recht zur Axialrichtung der Kolben verfahrbar ist und mit den den Kolben jeweils zugeordneten Führungseinrichtungen in Ein­ griff steht, die in Axialrichtung der Kolben in zueinander entegegengesetzten Richtungen zusammen mit den Kolben verfahr­ bar sind.

Somit ist sichergestellt, daß sich die beiden Kolben nur dann relativ zueinander bewegen können, wenn gleichzeitig der Ku­ lissenstein senkrecht zur Kolbenbewegung verfährt. Das senk­ rechte Verfahren des Kulissensteins ist nur dann möglich, wenn die beiden Führungseinrichtungen zusammen mit den Kolben sich absolut gleichmäßig bewegen.

Dabei kann der Eingriff zwischen dem Kulissenstein und den Führungseinrichtungen dadurch erfolgen, daß Eingriffsvorsprün­ ge, die an dem Kulissenstein an einander entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, in Paßnuten der Führungseinrichtungen eingreifen. Allerdings ist es aber auch möglich, den Kulissen­ stein mit entsprechenden Führungsnuten zu versehen, die dann jeweils Vorsprünge der Führungseinrichtungen aufnehmen.

Obwohl die Kulissenführung verschiedenartig ausgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Paßnuten bzw. die Führungs­ nuten der Führungseinrichtungen zur Axialrichtung der Kolben geneigt linear verlaufen.

In bevorzugter Weise sind die Führungseinrichtungen jeweils einstückig mit dem entsprechenden Kolben ausgebildet, erstrec­ ken sich von den jeweils nach innen gerichteten Stirnflächen der Kolben und sind im Querschnitt derart halbzylinderförmig geformt, daß sie den Kulissenstein zwischen sich aufnehmen.

Aufgrund des über die Kulissengetriebeeinrichtung erzwungenen Gleichlaufs ist es an sich ausreichend, wenn einer der beiden Kolben durch das Druckmittel beaufschlagt und angetrieben wird. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei welcher beide Kolben symmetrisch durch das Druckmittel beaufschlagt werden. Dies hat den Vorteil, daß sich die von dem Druckmittel beauf­ schlagte Kolbenfläche und damit die Vorschubkraft verdoppelt.

Der symmetrische Aufbau der Vorrichtung sowohl in Bezug auf die Kolben als auch in Bezug auf die Kulissengetriebeeinrich­ tung bedingt, daß Wärmeausdehnungen sich stets symmetrisch auswirken und die Genauigkeit der Zentrierung nicht nachteilig beeinflussen.

In einer bevorzugten Ausführung dient als Zylinder für beide Kolben ein Strangpreßprofil aus einem Nichteisenmetall. In die durchgehende Bohrung des Strangpreßprofils werden die Kolben mit der zwischen den Kolben angeordneten Kulissengetriebeein­ richtung als vormontierte Baueinheit eingeschoben. Die beiden Stirnflächen des Strangpreßprofils werden dicht verschlossen, so daß die Kolben und die Kulissengetriebeeinrichtung voll­ ständig gegen Schmutz, Späne usw. gekapselt sind. Das Druck­ mittel zum Beaufschlagen der Kolben wird über Bohrungen des Strangpreßprofils zugeführt.

In einer bevorzugten Ausführung dient Hydrauliköl als Druck­ mittel. In diesem Falle füllt das Hydrauliköl den ganzen Zy­ linderinnenraum des Strangpreßprofils aus, so daß das Hydrau­ liköl nicht nur die Schmierung der Kolben bewirkt, sondern insbesondere auch die Kulissengetriebeeinrichtung sich in dem von dem Hydrauliköl gefüllten Zylinderraum befindet. Die Vor­ richtung ist dadurch praktisch wartungsfrei.

Die Ausbildung des die Kolben führenden Zylinders als Strang­ preßprofil ergibt einen äußerst kompakten Aufbau, da dieses Strangpreßprofil bzw. Strangußprofil gleichzeitig auch als Führungsschiene für die Spannschlitten dienen kann. Ist die Härte des Materials des Strangpreßprofils insbesondere bei ho­ hen Kippbeanspruchungen der Spannschlitten nicht ausreichend, so können auf das Stranggußprofil zusätzlich gehärtete Führun­ gen aufgesetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie a-b in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Axialteilschnitt der Vorrich­ tung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Schnittlinie c-d in Fig. 3; und

Fig. 5 einen weiteren Axialschnitt der Vorrichtung in ei­ ner gegenüber Fig. 3 um 90° gedrehten Schnittebe­ ne.

