DE10137887A1 - Spannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A Ein Spannelement, welches um eine Achse zwischen einer Grundstellung und einer Spannstellung drehbar gelagert ist, einen druckbeaufschlagten Kolben, welcher dafür vorgesehen ist, das Spannelement um seine Achse zu drehen, ein Auflageelement, auf welches das Werkstück auflegbar ist und welches in der Spannstellung des Spannelementes demselben unmittelbar gegenüberliegt, einen Grundkörper, in welchem der druckbeaufschlagte Kolben untergebracht ist, an welchem das Spannelement gelagert ist und an welchem das Auflageelement angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken.
• Aus der DE 30 31 368 A1, der DE 29 09 464 C2 und der DE 34 38 972 A1 sind sogenannte Schwenkspanner bekannt, die dafür verwendet werden, Werkstücke auf einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder dergleichen festzuspannen.
• Um eine Einlegefreiheit für das einzulegende Werkstück zu erreichen, d. h. um zu vermeiden, daß das Werkstück unter die einzelnen Spannelemente solcher Schwenkspanner "eingefädelt" werden muß, ist eine Zwangsführung dieser Spannelemente erforderlich, die dafür sorgt, daß dieselben im gespannten Zustand über dem Werkstück stehen und im ungespannten Zustand sich in einem Bereich befinden, der ein problemloses Herausnehmen des Werkstücks ermöglicht. Allerdings sind diese Konstruktionen meist mechanisch sehr aufwendig und daher anfällig.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Schwenkspanner ist die sehr zeitaufwendige Anbringung von Gegenhalte- bzw. Auflageelementen, gegen welche die Spannelemente das Werkstück spannen. Werden diese Gegenhalteelemente nicht sehr exakt auf dem Maschinentisch oder auf einer übergeordneten Vorrichtung angebracht, so verwindet sich das Werkstück beim Spannen und es können sich beim anschließenden Entnehmen teilweise erhebliche Maßungenauigkeiten ergeben. Des weiteren weisen diese Schwenkspanner meist eine erhebliche Größe auf, wodurch auf dem vorhandenen Platz wenig Werkstücke gespannt werden können oder größere Werkzeugmaschinen eingesetzt werden müssen.
• Die DE 34 42 658 A1 beschreibt einen Niederzug- Schwenkspanner, mit dem ein Werkstück an seinen Stirnseiten gespannt werden kann. Gerade aufgrund der Tatsache, daß das Werkstück an seinen Stirnseiten gespannt werden muß, ist der Einsatzbereich dieses Niederzug-Schwenkspanners äußerst begrenzt.
• Aus der DE 24 02 054 C2 ist eine weitere Vorrichtung zum Festspannen von Werkstücken auf einer Aufspannplatte bekannt, welche einen verstellbaren Spannpratzen aufweist.
• Des weiteren ist aus der DE 32 01 891 A1 eine hydraulische Spannvorrichtung bekannt, die mehrere an ein hydraulisches Steuersystem angeschlossene Spannkolben aufweist. Um Werkstücke mit komplexer Form spannen zu können, ist bei dieser bekannten Spannvorrichtung jedoch ein erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich.
• Schließlich beschreibt noch die DE 42 42 292 A1 eine selbsttätige hydraulische Spannvorrichtung, die ein mittels eines hydraulisch betätigten Stößels schwenkbares Spannelement aufweist.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken zu schaffen, mit der völlig unterschiedlich geformte Werkstücke einfach, sicher und insbesondere sehr exakt gespannt werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Dadurch, daß erfindungsgemäß das Spannelement dem zugehörigen Auflageelement unmittelbar gegenüberliegt und somit dasselbe beim Spannen sehr genau trifft, ergibt sich eine direkte Krafteinleitung, ausgehend von dem Spannelement über das Werkstück auf das Auflageelement, wodurch dieses sehr exakt gespannt wird. Auf diese Weise ist ein Verwinden des Werkstücks ausgeschlossen, was zu einer sehr hohen Maßhaltigkeit bei der späteren Bearbeitung und insbesondere auch nach dem Ausspannen des Werkstücks führt.
• Dadurch, daß sowohl das Spannelement als auch das Auflageelement in dem Grundkörper enthalten sind, ergibt sich eine sehr einfach zu bedienende Spannvorrichtung, bei welcher das Auflageelement für das Werkstück nicht eingestellt bzw. in einer bestimmten Position angebracht werden muß. Durch diese einfache Bedienung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist es möglich, eine erhebliche Menge an Einrichtzeit zu sparen, was vorteilhafterweise zu einer insgesamt niedrigeren Bearbeitungszeit für die zu bearbeitenden Werkstücke führt.
• Ein weiterer erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß sich eine sehr kleine und kompakte Spannvorrichtung ergibt, die keine zusätzlichen Teile benötigt. Des weiteren wird erfindungsgemäß auf sehr einfache und kostengünstige Art und Weise eine Einlegefreiheit für die Werkstücke erreicht.
