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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spanneinrichtung für Gegenstände, z. B. für zu bearbeitende Werkstücke, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Eine Spanneinrichtung dieser Art ist bekannt aus
DE 41 14 884 A1 . Diese Spanneinrichtung enthält im Inneren des Gehäuses verlaufende Hydraulikkanäle, über die gesteuert Hydraulikflüssigkeit zur hydraulischen Beaufschlagung der als Kolben ausgebildeten Spannelemente geführt wird. Die Spanneinrichtung benötigt ein besonderes Hydraulikaggregat sowie eine entsprechende Steuereinrichtung zur Ansteuerung mittels Hydraulik. Die Hydraulikflüssigkeit muss durch das Zentrum der Spanneinrichtung nach vorn zu den Spannelementen geführt werden. Es sind entsprechende Ventile und sonstige Hydraulikelemente notwendig. Aufgrund dieser vielen zusätzlichen Bauelemente ist die Spanneinrichtung störanfällig und bedarf besonderer Wartung, um eine ständige Dichtheit im Bereich einzelner abzudichtender Übergänge zu gewährleisten. Aufgrund des notwendigen besonderen Hydraulikaggregates mit Steuereinrichtung ist das Einsatzgebiet der Spanneinrichtung eingeschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach, kompakt und kostengünstig gestaltet ist und bei der auf ein besonderes Hydraulikaggregat mit Ansteuerung und entsprechenden dazugehörigen Elementen verzichtet werden kann.
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Die Aufgabe ist bei einer Spanneinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere Erfindungsmerkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den daran anschließenden übrigen Ansprüchen.
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Durch die Erfindung ist eine Spanneinrichtung geschaffen, die einfach, kompakt und kostengünstig ist. Die Spanneinrichtung benötigt kein besonderes Hydraulikaggregat und auch keine Steuereinrichtung mit Ansteuerung. Besondere in das Innere des Gehäuses führende Hydraulikkanäle sind ebenfalls nicht erforderlich. Die Spanneinrichtung arbeitet statt dessen in mechanischer Weise mit Hydraulikübertragung mittels einer in einem geschlossenen System enthaltenen Hydraulikflüssigkeit als Kraftübertragungsmedium zu den Spannelementen, wobei diese Hydraulikübertragung im Inneren des Gehäuses enthalten ist und keinerlei äußere Zuleitungen für die Funktion benötigt. Zur Betätigung der Spanneinrichtung wird lediglich die Betätigungseinrichtung mechanisch mit einer maschinenseitig aufzubringenden Verschiebekraft beaufschlagt. Das in sich geschlossene System ist praktisch wartungsfrei, zumindest wartungsfreundlich, da keinerlei Ölabdichtungsstellen für etwaige einzuleitende Hydraulikflüssigkeit vorhanden sind, die undicht werden könnten und der Überwachung und Wartung bedürften. Die Spanneinrichtung ist praktisch frei von irgendeiner Störanfälligkeit. Von Vorteil ist ferner, dass das verwirklichte System der Kraftübertragung mit Hydraulikübertragung auf die Spannelemente für verschiedene Futterarten und Gestaltungen zum Einsatz kommen kann. Die Spanneinrichtung kann mit dieser Konzeption als Außenspannfutter oder stattdessen auch als Innenspannfutter gestaltet werden. Die Spanneinrichtung hat den Vorteil, dass zunächst bei der Einleitung des Spannvorganges sich einige Spannbacken oder alle sanft an den zu spannenden Gegenstand anlegen mit einhergehender selbsttätiger Zentrierung, bevor dann von den Spannbacken eine gleichmäßige Spannkraft ausgeübt wird. Beim Antasten des zu spannenden Gegenstandes und zunächst erfolgendem Zentrieren ist eine geringfügige Kraft notwendig, wodurch sich die Spannbacken relativ sanft an den zu spannenden Gegenstand anlegen, bevor eine gleichmäßige Spannkraft mittels der Spannbacken auf den Gegenstand ausgeübt wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt einer Spanneinrichtung 10 für nicht weiter gezeigte Gegenstände, z. B. für zu bearbeitende Werkstücke, wobei sich die Spanneinrichtung 10 in der den nicht gezeigten Gegenstand spannenden Spannstellung befindet. Diese Spannstellung bedingt einen nicht gezeigten gespannten Gegenstand. Bei diesen kann es sich um die verschiedensten Arten und Formen von Gegenständen, insbesondere Werkstücken, handeln.