Die Vorrichtung weist einen Grundkörper bzw. ein Stranggußpro­ fil 10 aus einem Nichteisen-Metall, vorzugsweise aus Aluminium auf. Eine durchgehende zylindrische Bohrung bzw. Zylinderboh­ rung 46 des Stranggußprofils 10 dient als Zylinder. Die Unter­ seite des Stranggußprofils 10 ist mit einem in Längsrichtung verlaufenden Flansch 50 versehen, in welchen Bohrungen zur Be­ festigung der Vorrichtung eingebracht werden können.

Auf der Oberseite des Stranggußprofils 10 ist eine Schlitten­ führung 48 ausgebildet. Auf der Schlittenführung 48 laufen spielfrei geführt zwei bzw. linke und rechte Spannschlitten 12 und 14. Auf den Spannschlitten 12, 14 können in an sich be­ kannter Weise Spannbacken, z. B. Prismaspannbacken oder der­ gleichen montiert werden.

In der Zylinderbohrung 46 laufen axial verschiebbar zwei bzw. linke und rechte Kolben 16 und 24, die jeweils durch Dichtrin­ ge bzw. Kolbenringe 30 abgedichtet sind. In die Mantelfläche der Kolben 16 und 24 ist jeweils ein Mitnehmer bzw. Mitnehmer­ keil 20 eingesetzt. Der Mitnehmerkeil 20 ist in einem Längs­ schlitz 52 des Stranggußprofils 10 geführt und in den jewei­ ligen Spannschlitten 12 bzw. 14 eingesetzt, die jeweils zwei Abstreifer 28 aufweisen. Die Mitnehmerkeile 20 dienen somit einerseits als Verdrehsicherung für die Kolben 16 und 24 und andererseits als Mitnehmer, um die Spannschlitten 12 und 14 mittels der Kolben 16 und 24 auf der Schlittenführung 48 zu verschieben.

An den einander zugewandten inneren Stirnflächen der Kolben 16 und 24 sind jeweils sich aufeinander zu erstreckende Führungs­ einrichtungen 42a einstückig mit den Kolben 16 und 24 ausge­ bildet. Diese Führungseinrichtungen 42a sind halbzylinderför­ mig bzw. im Querschnitt kreissegmentförmig derart ausgebildet, daß die aufeinander zu weisenden Flächen im wesentlichen par­ allel zueinander verlaufen und zwischen sich einen Kulissen­ stein 18 aufnehmen können.

Dieser Kulissenstein 18 ist an den jeweiligen, zu den Innen­ flächen der Führungseinrichtungen 42a weisenden Seiten mit Eingriffsvorsprüngen 18a versehen, die in Paßnuten 42 der Füh­ rungseinrichtungen 42a eingreifen. Da diese Paßnuten 42 spie­ gelsymmetrisch zueinander diagonal entlang der Innenflächen der Führungseinrichtungen 42a verlaufen, wird durch eine Rela­ tivbewegung der Führungseinrichtungen 42a aufeinander zu bzw. voneinander weg der Kulissenstein 18 senkrecht zur Axialrich­ tung der Kolben 16 und 24 in der Zeichnungsebene der Fig. 1 nach oben bzw. nach unten verfahren. Der Neigungswinkel bzw. Die Steigerung der Paßnuten 42 in bezug auf die Zylinderachse ist so gewählt, daß keine Selbsthemmung der Bewegung des Ku­ lissensteins 18 bei der Bewegung der Kolben 16 und 24 auftre­ ten kann. Insbesondere ist dieser Neigungswinkel kleiner als 45° und beträgt beispielsweise etwa 30°.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Paßnuten 42 der­ art ausgebildet, daß bei einer Bewegung der Kolben 16 und 24 und somit auch der Führungseinrichtungen 42a aufeinander zu der Kulissenstein 18 in Richtung gegen die Spannschlitten 12 und 14 hin verfahren wird.

Selbstverständlich kann diese Bewegung des Kulissensteins 18 umgekehrt werden, indem die Paßnuten 42 entlang der anderen Diagonalen angeordnet werden.