• Ein selbsttätiges Zurückstellen des Spannelementes beim Ausspannen des Werkstücks kann sich ergeben, wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Spannelement mittels wenigstens eines Federelementes, welches gegen die Kraft des druckbeaufschlagten Kolbens wirkt, in seine Grundstellung schwenkbar ist.
• Dieses Federelement kann vorteilhafterweise als Spiralfeder ausgebildet sein, welche zwei verlängerte Enden aufweist, von denen sich ein Ende an dem Grundkörper und das andere Ende an dem Spannelement abstützen.
• Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Auflageelement in Richtung zu dem Spannelement verstellbar ist, so ist eine einfache Einstellbarkeit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung auf Werkstücke mit unterschiedlichen Maßen gegeben.
• Eine Unterstützung der Rückstellwirkung durch das oben beschriebene Federelement kann sich ergeben, wenn der druckbeaufschlagte Kolben in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet ist, wobei in der Bohrung ein gegen die Kraft des druckbeaufschlagten Kolbens wirkendes Federelement angeordnet ist.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
• Es zeigt:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung, deren Spannelement sich in seiner Spannstellung befindet, in einem Teilschnitt nach der Linie I- I aus Fig. 3;
• Fig. 2 die Spannvorrichtung aus Fig. 1, deren Spannelement sich in seiner Grundstellung befindet; und
• Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Spannvorrichtung.
• Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung 1, welche zum Spannen eines Werkstücks 2 vorgesehen ist. Das Werkstück 2 könnte nach dem Spannen beispielsweise mit einem Fräswerkzeug spanend bearbeitet werden. Die Spannvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 3 auf, der mit zwei seitlichen Halteelementen 4 versehen bzw. einstückig mit denselben ausgebildet ist, zwischen welchen ein Spannelement 5 mit einer Spannfläche 5a um eine Achse 6 drehbar gelagert ist. Für den Grundkörper 3 wird im vorliegenden Fall Stahl als Werkstoff verwendet, da er einerseits sehr gut bearbeitet werden kann und andererseits der Spannvorrichtung 1 die notwendige Stabilität gibt. Selbstverständlich wäre als Material für den Grundkörper 3 auch Aluminium, Messing oder dergleichen verwendbar. Im dargestellten Zustand befindet sich das Spannelement 5 in seiner Spannstellung, in der es das Werkstück 2 mit seiner Spannfläche 5a gegen ein Auflageelement 7 drückt und auf diese Weise fest und sicher spannt. Des weiteren ist zu erkennen, daß das Spannelement 5 so ausgebildet ist, daß das Werkstück 2 problemlos überfräst werden kann, da das Spannelement 5 nach oben nicht über das Werkstück 2 übersteht.
• Das Auflageelement 7 ist an seiner dem Spannelement 5a abgewandten Seite mit einem Gewindezapfen 8 versehen, der in eine Gewindebohrung 9 des Grundkörpers 3 eingeschraubt ist. Auf diese Weise kann das Auflageelement 7 an unterschiedliche Werkstücke 2 angepaßt werden bzw. es können unterschiedliche Auflageelemente 7 für verschiedene Werkstücke 2 in die Gewindebohrung 9 eingeschraubt werden. Das Auflageelement 7 liegt in der Spannstellung des Spannelementes 5 demselben unmittelbar gegenüber, wodurch sich eine direkte Krafteinleitung von dem Spannelement 5 über das Werkstück 2 in das Auflageelement 7 und somit in den Grundkörper 3 ergibt und ein Verwinden des Werkstücks 2 verhindert wird.
• Das Spannelement 5 wird durch einen druckbeaufschlagten Kolben 10 um seine horizontal verlaufende Achse 6 gedreht, wozu es an seiner dem Kolben 10 zugewandten Seite mit einer Kurvenbahn 11 versehen ist. Die Kurvenbahn 11, die sich auf der der Spannfläche 5a gegenüberliegenden Seite der Achse 6 befindet, weist einen sich ändernden, nämlich zu dem Bereich des Spannelementes 5, der in der Spannstellung an dem Kolben 10 anliegt, kleiner werdenden Radius auf. Dieser Radius der Kurvenbahn 11 sorgt dafür, daß das Spannelement 5 in seiner in Fig. 2 dargestellten Grundstellung nicht über dem Werkstück 2 liegt und auf diese Weise eine Einlegefreiheit für das Werkstück 2 gewährleistet. Dadurch trägt die Kurvenbahn 11 auch zu der Kompaktheit der gesamten Spannvorrichtung 1 bei.
• Der druckbeaufschlagte Kolben 10 ist in einer Bohrung 12 des Gehäuses 3 angeordnet und kann beispielsweise hydraulisch, gegebenenfalls auch pneumatisch mit Druck beaufschlagt werden, um hierdurch entlang seiner im wesentlichen senkrecht zu der Achse 6 des Spannelementes 5 verlaufenden Längsachse 10a verschoben zu werden. Hierzu wird an die Bohrung 12 lediglich ein entsprechendes Hydraulik- oder Pneumatikaggregat über eine nicht dargestellte Leitung angeschlossen.
