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Die
Erfindung betrifft ein Spannelement für Werkstücke, insbesondere Schraubstock,
mit einer ersten Spannbacke und einer zweiten Spannbacke, welche
an einem Schlittenbett gelagert sind.
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Derartige
Spannelemente, nämlich
Schraubstöcke,
sind aus der Praxis bekannt wie folgt. Die bisherigen Schraubstöcke erzeugen
auf mechanischem, hydraulischem oder pneumatischem Weg eine Spannkraft,
die über
den zu spannenden Gegenstand, also im Allgemeinen ein Werkstück von den
als Gegenlager wirkenden Spannbacken aufgenommen wird. Dabei entsteht
ein Biegemoment auf ein die Spannbacken führendes Schlittenbett, welches
durch die Steifigkeit dieses Schlittenbettes aufgefangen werden
muß. Dieses
führt zu
elastischen Verformungen des Schlittenbettes, welche zu Lasten der
Bearbeitungsgenauigkeiten gehen. Für hochgenau zu bearbeitende
Werkstücke
ist es deshalb bei den bekannten Schraubstöcken notwendig, das Schlittenbett
immer steifer und damit schwerer zu bauen. Dabei ist auch zu berücksichtigen,
daß aufgrund
verbesserter Werkzeuge heutzutage höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten
und damit einhergehende höhere
Bearbeitungskräfte
auf das Werkstück einwirken,
die mit einer Erhöhung
der vom Schraubstock auszuübenden
Spannkraft aufgefangen werden müssen.
Diese erhöhte
Spannkraft bedingt wiederum ein größeres Biegemoment.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Spannelement,
insbesondere einen Schraubstock, zu schaffen, bei dem konstruktionsbedingt
ein Biegemoment auf das Schlittenbett vermieden ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist das erfindungsgemäße Spannelement dadurch gekennzeichnet,
daß die
Resultierenden der infolge der auf die Spannbacken einwirkenden
Spannkräfte
von den Spannbacken in das Schlittenbett eingeleiteten Kräfte in der
Ebene der neutralen Faser des Schlittenbettes liegen.
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Beim
Spannen eines Werkstücks
ergibt sich ein Kraftkreislauf vom Werkstück über die Spannbacken und das
Schlittenbett infolge der Spannkräfte. Erfindungsgemäß ist nun
dafür gesorgt,
daß die
dabei in das Schlittenbett eingeleitete Kraft in der Ebene der neutralen
Faser des Schlittenbettes liegt. Dadurch werden im Schlittenbett
nur noch reine Zug- oder Druckkräfte
in Längsrichtung
des Schlittenbettes wirksam. Ein Biegemoment auf das Schlittenbett tritt
nicht mehr auf.
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Die
erfindungsgemäße Krafteinleitung
in das Schlittenbett kann nach einer konstruktiven Ausgestaltung
der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die erste Spannbacke und/oder
zweite Spannbacke mittels jeweils eines Gelenkbolzens an einem Schlittenbett
abstützen,
wobei Bohrungen für
die Gelenkbolzen in einer neutralen Faser des Schlittenbettes angeordnet
sind. Hierdurch reduziert sich der Hebelarm, mit dem Kräfte infolge
der Spannkräfte
in das Schlittenbett eingeleitet werden, auf null, so daß ein Biegemoment
vollständig
vermieden ist. Je nach dem, ob die Spannbacken als einarmige Hebel
oder als zweiarmige Hebel ausgebildet sind, ergeben sich nur Druck-
bzw. Zugkräfte
auf das Schlittenbett. Dementsprechend übt das Betätigungsorgan Zug- oder Druckkräfte auf
die Spannbacken aus.
