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In
der
DE 10 2004
026 187 A1 ist eine Spanneinrichtung beschrieben, die dazu
eingerichtet ist, Werkstücke auf einem Maschinentisch festzuspannen.
Die Spanneinrichtung weist zwei in einem Gehäuse geführte
Spannbacken auf, die zapfenartig aus der Spanneinrichtung vorstehen.
Sie bilden gemeinsam einen Zapfen, der dazu vorgesehen ist, in eine
Spannbohrung eines Werkstücks einzudringen. Zu diesem Zweck
sind die Spannbacken so gestaltet, dass sie teilzylindrische Werkzeugspannflächen
bilden, die sich angenähert zu einer Zylinderfläche
ergänzen. Auf ihren einander gegenüberliegenden
Seiten sind die beiden Spannbacken mit ebenen Schrägflächen
versehen, die, ausgehend vom freien Ende der Spannbacken, in Richtung
auf das Gehäuse der Spanneinrichtung zu konvergieren. Sie
bilden so einen in Richtung auf das Gehäuse zeigenden keilförmigen
Raum.
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Um
die Spannbacken zu spreizen, damit sie mit Kraft gegen die Spannbohrung
des Werkstücks anliegen, ist ein Zugbolzen vorgesehen,
der an seinem oberen den Spannbacken benachbarten Ende einen auf
der Spitze stehenden Keil als Kopf trägt.
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Bei
der Verwendung der bekannten Spanneinrichtung wird zunächst
der Spannbolzen maximal vorgeschoben, damit die beiden Spannbacken
unter der Wirkung von O-Ringen, die als Rückstellglieder dienen,
ihren kleinsten effektiven Durchmesser einnehmen können.
Nach dem Aufstecken des Werkstücks auf die Spannbacken
der Spanneinrichtung wird mit Hilfe eines Hydraulikkolbens der Spannbolzen
niedergezogen und damit der am Kopfende des Spannbolzens vorhandene
Keil tiefer zwischen die beiden Spannbacken niedergezogen. Hierdurch
werden einerseits die Spannbacken gespreizt und legen sich mit Kraft
gegen die Bohrungswand des Werkstücks an und ziehen gleichzeitig
das Werkstück auf die Auflagefläche des Maschinentisches
nieder. Die Niederzugskraft ist gleich derjenigen Kraft, die der Kolben
unmittelbar erzeugen kann.
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Diese
in der Praxis durchaus bewährte Lösung ist hinsichtlich
der Niederzugskraft begrenzt. Die Begrenzung ergibt sich aufgrund
der Einschnürungsstelle, wo der auf der Spitze stehende
Keil in den Spannbolzen übergeht. Diese Fläche
ist vergleichsweise extrem klein, da sie unmittelbar den kleinsten
zulässigen Durchmesser der Spannbohrung im Werkstück
definiert.
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Eine
Erhöhung der Niederzugskraft ist mit der bekannten Spanneinrichtung
nicht möglich.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen neuen Niederzugspanner
zu schaffen, mit dem größere Niederzugskräfte
erzeugt werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Spanneinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die
neue Spanneinrichtung zum Aufspannen von Werkstücken weist
ein Gehäuse auf, das eine Stufenbohrung enthält.
Die Stufenbohrung bildet wenigstens zwei in axialer Richtung hintereinander
liegende Abschnitte, die an einer nach innen ra genden Schulterfläche
ineinander übergehen. Auf der Außenseite des Gehäuses
befindet sich neben der Stufenöffnung eine Werkstückauflagefläche,
gegen die im gespannten Zustand das Werkstück anliegt.
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Die
Schulterfläche an der die beiden Öffnungsabschnitte
ineinander übergehen, ist schräg ausgerichtet
derart, dass ihr radial innen liegender Rand näher bei
der Werkstückauflagefläche liegt als der radial
außen liegende Rand, der in den Abschnitt mit dem größeren
Durchmesser übergeht.
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In
der Stufenbohrung sitzen wenigstens zwei Spannbacken, die durch
den Abschnitt mit der geringeren Weite nach außen ragen
und über die Ebene, die durch die Werkstückauflagefläche
definiert ist, überstehen.
