-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Spanneinrichtung für
prismatische Werkstücke
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Solche Spanneinrichtungen werden
vorwiegend im Zusammenhang mit CNCgesteuerten Universalwerkzeugmaschinen
im Maschinenbau verwendet.
-
CNC-gesteuerte Werkzeugmaschinen
befinden sich auf einem sehr hohen technischen Stand, was insbesondere
durch hohe Vorschub- und Rechnergeschwindigkeiten zum Ausdruck kommt.
Dementsprechend sind diese Werkzeugmaschinen mit sogenannten Hochleistungsspannmitteln
ausgerüstet,
die im wesentlichen aus einer fest mit dem Maschinentisch verbundenen
Lochrasterpalette und variabel aufsetzbaren hydraulischen Spannelementen bestehen.
Mit diesen Spannelementen werden eine Vielzahl von Werkstücken in
einer bestimmten Ordnung ausgerichtet und gespannt. Solche und andere Hochleistungsspannmittel
sind kompliziert im Aufbau und damit teuer in der Herstellung und
in der Anschaffung. Sie können
daher wirtschaftlich nur bei großen Stückzahlen eingesetzt werden.
-
Für
Klein- und Mittelserien kommen daher in der Regel herkömmliche
und hydraulisch betriebene Maschinenschraubstöcke zum Einsatz. Eine solche Spanneinrichtung
ist beispielsweise in der
US 5,031,887 beschrieben,
die nach dem Prinzip der Niederzugspannung aufgebaut ist. Grundsätzlich besteht
eine solche Spanneinrichtung aus einem Grundkörper mit einer feststehenden
Spannbacke und einer auf dem Grundkörper ver schiebbaren Spannschlitten.
Unterhalb des Grundkörpers
befindet sich eine Spannnut, in der ein verschiebbares und feststellbares
Spannstück
eingesetzt ist. Dieses Spannstück
und die bewegliche Spannbacke sind über eine schwenkbar im Spannstück gelagerte Spannschraube
verspannbar ausgeführt.
Zur Überbrückung eines
vorhandenen Einstellweges wird die bewegliche Spannbacke mit dem
Spannstück
bis an das zu spannende Werkstück
verschoben und dann mit Hilfe der Spannschraube festgezogen. Die
dabei auftretende Spannkraft wird auf Grund der schrägstehenden
Spannschraube in zwei Kraftkomponenten zerlegt, die das Werkstück gegen
die feststehende Spannbacke und gegen den unteren Teil des Grundkörpers einspannt.
Dieser Niederzug sorgt für eine
gute Auflage des Werkstückes.
-
Diese Spanneinrichtung hat aber Nachteile. So
können
kleinere Werkstücke
auf Grund der relativ großen
Spannbacken nur über
Eck gespannt werden. Dadurch entwickeln sich an der Spanneinrichtung
ungewollte Kraftmomenten, die sich auf das Werkstück übertragen
und zu Verspannungen führen.
Das beeinflusst die Fertigungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine.
Nachteilig ist auch das Spannen größerer Werkstücke, wenn
die Spannflächen
des Werkstückes über die
Breite der Spannbacken des Maschinenschraubstockes nicht genau parallel
verlaufen. Auch das führt
zu Verspannungen im Werkstück
und zu Fertigungsungenauigkeiten. Im schlimmsten Fall wird eine
Seite des Werkstückes überhaupt
nicht von den Spannbacken erfasst, sodass diese freiliegende Seite
beim Bearbeitungsvorgang federt und sich aus der Spannung herausdreht. Dadurch
kann es zu einer Maschinenkollision kommen.
-
In der
DE-OS 1 807060 ist ein Schraubstock mit einer
Niederzugbacke beschrieben. Diese Niederziigbacke besteht jeweils
aus einer feststehenden Spannplatte und einer vertikal beweglichen
Spannplatte, zwischen den mehrere gleichmäßig verteilte Kippelemente
angeordnet sind. Beim Spannen eines Werkstückes machen die Kippelemente
eine Kippbewegung und verschieben so im Niederzug die beiden beweglichen
Spannplatten und damit auch das Werkstück in Richtung zur Grundplatte
des Schraubstockes.
-
Dieser Schraubstock ist auf Grund
seiner vielen beweglichen Elemente sehr funktionsanfällig und
teuer in der Herstellung. Außerdem
haben die Spannbacken nur eine geringe Lebensdauer, weil die Kippelemente
mit ihren scharfen und kraftübertragenden
Kippkanten hohen Belastungen ausgesetzt sind.
