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Die
Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken nach
der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Eine
gattungsgemäße Spannvorrichtung
ist aus der
DE 35 28
337 C2 bekannt. Dabei weist das Spannelement eine Nut auf,
in die ein mit dem Kolben verbundener Rollnocken eingreift. Aufgrund
dieser Verbindung kann durch Beaufschlagung des Kolbens das Spannelement
zwischen einer Grundstellung und einer Spannstellung ver schwenkt
werden, wobei jeweils eine Zwangsführung des Spannelements gegeben
ist.
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Bei
dieser Lösung
ist jedoch besonders problematisch, dass bei der spanenden Bearbeitung
des eingespannten Werkstücks
Späne in
den Bereich der Nut gelangen können
und so die Bewegung des Spannelements blockiert wird. Durch die
dort vorhandene Zwangsführung
wird diese Problematik noch verstärkt.
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Die
DE 33 34 401 C2 beschreibt
eine Stütz- und
Spanneinheit zum Unterstützen
und Spannen von Werkstücken
auf Werkzeugmaschinen oder Vorrichtungen. Prinzipiell handelt es
sich hierbei weniger um ein Spann- als mehr um ein sogenanntes Beruhigungselement,
das nur sehr geringe Kräfte
auf das Werkstück
aufzubringen vermag. Ein weiterer Nachteil dieser Einheit ist die
Tatsache, dass, insbesondere wenn mehrere solcher Einheiten zum
Spannen eines einzigen Werkstückes
vorgesehen sind, dieses nur in aufwendiger Art und Weise eingelegt
werden kann.
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Die
DE 197 57 947 A1 beschreibt
eine Spannvorrichtung, bei welcher ein Spannelement gegenüber einem
Grundkörper
schwenkbar gelagert ist.
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Aus
der
US 5 752 693 A ist
eine Spannvorrichtung mit einem innerhalb eines Körpers geführten und
um einen geringen Winkel verschwenkbaren Spannelement bekannt.
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Aus
der
DE 30 31 368 A1 ,
der
DE 29 09 464 C2 und
der
De 34 38 972 A1 sind
weitere sogenannte Schwenkspanner bekannt, die dafür verwendet
werden, Werkstücke
auf einem Maschinentisch einer Werkzeugmaschine oder dergleichen
festzuspannen.
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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.
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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.
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Aus
der
DE 24 02 054 C2 ist
eine weitere Vorrichtung zum Festspannen von Werkstücken auf einer
Aufspannplatte bekannt, welche einen verstellbaren Spannpratzen
aufweist.
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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.
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Schließlich beschreibt
noch die
DE 42 42 292
A1 eine selbsttätige
hydraulische Spannvorrichtung, die ein mittels eines hydraulisch
betätigten
Stößels schwenkbares
Spannelement aufweist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung zum
Spannen von Werkstücken
zu schaffen, mit der völlig
unterschiedlich geformte Werkstücke
einfach, sicher und exakt gespannt werden können, wobei in der Grundstellung des
Spannelements eine Einlegefreiheit für das Werkstück gegeben
sein soll. Die Spannvorrichtung soll eine möglichst einfache Funktion aufweisen,
so dass sie auch bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Dadurch,
dass 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
Be arbeitung und insbesondere auch nach dem Ausspannen des Werkstücks führt.
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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.
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Ein
weiterer erheblicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die
Tatsache, dass sich eine sehr kleine und kompakte Spannvorrichtung
ergibt, die keine zusätzlichen
Teile benötigt.
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Durch
die Kurvenbahn, welche eine Führung für das Spannelement
während
der Bewegung zwischen der Grund stellung und der Spannstellung bietet,
wird erfindungsgemäß auf sehr
einfache und kostengünstige
Art und Weise eine Einlegefreiheit für die Werkstücke erreicht.
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Erfindungsgemäß befindet
sich die Kurvenbahn an der dem Kolben zugewandten Seite des Spannelements
und wirkt direkt mit einer Sirnseite des druckbeaufschlagten Kolbens
zusammen. Dadurch wird gewährleistet,
dass in den Bereich der Schnittstelle zwischen dem Spannelement
und dem Kolben gelangende Späne
keinerlei Einfluss auf die Funktionsweise der Spannvorrichtung haben,
da eine Beeinträchtigung
der Bewegung des Spannelements durch eventuelles Einklemmen solcher
Späne ausgeschlossen
ist.
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Ein
selbsttätiges
Zurückstellen
des Spannelementes beim Ausspannen des Werkstücks ergibt sich dadurch, dass
das Spannelement mittels wenigstens eines Federelementes, welches
gegen die Kraft des druckbeaufschlagten Kolbens wirkt, in seine
Grundstellung schwenkbar ist.
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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 abstützt.
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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.
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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.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend
anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Spannvorrichtung,
deren Spannelement sich in seiner Spannstellung befindet, in einem
Teilschnitt;
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2 die
Spannvorrichtung aus 1, deren Spannelement sich in
seiner Grundstellung befindet; und
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3 eine
Draufsicht auf die erfindungsgemäße Spannvorrichtung.
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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.
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Das
Auflageelement 7 ist an seiner dem Spannelement 5a abgewandten
Seite mit einem Gewindezapfen 8 versehen, der in eine Gewindebohrung 9 des
Grundkörpers 3 einge schraubt
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.
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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 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.
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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.
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Sowohl
die Bohrung 12 als auch der Kolben 10 sind im
vorliegenden Fall stufenförmig
ausgeführt, weisen
also zwei unterschiedlich 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 ge führt 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.
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Um
beim Entfernen bzw. Wegnehmen des Druckes eine selbsttätige Rückstellung
des Kolbens 10 in seine Grundstellung gemäß 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.
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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 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 abstützt.
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Es
wäre auch
möglich,
das Federelement 17 mit einer derartigen Federkonstante
zu versehen, dass auf das Federelement 16 in der Bohrung 12 verzichtet
werden könnte.
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In 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 darge stellt
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.
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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.
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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
wür de.
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.
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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 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.
Da durch wird das Werkstück 2 zwischen
dem Spannelement 5 und dem Auflageelement 7 eingespannt.
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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 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.