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Jede
der beiden Spannbacken weist eine der Achse der Stufenöffnung
zugekehrte Antriebsfläche auf und ist an demjenigen Ende,
das über die Werkstückauflagefläche nicht übersteht,
mit einem radial weg stehenden Flansch versehen, der dazu eingerichtet
ist, gegen die Schulterfläche anzuliegen. Auch dieser Flansch
weist eine Schrägfläche auf, die zumindest angenähert
dem Schrägungswinkel der Schulterfläche entspricht,
so dass eine Anlagefläche entsteht, die möglichst
groß ist, jedoch nicht vollflächig zu sein braucht.
Die nach außen weg stehende Seiten der Spannbacken sind
Spannflächen, die dazu vorgesehen sind, mit dem Werkstück
in Eingriff zu kommen.
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Es
ist ferner ein Spreizdorn vorgesehen, der einen Kopf trägt,
der sich zum seinem freien Ende hin verjüngt. Beispiele
für solche konvergierenden Köpfe sind Pyramiden,
Kegelstümpfe, Pyramidenstümpfe, Keile oder Keilstümpfe.
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Beim
Einsatz des neuen Niederzugspanners wird die Niederzugkraft erzeugt,
indem der Spreizdorn mit seinem Kopf in Richtung auf die Spannbacken
vorgeschoben wird. Die am Kopf vorgesehenen schrägen Antriebsflächen
drücken die Spannbacken radial auseinander und gegen die
Schulterfläche an der Stufenbohrung. Aufgrund der Ausrichtung
Schulter ind der Stufenbohrung werden die radial nach außen
weichenden Spannbacken über ihre Flansche gleichzeitig
in Richtung auf den Spreizdorn niedergezogen.
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Da
der Spreizdorn so gestaltet ist, dass er keine Einschnürungsstelle
aufweist, können sehr große Druckkräfte
erzeugt werden, mit deren Hilfe die Backen im Werkstück
gespreizt werden. Gleichzeitig können über die
schrägen Flansche und die schrägen Schulterflächen
große Niederzugkräfte hervorgerufen werden. Die
Grö0e der Niederzugkraft ist im Verhältnis zur
Spannkraft frei wählbar. Durch Variationen des Schrägungswinkels
an der Schulterfläche können bei gleicher radialer
Spannkraft unterschiedlich große Niederzugkräfte
erzeugt werden. Je flacher der Schrägungswinkel ist, umso
großer werden bei gegebener Spreizkraft die Niederzugkräfte. Welche
Kombination optimal ist, kann leicht empirisch ermittelt werden
und richtet sich vor allen Dingen nach dem Material des aufzuspannenden
Werkstücks.
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Da
große Niederzugkräfte erzeugt werden können,
besteht die Möglichkeit, eine Betätigungseinrichtung
zu verwenden, die auf Druckluft basiert. Der Vorteil einer solchen
Spanneinrichtung besteht in der Ungefährlichkeit von Leckagen,
da Druckluft ohne weiteres rückstandsfrei entweichen kann
und keine Oberflächen verschmutzt.
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Das
Gehäuse der neuen Spanneinrichtung kann von einem Maschinentisch
oder einem Werkstückaufspanntisch gebildet sein.
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Die
Stufenöffnung kann eine rotationssymmetrische Stufenbohrung
sein, bei der der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser
auch gleichzeitig abschnittsweise eine Zylinderbohrung darstellen
kann. Ferner kann noch eine dritte Stufe an der Stufenbohrung ausgebildet
sein mit noch größerem Durchmesser. Diese dritte
Stufe kann als Zylinderbohrung verwendet werden.
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Die
Stufenöffnung kann auch in Form rechteckigen Taschen/Ausnehmungen
und Öffnungen ausgeführt sein, wenn die Spannbacken über
alles gesehen eher auf der Quaderform basieren.
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Der
Abschnitt mit der kleineren Weite bzw. dem kleineren Durchmesser
kann einen Durchmesser von wenigstens 5 mm aufweisen.
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Die
Schulterfläche, an der die beiden Abschnitte der Stufenöffnung
ineinander übergehen, kann eine rotationssymmetrische Fläche
sein oder sie kann sich aus zwei Rechteckflächen zusammensetzen,
die ähnlich einem Satteldach verlaufen, wobei die gedachte
Firstlinie in Richtung auf die Spannbacken zeigt. In diesem Falle
sind die Querschnitte der Abschnitte in der Stufenöffnung
beispielsweise quadratisch oder rechteckig.