• Sowohl die Bohrung 12 als auch der Kolben 10 sind im vorliegenden Fall stufenförmig ausgeführt, weisen also zwei unterschiedliche große Durchmesser auf, wobei sich der kleinere Durchmesser auf der dem Spannelement 5 zugewandten Seite befindet. An diesem kleineren Durchmesser ist der Kolben 10 in der Bohrung 12 geführt und über ein Dichtelement 13 abgedichtet. Am Eingang in die Bohrung 12 befindet sich ein weiteres, als O-Ring ausgeführtes Dichtelement 14 sowie ein Sicherungsring 15, der ein Herausfallen des Kolbens 10 verhindert.
• Um beim Entfernen bzw. Wegnehmen des Druckes eine selbsttätige Rückstellung des Kolbens 10 in seine Grundstellung gemäß Fig. 2 zu erreichen, ist in der Bohrung 12 ein gegen die Kraft des Kolbens 10 wirkendes Federelement 16 angeordnet, welches hier als Druckfeder ausgebildet ist und sich auf der einen Seite an dem Dichtelement 13 und auf der anderen Seite an dem äußeren Durchmesser des Kolbens 10 abstützt.
• Da durch das Federelement 16 zwar der Kolben 10, nicht jedoch das Spannelement 5 zurückgestellt wird, ist ein weiteres Federelement 17 vorgesehen, welches lediglich in Fig. 3 angedeutet ist und das Spannelement 5 gegen die Kraft des Kolbens 10 in seine Grundstellung drückt. Da die Kraft des Federelementes 17 weitaus geringer ist als die auf den Kolben 10 wirkende Kraft, geschieht dies selbstverständlich nur, wenn auf den Kolben 10 kein Druck aufgebracht wird. Das Federelement 17 ist als Spiralfeder ausgebildet, welches zwei verlängerte Enden 18 und 19 aufweist, von denen sich das eine Ende 18 an einem der Halteelemente 4 des Grundkörpers 3 und das andere Ende 19 an dem Spannelement 5 abstützen.
• Bei einer theoretisch auch bei der Rückstellung denkbaren Zwangsführung des Spannelementes 5 durch den Kolben 10 könnte gegebenenfalls auf das Federelement 17 verzichtet werden. Des weiteren wäre es auch möglich, das Federelement 17 mit einer derartigen Federkonstante zu versehen, daß auf das Federelement 16 in der Bohrung 12 verzichtet werden könnte.
• In Fig. 3 sind des weiteren vier als Schrauben 20 ausgebildete Verbindungselemente erkennbar, welche durch nicht dargestellte Ausnehmungen verlaufen, wodurch der Grundkörper 3 der Spannvorrichtung 1 mit einem Maschinentisch oder einer übergeordneten Spannvorrichtung verbunden werden kann, die jedoch beide nicht dargestellt sind. Auf einer solchen übergeordneten Spannvorrichtung können sich mehrere der dargestellten Spannvorrichtungen 1 befinden, um beliebig geformte Werkstücke 2 sicher zu spannen. Für solche anders geformten Werkstücke 2 können die gesamten Abmaße der Spannvorrichtung 1 selbstverständlich entsprechend angepaßt werden.
• Die nicht dargestellten Ausnehmungen in dem Grundkörper 3 verlaufen hierzu parallel zu der Längsachse 10a des Kolbens 10. Selbstverständlich sind zur Befestigung des Grundkörpers 3 auch andere Elemente denkbar, wie z. B. Nutensteine oder dergleichen.
• Das Spannelement 5 besteht im vorliegenden Fall aus einem Aluminiumwerkstoff, also aus einem für Spannelemente ungewöhnlich weichen Material. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei einer eventuell fehlerhaften Einstellung der Werkzeugmaschine, welche das Werkstück 2 beispielsweise mittels eines Fräswerkzeugs bearbeitet, ein Überfräsen von gehärteten Spannelementen 5 zu Beschädigungen des Fräswerkzeugs führen würde. Dies ist bei der Verwendung von Spannelementen 5 aus Aluminium nicht der Fall und es ist auf diese Weise möglich, teilweise erhebliche Werkzeugkosten einzusparen, da diese Werkzeuge auch bei einer fehlerhaften Programmierung und einer dadurch entstehenden Kollision mit den Spannelementen 5 nicht beschädigt werden. In diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich auch möglich, anders geformte Spannelemente 5 zu verwenden, um solche Kollisionen zu vermeiden. Des weiteren können die Spannelemente 5 auch aus Stahl, Messing oder dergleichen bestehen.
• Der Spannvorgang des Werkstücks 2 in der Spannvorrichtung 1 verläuft auf folgende Art und Weise: zunächst befindet sich das Spannelement 5 in seiner Grundstellung, wie in Fig. 2 dargestellt. Dann wird das Werkstück 2 auf das Auflageelement 7 bzw. wenn mehrere Spannvorrichtungen 1 vorgesehen sind, auf die entsprechende Anzahl von Auflageelementen 7 aufgelegt. Anschließend wird der Kolben 10 mit Druck beaufschlagt, wodurch er sich entlang seiner Längsachse 10a bewegt und das Spannelement 5 um die Achse 6 schwenkt. Dadurch wird das Werkstück 2 zwischen dem Spannelement 5 und dem Auflageelement 7 eingespannt.
• Nach der erfolgten Bearbeitung des Werkstücks 2 wird der Druck auf den Kolben 10 gelöst und das Federelement 16 bewegt den Kolben 10 in seinen in Fig. 2 dargestellten Zustand. Da gleichzeitig auch das Federelement 17 das Spannelement 5 in seine Grundstellung bewegt, kann das Werkstück 2 in einfacher Weise aus der Spannvorrichtung 1 entnommen werden.

