DE19933582A1

DE19933582A1 - Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen

Info

Publication number: DE19933582A1
Application number: DE1999133582
Authority: DE
Inventors: Gerhard Rosenberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Rosenberger AG
Priority date: 1999-07-17
Filing date: 1999-07-17
Publication date: 2001-01-18
Also published as: AU4756400A; WO2001005544A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen mit zumindest einem Spannbackenelement (21), ist das zumindest eine Spannbackenelement (21) zum Einspannen und/oder Bearbeiten von Werkstücken und/oder Werkzeugen durch axiales Beaufschlagen mittels zumindest eines Betätigungselementes (12), insbesondere Schiebehülsenelement (13), radial bewegbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen mit zumindest einem Spannbackenelement.

Derartige Vorrichtungen sind in vielfältigster Form und Ausführung auf dem Markt bekannt. Sie dienen zum Aufnehmen und Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken, Rohren, Vollprofilen, Halbzeugen od. dgl.

Dabei sind eine Mehrzahl von Spannbackenelementen in entsprechenden Antriebsscheiben linear geführt und müssen manuell zu einer Hauptachse hin bewegt werden um ein Werkstück od. dgl. darin einzuspannen. Nachteilig ist, dass durch entsprechendes Spiel in den Führungsnuten und durch mechanischen Verschleiss eine Halterung des Werkstückes nicht exakt erfolgt.

Ferner sind Vorrichtungen zum Walzen oder Bearbeiten bekannt, wobei innerhalb derartiger Spannbacken Walzenelemente vorgesehen sind, die ein Werkstück bearbeiten. Die Spannbacken werden, wie oben beschrieben, innerhalb von Führungsnuten in einer Antriebsplatte gegeneinander zu einer Hauptachse hin bewegt um bspw. ein Werkstück zu walzen.

Auch hier ist nachteilig, dass es durch Spiel innerhalb der Führungsnuten, verursacht durch mechanischen Verschleiss, zu Ungenauigkeiten beim Bearbeiten von Werkstücken kommt.

Ferner kann bei den herkömmlichen Vorrichtungen kein permanenter Einfluss auf die Einspannkraft und insbesondere auf die Kraft beim Bearbeiten von Werkstücken genommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt und mit welcher auf sehr präzise und exakte Weise ein Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen möglich ist. Dabei soll die Vorrichtung, was die Präzision betrifft, unabhängig vom mechanischen Verschleiss sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass das zumindest eine Spannbackenelement zum Einspannen und/oder Bearbeiten von Werkstücken und/oder Werkzeugen durch axiales Beaufschlagen mittels zumindest eines Betätigungselementes, insbesondere Schiebehülsenelement, radial bewegbar ist.

Bei der vorliegenden Erfindung sind innerhalb einer Trommel, insbesondere radial an einer Trommelscheibe bewegbare Spannbackenelemente über entsprechende Führungselemente, Führungswagen od. dgl. geführt. Dabei sitzen eine Mehrzahl von Spannbackenelemente bevorzugt gleichwinkelig verteilt um eine Hauptachse innerhalb der Trommel.

Durch die bevorzugt konisch bzw. kegelstumpfartig ausgebildete Mantelfläche des Spannbackenelementes kann durch Übergreifen eines entsprechend konisch ausgebildeten Betätigungselementes bzw. Schiebehülsenelementes durch axiales Bewegen ein radiales Bewegen der Spannbackenelemente zur Hauptachse erfolgen.

Dabei kann das Betätigungselement hülsenartig oder aus einzelnen Armen bestehen, um die Spannbackenelemente durch axiales Bewegen mit Druck zu beaufschlagen, um diese radial zu bewegen.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen eine Mantelfläche des Spannbackenelementes leicht ballig gewölbt auszubilden, so dass eine exakt konisch und kegelstumpfartig ausgebildete Innenfläche des Betätigungselementes an einem Berührungspunkt und/oder einer Berührungslinie der Mantelfläche anliegt, die vorzugsweise mittig auf der Mantelfläche des Spannbackenelementes verläuft. Eine exakt lineare und lotrechte Kraftübertragung zentrisch zur Einrichtung zum Aufnehmen von Werkzeugen wird gewährleistet. Hierdurch lässt sich eine zentrische und lineare Kraftübertragung der linearen Bewegung des Betätigungselementes auf das Spannbackenelement erzeugen, die ohne Einfluss von Führungselementen od. dgl. ist.