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Der
Winkel, den die Schulterfläche mit der Längsachse
der Stufenöffnung einschließt, kann zwischen 45° und
85° liegen, vorzugsweise zwischen 60° und 70°.
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Wenn
die Spanneinrichtung lediglich zwei Spannbacken aufweist, können
sie, wenn deren Antriebsflächen ebene Flächen
sind, geringfügig wandern, um sich an die Lage der Spannbohrung
im Werkstück anzupassen. Es können aber auch ohne weiteres
mehr als zwei Spannbacken, beispielsweise 3 oder 4 Spannbacken,
verwendet werden. Bei noch größeren Öffnungen
kann die Zahl der Spannbacken weiter erhöht werden, um
in der Bohrung des Werkstücks möglichst viele
Anlagepunkte zu schaffen.
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Die
Spannbacken können zylindrisch gekrümmte Werkstückanlageflächen
aufweisen, die radial nach außen zeigen. Sie können
aber auch ebene Werkstückanlageflächen aufweisen,
was vorteilhaft ist, wenn das Werkstück beispielsweise
ein Langloch enthält und die Spannung an diesem Langloch
erfolgen soll.
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Die
Spannfläche steht vorteilhafterweise auf der durch den
Werkstückanschlag definierten Ebene senkrecht.
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Die
Spannfläche kann profiliert sein. Sie kann beispielsweise
in Umfangsrichtung verlaufende Rippen tragen. Die Rippen können
in einer scharfkantigen Schneide auslaufen, die radial am weitesten außen
liegt.
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Je
nach zu spannendem Werkstück kann die Werkstückauflagefläche
eine Ebene definieren, die rechtwinklig zu der Längsachse
der Stufenöffnung verläuft. Die Werkstückauflagefläche
kann um die Stufenöffnung herum verteilt angeordnet sein,
oder sich lediglich neben einer Seite befinden.
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Das
Gehäuse kann, wenn die Spanneinrichtung ein selbstständiges
Bauteil ist, das auf dem Maschinentisch befestigt wird, ein im Wesentlichen
zylindrisches Gehäuse mit einem Befestigungsflansch sein.
Der Befestigungsflansch kann in der Nähe der Werkstückauflagefläche
oder am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses vorgehen
sein.
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Die
Spannbacken können als gesinterte Teile hergestellt sein.
Hierdurch wird es möglich, sehr kleine Spannbacken zu erzeugen,
die sehr hart sind.
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Die
Antriebsflächen an den Spannbacken können ebene
Flächen sein, Ausschnitte aus Kegelstumpfflächen
oder Ausschnitte aus Pyramidenstumpfflächen.
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Bei
rotationssymmetrischen Anlageflächen an den Flanschen gibt
es vorzugsweise eine Stellung, in der die Flansche vollflächig
an der Schulterfläche der Stufenöffnung anliegen.
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Die
Anzahl der an dem Kopf des Spreizdorns ausgebildeten Antriebsflächen
stimmen mit der Anzahl der Spannbacken zweckmäßigerweise überein.
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Der
Winkel den die Antriebsfläche des Kopfes des Spreizdorns
mit der Längsachse der Stufenöffnung einschließt,
kann zwischen 5° und 30°, vorzugsweise zwischen
8° und 15° liegen.
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Der
Spreizdorn kann mit einem in dem Fluidzylinder verschieblichen Kolben
zusammenwirken oder diesen Kolben selbst bilden.
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Eine
weitere Möglichkeit den Spreizdorn zu betätigen
besteht in der Verwendung eines Schraubspindelantriebs.
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Der
Fluidzylinder kann, wie oben erwähnt, ein Druckluft zylinder
sein oder ein Hydraulikzylinder. Er kann einseitig oder zweiseitig
wirken ausgebildet sein.
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Die
Verwendung der Spanneinrichtung wird besonders einfach, wenn die
Spannbacken mit einer elastischen Rückholeinrichtung versehen
sind.