Um eine sichere Führung des Kulissensteins 18 zu gewährlei­ sten, läuft dieser mit einer nicht näher bezeichneten Bohrung auf einem Führungs-Fixierbolzen 22, der die Zylinderbohrung 46 diametral durchsetzt. Es können auch mehrere Führungs- Fixierbolzen verwandt werden.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Führungs- Fixierbolzen 22 von der Unterseite her in das Strangpreßprofil eingeführt und ist über O-Ringe 32 abgedichtet, so daß ein evtl. in der Kulissengetriebeeinrichtung befindliches Fluid nicht nach außen austreten kann.

Wird nun über entsprechende Hydraulikkanäle (s. Fig. 2, Posi­ tionen 38 und 40) Hydrauliköl zu- bzw. abgeführt, so bewegen sich die beiden Kolben 16 und 24 aufeinander zu bzw. voneinan­ der weg. Durch diese gegenseitige Relativbewegung bewegen sich aufgrund der einstückigen Ausbildung mit den Kolben 16 und 24 auch die Führungseinrichtungen 42a, so daß die Eingriffsvor­ sprünge 18a des Kulissensteins 18 in den Paßnuten 42 der Füh­ rungseinrichtung 42a zwangsgeführt werden und sich der Kulis­ senstein 18a in der Zeichnungsebene nach oben bzw. nach unten bewegt.

Dadurch ist ein spielfreier absoluter Gleichlauf der Kolben 16 und 24 sichergestellt.

Zur Montage wird der Kulissenstein 18 zusammen mit den Füh­ rungseinrichtungen 42 und den entsprechenden Kolben 16 und 24 in die Zylinderbohrung 46 eingesetzt und so weit verschoben, daß der Führungs-Fixierbolzen 22 die Bohrung in dem Kulissen­ stein 18 durchdringen und festgezogen werden kann.

Dann werden die Mitnehmerkeile 20 durch die Längsschlitze 52 in die Kolben 16 und 24 eingesetzt und in dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel mittels Schrauben 44 mit den entsprechenden Kolben 16 und 24 fest verbunden. Anschließend wird die Zylin­ derbohrung 46 an beiden Stirnflächen jeweils durch Zylinder­ deckel 26 verschlossen, die jeweils mittels O-Ringen 32 abge­ dichtet sind.

Parallel zu der Zylinderbohrung 46 führen Hydraulikanäle bzw. Druckmittelbohrungen 38 und 40 durch das Stranggußprofil 10. Querbohrungen 54 verbinden die Druckmittelbohrung 38 jeweils mit den Zylinderkammern zwischen den äußeren Stirnflächen der Kolben 16 und 24 und den Zylinderdeckeln 26. Querbohrungen 56 verbinden jeweils die Druckmittelbohrung 40 mit der Zylinder­ kammer zwischen den inneren Stirnflächen der Kolben 16 und 24. Die Querbohrungen 54 und 56 werden nach dem Einbringen in das Stranggußprofil 10 nach außen verschlossen.

Den Druckmittelbohrungen 38 und 40 wird zur Betätigung der Vorrichtung gesteuert Hydrauliköl zugeführt. Werden die Kolben 16 und 24 über die Druckmittelbohrung 38 mit Hydrauliköl be­ aufschlagt, so werden die Kolben 16 und 24 gegeneinander ge­ schoben. Bei der Verschiebung der Kolben 16 und 24 versetzen diese über die Führungseinrichtungen 42a den Kulissenstein 18 in der Zeichnungsebene von Fig. 1 in eine nach oben gerichtete Bewegung. Der Kulissenstein 18 erzwingt dadurch einen absolu­ ten Gleichlauf der Kolben 16 und 24 in Bezug auf das Zentrum. In entsprechendem zentrischen Gleichlauf werden die Spann­ schlitten 12 und 14 durch die Kolben 16 und 24 für die Schließbewegung mitgenommen. Durch den auf die Kolben 16 und 24 wirkenden Hydraulikdruck wird der Kulissenstein 18 derart bewegt, daß die Spannschlitten 12 und 14 in ihrer Schließ­ bewegung völlig spielfrei zentriert gleichlaufen.

Zum Öffnen der Spannvorrichtung werden die Kolben 16 und 24 über die Druckmittelbohrung 40 beaufschlagt, so daß sie aus­ einanderbewegt werden.