Bei der vorliegenden Erfindung können auch eine Mehrzahl von Spannbackenelementen, die bevorzugt gleichwinkelig zueinander radial auf der Trommelscheibe gehaltert sind, aufgenommen werden. Hier sei der Erfindung keine Grenzen gesetzt.

In Fig. 2 ist bspw. angedeutet, dass jeweils im Winkel von 120° zueinander jeweils drei Spannbackenelemente zentrisch um die Hauptachse innerhalb der Trommelscheibe angeordnet sind. Mittig ist in der Trommelscheibe eine Aufnahmeöffnung zum Einführen von Werkzeugen und/oder Werkstücken vorgesehen. Durch diese Aufnahmeöffnung lassen sich Werkzeuge und/oder Werkstücke bis zu einem austauschbaren Anschlag, welcher auf einer Anschlagwelle sitzt, einschieben. Durch anschliessendes Bewegen des Betätigungselementes bzw. des Schiebehülsenelementes in axialer Richtung lassen sich dann die Spannbackenelemente in Richtung Hauptachse bewegen und nehmen das Werkzeug und/oder das Werkstück auf.

Die Trommel sitzt stirnseitig einer Antriebswelle auf, welche vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet ist. Innerhalb der Antriebswelle ist eine entsprechende Hohlwelle längenverschiebbar über eine drehfeste Verbindung eingesetzt, an welcher stirnseitig das Betätigungselement sitzt. Innerhalb der in Axialrichtung bewegbaren. Hohlwelle sitzt drehfest die Aufnahmewelle zentrisch zur Hauptachse.

Durch entsprechende hier nicht näher dargestellte hydraulische Antriebseinrichtungen lässt sich die Hohlwelle und damit auch das Betätigungselement in Axialrichtung hin oder her bewegen.

Es hat sich ferner als günstig erwiesen entsprechende Wegbegrenzungselemente als bspw. Zylinderstift und Nuten im Betätigungselement bzw. der Trommel vorzusehen um dessen axiale Bewegung zu begrenzen. Auch ein Anschlagpuffer kann eine Bewegung des Betätigungselementes in einer Ruhelage entsprechend auffangen und dämpfen.

Die Spannbackenelemente sind über entsprechende Anschlagelemente innerhalb einer Führungsöffnung in der Trommelscheibe gehaltert bzw. fest gelagert. Hierdurch können grosse radiale Kräfte durch die Spannbackenelemente, insbesondere durch die eingesetzten Walzwerkzeuge, Aufnahmefutter od. dgl. aufgenommen bzw. übertragen werden.

Ferner wird die Präzision erheblich durch die ballige Ausbildung der Mantelflächen der Spannbackenelemente und damit die zentrische Kraftübertragung erhöht. Durch diese zentrische ballige Mantelfläche spielt ein Verschleiss der Bauteile keine Rolle, da sich eine Lage der Berührungslinien bzw. der Berührungspunkte zwischen einem Scheitelpunkt der ballig ausgebildeten Mantelfläche und der kegelstumpfartigen bzw. konusartig hohl ausgebildeten Innenfläche des Betätigungselementes auch bei Verschleiss nicht verändert oder verschiebt. Die Krafteinleitung bzw. Kraftübertragung erfolgt immer exakt zentrisch und mittig zum Walzwerkzeug bzw. Spannfutter des Spannbackenelementes.

Insgesamt ist mit der vorliegenden Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen gewährleistet, dass Werkstücke einerseits eingespannt und/oder mit ein und derselben Vorrichtung bearbeitet bspw. gewalzt werden können. Dies schafft eine sehr hohe Flexibilität und Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung auf den unterschiedlichsten Gebieten. Ferner ist eine derartige Vorrichtung sehr exakt zu steuern und zu regeln, insbesondere was die Zustellkräfte der Spannbackenelemente betrifft.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine perspektivisch dargestellte schematische Ansicht der Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäss Fig. 1;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 2 entlang Linie III-III.

Gemäss Fig. 1 weist eine erfindungsgemässe Vorrichtung R zum Aufnehmen von Werkstücken ein Lagergehäuse 1 auf, in welchem eine stirnseitig abragende Trommel 2 drehbar um eine Hauptachse 3 gelagert ist.

