DE10155077A1

DE10155077A1 - Wiederholgenaue Spanneinrichtung

Info

Publication number: DE10155077A1
Application number: DE10155077A
Authority: DE
Inventors: Guenter Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: AT500177A3; AT500177B1; DE10155077B4; US20040256780A1; WO2003039807A1; AT500177A2

Abstract

Eine Spanneinrichtung (1) weist zur präzisen Spannung einer Werkstückaufnahmeeinrichtung (2) eine Bezugsebenenplatte (4) und eine Spannplatte (3) auf, die flächig miteinander in Anlage gebracht werden. In der Bezugsebenenplatte (4) sind Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) ausgebildet, denen Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) zugeordnet sind, die an der Spannplatte (3) gehalten sind. Die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) nutzen einen Abschnitt der Wandung (12, 13, 14, 15) der Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) als Bezugsfläche, wenn sie federnd gegen diese gepresst werden. Dazu dient eine Festzieheinrichtung (40), die die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) nicht nur axial spannt, sondern auch in einer unterschiedlichen Radialrichtung gegen die Bohrungswandung drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung mit erhöhter Spannwiederholgenauigkeit.

In der Praxis kommt es häufig darauf an, einen Werkstückträger wiederholgenau spannen zu können. Dazu ist es erforderlich, den betreffenden Werkstückträger in sechs Freiheitsgraden, d. h. in drei Linearkoordinaten X, Y, Z und in drei Schwenkrichtungen (Schwenkbewegung um die X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse) präzise positionieren zu können. Ist die Werkstückaufspannung im Rahmen einer Werkstückbearbeitung vorzunehmen, müssen häufig erhebliche auf das Werkstück einwirkende Kräfte berücksichtigt, d. h. von der Spanneinrichtung aufgenommen werden, ohne dass sich das Werkstück verlagert. Die betreffenden Spanneinrichtungen müssen deshalb robust ausgebildet sein. Die Kraftübertragung zwischen einzelnen Elementen kann hier nicht punktuell erfolgen, weil dies zu Werkstoffüberlastungen an der Spanneinrichtung und somit zu Verformungen führt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spanneinrichtung zu schaffen, die sich für den Einsatz beispielsweise in der spanenden Werkstückbearbeitung eignet und die eine hohe Spannwiederholgenauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung erfüllt. Die Spanneinrichtung enthält eine Bezugsebenenplatte mit einer ebenen Spannfläche, in der Spannöffnungen ausgebildet sind. Die Spannöffnungen weisen Wandungen auf, die wenigstens abschnittsweise eine Bezugsfläche bilden bzw. festlegen. Die Bezugsflächen der Spannöffnungen sind im Wesentlichen rechtwinklig zu der Bezugsebene der Bezugsebenenplatte festgelegt. Die Spannfläche der Bezugsebenenplatte bildet eine Bezugsebene. Die Spannplatte wird von einer Festzieheinrichtung gegen die Spannfläche gepresst und insoweit bezügl. der Normalenrichtung der Spannfläche äußerst präzise gehalten. Für die Spannwiederholgenauigkeit bzgl. der in der Bezugsebene liegenden Richtungen sorgen die in den Spannöffnungen vorgesehenen Bezugsflächen. Bezugsflächen sind mit einer solchen Genauigkeit bearbeitet, dass sie der Positionierung der Werkstückspanneinrichtung mit der gewünschten Genauigkeit dienen können. Den Bezugsflächen sind Positionierflächen an Spann- und Positionierbolzen zugeordnet. Die Spann- und Positionierbolzen übernehmen somit die präzise Ausrichtung der Spannplatte für die in der Bezugsebene liegenden Richtungen. Dies wird erreicht, indem die Spann- und Positionierbolzen von der Festzieheinrichtung nicht nur mit einer Axialkraft sondern zusätzlich mit einer überlagerten Radialkraft beaufschlagt werden, die die Spann- und Positionierbolzen voneinander weg spreizt (oder aufeinander zu biegt) und mit ihren Positionierflächen jeweils gegen die Positionierfläche drückt. Durch das Aufspreizen (oder Zusammenbiegen) der Spann- und Positionierbolzen, das eine elastische Verbiegung derselben im Hundertstel- oder Zehntelmillimeterbereich bewirken kann, stellt sich die Position der Spannplatte bei jeder Spannung immer wieder so ein, dass zwischen den flexibel ausgelenkten Spann- und Positionierbolzen ein Kräftegleichgewicht hergestellt ist. Aufgrund der den Spann- und Positionierbolzen eigenen hohen Steifigkeit ist dieser Kräftegleichgewichtspunkt bezügl. der Spannplatte mit einer im µm- Bereich liegenden Genauigkeit fixiert. Durch die Anlage der Spann- und Positionierbolzen an den Bezugsflächen ergibt sich dann eine genaue und wiederkehrsichere Positionierung der Spannplatte.