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Die
Rückholeinrichtung kann von wenigstens einem O-Ring gebildet
sein, der um sämtliche Spannbacken außen herum
liegt. Gleichzeitig kann dieser O-Ring auch dafür sorgen,
dass eine Abdichtung zustande kommt.
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Wenn
als Betätigungsmedium Druckluft verwendet wird, besteht
die Möglichkeit, einen Teil der Druckluft über
eine gezielte Leckage zwischen den Spannbacken hindurch zu leiten
um zu verhindern, dass sich im Spalt zwischen den Spannbacken Späne
festsetzen können, die das Rückkehren der Spannbacken
in die Ausgangsstellung blockieren.
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Im Übrigen
sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte zum
Verständnis der Erfindung. Weitere nicht beschriebene Details
kann der Fachmann in der gewohnten Weise den Zeichnungen entnehmen,
die insoweit die Figurenbeschreibung ergänzen. Es ist klar
dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.
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Die
nachfolgenden Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstäblich.
Zur Veranschaulichung von Details können möglicherweise
bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt
sein. Darüber hinaus sind die Zeichnungen plakativ verein facht
und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung
gegebenenfalls vorhandene Detail. Die Begriffe "oben" und "unten"
beziehen sich auf eine normale Einbaulage auf einem ebenen, nach
oben zeigenden Maschinentisch.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
den erfindungsgemäßen Niederzugspanner in einer
Schnittdarstellung parallel zu der Längsachse des Spannbolzens.
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2 veranschaulicht
in einer perspektivischen Darstellung das Zusammenwirken zwischen den
Spannbacken und dem Kopf des Spannbolzens in einer Ausschnittsdarstellung.
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3 zeigt
eine Ausgestaltung der Spannbacken als T-Nutenstein.
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1 zeigt
in einer Schnittdarstellung einen Niederzugspanner 1. Zu
dem Niederzugspanner 1 gehören ein Gehäuse 2,
ein Spannbolzen 3, ein Kolben 4 sowie zwei Spannbacken 5 und 6.
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Das
Gehäuse 2 setzt sich aus einem Grundkörper 7,
einer Deckelplatte 8 und einer Bodenplatte 9 zusammen.
Der Grundköper 7 ist ein zylindrisches Gebilde
mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche 11,
einer ebenen Oberseite 12 sowie einer ebenen Unterseite 13.
Durch den Grundkörper 7 führt eine Stufenbohrung 14 hindurch,
die sich aus einem ersten zylindrischen Abschnitt 15 und
einem zweiten zylindrischen Abschnitt 16 zusammensetzt.
Beide Abschnitte 15, 16 gehen an einer ebe nen
Schulter 17 ineinander über. Der Abschnitt 16 mündet,
wie gezeigt, in die Oberseite 12, während der
Abschnitt 15 in die Unterseite 13 einmündet.
Die Stufenbohrung 14 ist koaxial zu der Außenumfangsfläche 11.
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Die
Bodenplatte 13 hat eine kreisscheibenförmige Gestalt
mit einer planen Oberseite 18 und einer ebenfalls planen
Unterseite 19. Mit der Oberseite 18 liegt die
Bodenplatte 9 an der Unterseite 13 des Gehäusegrundkörpers 7 auf.
Die Bodenplatte 9 steht, wie ersichtlich, über
den Grundkörper 7 über und lässt
einen Flansch entsteht, in dem Befestigungsbohrungen 20 untergebracht
werden können um den Niederzugspanner 1 auf einem
Maschinentisch zu befestigen. Alternativ können auch Durchgangsbohrungen
durch das Gehäuse 2 vorgesehen werden.
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Äquidistant
um die Stufenbohrung 14 herum verteilte Gewindebohrungen 21 in
dem Grundkörper 7 mit dazu fluchtenden Stufenbohrungen 22 in
der Bodenplatte 9 dienen der Aufnahme von Befestigungsschrauben 23,
mit denen die Bodenplatte 9 gegen die Unterseite 13 des
Grundkörpers 7 festgeschraubt wird.
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Radial
und axial führt ein Kanal 24 von der Umfangsfläche
der Bodenplatte 9 hinein. Die Bohrung 24 mündet
axial in den Abschnitt 15 der Stufenbohrung 14.
