DE10117485A1 - Spanneinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Spanneinrichtung zur Fixierung eines Bauteils (2) mit einer Aufnahme (8), in die das Bauteil (2) einsetzbar ist, und einem Spannmechanismus, um das Bauteil in der Aufnahme (8) zu fixieren, wobei der Spannmechanismus mehrere Klemmelemente (10) aufweist, die zwischen einer radial inneren Spannstellung, in der sie mit einem in die Aufnahme (8) eingesetzten Bauteil (2) in Eingriff kommen, um dieses in der Aufnahme (8) zu arretieren, und einer radial äußeren Freigabestellung in der Aufnahme (8) bewegbar sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Klemmelemente (10) von einer elastischen Ringmembran (11) umgeben sind und durch diese in ihre Spannstellung gedrückt werden, und daß zwischen dem Gehäuse (3) und der radialen Innenseite der elastischen Ringmembran (11) ein Druckraum (12) gebildet ist, der mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, um die Ringmembran (11) aufzuweiten, so daß die Klemmelemente (10) in ihre Freigabestellung bewegt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zur Fixierung eines Bauteils mit einer Aufnahme, in die das Bauteil einsetzbar ist, und einem Spannmechanismus, um das Bauteil in der Aufnahme zu fixieren, wobei der Spannmechanismus mehrere Klemmelemente aufweist, die zwi­ schen einer radial inneren Spannstellung, in der sie mit einem in die Aufnahme eingesetzten Bauteil in Eingriff kommen, um dieses in der Aufnahme zu arretieren, und ei­ ner radial äußeren Freigabestellung in der Aufnahme be­ wegbar sind.

Spanneinrichtungen dieser Art sind bekannt und werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Beispielsweise können sie als Greifer von Transporteinrichtungen verwen­ det werden. Ihr Haupteinsatzgebiet liegt jedoch als Spannmittel bei der Bearbeitung von Werkstücken, die meh­ rere zerspanende und/oder spanlose Arbeitsgänge an unter­ schiedlichen Arbeitsmaschinen erfordern, um aus einem Rohling ein fertiges Bauteil herzustellen. Bei solchen Fertigungsabläufen ist es wesentlich, daß das Werkstück bei jedem Arbeitsgang eine definierte Lage in der jewei­ ligen Werkzeugmaschine einnimmt. Zu diesem Zweck wird das zu bearbeitende Werkstück üblicherweise zunächst auf eine Trägerpalette aufgespannt, und anschließend wird die so gebildete Einheit über mehrere Einzugsbolzen, die an der Rückseite der Trägerpalette vorgesehen und als Zentriere­ lemente ausgebildet sind, an der jeweiligen Werkzeugma­ schine festgepannt, indem die Einzugsbolzen in entspre­ chende Schnellspanneinheiten, die am Maschinentisch vor­ gesehen sind, eingesetzt werden. In der Produktion kann auf diese Weise die Lage der Schnellspanneinrichtungen als fester Maschinenparameter berücksichtigt werden, so daß es lediglich erforderlich ist, jeweils das Werkstück exakt an der Trägerpalette zu positionieren. Das eigent­ liche Fest- und Umspannen der Einheit aus Werkstück und Trägerpalette an den Maschinen kann dann sehr schnell und unproblematisch erfolgen, ohne daß eine weitere Positio­ nierung notwendig ist.

Bei herkömmlichen Spanneinrichtungen der eingangs genann­ ten Art, wie sie beispielsweise aus der DE 197 59 430 C1 bekannt sind, erfolgt die Fixierung der Einzugsbolzen mittels eines Kugelkäfigs, der in der Aufnahme vorgesehen ist und eine Mehrzahl von radial bewegbaren Kugeln trägt. Die Betätigung des Spannmechanismus erfolgt durch einen Kolben, der an seinem Innenumfang eine Nut aufweist, in welche die Kugeln radial nach außen ausweichen können, so daß ein Einzugsbolzen in den Kugelkäfig eingesetzt und aus diesem herausgenommen werden kann, wenn der Kolben durch Beaufschlagung mit einem Hydraulikmittel in eine Öffnungsstellung gebracht wird. Wenn der Kolben wieder entlastet wird, wird er durch ein Tellerfederpaket in seine Schließstellung gedrückt, in der die Kugeln an ei­ nem radialen Ausweichen nach außen gehindert und damit in Eingriff mit einer entsprechenden Gegenfläche am Einzugs­ bolzen gehalten werden.