-
Eine weitere Spannvorrichtung ist
in der
US 6 019 358 beschrieben,
bei der ein Spannstein durch einen Exzenter angetrieben wird und
mehrere gleiche Werkstücke
im Niederdruck festsetzt. Auch diese Spannvorrichtung besitzt viele
und obendrein kompliziert aufgebaute Einzelteile, die die Spannvorrichtung
aufwendig und teuer machen. Obendrein ist diese Spannvorrichtung
nur für
eine Mehrfachspannung ausgelegt, die damit im Einsatzbereich begrenzt
ist.
-
In der
DE 100 02 416 A1 ist eine
entsprechende Spanneinrichtung beschrieben, die diese Nachteile
nicht hat. Diese Spanneinrichtung besteht ebenfalls aus einem Grundkörper, einer
feststehenden Spannbacke und einem gegenüberliegenden Spannschlitten.
Der Spannschlitten wird am Grundkörper geführt und stützt sich am Grundkörper durch einen
Niederzug ab. Der Spannschlitten besitzt weiterhin eine sich über die
gesamte Breite ausbreitende Spannfläche. Oberhalb der Spannfläche ist
der Spannschlitten mit einem oder mehreren Spannsteinen ausgerüstet, die
jeweils durch eine Exzenterschraube in Richtung des Werkstückes verstellbar und
feststellbar ist. Dabei erfolgt die Spannung durch einen Niederzug
mit Hilfe einer Konusfläche
am Spannstein und durch eine feststehende Konusleiste am Spannschlitten.
Diese Spanneinrichtung mit ihrer herkömmlichen Spannfläche und
mit den neuartigen Spannsteinen realisiert eine Mehrpunktspannung, die
ein sicheres Spannen auch solcher Werkstücke ermöglicht, die nicht einwandfrei
ebene oder parallele Spannflächen
besitzt.
-
Der Nachteil dieser Spanneinrichtung
besteht in einer relativ aufwendigen Herstellung. So ist mit der
Spannleiste ein zusätzliches
Einzelteil erforderlich. Diese Spannleiste und jeder Spannstein muss
mit einer Konusfläche
ausgerüstet
sein, die funktionell aufeinander abgestimmt sein müssen. Das
alles macht die Herstellung teuer. In funktioneller Hinsicht ist
zu bemängeln,
dass die Winkel der Konusflächen
der Spannleiste und der Spannsteine relativ klein ausgeführt werden
müssen,
was zu Verklemmungen führen
kann.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zu Grunde, die Anzahl der Einzelteile an einer gattungsgemäßen Spanneinrichtung
mit einer Mehrpunktspannung zu verringern. Diese Aufgabe wird durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungsmöglichkeiten
ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.
Die neue Spanneinrichtung beseitigt die Mängel des Standes der Technik.
-
So ist kein zusätzliches Einzelteil mehr erforderlich,
um die in den Spannstein eingeleitete Druckkraft in eine Kraftkomponente
für die
Spannung und in eine Kraftkomponente für den Niederzug zu zerlegen.
Die dazu notwenigen Mittel werden allein durch eine entsprechende
konstruktive Gestaltung des Spannschlittens und des Spannsteins
realisiert. Das macht die Herstellung einfach und verlangt nur geringe
Kosten. Auch in funktioneller Hinsicht ist die neue Spanneinrichtung
vorteilhaft, da es kaum zu Klemmerscheinungen zwischen dem Spannstein
und dem Spannschlitten kommt, sodass eine problemlose Entspannung
des Werkstückes
vorgenommen werden kann.
-
Es ist auch möglich, die Spanneinheit an Stelle
der Exzenterschraube mit einem anderen Antrieb auszurüsten. So
können
die Spannsteine zum Beispiel auch pneumatisch angetriehen werden.
-
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
-
1:
eine perspektivische Ansicht der neuen Spanneinrichtung,
-
2:
der Spannschlitten der Spanneinrichtung im Schnitt,
-
3:
der Spannstein als Einzelheit aus der 2 in
seiner Ausgangsstellung,
-
4:
der Spannschlitten der Spanneinrichtung in einem anderen Schnitt
und
-
5:
der Spannstein als Einzelheit aus der 4 in
seiner Arbeitsstellung.
-
6:
der Spannschlitten und der Spannstein in einer zweiten Ausführung.
-
Gemäß der 1 bis 5 besteht
die Spanneinrichtung aus einem Grundkörper 1, aus einer
gegenüber
dem Grundkörper 1 feststehenden
Spannbacke, die aus Vereinfachungsgrunden nicht gezeigt ist, und
aus einem gegenüber
dem Grundkörper 1 beweglichen
Spannschlitten 2. Der Grundkörper 1 besitzt eine
Quernut 3 und, wie aus der 2 ersichtlich,
mehrere Durchgangsbohrungen zur Befestigung der Spanneinrichtung
auf einem Maschinentisch. Zur Führung
des Spannschlittens 2 besitzt der Grundkörper 1 zwei
Führungsnuten 4 und
der Spannschlitten 2 zwei dazu passende Führungsstege 5.