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Die Spanneinrichtung 10 weist ein nur schematisch dargestelltes Gehäuse 11 auf, das der besseren Übersicht wegen relativ vereinfacht dargestellt ist. Bei dem Gehäuse 11 handelt es sich z. B. um ein zumindest im wesentlichen rotationssymmetrisches Gebilde, was jedoch nicht zwingend ist. Die Spanneinrichtung 10 ist für zumindest drei nicht dargestellte, in etwa gleichen Umfangswinkelabständen voneinander lösbar angeordnete Spannbacken vorgesehen. Diese nicht gezeigten Spannbacken werden von entsprechenden Spannbolzen 12 betätigt, die in jeweiligen Bohrungen 37 des Gehäuses 11 verschiebbar geführt sind. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spanneinrichtung 10 in besonderer Gestaltung als Schrägbolzenfutter ausgebildet, bei dem die Bohrungen 37 schräg zur Spannrichtung gemäß Pfeil 38 verlaufen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spanneinrichtung 10 z. B. für sechs Spannbacken ausgebildet und weist dementsprechend insgesamt sechs Spannbolzen 12 jeweils gleicher Gestaltung auf.
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An den im Inneren 39 des Gehäuses 11 verlaufenden Enden der Spannbolzen 12 tragen diese damit einstückige oder separate, damit lösbar verbundene Mitnehmer 13, die etwa rechtwinklig zur Achse der Spannbolzen 12 zum Inneren 39 des Gehäuses 11 gerichtet sind. Im Inneren 39 des Gehäuses 11 ist ein zentraler, zur Längsmittelachse 40 koaxial angeordneter Einsatz 41 enthalten, der im Zentrum einen etwa topfartigen Zylinder 32 enthält, der entgegen der Spannrichtung gemäß Pfeil 38 offen sein kann. Ferner enthält der Einsatz 41 um den zentralen Zylinder 32 herumgruppierte einzelne Zylinder 36, die auf einem zum zentralen Zylinder 32 konzentrischen Kreis angeordnet sind. Beim gezeigten Beispiel sind insgesamt sechs derartige einzelne Zylinder 36 vorgesehen. Diese sind auf der in Spannrichtung gemäß Pfeil 38 weisenden Seite offen und enthalten jeweils ein darin verschiebliches Spannelement 14. Diese Spannelemente 14 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel als einseitig, nämlich in Spannrichtung gemäß Pfeil 38, hydraulisch beaufschlagbare Kolben ausgebildet. Diese Spannelemente 14 arbeiten mit dem aus dem Zylinder 36 herausragenden, z. B. ballig geformten Ende, auf zugewandte Flächen der Mitnehmer 13, an denen die Spannelemente 14 somit angreifen.
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Wie nachfolgend noch näher beschrieben ist, sind die einzelnen Spannelemente 14 mittels einer Betätigungseinrichtung 15 und hierbei hydraulisch beaufschlagbar. Dabei sind die Mitnehmer 13 zunächst, ausgehend von einer Offenstellung der Spanneinrichtung 10, mittels der Spannelemente 14 gegen eine in Spannrichtung gemäß Pfeil 38 liegende Anschlagfläche 16 der Betätigungseinrichtung 15 bewegbar und zentrierbar. Danach werden die Spannelemente 14 über die Betätigungseinrichtung 15, die in Spannrichtung gemäß Pfeil 38 zugbetätigbar ist, derart beaufschlagt, dass die nicht gezeigten Spannbacken gegen den zu spannenden Gegenstand gelangen und die Anschlagfläche 16 sich von den Mitnehmern 13 der Spannbolzen 12 entfernt unter Freigabe dieser. Anschließend wird dann durch Druck der Spannelemente 14 auf die Mitnehmer 13 die Spannkraft erzeugt.