Sowohl die Spannfläche als auch die Grundfläche können im Grunde genommen durch mehrere, jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächenbereiche gebildet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn nur geringe Spannkräfte zu übertragen sind. Sind die Spannfläche und die Grundfläche jedoch jeweils als durchgehende, zusammenhängende Fläche ausgebildet, können besonders große Kräfte übertragen werden. Es ergibt sich eine moderate Flächenpressung, was die Übertragung hoher Kräfte ermöglicht. Außerdem ergibt sich eine höhere Haftreibung zwischen den beteiligten Flächen, was wiederum eine Übertragung großer Kräfte auch in Richtung parallel zu der Spannfläche und der Grundfläche ermöglicht.

Die Positionierbolzen weisen vorzugsweise eine solche Größe und Position auf, dass sie in entspanntem Zustand in die Spannöffnungen ragen, ohne mit ihren Positionierflächen an den Bezugsflächen anzuliegen. Sie werden dann von der Festzieheinrichtung aufgespreizt (oder zusammengedrückt) und in die jeweilige Berührung von Positionierfläche und Bezugsfläche gebracht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Spannbolzen und die Spannöffnungen koaxial zueinander ausgerichtet sind, oder wenigstens zu einander parallele Mittelachsen bzw. Längsrichtungen aufweisen. Bei einer alternativen Ausführungsform, die auch denkbar ist, sind die Spannöffnungen und die Spannbolzen nicht vollständig parallel zueinander ausgerichtet, sondern schließen einen kleinen spitzen Winkel miteinander ein. Beispielsweise sind die Spannbolzen zueinander parallel ausgerichtet, während zwei zugeordnete Spannöffnungen jeweils in unterschiedliche Richtungen schräg angeordnet oder alternativ seitlich versetzt und etwas konisch ausgebildet sind. Beim Einziehen der Spannbolzen in die Spannöffnungen erhalten die Spannbolzen in den Spannöffnungen Wandkontakt, wodurch sie die gesuchte Radialkraftkomponente erhalten. Sie werden dadurch aufgespreizt oder aufeinander zu bewegt. Beides führt zu der gewünschten wiederholgenauen Spannung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spannöffnungen und die Spannbolzen parallel zueinander orientiert, wobei die Spann- und Positionierbolzen in Bezug auf die Spannöffnungen ein Untermaß aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass sie kräftefrei in die Spannöffnungen eingeführt werden können, was den Spannvorgang erleichtert.

Die Spann- und Positionierbolzen sind bezügl. ihrer Radialrichtung vorzugsweise geringfügig federnd ausgebildet. Alternativ kann auch eine gewisse federnde Nachgiebigkeit an der entsprechenden Bezugsfläche vorgesehen sein. Beides kann dazu genutzt werden, die Spannplatte zu zentrieren.

Der maximale Federhub der Spann- und Positionierbolzen ist vorzugsweise größer als der Abstand der Positionierflächen der Positionierbolzen von den Bezugsflächen. Dies stellt sicher, dass die Spann- und Positionierbolzen bei dem Spannvorgang keine Beschädigung erleiden.

Die Positionierflächen der Spann- und Positionierbolzen und die Bezugsflächen sind vorzugsweise zylindrisch gewölbt. Dies hat nicht nur fertigungstechnische Vorteile, sondern bietet darüber hinaus die Möglichkeit einer präzisen Positionierung.