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Die
Bodenplatte 9 dient gleichzeitig als bodenseitig abgedichteter
Verschluss für den Bohrungsabschnitt 15, der in
seinem unteren Bereich als Zylinderraum dient. Die zum Abdichten
erforderlichen Dichtungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Dem Fachmann ist klar, wie eine solche Abdichtung erfolgt.
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Die
Deckelplatte 8 weist einen Außendurchmesser auf,
der dem Außendurchmesser des Gehäusegrundkörpers 7 entspricht.
Die Deckelplatte 8 bildet eine Oberseite 25 sowie
eine plane Unterseite 26, die auf der ebenfalls planen
Oberseite 12 des Gehäusegrundkörpers 7 ganzflächig
aufliegt.
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Aus
der Oberseite 25 steht eine kreisringförmige Werkstückauflagefläche 27 ein
geringes Stück vor.
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Die
Deckelplatte 8 ist mit einer Anzahl Schrauben 28 an
dem Grundkörper 7 in ähnlicher Weise
befestigt, wie die Bodenplatte 9. Die Köpfe der Schrauben 28 sind,
wie gezeigt, versenkt.
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Konzentrisch
durch die Deckelplatte 8 führt eine weitere Stufenbohrung 29,
die zu der Stufenbohrung 14 koaxial ist. Die Stufenbohrung 29 setzt
sich aus einem Abschnitt 30 und einem Abschnitt 31 zusammen.
Den Übergang zwischen den beiden Abschnitten 30, 31 bildet
eine Schulter 32.
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Der
Durchmesser des Abschnittes 31 ist größer
als der Durchmesser des Abschnittes 16 der Stufenbohrung 14 in
dem Grundkörper 7.
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Die
Schulter 32, die die beiden Abschnitte 30 und 31 miteinander
verbindet, ist eine Kegelstumpffläche, die so ausgerichtet
ist, dass die gedachte Spitze des durch die Kegelstumpffläche
definierten Kegels, bezogen auf 1 nach oben
und damit von der Werkstückauflagefläche 27 weg
zeigt.
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Der
Spanndorn 3 weist einen mittleren zylindrischen Abschnitt 33 auf,
der an seinem unteren Ende in den scheibenförmigen Kolben 4 übergeht. Am
oberen Ende endet der Spann dorn 3 in einem Kopf 35,
der die Gestalt eines nach oben zeigenden Keils hat, der an einer
ebenen Fläche 36 endet. Das breite Ende des Kopfes 35 geht
einstückig in eine ebene Stirnfläche 37 des
mittleren Abschnitts 33 über.
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Zufolge
der keilförmigen Kopfform entstehen zwei gegeneinander
geneigte ebene Antriebsflächen 38 und 39.
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Der
Spanndorn 3 ist mit seinem mittleren Abschnitt 33 in
dem Bohrungsabschnitt 16 geführt. In der Ruhestellung
steht die nach oben zeigende Schulter 37 im Abstand zu
der Oberseite 12 des Grundkörpers 7.
Der keilförmige Kopf 35 ragt durch die Stufenbohrung 29 koaxial
hindurch. Seine Stirnseite 36 befindet sich oberhalb der
Werkstückauflagefläche 27, die, wie erwähnt,
als ebene Ringfläche koaxial den Bohrungsabschnitt 30 umgibt.
Der Kolben 4 hingegen gleitet mit geringem Spiel in den
Bohrungsabschnitt 15.
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Zum
Abdichten ist der Kolben 4 mit einer Ringnut 41 versehen,
in der ein O-Ring 42 liegt, der den Kolben 4 gegen
die Wand des Bohrungsabschnitts 15 abdichtet.
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Schließlich
ist noch eine Vorspannfeder 43 vorgesehen, die sich gegen
die Schulterfläche 17 abstützt und andererseits
gegen die Oberseite des Kolbens 4 wirkt, um diesen in die
untere Endlage vorzuspannen, in der er an der Bodenplatte 9 anliegt.