Die bekannten Spanneinrichtungen haben sich in der Praxis durchaus bewährt. Es wird jedoch zum Teil als nachteilig angesehen, daß der Spannmechanismus aufgrund seiner vie­ len Einzelteile kompliziert im Aufbau und auch anfällig gegen Verschmutzung ist, so daß es vorkommen kann, daß der Einzugsbolzen in der Spanneinrichtung hängenbleibt bzw. nicht mehr entnommen werden kann. Bei einem solchen Störungsfall muß jeweils die ganze Spanneinrichtung an der Werkbank oder einer Werkzeugmaschine demontiert wer­ den. Die Behebung der Störungen ist daher sehr zeitauf­ wendig und teuer, da sie eine Unterbrechung des jeweili­ gen Arbeitsprozesses bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie einfach im Aufbau ist und verschmutzungsbedingte Syste­ mungenauigkeiten zumindest weitgehend vermieden werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Klemmelemente von einer elastischen Ringmembran umgeben sind und durch diese in ihre Spannstellung gedrückt wer­ den, und daß zwischen dem Gehäuse und der radialen Innen­ seite der elastischen Membran ein Druckraum gebildet wird, der mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, um die Membran aufzuweiten, so daß die Klemmelemente in ih­ rer Freigabestellung bewegt werden können. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung besitzt einen einfachen Auf­ bau, da die Spannkräfte unmittelbar von der Ringmembran auf die Klemmelemente übertragen werden und somit die Zwischenschaltung eines Kolbens, wie sie im Stand der Technik vorgesehen ist, entfällt.

Um den konstruktiven Aufwand der erfindungsgemäßen Spann­ einrichtung möglichst gering zu halten, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Ringmem­ bran den Druckraum nach außen hin abdichtet und die mit den Stirnseiten der Ringmembran in Kontakt kommenden Füh­ rungsflächen des Gehäuses zum Ausgleich von Querkontrak­ tionen der Membran, die bei einer Aufweitung von dieser auftreten, eine Neigung aufweisen und von innen nach au­ ßen betrachtet aufeinander zulaufen. Durch diese Ausge­ staltung werden zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen über­ flüssig.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Klemmelemente jeweils an einem radial nach innen abragenden Membransteg fest angebracht sind, wobei der Membransteg und/oder das Klemmelement jeweils in dem Gehäuse radial bewegbar geführt ist. Diese einteilige Ausführung der Klemmelemente mit der Ringmembran ist ro­ bust und wenig verschmutzungsanfällig, und sie stellt au­ ßerdem sicher, daß die Klemmelemente bei einer Aufweitung der Ringmembran zwangsläufig aus der Aufnahme in ihre Freigabestellung gezogen werden.

Alternativ hierzu können die Klemmelemente auch getrennt von der Ringmembran vorgesehen sein, wobei sie zweckmäßi­ gerweise als radial bewegbare Schieberelemente ausgebil­ det sind, die in dem Gehäuse radial verstellbar geführt sind, so daß auch diese Ausführungsform im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen mit einem Kugelkäfig ro­ bust und wenig verschmutzungsanfällig ist.