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Die
Spannbacken sind vorzugsweise als zweiarmige Hebel ausgebildet,
wobei jeweils dem einen Hebelarm eine Spannfläche zugeordnet ist und der
andere Hebelarm auf eine Schubstange einwirkt. Die Spannvorrichtung
wird als gleichsam auf eine dem Werkstück gegenüberliegende Seite der neutralen
Faser dupliziert, nur daß hier
anstelle des Werkstücks
auf die Schubstange eingewirkt wird. Sind die Hebelarme jeweils
an den Spannbacken gleich lang ergeben sich gleich Kräfte auf
die Schubstange und das Werkstück.
Bei bekannten Schraubstöcken
wirkt aufgrund der Montageart der festen Spannbacke immer auch eine
Kraftkomponente senkrecht zur Spannkraft auf das Schlittenbett ein.
Dieses ist mit der vorstehend beschriebenen Weiterbildung vermieden.
Schon dadurch ergibt sich unabhängig vom Grundgedanken
der Erfindung eine erhebliche Reduktion des auf das Schlittenbett
einwirkenden Biegemomentes, so daß diese Weiterbildung auch
unabhängig
vom Grundgedanken vorteilhaft eingesetzt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion
bietet darüber
hinaus noch einen weiteren Vorteil. Aufgrund der Durchbiegung des
Schlittenbettes und auch aufgrund der Druckkräfte auf die Spannbacken werden bei
bekannten Spannelementen die Spannbacken nach außen „abkippen". Dieses wurde bei den bekannten Spannelementen
durch relativ komplizierte Maßnahmen,
sogenannte Niederzugelemente oder Niederzugbacken, kompensiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannelement
sind diese Maßnahmen nicht
mehr erforderlich, insbesondere wenn die Gelenkbolzen für die Spannbacken
so angeordnet sind, daß sich
an den Spannflächen
eine nach unten gerichtete Bewegungskomponente ergibt.
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Als
Betätigungsorgan
kann vorzugsweise ein Druckmittelzylinder dienen. Auch eine Kniehebelmechanik,
Spindeltriebe oder andere mechanische, hydraulische, pneumatische
oder magnetische Lösungen
sind denkbar.
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Die
bekannten Schraubstöcke
werden zum Teil über
eine externe Hydraulikversorgung direkt mit Druckmittel betätigt. Darüber hinaus
werden aber auch Schraubstöcke
verwendet, bei denen mittels einer Spindel ein Hydraulikkolben betätigt wird.
Der Spannbacke ist dann ein Kolben größeren Durchmessers zugeordnet.
Hierdurch wird die durch die Spindel ausgeübte Kraft im Verhältnis der
Flächen der
beiden Kolben verstärkt
und als Spannkraft zur Verfügung
gestellt. Derartige Schraubstöcke
werden auch als Schraubstöcke
mit hydraulischer Kraftverstärkung
bezeichnet.
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Bei
Schraubstöcken
mit hydraulischer Kraftverstärkung,
aber auch bei direkt hydraulisch angetriebenen Schraubstöcken, ist
die zur Verfügung
stehende Spannkraft bzw. die Kraftübersetzung durch den Hydraulikdruck
und den zur Verfügung
stehenden Bauraum für
die Kolbenflächen
begrenzt.
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Das
erfindungsgemäße Spannelement
verfügt
zur Vermeidung des vorstehend beschriebenen Nachteils nach einer
allerdings auch unabhängig denkbaren
Weiterbildung neben einem ersten Druckmittelzylinder der eine der
beiden Spannbacken betätigt, über einen
weiteren Druckmittelzylinder, der die jeweils andere Spannbacke
betätigt.
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Die
zweite Spannbacke verfügt
demnach über
eine eigene Druckmittelversorgung und entfaltet ihrerseits eine
Spannkraft zusätzlich
zur Spannkraft der ersten Spannbacke. Die Gesamtspannkraft ist damit
um die durch die zweite Spannbacke zur Verfügung stehenden Spannkraft erhöht.
