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Abstract

Verfahren zum Spannen und anschließenden Bearbeiten eines scheiben- und/oder ringförmigen Werkstückes (1), wobei das Werkstück (1) auf eine Auflagefläche (3) eines Auflageelementes (2) aus elastomerem Material aufgelegt wird, wobei mit einem aus einem elastomeren Material bestehenden Spannmittel (5) einer Spannvorrichtung (4) das Werkstück (1) gegen die Auflagefläche (3) gepresst wird und dabei gleichzeitig senkrecht zur Werkstückachse (x) fixiert wird, wobei als Spannmittel (5) ein O-Ring verwendet wird, der während des Spannvorganges eine radiale Zustellbewegung gegen das Werkstück (1) und dabei gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse (x) ausführt, wobei die Spannkräfte durch Querschnittsverformung des O-Rings verstärkt werden und das Werkstück (1) in Richtung der Auflagefläche (3) gedrückt wird, und wobei das Werkstück (1) anschließend mit einem Werkzeug (14) bearbeitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spannen und anschließenden Bearbeiten eines scheiben- und/oder ringförmigen Werkstückes.
  • Dünnwandige scheiben- und/oder ringförmige Werkstücke benötigen für eine einseitige, mechanische Bearbeitung eine Aufspannung, welche die auftretenden Bearbeitungskräfte aufnimmt, ohne dabei die eigene Form und Lage zu verändern. Bei Werkstücken, die eine ebene bzw. geometrisch gleichmäßige Referenz- oder Anlagefläche besitzen, kann eine Aufspannung mit üblichen Spanneinrichtungen wie Spannfutter, Zangenfutter und Magnetfutter erfolgen. Ist jedoch eine solche Anlagefläche nicht vorhanden, z. B. bei unbearbeiteten Guss- und Schmiedeteilen oder bei Teilen, die durch eine Wärmebehandlung einen Verzug haben, so sind die bekannten Spannmittel nicht mehr einsetzbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn hohe Anforderungen an eine genaue und gleichmäßige Form- und Oberflächengüte gestellt werden. In solchen Fällen lassen sich die Werkstücke nur mit aufwändigen, wenig flexiblen Mitteln aufnehmen bzw. spannen. Beispiele dafür sind Eingießen, Ankleben oder die Verwendung einer Hydrolock-Spannzange.
  • Bei einem aus DE 1 216 654 B bekannten Verfahren wird das zu bearbeitende Werkstück mit einer Spannmutter zentriert und axial gespannt. Zur Werkstückzentrierung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ein axial verformbares elastisches Element aufweist.
  • Aus DE 42 02 474 A1 ist eine Vorrichtung zum Spannen von komplex geformten Spritzgussteilen, z. B. Gehäuseteilen für Ölpumpen von Kraftfahrzeugen, bekannt. Die Vorrichtung weist eine zweiteilige Form auf, deren Formhälften mit einem elastischen Werkstoff ausgekleidet sind.
  • Vor dem Hintergrund der eingangs beschriebenen Problematik besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spannen eines Werkstückes anzugeben, die ein präzises Aufspannen scheiben- oder ringförmiger Werkstücke ohne Formänderung des Werkstückes ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Spannen und anschließenden Bearbeiten eines scheiben- und/oder ringförmigen Werkstückes nach Anspruch 1. Das Werkstück wird auf eine Auflagefläche eines Auflageelementes aus elastomerem Material aufgelegt und mit einem aus einem elastomeren Material bestehenden Spannmittel einer Spannvorrichtung entgegen die Auflagefläche gepresst. Dabei wird das Werkstück gleichzeitig senkrecht zur Werkstückachse fixiert. Anschließend wird das Werkstück mit einem Werkzeug bearbeitet. Die Spannvorrichtung ist im Aufbau und in der Handhabung einfach und kann leicht durch Wechselteile an unterschiedliche Werkstückgeometrien angepasst werden. Die Spannvorrichtung baut im betätigten Zustand vorzugsweise eine radiale und eine axiale Kraft zum Werkstück auf. Die axiale Kraft drückt das Werkstück gegen das elastische Auflageelement, während die Radialkraft das Werkstück zentriert. Die Steifigkeit der elastischen Elemente und die Größe der axialen und radialen Spannkräfte sind abhängig von den auftretenden Bearbeitungskräften und zweckmäßigerweise so auszulegen, dass die Werkstückverformung durch den Spannvorgang und die Werkstückbewegung am geringsten ist.