Die Positionierbolzen weisen vorzugsweise eine zylindrische Grundform mit einer keilförmigen Spannausnehmung oder einer doppelt konischen Spannausnehmung auf. Die keilförmige Spannausnehmung hat den Vorzug, dass ein in Eingriff kommender Spannkeil eine gute Flächenanlage vorfindet und somit hohe Spannkräfte erzielbar sind. Die doppelt konische Spannausnehmung hat hingegen den Vorzug, dass der Spannbolzen keiner besonderen Winkelausrichtung bedarf. Er kann beispielsweise als Einschraubbolzen ausgebildet sein und in die Spannplatte in entsprechende Gewindebohrungen eingeschraubt sein. Außerdem kann sich durch den doppelt konischen Einschnitt der Spannausnehmung eine erhöhte Flexibilität des Spannbolzens ergeben. Die Spanneinrichtung weist wenigstens zwei vorzugsweise aber drei oder vier Spannbolzen und Spannöffnungen auf. Die Anordnung mit drei Spannbolzen, die radial voneinander weg gespreizt oder radial aufeinander zu gebogen werden, ist beispielsweise bei Drehfuttern anwendbar, bei denen die Spannplatte auf einem drehenden Maschinenelement zu befestigen ist. Die Anordnung mit vier oder auch mehr Spannbolzen eignet sich hingegen insbesondere zur Spannung rechteckiger Spannplatten, beispielsweise bei ruhender Werkstücklagerung.

Die Spanneinrichtung weist mehrere Spannschieber auf. Vorzugsweise ist jedem Spannbolzen jeweils ein Spannschieber zugeordnet, der den Spannbolzen mit einer Axial- und Radialkraft beaufschlagt. Die Spannschieber sind zueinander synchron angetrieben, um die Spannbolzen gleichzeitig flexibel auszulenken. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Zentrierung der Spannplatte mit guter Genauigkeit schon ganz zu Beginn des Spannvorgangs eintritt, so dass Mikrorutschbewegungen zwischen der Spannplatte und der Bezugsebenenplatte nicht mehr auftreten, nachdem die Spannbolzen mit Axialkraft beaufschlagt sind.

Zum Antrieb der Spannschieber kann sowohl ein Keilgetriebe als auch ein hydraulisches Getriebe dienen. Beide sind vorzugsweise von einer einzigen Antriebsquelle her angetrieben.