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Vorzugsweise
ist der weitere Druckmittelzylinder mit dem ersten Druckmittelzylinder
hydraulisch bzw. pneumatisch gekoppelt. Es braucht so nur eine einzige
Druckmittelversorgung vorgesehen zu werden. Darüber hinaus ergibt sich an beiden
Druckmittelzylindern der gleiche Druckmitteldruck. So ist es konstruktiv
am einfachsten, wenn der weitere Druckmittelzylinder und der erste
Druckmittelzylinder über eine
Bypaßleitung
miteinander verbunden sind. Diese Lösung bietet sich insbesondere
auch für Schraubstöcke mit
hydraulischer Kraftverstärkung an,
bei denen die Spindelkraft in den Druckmitteldruck für den ersten
und den weiteren Druckmittelzylinder umgesetzt wird. Wenn dann noch
die Kolbenflächen
des ersten Druckmittelzylinders und des weiteren Druckmittelzylinders
identisch sind, ergeben sich für
beide Spannbacken gleiche Spannkräfte.
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Der
weitere Druckmittelzylinder ist vorzugsweise in einem Schlittenbett
des Spannelements angeordnet. In der Praxis sind Schlittenbette
U-förmige Profile,
auf deren Oberseiten die Spannbacken geführt sind. In dem Schlittenbett
ist unterhalb der Spannbacken genügend Raum vorhanden, den weiteren
Druckmittelzylinder aufzunehmen, so daß sich die Baugröße des Spannelementes
insgesamt nicht verändert.
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Weitere
Merkmale der Erfindung beziehen sich auf konstruktive Ausgestaltungen
des Spannelementes.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Spannelementes, nämlich
einen Schraubstock, mit den Erfindungsmerkmalen in perspektivischer
Darstellung,
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2 den
Schraubstock gemäß 1 in Rückansicht,
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3 den
Schraubstock gemäß 1 in Seitenansicht,
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4 den
Schraubstock gemäß 1 in Draufsicht,
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5 den
Schraubstock gemäß 1 in
einer Schnittdarstellung in der Ebene V-V gemäß 2,
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6 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Spannelementes, nämlich
einen Schraubstock, mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Spannelementes, nämlich
einen Schraubstock, mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt.
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Bei
dem in den 1 bis 5 dargestellten Spannelement
handelt es sich um einen Schraubstock 10. Dieser Schraubstock 10 weist
ein Schlittenbett 11 und eine „feste" Spannbacke 12 sowie eine verschiebliche
Spannbacke 13 auf. Dabei ist die „feste" Spannbacke 12 nur insoweit
fest, als daß sie
beim Spannen eines Werkstücks
nicht direkt über
einen größeren Weg
bestätigt
wird, was aus der nachfolgenden Beschreibung noch weiter deutlich
wird.
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Bei
der Spannbacke 13 handelt es sich um eine Spannbacke mit
hydraulischer Kraftverstärkung. Betätigt wird
die Spannbacke 13 über
eine Spindel 14. Mittels der Spindel 14 wird die
Spannbacke 13 solange an das Werkstück herangefahren, bis sie zur Anlage
an den Werkstück
kommt. Sodann übt
die Spindel 14 nur noch einen Druck auf eine Hydraulikflüssigkeit
in einem Hydraulikzylinder 15 aus, die ihrerseits eine
weitere Kolbenfläche
innerhalb der Spannbacke 13 ändert in an sich bekannter
Art beaufschlagt. Die Spannbacke 13 verfügt über eine
Anschlußmöglichkeit
für eine
externe Hydraulikleitung. Dieses ist bereits beim Stand der Technik
der Fall, um die vorliegende Spannbacke 13 gegebenenfalls auch
an eine externe Hydraulikleitung anschließen zu können. An diesen Hydraulikanschluß ist über eine
Hydraulikverschraubung 16 eine Bypaßleitung 17 angeschlossen.
Unterhalb der Spannbacke 13 ist ein weiterer Druckmittelzylinder 18 vorgesehen,
welcher über
die Bypaßleitung 17,
die über
eine weitere Hydraulikverschraubung 19 an dem weiteren
Druckmittelzylinder 18 angeschossen ist, mit Druckmittel beaufschlagt
wird.