  • Zur Fixierung des Werkstückes führt das Spannmittel während des Spannvorganges eine radiale Zustellbewegung gegen das Werkstück und dabei gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse aus. Als Spannmittel wird ein O-Ring verwendet.
  • Vorzugsweise werden die auf das Werkstück einwirkenden axialen Bearbeitungskräfte des Werkzeuges so eingestellt, dass die Resultierende dieser Kräfte in der Nähe der Werkstückachse liegt. Dadurch wird während des Bearbeitungsvorganges, der beispielsweise in einem Schleifen, Honen oder Fräsen bestehen kann, eine unkontrollierte Verlagerung der Werkstückrotationsachse gegenüber der Spindelachse des Werkzeuges vermieden. Die Größe der von dem Spannmittel aufgebrachten Axialkraft entspricht zweckmäßigerweise im Wesentlichen der durch die Bearbeitung auf das Werkstück einwirkenden Gesamtaxialkraft. Auf diese Weise entsteht ein Gleichgewicht zwischen axialer Vorspannung des elastischen Auflageelementes und der Bearbeitungskraft und eine Werkstückverformung tritt nicht auf.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Spannen eines Werkstückes nach Anspruch 4 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 und 6 beschrieben.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spannen eines Werkstückes im ungespannten Zustand,
  • 2 die in 1 dargestellte Vorrichtung bei festgespanntem Werkstück und
  • 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zum Spannen eines ringförmigen Werkstückes 1. Die Vorrichtung weist ein aus einem elastomeren Material bestehendes Auflageelement 2 mit einer Auflagefläche 3 auf, auf die das Werkstück 1 auflegbar ist. In den 1 und 2 ist die Auflagefläche 3 senkrecht zur Werkstückachse x ausgerichtet. Die Vorrichtung weist ferner eine Spannvorrichtung 4 mit einem Spannmittel 5 aus einem elastomeren Material auf. Das Spannmittel 5 ist zur Fixierung des Werkstückes 1 gegen dieses zustellbar. Das Spannmittel 5 besteht aus einem O-Ring, der – wie aus einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 2 ersichtlich – während des Spannvorgangs eine radiale Zustellbewegung gegen das Werkstück 1 und dabei gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse x ausführt. Der O-Ring 5 liegt an seiner Innenseite an einer bereichsweise konisch ausgebildeten Hülse 6 an, so dass der Konus 7 den O-Ring 5 durch eine axiale Bewegung der Hülse 6 entgegen der Konusöffnung gegen eine Innenringoberfläche 8 des Werkstückes 1 andrückt. Das Aufbringen der Andrückkraft der Hülse 6 erfolgt durch vorgespannte Federn 9. Durch einen Kolben 10 mit ringförmiger Andrückfläche 11 kann die Hülse 6 nach oben bewegt werden, um das Werkstück 1 freizugeben. An der Innenringoberfläche 8 des Werkstückes 1 liegt ferner ein an die Werkstückform angepasstes Wechselteil 12 an, das die Spannvorrichtung 4 abdeckt und das Werkstück 1 beim Auflegen auf die Auflagefläche 3 vorjustiert. Ferner sind Greifer 13 für eine Werkstückbe- und entladung vorgesehen.
  • Während des Spannvorganges wird das Werkstück 1 zunächst auf die Auflagefläche 3 aufgelegt und anschließend mit dem Spannmittel 5 gegen die Auflagefläche 3 gepresst und dabei gleichzeitig senkrecht zur Werkstückachse x fixiert. Nachfolgend wird das Werkstück 1 mit einem Werkzeug 14, beispielsweise einem Schleif-, Hon- oder Fräswerkzeug, bearbeitet. Zur Fixierung des Werkstückes 1 führt der O-Ring 5 während des Spannvorganges eine radiale Zustellbewegung gegen das Werkstück 1 und gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse x aus. Während des Spannvorganges wird der O-Ring 5 durch die Hülse 6 zunächst gleichzeitig nach außen und unten verschoben, bis er an der Innenringoberfläche 8 des Werkstückes 1 zur Anlage kommt. Danach werden die Spannkräfte durch Querschnittsverformung des O-Rings 5 verstärkt und das Werkstück 1 gezielt in Richtung Auflagefläche 3 gedrückt. Unterseitig liegt der O-Ring 5 dabei an einer schräg nach außen abfallenden, ringförmigen Anschlagfläche 16 an. Die Höhe der Spannkraft kann durch Art und Anzahl der Federn 9 bestimmt werden. Während der Werkstückbearbeitung werden die auf das Werkstück 1 einwirkenden axialen Bearbeitungskräfte des Werkzeuges 14 so eingestellt, dass die Resultierende F dieser Kräfte in der Nähe der Werkstückachse x liegt. Die Größe der von dem O-Ring 5 aufgebrachten Axialkraft entspricht im Wesentlichen der durch die Bearbeitung auf das Werkstück 1 einwirkenden Gesamtaxialkraft. Nach erfolgter Bearbeitung des Werkstückes 1 wird die Spannung gelöst, indem die Hülse 6 durch den Kolben 10 nach oben bewegt wird und der O-Ring 5 sich durch Eigenspannung vom Werkstück 1 entfernt, so dass dieses zur Entnahme freigegeben ist.