Dem Spannbolzen kann eine Vorzentrierungseinrichtung zugeordnet sein, die die Spannbolzen zu Beginn des Spannvorgangs etwa mittig in der jeweiligen Spannöffnung positioniert. Dies kann dazu beitragen, die Belastung der Spann- und Positionierbolzen zu reduzieren.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens einem, vorzugsweise aber jedem, Spannbolzen eine Abdrückeinrichtung zugeordnet, die den Spann- und Positionierbolzen mit einer Axialkraft vorspannt, die aus der Spannöffnung herausgerichtet ist. Dies unterstützt das Abheben der Spannplatte von der Bezugsebenenplatte nach dem Lösen der Festzieheinrichtung.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der gehörigen Figurenbeschreibung oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Spanneinrichtung zum Spannen eines Werkstücks mit Bezugsebenenplatte und von dieser getrennten Spannplatte in einer geschnittenen, schematisierten Seitenansicht,
Fig. 2 zwei Spannkeile der Spannplatte nach Fig. 1 in Draufsicht,
Fig. 3 die Spanneinrichtung nach Fig. 1 in einer schematisierten Draufsicht,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform der Spanneinrichtung in einer schematisierten Draufsicht und
Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Spanneinrichtung in einer schematisierten Draufsicht.
In Fig. 1 ist eine Spanneinrichtung 1 veranschaulicht, die dazu dient, eine lediglich symbolisch veranschaulichte Werkstückaufnahmeeinrichtung 2 positionsgenau zu spannen. Die Werkstückaufnahmeeinrichtung 2 ist dazu mit einer Spannplatte 3 verbunden oder als Teil der Spannplatte 3 ausgeführt. Die Spannplatte 3 ist gegen eine Bezugsebenenplatte 4 zu spannen, die beispielsweise ortsfest oder auf einem präzise zu bewegenden Tisch oder an einem anderweitig kontrolliert bewegten Maschinenelement gehalten ist. Die Bezugsebenenplatte weist an ihrer Oberseite eine ebene Spannfläche 5 auf, die eine Bezugsebene 6 festlegt und die Spannfläche 5 liegt vollständig in der Bezugsebene 6 und ist vorzugsweise als zusammenhängende Fläche ausgebildet. Alternativ und bedarfsweise können in der Spannfläche 5 auch nicht veranschaulichte Ausnehmungen vorhanden sein.
Die zugeordnete Spannplatte 3 weist an ihrer der Spannfläche 5 gegenüber liegenden Seite eine ebene Grundfläche 7 auf, die mit der Spannfläche 5 in Flächenanlage zu überführen ist, wenn die Spannplatte 3 gegen die Bezugsebenenplatte 4 gespannt ist. Damit legt die Bezugsebenenplatte 4 mit ihrer Spannfläche 5 die Position der Werkstückaufnahmeeinrichtung 2 in X-Richtung fest.
Zur Positionierung in Y-Richtung und Z-Richtung dienen in der Bezugsebenenplatte 4 vorgesehene Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 (siehe auch Fig. 3), die beispielsweise als Zylinderbohrungen ausgebildet sind. Sie weisen jeweils eine zylindrische Wandung 12, 13, 14, 15 auf, von denen wenigstens ein Abschnitt als Bezugsfläche 16, 17, 18, 19 dient. Die Bezugsflächen 16, 17, 18, 19 sind somit zylindrisch gewölbt und durch einen Teil der jeweiligen Wandung 12, 13, 14, 15 gebildet. Die Bezugsflächen 16, 17, 18, 19 dienen zur Positionierung von Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24, die an der Spannplatte 3 gehalten sind. Die Spann- und Positionierbolzen, 21, 22, 23, 24 sind beispielsweise als Einschraubbolzen ausgebildet und in entsprechende Gewindebohrungen an der Unterseite der Spannplatte 3 eingeschraubt. Sie ragen somit von der Grundfläche 7 rechtwinklig weg, wobei sie parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 sind dabei vorzugsweise im Viereck angeordnet und zwar koaxial zu den aus Fig. 3 ersichtlichen Spannöffnungen 8, 9, 10, 11. Die Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 sind dabei vorzugsweise in der Nähe von Ecken der z. B. quadratisch ausgebildeten Bezugsebenenplatte 4 angeordnet. Die Bezugsebenenplatte 4 kann jedoch auch als kreisförmige Platte ausgebildet sein, wie in Fig. 3 durch eine Linie 25 veranschaulicht ist, oder eine abweichende Außenumrandung haben.