-
Zur Abstützung des Spannschlittens 2 ist
der Grundkörper 1 mit
einer mittigen Ankernut 6 und mehreren seitlichen, in Längsrichtung
gleichmäßig verteilt
angenrdneten und die Ankernut 6 durchdringenden Ankerbohrungen 7 ausgerüstet. Wie
die 4 zeigt, ist in
die Ankernut 6 ein Ankerstück 8 eingesetzt, das
mit seinen Abmessungen auf die Ankernut 6 abgestimmt ist.
Dieses Ankerstück 8 besitzt eine
axiale Stiftbohrung 9, die im Einklang mit den Ankerbohrungen 7 im
Grundkörper 1 stehen.
Sowohl die Stiftbohrung 9 als auch eine der Ankerbohrungen 7 werden
von einem nicht dargestellten Ankerstift durchdrungen, so dass das
Ankerstück 8 mit
dem Grundkörper 1 verbunden
sind. Dabei ist das Ankerstück 8 um
die Achse des Ankerstiftes begrenzt drehbar ausgeführt. Das
Ankerstück 8 ist
weiterhin mit einer Spannschraube 10 ausgerüstet. Diese
Spannschraube 10 durchdringt eine schräge, sich von der feststehenden
Spannbacke wegneigenden Durchgangsbohrung im Spannschlitten 2 und
stützt
sich mit einer Schwenkscheihe 11 an einer Schulter des Spannschlittens 2 ab.
Eine Spannmutter 12 bildet den Abschluss auf der Spannschraube 10.
Aus Gründen
der Zugänglichkeit
der Spannschraube 10 und zur Realisierung einer optimal
kurzen Ausführung
der Spannschraube 10 ist die rückwärtige Front der Spannschlitten 2 im
Bereich Mündung
der Durchgangsbohrung als eine zur Durchgangsbohrung in etwa rechtwinklig
verlaufenden Schrägfläche 13 ausgebildet.
-
Der Spannschlitten 2 ist
nun in besonderer Weise ausgebildet. So besitzt der Spannschlitten 2 eine
Spannfläche 14,
die sich über
die gesamte Breite des Spannschlittens 2 erstreckt. Oberhalb
der Spannfläche 14 besitzt
der Spannschlitten 2 zwei Spannsteine 16, die
beide in Längsrichtung
betrachtet nebeneinander angeordnet sind und die jeweils mit einer
senkrecht angeordneten Exzenterschraube 17 am Spannschlitten 2 befestigt
sind. Dazu ist der exzentrisch gelagerte Kopf der Exzenterschraube 17 mit
einem solchen radialen Spiel in eine zylindrische Bohrung 18 des
Spannsteines 16 eingelassen, dass der Spannstein 16 und
die Exzenterschraube 17 zueinander eine Kippbewegung in
einem vorbestimmten Winkel ausführen
können.
Der Spannstein 16 weist weiterhin eine vordere Spannfläche 19 auf,
die durch eine vertikale Ausnehmung unterbrochen ist und so eine
Zweipunktanlage ermöglicht.
Jeder Spannstein 16 befindet sich in einer entsprechenden Ausklinkung 20 des
Spannschlittens 2, sodass sich zwischen den beiden Ausklinkungen 20 ein
trennender Mittelsteg 21 ausbildet. Dabei ist der Mittelsteg 21 so
ausgelegt, dass er für
eine längsgerichtete
Bewegung der beide benachbarten Spannsteine 16 eine Längsführung darstellt.
Der Spannschlitten 2 ist unterhalb der Spannsteine 16 und
im Bereich der Spannfläche 14 mit
einem Freiraum 22 ausgebildet, der durch einen Hühenabsatz
im Spannschlitten 2 ausgestaltet wird. Dieser Freiraum 22 besitzt
eine relativ geringe Höhe
und eine besonders vorbestimmte Tiefe. Der Freiraum 22 erstreckt
sich entweder über die
gesamte Breite der Spannfläche 14 oder
ist jeweils nur auf die Breite beider Spannsteine 16 begrenzt.
-
Wie insbesondere die 5 näher zeigt,
besitzt der Freiraum 22 am Übergang zur Ausklinkung 20 eine
Kippkante 23 zwischen dem Spannschlitten 2 und
der unteren Bodenfläche
des Spannsteines 16. Diese Kippkante 23 ist festsiebend
ausgeführt,
wobei sich die Lage dieser feststehenden Kippkante 23 durch
die Tiefe des Freiraumes 22 bestimmt. Vorzugsweise ist
die feststehende Kippkante 23 mit einer Fase versehen.