Bei dieser getrennten Ausbildung der Klemmelemente von der Ringmembran ist nicht gewährleistet, daß die Klemme­ lemente bei einer Beaufschlagung des Druckraums und einer damit verbundenen Aufweitung der Ringmembran in ihre Freigabestellung bewegt werden. Gemäß einer Ausführungs­ form sind deshalb an den Klemmelementen einerseits und dem Einzugsbolzen andererseits zusammenwirkende Mittel wie beispielsweise Auflaufschrägen vorgesehen, durch die gewährleistet wird, daß die Klemmelemente automatisch aus der Aufnahme herausgedrückt werden, wenn ein Einzugsbol­ zen bzw. ein anderes Bauteil aus der Aufnahme herausge­ nommen oder in diese eingesetzt wird. In bevorzugter Wei­ se sind aber Mittel vorgesehen, durch welche die Klemme­ lemente in Anlage der Membraninnenseite gehalten werden, wenn die Ringmembran aufgeweitet wird. Beispielsweise können in dem Druckraum Federelemente vorgesehen sein, welche die Klemmelemente gegen die Ringmembran drücken, so daß die Klemmelemente bei einer Aufweitung der Ring­ membran automatisch in ihre Freigabestellung überführt werden.

In weiterer Ausbildung der Ausführungsform mit getrennt von der Ringmembran vorgesehenen Schieberelementem ist vorgesehen, daß die mit der Membraninnenseite in Kontakt kommenden Außenflächen der Schieberelemente als Zylinder­ mantelsegmente derart ausgebildet sind, daß die Schieber­ elemente in ihrer Spannstellung außenseitig eine im we­ sentlichen geschlossene Zylindermantelfläche bilden. Ins­ besondere können die Schieberelemente auch Hohlzylinder­ segmente bilden, von denen ein Steg nach innen abragt, der sich aus dem Druckraum in die Aufnahme erstreckt und in der Spannstellung mit einem in die Aufnahme eingesetz­ ten Bauteil in Eingriff kommt. Durch diese Ausgestaltung wird eine flächige Anlage der Ringmembran an den Schie­ berelementen und bei einer entsprechenden Größe der Zy­ lindermantelsegmente sogar eine vollflächige Anlage ge­ währleistet.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug­ nahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Spanneinrichtung mit eingesetztem und festgespanntem Einzugsbolzen,

Fig. 2 die Spanneinrichtung aus Fig. 1 im Schnitt C-C und

Fig. 3 die Spanneinrichtung im Schnitt D-D aus Fig. 2.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Spanneinrichtung 1 dargestellt, die dazu dient, einen Einzugsbolzen 2 an einem Maschinentisch oder dergleichen zu fixieren. Zu der Spanneinrichtung 1 gehört ein zylinderförmiges Gehäuse 3, das an einem Maschinen­ tisch oder dergleichen befestigt werden kann und im we­ sentlichen von einem Unterteil 4, einem Oberteil 5 und einem dazwischen angeordneten Seitenwandelement 6 gebil­ det wird, wobei das Gehäuseunterteil 4 und das Gehäuseo­ berteil 5 unter Verspannung des Seitenwandelements 6 durch mehrere Schrauben 7 miteinander verbunden sind.

In dem Gehäuse 3 ist eine Aufnahme 8 ausgebildet, in die ein Einzugsbolzen 2 wie in der Zeichnung dargestellt ein­ gesetzt werden kann, wobei der obere Bereich der Aufnahme 8 und der Bund des Einzugsbolzens 2 als konische Zen­ trierflächen 9a, 9b ausgebildet sind, um den Einzugsbol­ zen 2 in der Spanneinrichtung 1 genau zu positionieren.