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In besonderer Gestaltung der Spanneinrichtung 10 ist in der Wirkungskette zwischen der Betätigungseinrichtung 15 und den zu betätigenden Spannelementen 14 eine Kraftübertragungseinrichtung 17 mit einer mit den Spannelementen 14 in Wirkverbindung stehenden Hydraulikübertragung 19 angeordnet. Die Hydraulikübertragung 19 ist mit Vorzug als geschlossenes, eine Hydraulikflüssigkeit als Kraftübertragungsmedium zu den Spannelementen 14 enthaltendes System ausgebildet, das im Inneren 39 und somit innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet ist. Die Hydraulikübertragung 19 weist innerhalb des etwa topfartigen Zylinders 32 einen zur Längsmittelachse 40 koaxialen, zumindest einseitig wirkenden Kolben 33 auf, der mit einem koaxialen Betätigungsglied, z. B. in Form einer Hülse 23, der Kraftübertragungseinrichtung 17 verbunden ist. Bei einer über das Betätigungsglied z. B. in Form der Hülse 23 in Spannrichtung gemäß Pfeil 38 wirkenden Kraft drückt die in Spannrichtung weisende Kolbenfläche 42 auf eine inkompressible Flüssigkeit, insbesondere Hydraulikflüssigkeit 43, die sich innerhalb des im Zylinder 32 auf dieser Seite des Kolbens 33 gebildeten zentralen Druckraums 34 befindet. Dieser zentrale Druckraum 34 steht über nicht weiter gezeigte Öffnungen mit einzelnen Druckräumen 35 in Verbindung, die ebenfalls die inkompressible Flüssigkeit, insbesondere Hydraulikflüssigkeit 43, enthalten. Der Druckraum 34 und die einzelnen Druckräume 35 bilden ein geschlossenes System, das mit der Hydraulikflüssigkeit 43 gefüllt und entlüftet ist, so dass in den Druckräumen 34 und 35 als Medium zur Kraftübertragung nur die Hydraulikflüssigkeit 43 enthalten ist. Die einzelnen Druckräume 35 in den Zylindern 36 befinden sich auf der den Mitnehmern 13 abgewandten Seite der kolbenförmigen Spannelemente 14, wobei die Hydraulikflüssigkeit 43 das jeweilige dortige Ende 44 der Spannelemente 14 beaufschlagt.
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Die Kraftübertragungseinrichtung 17 weist eine zwischen deren mechanischem Teil und der Hydraulikübertragung 19 wirksame einstellbare Federkraft auf, die von mindestens einer einstellbaren Feder 18 erzeugt wird. Die Feder 18 kann als Druckfeder ausgebildet sein, z. B. aus Tellerfedern bestehen. Sie stützt sich mit einem Ende 20 in Spannrichtung gemäß Pfeil 38 der Betätigungseinrichtung 15 gesehen an der Betätigungseinrichtung 15 ab, und zwar an einem drehverstellbaren Endglied 21 einer Stange 22, auf der die mindestens eine Feder 18 gehalten ist. Die Stange 22 wird von der Feder 18 und der Hülse 23 des Kolbens 33 umgeben. Die Hülse 23 mit Kolben 33 ist auf der Stange 22 und dem daran drehverstellbaren Endglied 21 längsverschieblich geführt. Die Feder 18 ist mit ihrem anderen Ende 24 an der Hülse 23 abgestützt. Die Hülse 23 weist hierzu an ihrem axialen Ende einen radial nach innen gerichteten Anschlag 26 z. B. in Form eines Ringbundes auf, an dem die Feder 18 mit dem Ende 24 abgestützt ist. Die Hülse 23 bildet zusammen mit der Stange 22 einen Ringraum 25, in dem die Feder 18 enthalten ist, wobei der Ringraum am einen Ende durch das Endglied 21 und am anderen Ende durch den Anschlag 26 als jeweilige Federanschläge abgeschlossen ist.
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Die Betätigungseinrichtung 15, insbesondere die Stange 22, weist ferner in axialem Abstand vom Anschlag 26 einen radial nach außen gerichteten Mitnehmer 27 z. B. in Form eines Ringbundes auf, mit dem die Hülse 23 in Zugrichtung der Betätigungseinrichtung 15 gemäß Pfeil 38 mittels eines Gegenanschlages 28 zur axialen Mitnahme koppelbar ist. Der Gegenanschlag 28 kann mit der Hülse 23 einstückig sein oder besteht aus einem separaten Bauteil, z. B. einer Gewindebuchse od. dgl.. Gleiches gilt für das Endglied 21, das hier als separate Gewindehülse 45 ausgebildet ist, die mittels eines Gewindes 46 auf das zugewandte Ende der Stange 22 einstellbar aufgeschraubt ist. Durch Drehverstellung der Gewindehülse 45 mittels eines von außen daran angreifenden Werkzeuges kann die Axialposition des Endgliedes 21 und damit die Vorspannung der Feder 18 eingestellt werden, z. B. in Abhängigkeit vom jeweils zu spannenden Gegenstand. Bei weichen, leicht durch Angriff der Spannbacken verformbaren Gegenständen wird die Feder 18 z. B. so eingestellt, dass diese weicher ist.