Die Kolben 16 und 24 sowie die Kulissengetriebeeinrichtung sind vollständig in dem Stranggußprofil 10 gekapselt und somit gegen Schmutz, Späne und sonstige Umgebungseinflüsse ge­ schützt. Da die Zylinderbohrung 46 vollständig mit Hydrauliköl gefüllt ist, sind die Kolben 16 und 24, die Führungseinrich­ tungen 42a und der Kulissenstein 18 stets von Hydrauliköl um­ geben und zwangsläufig geschmiert.

Bezugszeichenliste

10

Strangpreßprofil, Stranggußprofil

12

Spannschlitten, links

14

Spannschlitten, rechts

16

Kolben, links

18

Kulissenstein

18

a Eingriffsvorsprung

20

Mitnehmereinrichtung

22

Führungs-Fixierbolzen

24

Kolben, rechts

26

Zylinderdeckel

28

Abstreifer

30

Dichtring

32

O-Ring

34

Dichtring

36

O-Ring

38

Hydraulikkanal

40

Hydraulikkanal

42

Paßnut

42

a Führungseinrichtung

44

Schrauben

46

Zylinderbohrung

48

Schlittenführung

50

Flansch

52

Längsschlitz

54

Querbohrung

56

Querbohrung

Claims (13)

1. Vorrichtung zum zentrierten Spannen von Werkstücken oder dergleichen, mit zwei linear geführt gegeneinander beweg­ baren Spannschlitten, die durch druckmittelbeaufschlagte Kolben angetrieben werden, wobei die Kolben (16, 24) unverdrehbar geführt sind, und mit einer Gleichlaufeinrichtung, die eine symmetrische Bewegung der Spannschlitten gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichlaufeinrichtung eine Kulissengetriebeeinrichtung (18, 18a, 42, 42a) ist, wobei die Kulissengetriebeeinrichtung (18, 18a, 42, 42a) einen Kulissenstein (18) aufweist, der senkrecht zur Axialrichtung der Kolben (16, 24) verfahrbar ist und mit den Kolben (16, 24) jeweils zugeordneten Führungseinrichtungen (42a) in Eingriff steht, die in Axialrichtung der Kolben (16, 24) in zueinander entgegengesetzten Richtungen zusammen mit den Kolben (16, 24) verfahrbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kulissenstein (18) an einander entgegengesetzten Seiten Eingriffsvorsprünge (18a) aufweist, die jeweils in spiegelsymmetrisch zueinander verlaufende Paßnuten (42) der Führungseinrichtungen (42a) eingreifen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kulissenstein an einander entgegensetzten Seiten spiegelsymmetrisch zueinander verlaufende Führungsnuten aufweist, in die jeweils Vorsprünge der Führungseinrichtungen eingreifen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Paßnuten (42) bzw. die Führungsnuten der Führungseinrichtung (42a) zur Axialrichtung der Kolben (16, 24) unter einem Selbsthemmung vermeidenden Winkel geneigt linear verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dad­ urch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (42a) jeweils einstückig mit dem entsprechenden Kolben (16, 24) ausgebildet sind, sich von den jeweiligen nach innen gerichteten Stirnflächen der Kolben (16, 24) aus erstrecken und halbzylinderförmig derart geformt sind, dass sie den Kulissenstein (18) zwischen sich aufnehmen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kolben (16, 24) und die Kulissengetriebeeinrichtung (18, 18a, 42, 42a) axial fluchtend in eine Zylinderbohrung (46) eingesetzt und in Axialrichtung der Zylinderbohrung (46) zentriert sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Zylinderbohrung (46) in einem Stranggußprofil bzw. Strangpreßprofil (10) aus einem Nichteisen-Metall ausgebildet ist und an ihren stirnseitigen Enden durch Zylinderdeckel (26) abgeschlos­ sen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kolben (16, 24) als doppelt wirkende Kolben ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass beide Kolben (16, 24) symmetrisch mit Druckmittel beaufschlagt werden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Druckmittel Hydrauliköl ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Strangpreßprofil (10) zu der Zylinderbohrung (46) parallel verlaufende Druckmittelbohrungen (38, 40) zum Zuführen des Druckmittels aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an dem Strangpreßprofil (10) eine Schlittenführung (48) für die Spannschlitten (12, 14) angeformt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kolben (16, 24) durch eine Mitnehmereinrichtung (20) mit dem jeweiligen Spannschlitten (12, 14) verbunden sind, die sowohl die Verdrehsicherung der Kolben (16, 24) als auch die Mitnahme der Spannschlitten (12, 14) durch die Kolben (16, 24) bewirkt.