Die Trommel 2 ist stirnseitig von einer Trommelscheibe 4 verschlossen, wobei zentrisch im Bereich der Hauptachse 3 eine Aufnahmeöffnung 5 für Werkzeuge oder Werkstücke vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Trommelscheibe 4 wiederlösbar mit der Trommel 2 verbunden.

Fig. 2 zeigt als Draufsicht auf die Trommelscheibe 4 die Aufnahmeöffnung 5, welche zentrisch um die Hauptachse 3 gelagert ist.

In der Schnittdarstellung gemäss Fig. 3 ist die Funktionsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung R ersichtlich.

Innerhalb des Lagergehäuses 1 ist eine Antriebswelle 6 drehbar und vorzugsweise über eine Zahnriemenscheibe 7 um die Hauptachse 3 antreibbar. Entsprechende Antriebselemente, Motoren, Lager od. dgl., sind hier nicht näher dargestellt oder beziffert.

Stirnseitig an die Antriebswelle 6 schliesst die Trommel 2 drehfest verbunden und wiederlösbar an. Die Trommel 2 ist aus einer Stirnscheibe 8 und daran anschliessendem Zylinder 9 gebildet, welcher von der Trommelscheibe 4 verschliessbar ist.

Im Inneren der Antriebswelle 6 ist eine Hohlwelle 10 axial, wie in Doppelpfeilrichtung X angedeutet, verschiebbar gegenüber der Antriebswelle 6 gelagert. Durch hier nicht näher dargestellte längsbewegliche Verbindungen 11, insbesondere Keilwellenverbindungen od. dgl., lässt sich die Hohlwelle 10 gegenüber der Antriebswelle 6 in dargestellter Doppelpfeilrichtung X bewegen. Dabei durchgreift die Hohlwelle 10 die Stirnscheibe 8 der Trommel 2, wobei stirnseitig an die Hohlwelle 10 innerhalb der Trommel 2 ein Betätigungselement 12 drehfest mit der Hohlwelle 10 verbunden ist. Bevorzugt ist das Betätigungselement 12 als Schiebehülsenelement 13 ausgebildet und ist im Inneren bevorzugt mit einer umlaufenden konusartigen Innenfläche 14 versehen. Die Innenfläche 14 ist von innen nach aussen konusartig bzw. kegelartig erweitert ausgebildet.

Durch eine hier nicht näher dargestellte Antriebseinrichtung ist die Hohlwelle 10 und damit das Schiebehülsenelement 13 innerhalb der Trommel 2, wie in Doppelpfeilrichtung X dargestellt hin und her verfahrbar bzw. bewegbar. Ein innerhalb der Stirnscheibe 8 angeordneter Anschlagpuffer 15 begrenzt die lineare, axiale Bewegung des Schiebehülsenelementes 13 bzw. Betätigungselementes 12 innerhalb der Trommel 2 in einer Richtung. Ferner ist zumindest ein Wegbegrenzungselement 16 dem Betätigungselement 12, insbesondere dem Schiebehülsenelement 13 zugeordnet, welches innen mit der Trommel 2 in Verbindung steht. Das zumindest eine Wegbegrenzungselement 16 kann bspw. ein durch die Trommel 2 durchgreifender Zylinderstift 17 sein, welcher in eine radial in Längsrichtung angeordnete Nut 18 des Betätigungselementes 12 eingreift, um in dargestellter Doppelpfeilrichtung X einends und andernends einen Anschlag für die Bewegung des Betätigungselementes 12 zu bilden.

Innerhalb der Hohlwelle 10 ist eine Aufnahmewelle 19 drehfest mit einer längsverschieblichen Verbindung 11 gelagert, wobei die Hohlwelle 10 gegenüber der Aufnahmewelle 19 und der Antriebswelle 6 in dargestellter Pfeilrichtung X in Axialrichtung bewegbar ist, um das Betätigungselement 12 innerhalb der Trommel 2, insbesondere Innerhalb des Zylinders 9 axial zu verschieben.

Endseits innerhalb der Trommel 2 sitzt auf der Aufnahmewelle 19 ein Anschlag 20 oder ein anderes beliebiges Werkzeug, wie bspw. eine Aufnahmespitze zur Halterung und Zentrierung von Werkstücken bei der Bearbeitung. Die Aufnahmewelle 19 liegt unmittelbar zentrisch auf der Hauptachse 3.

Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass innerhalb der Trommel 2, insbesondere innerhalb der Trommelscheibe 4 eine Mehrzahl von Spannbackenelementen 21 angeordnet sind, welche radial ausgerichtet um die Hauptachse 3 linear, wie in Doppelpfeilrichtung Y dargestellt und vorzugsweise lotrecht zur Hauptachse 3 bewegbar gelagert sind.

An die Trommelscheibe 4 schliessen Führungselemente 22 an, auf welchen ein Führungswagen 23 verschiebbar angeordnet ist. Dieser steht mit dem Spannbackenelement 21 in Verbindung.

Von entscheidender Bedeutung bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass das Betätigungselement 12, insbesondere das Schiebehülsenelement 13 mit seiner Innenfläche 14 eine Mantelfläche 24 des Spannbackenelementes 21 zumindest teilweise übergreift.

Bevorzugt ist die Mantelfläche 24 leicht ballig gewölbt ausgebildet, wodurch die Innenfläche 14 des Betätigungselementes 12 an einer Berührungslinie 25 bzw. einem Berührungspunkt 26 anliegt und diesen durch die Bewegung des Betätigungselementes 12 in dargestellter Y- Richtung mit Druck beaufschlagt. Bevorzugt ist die Mantelfläche 24 des Spannbackenelementes 21 entsprechend kegelstumpfartig bzw. konusartig ausgebildet, so dass das Spannbackenelement 21 durch die Bewegung des Betätigungselementes 12 eine Bewegung in Y-Richtung zur Hauptachse 3 hin erfährt. Hierdurch lässt sich eine Zustellbewegung des Spannbackenelementes 21 exakt, genau steuern und regeln.

Ferner ist vorteilig bei der vorliegenden Erfindung, dass durch die ballige Ausbildung der Mantelfläche 24, deren Scheitelpunkt vorzugsweise mittig im Spannbackenelement 21 liegt, eine Kraft immer exakt mittig durch das Schiebehülsenelement 13 auf das Spannbackenelement 21 übertragen wird, so dass eine Einrichtung 27 zum Aufnehmen und/oder Bearbeiten von Werkzeugen und/oder Werkstücken, die im Bereich einer Aufnahmefläche 28 vorgesehen ist, immer zentrisch mit der entsprechenden Kraft durch das Betätigungselement 12 beaufschlagt wird.

Im vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Einrichtung 27 aus einem Walzwerkzeug 29, welches drehbar auf einer hier nicht näher bezifferten Achse gelagert ist.

Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind in der Trommelscheibe 4 Führungsöffnungen 30 vorgesehen, die zum Aufnehmen der Spannbackenelemente 21 dienen und über entsprechende Anschlagelemente 31 eine radiale Abstützung des Spannbackenelementes 21 gewährleisten.

Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist auch, dass anstelle der Einrichtung 27, bzw. anstelle des Walzwerkzeuges 29 ein herkömmliches Spannfutter in das Spannbackenelement 21 eingesetzt werden kann, um unterschiedlichste Werkstücke, Halbzeuge, Profile od. dgl. einzuspannen, indem die Spannbackenelemente 21 in dargestellter Doppelpfeilrichtung Y zur Hauptachse 3 durch das Bewegen des Betätigungselementes 12 in Richtung Trommelscheibe 4, bewegt werden.

Positionszahlenliste

1

Lagergehäuse

2

Trommel

3

Hauptachse

4

Trommelscheibe

7

5

Aufnahmeöffnung

6

Antriebswelle

7

Zahnriemenscheibe

8

Stirnscheibe

9

Zylinder

10

Hohlwelle

11

Verbindung

4

12

Betätigungs element

13

Schiebehülsen element

14

Innenfläche

15

Anschlagspuffer

16

Wegbegrenzungs element

17

Zylinderstift

18

Nut

19

Aufnahmewelle

20

Anschlag

21

Spannbacken element

22

Führungselement

23

Führungswagen

24

Mantelfläche

25

Berührungslinie

26

Berührungspunkt

27

Einrichtung

28

Aufnahmefläche

29

Walzwerkzeug

30

Führungsöffnung

31

Anschlagelement
X Doppelpfeilrichtung
Y Doppelpfeilrichtung
R Vorrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen mit zumindest einem Spannbackenelement (21), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Spannbackenelement (21) zum Einspannen und/oder Bearbeiten von Werkstücken und/oder Werkzeugen durch axiales Beaufschlagen mittels zumindest eines Betätigungselementes (12), insbesondere Schiebehülsenelement (13), radial bewegbar ist.

2. Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkstücken und/oder Werkzeugen mit zumindest einem Spannbackenelement (21), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Spannbackenelement (21) zum Einspannen und/oder Bearbeiten von Werkstücken und/oder Werkzeugen durch ein axial bewegbares und das zumindest eine Spannbackenelement (21) konisch, zumindest teilweise übergreifende, Schiebehülsenelement (13), radial bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Betätigungselement (12), insbesondere das Schiebehülsenelement (13) innerhalb einer um eine Antriebswelle (6) drehbar gelagerten Trommel (2) axial bewegbar und radial drehfest gegenüber dieser gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12), insbesondere das Schiebehülsenelement (13) mit einer Hohlwelle (10) in Verbindung steht, welche innerhalb der Antriebswelle (6) axial bewegbar und radial drehfest mit dieser verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hohlwelle (10) eine Aufnahmewelle (19) gelagert ist, welche endseits im Bereich des Schiebehülsenelementes (13) eine Aufnahme für einen Anschlag (20), eine Spitze oder ein Werkzeug bildet.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (2) stirnseitig mit einer Trommelscheibe (4) versehen ist, welche einen stirnseitigen Abschluss bildet, wobei zentrisch eine Aufnahmeöffnung (5) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Trommelscheibe (4) Führungselemente (22) zur Aufnahme eines Führungswagens (23) vorgesehen sind, welche mit dem zumindest einen Spannbackenelement (21) in Verbindung stehen, wobei die Führungselemente (22) radial zu einer Hauptachse (3) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbackenelemente (21) linear entlang der Führungselemente (22) zur Hauptachse (3) hin verfahrbar angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Spannbackenelement (21) eine kegelstumpfartige, konusförmig verlaufende äussere Mantelfläche (24) aufweist, welche von einer entsprechenden konus- oder kegelartig verlaufenden Innenfläche (14) des Betätigungselementes (12), insbesondere des Schiebehülsenelementes (13) zumindest teilweise übergriffen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Mantelfläche (24) des zumindest einen Spannbackenelementes (21) leicht ballig gewölbt ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die leicht ballig gewölbte Mantelfläche (24) des zumindest einen Spannbackenelementes (21) eine zumindest teilweise um das Spannbackenelement (21) umlaufende Berührungslinie (25) oder Berührungspunkt (26) gebildet ist, an welcher bzw. an welchem die Innenfläche (14) des Betätigungselementes (12), insbesondere des Schiebehülsenelementes (13) anliegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Berührungspunkt (26) bzw. die Berührungslinie (25) durch die ballige Ausbildung der Mantelfläche (24) exakt mittig zum Spannbackenelement (21) und lotrecht zur Hauptachse (3) verläuft.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach innen gerichtete Aufnahmefläche (28) eine Einrichtung (27) zur Aufnahme von Werkzeugen, Werkstücken od. dgl. aufweist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trommelscheibe (4) radial zur Hauptachse (3) oder parallel dazu versetze Führungsöffnungen (30) vorgesehen sind, in welche Anschlagelemente (31) des zumindest einen Spannbackenelementes (21) eingreifen, um eine radiale, lineare Abstützung zu gewährleisten.

15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine lineare, axiale Bewegung des Betätigungselementes (12), insbesondere des Schiebehülsenelementes (13) gegenüber der Trommel (2) durch entsprechende Wegbegrenzungselemente (16) begrenzbar ist, wobei ein Zylinderstift (17) die Trommel (2) durchgreift und in eine in Längsrichtung vorgesehenen Nut (18) des Betätigungselementes (12) eingreift.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6) innerhalb eines Lagergehäuses (1) drehbar gelagert ist.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (12) in einer Ruhelage an zumindest einem in der Trommel (2) stirnseitig vorgesehenen Anschlagpuffer (15) anliegt.

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Spannbackenelementen (21) zueinander gleichwinkelig beabstandet und radial bewegbar zur Hauptachse (3) der Trommelscheibe (4) angeordnet sind.