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Die
Spannbacke 13 ist als zweiarmiger Hebel ausgebildet und über einen
Gelenkbolzen 20 am Schlittenbett 11 gehalten.
Der obere Hebelarm der Spannbacke 13 ist mit dem Druckmittelzylinder 15 und
der Spindel 14 sowie einer Druckplatte 21 zum Spannen
des Werkstücks
verbunden. Am unteren Hebelarm der Spannbacke 13 ist eine
Zylinderbohrung 22 des weiteren Druckmittelzylinders 18 vorgesehen,
in der ein Kolben 23 geführt ist.
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Die
zweite Spannbacke 12 ist ebenfalls als zweiarmiger Hebel
ausgebildet, wobei der obere Hebelarm eine Druckplatte 24 zum
Spannen des Werkstücks
trägt.
Die Spannbacke 12 ist ihrerseits über einen Gelenkbolzen 25 gelenkig
mit dem Schlittenbett 11 verbunden. Am unteren Hebelarm
ist über
einen Gelenkbolzen 26 eine Schubstange 27 angebracht, die
ihrerseits durch den Kolben 23 des weiteren Druckmittelzylinders 18 betätigbar ist.
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Um
die Spannweite des Schraubstocks 10 einstellen zu können, sind
in an sich bekannter Weise Bohrungen 29 im Schlittenbett 11 vorgesehen.
Entsprechend sind ebenfalls in der Schubstange 27 Bohrungen 30 vorgesehen,
so daß jeweils
durch Umstecken der Gelenkbolzen 25 und 26 die
Spannbacke 12 versetzt und so die Spannweite des Schraubstocks angepaßt werden
kann. Ferner ist im Schlittenbett 11 eine der Anzahl der
Bohrungen 30 in der Schubstange 27 entsprechende
Anzahl von Bohrungen 31 vorgesehen, deren Durchmesser um
ein ausreichendes Maß größer bemessen
ist als der Durchmesser des Gelenkbolzens 26, damit dieser
sich beim Betätigen der
Schubstange 27 frei in der jeweiligen Bohrungen 31 bewegen
kann. Alternativ kann in diesem Bereich in dem Schlittenbett 11 auch
ein Langloch vorgesehen sein.
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Die
Gelenkbolzen 25 und 26 sind weiter außen angeordnet,
als die Spannflächen 21 und 24. Beim
Spannen des Werkstücks
ergeben sich daher auf die Spannflächen 21 und 24 auf
das Schlittenbett 11 gerichtete Bewegungskomponenten, die
einen Niederzugeffekt auf das zu spannende Werkstück ausüben.
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Der
insoweit beschriebene Schraubstock 10 arbeitet nun wie
folgt. Die Druckplatte 21 wird zunächst durch Betätigen der
Spindel 14 in Anlage an das Werkstück gebracht. Sodann wird der
erste Hydraulikkolben 15 wirksam und bewirkt die Kraftverstärkung der
Spannkraft. Gleichzeitig wird der dabei erzeugte Hydraulikdruck
im ersten Druckmittelzylinder 15 über die Bypaßleitung 17 zum
weiteren Druckmittelzylinder 18 geführt, so daß die Schubstange 27 über den
Gelenkbolzen 26 die zweite Spannbacke 12 betätigt. Die
Druckplatte 24 kippt dabei ebenfalls gegen das Werkstück und entfaltet
ihrerseits eine durch den Druck im Druckmittelzylinder 18 sowie
die Kolbenfläche
des Kolbens 23 und das Verhältnis der Hebelarme an der
Spannbacke 12 bestimmte Druckkraft bzw. Spannkraft auf
das Werkstück.