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Wie ersichtlich ist, ist die Stange 22 der Betätigungseinrichtung 15 fest mit einer Traghülse 30 verbunden, wobei diese Verbindung beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch Einstückigkeit verwirklicht ist. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können diese Teile separate Bauteile darstellen und z. B. über Gewinde od. dgl. miteinander verbunden sein. Die Traghülse 30 ist im Gehäuse 11 verschiebbar geführt und weist eine Scheibe 31 auf, die auf der Seite, die der Spannrichtung gemäß Pfeil 38 abgewandt ist, die Anschlagfläche 16 für die Mitnehmer 13 der Spannbolzen 12 aufweist. An dem aus dem Gehäuse 11 herausragenden Ende der Traghülse 30 greift zum Spannen die in Pfeilrichtung 38 wirkende Verschiebekraft an, die maschinenseitig mittels einer in der Spindel enthaltenen Betätigungseinrichtung aufgebracht wird.
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Dadurch, dass die Traghülse 30 mit Scheibe 31 im Zentrum von einem Längenabschnitt der Hülse 23 und der Stange 22 mit der mindestens einen Feder 18 durchsetzt ist, ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der Spanneinrichtung, die in axialer Richtung entsprechend kurz gestaltet werden kann. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können diese genannten Bauteile auch axial hintereinander angeordnet sein.
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Außerdem kann es bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel von Vorteil sein, wenn die die Spannelemente 14 enthaltenden Zylinder 36 statt in radialem Abstand vom Kolben 33 etwa auf dessen radialer Höhe und so angeordnet sind, dass der Kolben 33 mit seinem äußeren Randbereich der Kolbenfläche 42 die dort ringsum verlaufenden Zylinder 36 über die Hydraulikflüssigkeit 43 unmittelbar beaufschlagt.
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Für das Spannen eines nicht gezeigten Gegenstandes mittels der Spanneinrichtung 10 wird diese durch Verschiebung der Spanneinrichtung 15 gegensinnig zum Pfeil 38 in Offenstellung gebracht, wobei die Anschlagfläche 16 gegen die Mitnehmer 13 drückt und darüber die Spannbolzen 12 ausgeschoben werden. Ferner drücken die Mitnehmer 13 auf das jeweils zugewandte Ende der Spannelemente 14 und schieben diese in deren Zylinder 36 hinein, wodurch die Hydraulikflüssigkeit 43 aus den Druckräumen 35 heraus und über nicht gezeigte Verbindungsöffnungen in den zentralen Druckraum 34 des Kolbens 33 hinein gedrückt wird. Dadurch werden die Spannelemente 14 gegenüber der dargestellten Position in der Zeichnung nach rechts bewegt derart, dass deren überstehendes Ende etwa bündig mit dem Ende des jeweiligen Zylinders 36 abschließen kann. Ebenso wird der Kolben 33 in der Darstellung nach rechts verschoben und mit diesem die Hülse 23. Bei der Verschiebung der Spanneinrichtung 10 in die Offenstellung erfolgt eine Relativverschiebung zwischen der Stange 22 und der Hülse 23 derart, dass der Mitnehmer 27 der Stange 22 in einen axialen Abstand vom Gegenanschlag 28 gelangt. Bei der Herstellung dieser Offenstellung liegen die Mitnehmer 13 somit an der Anschlagfläche 16 an, wodurch die Spannbolzen 12 zentriert sind.
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Zum Spannen eines Gegenstandes mittels der Spannbolzen 12 wird die Betätigungseinrichtung 15 mit einer in Pfeilrichtung 38 wirkenden Zugkraft beaufschlagt. Dies hat zunächst zur Folge, dass die Zugkraft über das Endglied 21 in Zugrichtung auf die Feder 18 wirkt, die ihrerseits mit ihrem Ende 24 am Anschlag 26 der Hülse 23 abgestützt ist, worüber diese Kraft auf die Hülse 23 und den Kolben 33 übertragen wird. Zunächst wird entsprechend der jeweils eingestellten Steifigkeit der Feder 18 diese mehr oder weniger zusammengedrückt. Die Kraftübertragung über die Hülse 23 und den Kolben 33 bewirkt eine gewisse Beaufschlagung der Spannelemente 14 über die im geschlossenen System enthaltene Hydraulikflüssigkeit 43 der Hydraulikübertragung 19. Mittels der Spannbolzen 12 und daran sitzenden Spannbacken wird somit der zu spannende Gegenstand aufgrund der Federwirkung der Feder 18 mit einer relativ niedrigen und weiche zu spannende Gegenstände schonenden Zentrierkraft beaufschlagt, wobei die selbstausgleichende Wirkung der Spanneinrichtung 10 zusätzlich zu einer schonenden Fassung des Gegenstandes und Zentrierung beiträgt. Bei der Beaufschlagung der Betätigungseinrichtung 15 mit der Spannkraft in Pfeilrichtung 38 werden die Spannelemente 14 so beaufschlagt, dass über die Spannbolzen 12 deren Spannbacken gegen den zu spannenden Gegenstand gelangen und die Anschlagfläche 16 sich in Pfeilrichtung 38 von den Mitnehmern 13 unter Freigabe dieser entfernt. Bei weiterhin wirkender Spannkraft schlägt der Mitnehmer 27 am Gegenschlag 28 an, so dass über die Hülse 23 der Kolben 33 in Pfeilrichtung 38 weiter verschoben und dadurch über die Hydraulikflüssigkeit 43 in den Zylindern 36 eine entsprechende Kraft auf die Spannelemente 14 übertragen wird, die mit ihren Enden auf die Mitnehmer 13 wirken, so dass die endgültige Spannkraft über die Spannbolzen 12 wirksam ist.