Die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 sind untereinander gleich ausgebildet. Der nachfolgend beschriebene Spannbolzen 21 steht somit exemplarisch für die Übrigen. Er weist unmittelbar im Anschluss an die Grundfläche 7 einen Zentrierrand 26 auf, der einen zylindrischen Außenumfang und einen sich daran anschließenden Kegelabschnitt 27 umfasst. Er dient der Vorzentrierung des Spann- und Positionierbolzens in der Spannöffnung 8, deren Rand von einem trichterförmig in die Öffnung hinein führenden Zentrierring 28 gebildet ist. Im Anschluss an den Kegelabschnitt setzt sich der Spann- und Positionierbolzen 21 zylindrisch, jedoch mit geringerem Durchmesser als an dem Zentrierrand 26, fort. Der Durchmesser dieses Zylinderabschnitts 29 ist um wenige Zehntel- oder Hundertstelmillimeter geringer als der Durchmesser der Spannöffnung 8, so dass der Spann- und Positionierbolzen 21 mit Spiel in die Spannöffnung 8 findet. Im Anschluss an den Zylinderabschnitt 29 verjüngt sich der Spann- und Positionierbolzen 21 zunächst in einem Konusabschnitt 31, an den sich wiederum ein Konusabschnitt 32 anschließt. Der Konusabschnitt 32 ist umgekehrt orientiert wie der Konusabschnitt 31 und erweitert den Durchmesser des Spann- und Positionierbolzens 21 wieder auf den ursprünglichen Durchmesser. Es schließt sich somit an den Konusabschnitt 32 ein Zylinderabschnitt 33 an, dessen Durchmesser etwa mit dem Durchmesser des Zylinderabschnitts 29 übereinstimmt. An seiner unteren Stirnseite kann sich eine Einführphase 34 anschließen, die zu einer flachen Stirnseite 35 überleitet. Diese kann mit einer Stirnausnehmung 36 versehen sein.
Der Spann- und Positionierbolzen ist geringfügig flexibel ausgebildet oder gelagert, so dass er bei Beaufschlagung mit einer in Y-Richtung oder Z-Richtung wirkenden Kraft (Radialkraft) flexibel ausgelenkt wird. Er weist dabei eine hohe Federhärte auf. Der maximale Federhub ist dabei wenigstens so groß wie der Radiusunterschied zwischen dem Radius des Zylinderabschnitts 33 und dem Radius der Bezugsfläche 16. Die Zylinderabschnitte 33 der einzelnen Spann- und Positionierbolzen 21, 22 (23, 24) bilden somit, zumindest mit ihren den Bezugsflächen 16, 17 gegenüber liegenden Stellen, Positionierflächen 37, 38, die den Bezugsflächen 16, 17 zugeordnet sind.
Zum Festspannen der Spannplatte 3 dient eine Festzieheinrichtung 40, die sowohl dazu dient, die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 jeweils in Axialrichtung X (in Fig. 1 nach unten) als auch in jeweils einer ausgewählten Radialrichtung mit einer Kraft zu beaufschlagen, die in der X-Z-Ebene liegt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform gehören zu der Festzieheinrichtung 40 Spannschieber 41, 42, 43, 44, wobei jeweils ein Spannschieber einem Spann- und Positionierbolzen zugeordnet ist. Die Spannschieber 41, 42, 43, 44 sind in Bohrungen 45, 46, 47, 48 verschiebbar gelagert, die sich quer zu den Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 erstrecken. Somit sind die Spannschieber 41, 42, 43, 44 jeweils von dem betreffenden Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 weg und auf diesen zu verschiebbar. Im Ausführungsbeispiel (Fig. 3) sind die Spannschieber 41, 42, 43, 44 gleich lang. Sie können jedoch auch unterschiedlich lang ausgebildet sein, d. h. die Spannschieber 41, 43 können länger oder kürzer als die Spannschieber 42, 44 sein. Damit kann das Spannsystem aus der Mitte heraus verlagert sein, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Die Mitte der Bezugsebenenplatte 4 kann deshalb frei gehalten werden, so dass hier Öffnungen und Durchgänge vorgesehen werden können. Die Bohrungen 45, 46, 47, 48 münden seitlich in die Spannöffnungen 8, 9, 10, 11, so dass die Spannschieber 41, 42, 43, 44 in die Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 eintreten und aus diesen heraus gefahren werden können, wie in Fig. 3 gestrichelt veranschaulicht ist. Die Spannschieber, die beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen können, weisen dabei keilförmige Köpfe 49, 50, 51, 52 auf, deren Seitenansicht aus Fig. 1 ersichtlich ist. In Fig. 2 sind sie gesondert veranschaulicht. Die Köpfe 49, 50 dienen als Keile zur Spannung der Konusabschnitte 32 der Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24.