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Eine
weitere Besonderheit bei dem gezeigten Schraubstock ist, daß die Bohrungen 29 in
der neutralen Faser 32 (bezogen auf das Flächenträgheitsmoment)
des Schlittenbettes 11 angeordnet sind. Hierdurch werden
keine Biegekräfte
in das Schlittenbett 11 eingeleitet. Vielmehr wird das
Schlittenbett 11 lediglich auf Zug belastet. Die Spannflächen 21, 24 einerseits
und die Schubstange 27 anderseits sind dabei einander gegenüberliegenden Seiten
der neutralen Faser 32 angeordnet.
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Alternativ
zur mechanischen Betätigung über die
Spindel 14 kann die Spannkraft aber auch über eine
externe Hydraulikversorgung aufgebracht werden. Zu diesem Zweck
wird an geeigneter Stelle beispielsweise an der Bypaßleitung 17 ein
zusätzlicher Anschluß für die externe
Hydraulikversorgung vorgesehen.
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6 zeigt
eine Ausführungsbeispiel
für einen
Schraubstock 33, bei dem die Spannbacken 34 und 35 als
einarmige Hebel ausgebildet sind und über Gelenke 36, 37 am
Schlittenbett 11 gelagert sind. Die Gelenke 36, 37 sind
wieder in der neutralen Faser 32 angeordnet. Betätigt werden
die Spannbacken 34, 35 über parallel zur neutralen
Faser 32 verlaufende Zugstangen 38, welche mittels
eines Druckmittelzylinders 39 zusammengezogen werden.
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Der
in 7 gezeigte Schraubstock 40 mit zwei Spannbacken 41, 42.
Die eine Spannbacke 41 ist gelenkig am Schlittenbett 11 gelagert,
wobei das Gelenk 43 wieder in der neutralen Faser 32 des Schlittenbettes 11 liegt.
Die andere Spannbacke 42 wird über einen Druckmittelzylinder 44 am
Schlittenbett 11 gelagert, dessen Betätigungsrichtung in der neutralen
Faser 32 angeordnet ist und der mittels eines Gelenkes 45 an
der Spannbacke 42 angreift, welches wieder in der neutralen
Faser 32 liegt. Die Spannbacken 41, 42 sind
als zweiarmige Hebel ausgebildet, wobei jeweils dem einen Hebelarm
die Spannfläche 21, 24 zugeordnet
ist. An dem anderen Hebelarm sind die Spannbacken 41, 42 über eine
parallel zur neutralen Faser 32 verlaufende Schubstange 46 miteinander
gekoppelt. Die Schubstange 46 liegt, wie auch beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 bis 5,
auf der den Spannflächen 21, 24 gegenüberliegenden
Seite der neutralen Faser 32.
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Selbstverständlich ist
es beim Ausführungsbeispielen
gemäß 6 und 7 auch
möglich, beiden
Spannbacken 34, 35 bzw. 41, 42 jeweils
eigene Druckmittelzylinder zuzuordnen.
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- 10
- Schraubstock
- 11
- Schlittenbett
- 12
- Spannbacke
- 13
- Spannbacke
- 14
- Spindel
- 15
- Druckmittelzylinder
- 16
- Hydraulikverschraubung
- 17
- Bypaßleitung
- 18
- Druckmittelzylinder
- 19
- Hydraulikverschraubung
- 20
- Gelenkbolzen
- 21
- Druckplatte
- 22
- Zylinderbohrung
- 23
- Kolben
- 24
- Druckplatte
- 25
- Gelenkbolzen
- 26
- Gelenkbolzen
- 27
- Schubstange
- 28
- Frei
- 29
- Bohrung
- 30
- Bohrung
- 31
- Bohrung
- 32
- Neutrale
Faser
- 33
- Schraubstock
- 34
- Spannbacke
- 35
- Spannbacke
- 36
- Gelenk
- 37
- Gelenk
- 38
- Zugstange
- 39
- Druckmittelzylinder
- 40
- Schraubstock
- 41
- Spannbacke
- 42
- Spannbacke
- 43
- Gelenk
- 44
- Druckmittelzylinder
- 45
- Gelenk