Zur Fixierung des Einzugsbolzens 2 in der Aufnahme 8 ist ein Spannmechanismus vorgesehen. Dieser Spannmechanismus umfaßt vier Schieberelemente 10, die mit 90° Versatz ge­ geneinander in dem Gehäuse 3 angeordnet und in radialer Richtung zwischen einer radial inneren Spannstellung, in der sie in die Aufnahme 8 hineinragen und mit einem in die Aufnahme 8 eingesetzten Einzugsbolzen 2 in Eingriff kommen, um diesen in der Aufnahme 8 zu arretieren, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, und einer radial äußeren Freigabestellung, in der sie den Einzugsbolzen 2 freigeben, so daß dieser aus der Aufnahme 8 gezogen wer­ den kann, bewegbar sind. Konkret sind die Schieberelemen­ te 10 als Hohlzylindersegmente ausgebildet, welche, wie in der Fig. 2 dargestellt ist, in einem zwischen Gehäu­ seoberteil 5 und Gehäuseunterteil 4 gebildeten Ringraum angeordnet sind und in ihrer Spannstellung unter Bildung eines geschlossenen Hohlzylinders aneinander anliegen, wobei sie jeweils einen nach innen abragenden Steg 10a aufweisen, der an der Unterseite des Gehäuseoberteils 5 geführt ist und mit seinem freien Ende durch eine nicht näher dargestellte Öffnung in die Aufnahme 8 ragt und mit einer Ringnut 2a des Einzugsbolzens 2 in Eingriff bring­ bar ist. Der Spannmechanismus umfaßt ferner eine Ringmem­ bran 11 aus einem elastischen Kunststoffmaterial (Elastomer), welche die Schieberelemente 10 umgibt und in ihre Spannstellung drückt. Hierzu ist der Innendurchmes­ ser der Ringmembran 11 etwas kleiner als der Außendurch­ messer des Hohlzylinders, den die Schieberelemente 10 in ihrer Spannstellung bilden, gewählt. Wie insbesondere in den Fig. 1 und 3 gut erkennbar ist, sind die Abmessun­ gen der Schieberelemente 10 und der Ringmembran 11 auf­ einander derart abgestimmt, daß sie in der Spannstellung im wesentlichen vollflächig aneinander anliegen.

Die Ringmembran 11 liegt mit ihren Stirnseiten abdichtend an dem Gehäuseoberteil 5 und dem Gehäuseunterteil 4 an, und die Stege 10a und die Öffnungen, durch welche sie in die Aufnahme 8 eingreifen, sind eng toleriert, so daß zwischen der Membraninnenseite, dem Gehäuseunterteil 4 und dem Gehäuseoberteil 5 ein Druckraum 12 gebildet wird. Diesem kann über einen nicht näher dargestellten Kanal ein Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl oder auch ein unter Druck stehendes Gas zugeführt werden, um die Ring­ membran 11 entgegen ihrer elastischen Rückstellkraft auf­ zuweiten, so daß die Schieberelemente 10 in ihre Freiga­ bestellung bewegt werden können. Um die mit einer solchen Aufweitung verbundene Querkontraktion der Ringmembran 11 zu kompensieren, sind die mit der Ringmembran 11 in Kon­ takt kommenden Flächen des Gehäuses 3 als Schrägen 3a ausgeführt, so daß stets gewährleistet ist, daß die Ring­ membran 11 den Druckraum 12 nach außen hin abdichtet.

Nicht dargestellt ist, daß in dem Druckraum 12 Federn vorgesehen sind, welche die Schieberelemente 10 nach au­ ßen gegen die Membraninnenseite drücken und somit sicher­ stellen, daß die Schieberelemente 10 bei einer Aufweitung der Ringmembran 11 automatisch in Ihre Freigabestellung überführt werden. Die Federn sind notwendig, da sich bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraums 12 ein Spalt zwischen der Membraninnenseite und den Schieberelementen 10 bilden kann mit der Folge, daß diese mit einer Kraft, die dem Produkt aus dem Querschnitt des in die Aufnahme 8 ragenden Stegs 10a und der Druckdifferenz zwischen dem Gehäuseinnendruck und dem Atmosphärendruck entspricht, nach innen gedrückt wird. Diese Druckkraft muß durch die Federelemente ausgeglichen werden.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Spanneinrich­ tung ist wie folgt:
Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Spanneinrichtung 1 in ihrer Spannstellung, in welcher im Druckraum 12 Ato­ mosphärendruck herrscht und die Schieberelemente 10 durch die Ringmembran 11 in ihre innere Spannstellung gedrückt werden, in welcher die freien Enden der Stege 10a in die Ringnut 2a des in die Aufnahme 8 eingesetzten Einzugsbol­ zens 2 eingreifen, um diesen in der Spanneinrichtung 1 zu arretieren. Wenn der Einzugsbolzen 2 entfernt werden soll, wird in dem Druckraum 12 durch Zuführung eines Hy­ draulikmittels oder dergleichen ein Druck erzeugt, der Ausreichend ist, um die Ringmembran 11 entgegen ihrer elastischen Rückstellkraft aufzuweiten. Bei dieser Auf­ weitung auftretende Querkontraktionen der Ringmembran 11 werden durch die Schrägen 3a am Gehäuse 3 ausgeglichen, so daß eine zuverlässige Abdichtung des Druckraums 12 ge­ währleistet ist. Bei einer Aufweitung der Ringmembran 11 werden auch die Schieberelemente 10 durch die Druckkraft der im Druckraum 12 vorgesehenen Federn nach außen in ih­ re Freigabestellung bewegt, in welcher die Stege 10a der Schieberelemente 10 außer Eingriff von der Ringnut 2a des Einzugsbolzens 2 kommen und dieser auch der Aufnahme 8 genommen werden kann.