An ihrem rückseitigen Ende sind die Spannschieber 41, 42, 43, 44 jeweils mit einer quer zu dem jeweiligen kopfstehenden Abschrägung 53 versehen, in die, wie Fig. 3 veranschaulicht, gleich oder unterschiedlich lange Keilschieber 56, 57 greifen können. Sind die Keilschieber 56, 57 unterschiedlich lang, kann ihr Antrieb außermittig plaziert werden. Diese dienen dazu, die Spannschieber 41, 42 bzw. 43, 44 auseinander zu zwängen, wenn sie expandiert werden. Die Keilschieber 56, 57 sitzen mit Spiel in einer sich quer zu den Bohrungen 45, 46, 47, 48 erstreckenden Verbindungsbohrung 58. Durch das Spiel sind sie schwimmend gelagert. Die Keilschieber können wiederum durch einen Antriebsschieber 59 auseinander gezwängt werden, der mit einem keilförmigen Kopf zwischen die Enden der Keilschieber 56, 57 passt und in einer entsprechenden sich beispielsweise parallel zu den Bohrungen 45, 46, 47, 48 erstreckenden Bohrung 61 sitzt. Der Antriebsschieber 59 kann beispielsweise ein kegelförmiges Ende 62 aufweisen und Außengewinde 63 tragen. Er ist außerdem mit einem Kopf 64 versehen, der den formschlüssigen Einsatz eines Werkzeugs gestattet. Durch Drehen des Kopfs 64 kann der Antriebsschieber 59 in die Bohrung 61 hinein und aus dieser heraus geschraubt werden.
Die Keilschieber 56, 57 bilden mit dem mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetriebenen Antriebsschieber 59 ein Keilgetriebe 65, das zur Betätigung der Spannschieber 41, 42, 43, 44 dient.
Bedarfsweise kann das Keilgetriebe 65 mit einer Rückzugseinrichtung versehen sein, die durch wenigstens zwei Federn 66, 67 gebildet wird. Die Federn 66, 67 sind beispielsweise als Zugfedern ausgebildet und sitzen in entsprechenden Axialbohrungen 68, 69 der Spannschieber 41, 42, 43, 44. Sie ziehen dabei die Spannschieber 41, 42 bzw. 43, 44 aufeinander zu in eine Position, in der sie nicht in die Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 ragen.
An dem Boden der Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 können Gummipuffer 71, 72 angeordnet sein, die in die Stirnausnehmungen 36 der Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 ragen und dazu dienen, die Spannbolzen 21, 22, 23, 24 aus ihrer Spannstellung axial heraus zu führen. Dabei hebt die Grundfläche 7 wenigstens etwas von der Spannfläche 5 ab.
Die insoweit beschriebene Spanneinrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Beim Spannen der Spannplatte 3 wird diese zunächst an die Bezugsebenenplatte 4 herangeführt und die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 werden in die Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 eingeführt. Wenn die Stirnausnehmungen 36 auf den Gummipuffern 71, 72 aufsitzen, befinden sich die Zentrierränder 26 bereits innerhalb der Zentrierringe 28, so dass die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 vorzentriert sind. Außerdem befinden sich die Konusabschnitte 32 unmittelbar vor den Köpfen 49, 50, 51, 52 der unter Federwirkung zurück gezogenen Spannschieber 41, 42, 43, 44. Wird nun der Antriebsschieber 59 betätigt, indem er in seine Bohrung 61 hinein geschraubt wird, werden die Keilschieber 56, 57 voneinander weg getrieben. Sie zentrieren sich dabei zwischen den Enden der Spannschieber 41, 42 bzw. 43, 44. Die Verbindungsbohrung 58 weist ein erhebliches Übermaß in Bezug auf die Keilschieber 56, 57 auf, so dass diese mit Spiel in der Verbindungsbohrung 58 sitzen. Die Zentrierung ergibt sich somit durch die Spannschieber, die ihrerseits wiederum von den Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 zentriert werden. Es ergibt sich eine gleichmäßige Kraftaufteilung auf alle vier Spannschieber 41, 42, 43, 44, die nun zunächst die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 in Y-Richtung, d. h. in einer Radialrichtung auslenken. Die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 legen sich dabei mit ihren Positionierflächen 37, 38 an die Bezugsflächen 16, 17, 18, 19 an. Sie werden dabei federnd nach außen gespannt, wobei die Spannplatte 3 sich in einer Mittelposition einstellt, in der die in den Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 insgesamt gespeicherte Federenergie ein Minimum ist. Aufgrund der hohen Federhärte der Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 ist dieses Energieminimum und somit die Mittelposition der Spannplatte 3 scharf definiert. Wird der Antriebsschieber 59 weiter fest gezogen, drücken die keilförmigen Köpfe 49, 50, 51, 52 auf den Konusflächen 32 weiter nach außen, wodurch sich auch eine Spannung der Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 in Axialrichtung nach unten (entgegen der X-Richtung) ergibt. Dadurch wird die Spannplatte 3 gegen die Bezugsebenenplatte 4 festgespannt. Die Gummipuffer 71, 72 werden dabei komprimiert.