  • Den 1 und 2 ist ferner zu entnehmen, dass das Werkstück 1 zusätzlich zur Auflagefläche 3 außenseitig an einem Stützring 15 aus elastomerem Material, der ebenfalls als O-Ring ausgebildet sein kann, abgestützt ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im Unterschied zu bekannten Einrichtungen sowohl das Auflageelement 2 als auch das Spannmittel 5 aus elastischem Material, wobei das Auflageelement 2 im Ausführungsbeispiel als scheibenförmiger Ring ausgebildet ist.
  • Das Wechselteil 12 und die Hülse 6 können auch fest miteinander verbunden werden. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist ein Einsatz 17 vorgesehen, der die Funktionen des Wechselteils und der Hülse erfüllt. Die Vorrichtung ist im ungespannten Zustand dargestellt, bei der das Werkstück 1 eingesetzt oder entnommen werden kann. Der Spannvorgang wird durch Absenken des Kolbens 10 bewirkt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Spannen und anschließenden Bearbeiten eines scheiben- und/oder ringförmigen Werkstückes (1), wobei das Werkstück (1) auf eine Auflagefläche (3) eines Auflageelementes (2) aus elastomerem Material aufgelegt wird, wobei mit einem aus einem elastomeren Material bestehenden Spannmittel (5) einer Spannvorrichtung (4) das Werkstück (1) gegen die Auflagefläche (3) gepresst wird und dabei gleichzeitig senkrecht zur Werkstückachse (x) fixiert wird, wobei als Spannmittel (5) ein O-Ring verwendet wird, der während des Spannvorganges eine radiale Zustellbewegung gegen das Werkstück (1) und dabei gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse (x) ausführt, wobei die Spannkräfte durch Querschnittsverformung des O-Rings verstärkt werden und das Werkstück (1) in Richtung der Auflagefläche (3) gedrückt wird, und wobei das Werkstück (1) anschließend mit einem Werkzeug (14) bearbeitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Werkstück (1) einwirkenden axialen Bearbeitungskräfte des Werkzeuges (14) so eingestellt werden, dass die Resultierende dieser Kräfte in der Nähe der Werkstückachse (x) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der von dem Spannmittel (5) aufgebrachten Axialkraft im Wesentlichen der durch die Bearbeitung auf das Werkstück (1) einwirkenden Gesamtaxialkraft entspricht.
  4. Vorrichtung zum Spannen eines Werkstückes zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem aus einem elastomeren Material bestehenden Auflageelement (2) mit einer Auflagefläche (3), auf die ein scheiben- und/oder ringförmiges Werkstück (1) auflegbar ist, und einer Spannvorrichtung (4) mit einem O-Ring aus einem elastomeren Material als Spannmittel (5), welches zur Fixierung des Werkstückes (1) gegen dieses zustellbar ist und während des Spannvorgangs eine radiale Zustellbewegung und dabei gleichzeitig eine Bewegung parallel zur Werkstückachse (x) ausführt, wobei an einer Innenringoberfläche (8) des Werkstückes (1) ein an die Werkstückform angepasstes Wechselteil (12) anliegt, das die Spannvorrichtung (4) abdeckt und das Werkstück (1) beim Auflegen auf die Auflagefläche (3) vorjustiert.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (5) an seiner Innenseite an einer bereichsweise konisch ausgebildeten Hülse (6) anliegt, so dass der Konus (7) den O-Ring (5) durch eine axiale Bewegung der Hülse (6) entgegen der Konusöffnung gegen eine Innenringoberfläche (8) des Werkstückes (1) andrückt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Andrückkraft der Hülse (6) durch vorgespannte Federn (9) erfolgt.
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