Claims (11)

1. Spanneinrichtung zur Fixierung eines Bauteils (2) mit einer Aufnahme (8), in die das Bauteil (2) einsetzbar ist, und einem Spannmechanismus, um das Bauteil in der Aufnahme (8) zu fixieren, wobei der Spannmecha­ nismus mehrere Klemmelemente (10) aufweist, die zwi­ schen einer radial inneren Spannstellung, in der sie mit einem in die Aufnahme (8) eingesetzten Bauteil (2) in Eingriff kommen, um dieses in der Aufnahme (8) zu arretieren, und einer radial äußeren Freigabestel­ lung in der Aufnahme (8) bewegbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Klemmelemente (10) von einer elastischen Ringmembran (11) umgeben sind und durch diese in ihre Spannstellung gedrückt werden, und daß zwischen dem Gehäuse (3) und der radialen Innenseite der elastischen Ringmembran (11) ein Druckraum (12) gebildet ist, der mit einem Druckmedium beaufschlag­ bar ist, um die Ringmembran (11) aufzuweiten, so daß die Klemmelemente (10) in ihre Freigabestellung be­ wegt werden können.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringmembran (11) den Druckraum (12) nach außen hin abdichtet und die mit den Stirnseiten der Ringmembran (11) in Kontakt kommenden Führungs­ flächen des Gehäuses (3) zum Ausgleich einer Querkontraktion der Membran (11) bei einer Aufweitung eine Neigung (3a) aufweisen.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) aus einem ela­ stomeren Material besteht.

4. Spanneinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente jeweils an einem radial nach innen abragenden Membransteg fest angebracht sind, wobei der Membransteg und/oder das Klemmelement jeweils in dem Gehäuse radial beweg­ bar geführt ist.

5. Spanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Membransteg aus Kunststoff und das daran befestigte Klemmelement aus Metall besteht.

6. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente als Schieberelemente (10) ausgebildet sind, die in dem Gehäuse (3) radial verstellbar geführt sind.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Schieberelemente (10) in Anlage an der Membran­ innenseite gehalten werden, wenn die Ringmembran (11) durch Beaufschlagung des Druckraums (12) aufgeweitet wird.

8. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schieberelemente (10) durch Feder­ kraft gegen die Membraninnenseite gedrückt werden.

9. Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federkraft durch wenigstens eine im Druckraum (12) angeordnete Feder aufgebracht wird.

10. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Membraninnen­ seite in Kontakt kommenden Außenflächen der Schieber­ elemente (10) als Zylindermantelsegmente derart aus­ gebildet sind, daß die Schieberelemente (10) in ihrer Spannstellung außenseitig eine im wesentlichen ge­ schlossene Zylindermantelfläche bilden.

11. Spanneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schieberelemente (10) Hohlzylinder­ segmente bilden, von denen ein Steg (10a) nach innen abragt, der sich aus dem Druckraum (12) in die Auf­ nahme (8) erstreckt und in der Spannstellung mit ei­ nem in die Aufnahme (8) eingesetzten Bauteil (2) in Eingriff kommt.