Claims (12)

1. Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken mit folgenden Merkmalen:

1. 1.1 einem Spannelement (5), welches um eine Achse (6) zwischen einer Grundstellung und einer Spannstellung drehbar gelagert ist,

2. 1.2 einem druckbeaufschlagten Kolben (10), welcher dafür vorgesehen ist, das Spannelement (5) um seine Achse (6) zu drehen,

3. 1.3 einem Auflageelement (7), auf welches das Werkstück (2) auflegbar ist und welches in der Spannstellung des Spannelementes (5) demselben unmittelbar gegenüberliegt,

4. 1.4 einem Grundkörper (3), in welchem der druckbeaufschlagte Kolben (10) untergebracht ist, an welchem das Spannelement (5) gelagert ist und an welchem das Auflageelement (7) angeordnet ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (5) mittels wenigstens eines gegen die Kraft des druckbeaufschlagten Kolbens (10) wirkenden Federelementes (17) in seine Grundstellung schwenkbar ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (17) als Spiralfeder ausgebildet ist, welche zwei verlängerte Enden (18, 19) aufweist, von denen sich eine Ende (18) an dem Grundkörper (3) und das andere Ende (19) an dem Spannelement (5) abstützen.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflageelement (7) in Richtung des Spannelementes (5) verstellbar ist.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) Ausnehmungen zum Verbinden desselben mit einem Maschinentisch oder einer übergeordneten Spannvorrichtung aufweist.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) hydraulisch mit Druck beaufschlagt ist.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) pneumatisch mit Druck beaufschlagt ist.

8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (5) an seiner dem druckbeaufschlagten Kolben (10) zugewandten Seite eine Kurvenbahn (11) aufweist.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der druckbeaufschlagte Kolben (10) in einer Bohrung (12) des Grundkörpers (3) angeordnet ist, wobei in der Bohrung (12) ein gegen die Kraft des druckbeaufschlagten Kolbens (10) wirkendes Federelement (16) angeordnet ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (12) und der druckbeaufschlagte Kolben (10) jeweils eine Stufenform mit zwei unterschiedlichen Durchmessern aufweisen, wobei der Kolben (10) an dem kleineren Durchmesser in der Bohrung (12) geführt ist.

11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) aus Stahl besteht.

12. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (5) aus einem Aluminiumwerkstoff besteht.