Wird der Antriebsschieber 59 aus seiner Bohrung 61 herausgeschraubt, können die Federn 66, 67 die Spannschieber 41, 42 bzw. 43, 44 wieder zusammenziehen, wodurch die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 freigegeben werden. Die Gummipuffer 71, 72 können sich nun entspannen und drücken die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 wenigstens geringfügig in Axialrichtung (X-Richtung) aus den Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 heraus.
Fig. 4 veranschaulicht eine abweichende Spanneinrichtung 100 mit einer Spannplatte 103 und einer Bezugsebenenplatte 104 in einer schematischen Draufsicht. Ihren Spannöffnungen 108, 109, 110, 111 sind Spannschieber 141, 142, 143, 144 zugeordnet, die in Diagonalrichtung des von den Spannöffnungen 108, 109, 110, 111 festgelegten Rechtecks liegen. Sie sind außerdem in Bohrungen 145, 146, 147, 148 abgedichtet verschiebbar gehalten, in denen sie Fluidkammern für ein Hydraulikfluid abschließen. Diese stehen über Leitungen 180, 181, 182, 183 mit einer Hydraulikkammer 184 in Verbindung, in der ein Antriebskolben 185 abgedichtet verschiebbar gelagert ist. Dieser ist beispielsweise über einen Gewindetrieb 186 gezielt verschiebbar. Das aus der Hydraulikkammer 184, den Leitungen 180, 181, 182, 183 und den Spannschiebern 141, 142, 143, 144 gebildete Hydrauliksystem (Hydraulikgetriebe 187) ist nach außen hin hermetisch abgedichtet und vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt. Eine Verschiebung des Hydraulikkolbens 185 bewirkt eine entsprechende Verschiebung der Spannschieber 141, 142, 143, 144 unter gleichmäßiger Kräfteaufteilung.
Eine weitere, insbesondere für drehende Lagerung einer Werkstückaufnahmeeinrichtung 200 geeignete Spanneinrichtung 200 mit einer Spannplatte 203 und einer Bezugsebenenplatte 204 ist in Fig. 5 veranschaulicht. Es sind insgesamt drei Spannöffnungen 208, 209, 210 vorgesehen, die bezügl. einer Drehachse 287 auf einem konzentrischen Kreis und in einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet sind. Bezügl. der Drehachse 287 radial expandierbare Spannschieber 241, 242, 243 sind in entsprechenden Radialbohrungen verschiebbar gelagert. Zur Betätigung dient ein mittlerer Nocken 288, der um die Drehachse 287 drehbar gelagert ist. Er weist in seinem Außenumfang Spannflächen 289, 290, 291 auf, die jeweils den Spannschiebern 241, 242, 243 zugeordnet sind und deren Radius in Umfangsrichtung zunimmt. Eine Verdrehung des Nockens 288 gegen den die Bezugsebenenplatte 204 bildenden Grundkörper und somit gegen die Spannschieber 241, 242, 243 expandiert diese bis ihre Köpfe in die Spannöffnungen 208, 209, 210 eintreten und entsprechende Spann- und Positionierbolzen festspannen.
Sowohl der Bezugsebenenplatte 104 nach Fig. 4 als auch der Bezugsebenenplatte 204 nach Fig. 5 sind entsprechende Spannplatten mit Spannbolzen zugeordnet, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 beschrieben worden sind, wobei die Spannbolzen jeweils koaxial zu den Spannöffnungen 108, 109, 110, 111 bzw. 208, 209, 210 angeordnet sind. Außerdem sind sie in oben beschriebener Weise flexibel ausgebildet, um die federnde Zentrierung der Spannplatte zu übernehmen. Wenn die Spannplatte gegen die Bezugsebenenplatte festgespannt ist, ist die einmal eingestellte Zentrierung durch Haftreibung zwischen der Grundfläche 7 und der Spannfläche 5 unverrückbar festgelegt.
Eine Spanneinrichtung 1 weist zur präzisen Spannung einer Werkstückaufnahmeeinrichtung 2 eine Bezugsebenenplatte 4 und eine Spannplatte 3 auf, die flächig miteinander in Anlage gebracht werden. In der Bezugsebenenplatte 4 sind Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 ausgebildet, denen Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 zugeordnet sind, die an der Spannplatte 3 gehalten sind. Die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 nutzen einen Abschnitt der Wandung 12, 13, 14, 15 der Spannöffnungen 8, 9, 10, 11 als Bezugsfläche, wenn sie federnd gegen diese gepresst werden. Dazu dient eine Festzieheinrichtung 40, die die Spann- und Positionierbolzen 21, 22, 23, 24 nicht nur axial spannt sondern auch in einer unterschiedlichen Radialrichtung gegen die Bohrungswandung drückt.