Weiterhin ist der exzentrische Kopf der Exzenterschraube 17 an
seiner inneren, zum Gewindeschaft zeigenden Umlaufkante mit einer
Druckkante 24 ausgebildet, die wegen der Exzentrizität des exzentrischen
Kopfes der Exzenterschraube 17 ortsveränderlich ausgeführt ist
und deren Lage sich daher aus der Grüße der zylindrischen Bohrung 18 des
Spannsteines 16 und der momentanen Einschraubtiefe und
damit der Stellung des exzentrisch gelagerten Kopfes der Exzenterschraube 17 ergibt.
Auch diese ortsveränderliche
Druckkante 24 kann eine Fase aufweisen. Zudem besitzt der Spannstein 16 an
seiner Spannfläche 19 eine
obere Abflachung 25, die zusammen mit der Spannfläche 19 zu
einer Spannkante 26 ausgebildet ist. Diese Spannkante 26 ist
ebenfalls ortsveränderlich,
wobei sich deren Lage aus dem Winkel und der Länge der Abflachung 25 und
aus der Position des Spannsteines 16 ergibt.
-
Die 6 zeigt
nun eine weitere Ausführungsform
für die
Gestaltung der Kippkante 23. So besitzt der Spannschlitten 2 eine
durchgehende Auflagefläche 27 und
der Spannstein 16 eine untere, unter einem Winkel abfallende
Abflachung 28. Diese Abflachung 28 ist wegen der
Verschiebbarkeit des Spannsteines 16 ortsveränderlich
ausgeführt.
Dabei ergibt sich die Lage der Kippkante 23 wiederum aus dem
Winkel und der Länge
der der unteren Abflachung 28.
-
Bei beiden Ausführungsformen stehen die Kippkante 23,
die Druckkante 24 und die Spannkante 26 in einem
solchen Lagedreieck zu einander, dass die ortsveränderliche
Spannkante 26 aus der Sicht des Werkstückes vor der Kippkante 23 und
unterhalb der ortsveränderlichen
Druckkante 24 liegt.
-
Zum Spannen eines prismatischen Werkstückes wird
der Spannschlitten 2 auf den Grundkörper 1 verschoben,
bis die Spannfläche
des Spannschlittens 2 und die Spannflächen 19 der Spannsteine 16 gleichermaßen an das
Werkstück
anschlagen. Danach wird das Ankerstück 8 mit Hilfe des
Ankerstiftes in einer naheliegenden Ankerbohrung 7 verankert und
die Spannschraube 10 angezogen. Dadurch wird das Werkzeug
zwischen den beiden Spannbacken verspannt und gleichzeitig in Richtung
des Grundkörpers 1 niedergezogen.
-
Werkstücke mit unparallelen Spannflächen sind
so aber nicht ausreichend in ihrer Lage fixiert. Daher wird im Nachhinein
jeder einzelne Spannstein 16 mit Hilfe der entsprechenden
Exzenterschraube 17 weiter gegen das Werkstück verschoben
und verspannt. Dabei übt
die Exzenterschraube 17 über die ortsveränderliche
Druckkante 24 einen vorbestimmten Druck auf den Spannstein 16 aus,
bei dem der Spannstein 16 über die Kippkante 23 eine
Kippbewegung vollzieht. Durch diese Kippbewegung beschreibt die
ortsveränderliche
Spannkante 26 eine Schwenkbewegung um die Kippkante 23 in
Richtung des Werkstückes.
Dabei wird das Werkstück
in diesem Bereich weiter vorgespannt und gleichzeitig nach unten
gezogen. Jeder Spannstein 16 passt sich also der äußeren Kontur
des Werkstückes
an und vollzieht einen zweiten Niederzug.
-
- 1
- Grundkörper
- 2
- Spannschlitten
- 3
- Quernut
- 4
- Führungsnut
- 5
- Führungssteg
- 6
- Ankernut
- 7
- Ankerbohrung
- 8
- Ankerstück
- 9
- Stiftbohrung
- 10
- Spannschraube
- 11
- Schwenkscheibe
- 12
- Spannmutter
- 13
- Schrägfläche
- 14
- Spannfläche des
Spannschlittens
- 15
- Ausklinkung
- 16
- Spannstein
- 17
- Exzenterschraube
- 18
- zylindrische
Schraube
- 19
- Spannfläche des
Spannsteines
- 20
- Ausklinkung
- 21
- Mittelsteg
- 22
- Freiraum
- 23
- Kippkante
- 24
- ortsveränderliche
Druckkante
- 25
- Abflachung
- 26
- ortsveränderliche
Spannkante
- 27
- Auflagefläche
- 28
- untere
Abflachung