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Die Spanneinrichtung 10 hat den Vorteil, dass die Zentrierkraft über die Kraft der Feder 18 erzeugt wird und durch Einstellen der Feder 18 in Anpassung an die jeweils zu spannenden Gegenstände feinfühlig einstellbar ist. Die Spanneinrichtung 10 benötigt kein separates Hydraulikaggregat und auch keine Steuereinrichtung für dieses, sondern stellt im wesentlichen ein mechanisches Gebilde mit Hydraulikübertragung 19 in Form eines geschlossenen Systems und vorgeschalteter einstellbarer Feder 18 dar, zu dem für die Betätigung nicht von Außen durch irgendwelche Kanäle ein Hydraulikmedium gesteuert zugeführt werden muss. Innere derartige Steuerkanäle entfallen. Ebenso entfällt ein aufwendiges äußeres Hydraulikaggregat mit zugeordneter Steuereinrichtung. Auf diese Weise ist die Spanneinrichtung 10 außerordentlich einfach und kostengünstig. Die Spanneinrichtung 10 kann praktisch wie jedes mechanische Backenfutter am Spindelende einer Werkzeugmaschine befestigt werden. Sie ist auch für eine nachträgliche Ausrüstung von Werkzeugmaschinen mit derartigen Spanneinrichtungen 10 geeignet. Von Vorteil ist ferner, dass die Spanneinrichtung 10 im Vergleich zu bekannten Futtern dieser Art, die von außen mit Hydraulikmedium angesteuert und versorgt werden, mangels entsprechender Elemente und Kanäle und abzudichtender Übergänge praktisch keine Störanfälligkeit mehr verzeichnet und wartungsfreundlich ist. Mangels eines notwendigen hydraulischen Systems zur Ansteuerung und zur Betätigung ist eine größere Spanngeschwindigkeit erreichbar. Von Vorteil ist außerdem, dass die Spanneinrichtung ohne die Notwendigkeit etwaiger zusätzlicher Elemente, wie Ventile od. dgl. eine definierte Endlage aufweist, die beim Spannen dann erreicht wird, wenn die Scheibe 31 mit der der Anschlagfläche 16 gegenüberliegenden Rückseite 47 an der zugewandten Gehäusefläche 48 anschlägt, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Der Abstand der Rückseite 47 von der Gehäusefläche 48 kann als erfassbare und auswertbare Größe dafür herangezogen werden, ob und dass eine sichere Spannstellung erreicht ist. Diese ist z. B. in einfacher Weise einer Überwachung durch Endschalterüberwachung zugänglich.
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Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spanneinrichtung 10 als Außenspannfutter ausgebildet. Es versteht sich, dass z. B. bei gegensinniger Schrägausrichtung der Bohrungen 37 die Spanneinrichtung 10 ohne sonstige Änderungen als Innenspannfutter gestaltet werden kann.
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Bei anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Spanneinrichtung z. B. als Keilstangenfutter, bei dem die als Bewegungskeile ausgebildeten Mitnehmer von den Spannelementen 14 betätigt werden, oder als Winkelhebelfutter, bei dem die als Winkelhebel ausgebildeten Mitnehmer von den Spannelementen 14 betätigt werden, oder als Spanndorn od. dgl. ausgebildet. Daraus wird deutlich, dass die Spanneinrichtung 10 bei den verschiedensten Futterformen und Gestaltungen verwirklicht werden kann. Dies betrifft insbesondere das System der Kraftübertragungseinrichtung 17 mit Hydraulikübertragung 19 vom Kolben 33 auf die einzelnen insbesondere als Kolben ausgebildeten Spannelemente 14. Dazu kann in vorteilhafter Weise die der Hydraulikübertragung 19 wirkungsmäßig vorgeschaltete einstellbare Federkraft aufgrund der Feder 18 verwirklicht werden, um nur durch Federkraft eine feinfühlig einstellbare Zentrierkraft zu ermöglichen.