Claims

1. Spanneinrichtung (1), insbesondere zum Spannen von Werkstücken zur spanenden Bearbeitung,
mit einer Bezugsebenenplatte (4), die eine ebene Spannfläche (5), die eine Bezugsebene (6) festlegt, und wenigstens zwei Spannöffnungen (8, 9) mit Wandungen (12, 13) aufweist, an denen jeweils wenigstens eine Bezugsfläche (16, 17) ausgebildet ist,
mit einer Spannplatte (3), die eine auf die Spannfläche (5) aufzusetzende ebene Grundfläche (7) und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (21, 22) aufweist, die den Spannöffnungen (8, 9) zugeordnet sind und die jeweils eine Positionierfläche (37, 38) aufweisen, die den Bezugsflächen (16, 17) zugeordnet sind, und
mit einer Festzieheinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, die Spann- und Positionierbolzen (21, 22) mit einer Axialkraft und einer überlagerten Radialkraft zu beaufschlagen, um mittels der Axialkraft die Grundfläche (7) der Spannplatte (3) gegen die Spannfläche (5) der Bezugsebenenplatte (4) zu pressen und um mittels der Radialkraft die Spann- und Positionierbolzen (21, 22) mit ihren Positionierflächen (37, 38) gegen die Bezugsflächen (16, 17) zu drücken.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Spannfläche (5) eine durchgehend ausgebildete, nur durch die Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) unterbrochene Fläche ist.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Grundfläche (7) eine durchgehende, zusammenhängende Fläche ist.

4. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) eine solche Größe und Position aufweisen, dass sie, wenn sie in entspanntem Zustand in die Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) ragen, mit ihren Positionierflächen (37, 38) von den Bezugsflächen (16, 17, 18, 19) entfernt sind.

5. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) in Bezug auf die Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) ein Untermaß aufweisen.

6. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) in Radialrichtung federnd ausgebildet sind.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Federhub der Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) größer ist als der Abstand der Positionierflächen (37, 38) der Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) von den Bezugsflächen (16, 17, 18, 19).

8. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsflächen (16, 17, 18, 19) der Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) und die Positionierflächen (37, 38) der Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) jeweils zylindrisch gewölbt sind.

9. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) eine zylindrische Grundform und eine Spannausnehmung (31, 32) aufweisen.

10. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannausnehmung (31, 32) eine keilförmige Ausnehmung ist.

11. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannausnehmung (31, 32) kegelstumpfförmige Begrenzungsflächen aufweist.

12. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier Spannöffnungen (8, 9, 10, 11) und vier Spann- und Positionierbolzen (21, 22, 23, 24) vorgesehen sind.

13. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (4) der Bezugsebenenplatte (4) zugeordnet ist, und dass die Festzieheinrichtung (40) einander gegenüberliegende Spannbolzen (21, 22, 23, 24) paarweise voneinander weg spannt.

14. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (237) in der Bezugsebenenplatte (204) angeordnet ist, und dass die Festzieheinrichtung (237) die Spannbolzen von einem Spannzentrum (287) radial weg gerichtet spannt.

15. Spanneinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (37) Spannschieber (41, 42, 43, 44) aufweist, die zu den Spannbolzen (8. 9. 10, 11) radial verschiebbar gelagert sind.

16. Spanneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschieber (41, 42, 43, 44) zueinander synchron angetrieben sind.

17. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannschiebern (41, 42, 43, 44) jeweils eine Rückzugseinrichtung (66, 67) zugeordnet ist.

18. Spanneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschieber (41, 42, 43, 44) durch ein Keilgetriebe (65) mit einer Antriebseinrichtung (59) verbunden sind.

19. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschieber (141, 142, 143, 144) über ein hydraulisches Getriebe (187) mit einer Antriebseinrichtung (186) verbunden sind.

20. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Spannbolzen (41, 42, 43, 44) eine Vorzentrierungseinrichtung (26, 28) zugeordnet ist.

21. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem Spannbolzen (41, 42, 43, 44) eine Abdrückeinrichtung (71, 72) zugeordnet ist.