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Zur
Erläuterung der Spannbacken wird zusätzlich auf 2 Bezug
genommen. Die Spannbacken 5, 6 sind identisch,
so dass es genügt, lediglich eine der Spannbacken im Detail
zu erläutern. Die Beschreibung gilt in der gleichen Weise
für die jeweils andere Spannbacke. Die Bezugszeichen werden wech selweise
an den beiden Spannbacken 5, 6 verwendet, je nachdem,
ob wegen der Darstellung das betreffende Bauteil sichtbar ist.
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Die
Spannbacke 5, 6 weist einen in grober Annäherung
zylindersegmentförmigen Grundkörper 45 auf,
der an seinem unteren Ende einen Flansch 46 übergeht.
Zur Außenseite hin wird der Grundkörper 45 von
einer profilierten Zylinderfläche 47 begrenzt, während
die gegenüber liegende Seite eine ebene Fläche 48 ist,
die gegenüber der Längsachse des gedachten Zylinders
schräg verläuft. Sie bildet eine Antriebsfläche
und wird deswegen im Weiteren als solche bezeichnet. Der Winkel
der die Antriebsfläche 48 mit der Längsachse
der Stufenbohrung 29 einschließt, entspricht dem
Winkel, den die Antriebsflächen 38, 39 des
keilförmigen Kopfes 35 mit der Längsachse
der Stufenbohrung 29 einschließen. Dadurch liegen
die Antriebsflächen 48 der beiden Spannbacken 5, 6 vollflächig
an den Antriebsflächen 39 und 38 des
Spannbolzens 3 an. Die Außenseite der Spannbacken 5, 6 weist
mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Rippen 49 auf, die
dazu vorgesehen sind, beim Spannen geringfügig in das Material des
Werkstücks einzudringen.
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Unterhalb
der Rippen 49 und oberhalb des Flansches 46 sind
zwei Nuten 51 vorhanden, die der Aufnahme von zwei O-Ringen 52 dienen,
die gleichzeitig als Rückstellmittel für die Spannbacken 5, 6 verwendet
werden. Sie dichten obendrein ab. Die beiden O-Ringe 52 sind
aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nicht
dargestellt. In der Praxis sind sie dazu eingerichtet gegen die
Umfangsfläche des Bohrungsabschnittes 30 abzudichten.
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Der
Flansch 46 bildet auf seiner Oberseite 53 einen
Aus schnitt aus einer Kegelstumpffläche, deren Kegelwinkel
zumindest angenähert dem Kegelwinkel der Schulterfläche 32 entspricht.
Die Anordnung ist so getroffen, dass eine vollflächige
Anlage der Schulterfläche 53 an der Schulterfläche 32 zustande kommt,
wenn die Spannbacken 5, 6 voneinander soweit entfernt
sind, dass die durch die Rippen 49 definierten Kreislinien
dem Spannnenndurchmesser des Niederzugspanners 1 entsprechen.
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Als
Dimensionierungsvorschrift ist noch zu erwähnen, dass die
zwischen den Antriebsflächen 38, 39 liegenden
Seitenflächen 55 des keilförmigen Kopfes 35 Ausschnitte
aus einer gemeinsamen Zylinderfläche sind, mit einem Durchmesser
entsprechen dem Innendurchmesser der durch die Ringnut 51 definiert
ist, wenn die beiden Spannbacken 5, 6 den kleinsten
Abstand voneinander haben.
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Schließlich
ist noch eine Schraubendruckfeder 56 vorhanden, die, wie 1 zeigt
gegen die Unterseite der Flansche 46 wirkt und die sich
andererseits auf der Oberseite 12 des Gehäusegrundkörpers 7 neben
dem Bohrungsabschnitt 16 abstützt. Sie sorgt dafür,
dass in jedem Falle die Schulterflächen 53 mit
der Schulterfläche 32 in Anlage bleiben.
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Die
Funktionsweise des gezeigten Niederzugspanners 1 ist wie
folgt:
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1 zeigt
den Ruhezustand des Niederzugspanners 1, in dem er bereit
ist ein Werkstück aufzunehmen.
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In
der Grundstellung liegt der Kolben 4 auf der Oberseite 18 der
Bodenplatte 9 auf. In diese Position wird er durch die
Druckfeder 43 vorgespannt. Der mittlere Abschnitt 33 des Spannbolzens 3 steckt zum
Teil in dem Bohrungsabschnitt 16. In dieser Position ist
der keilförmige Kopf 35 soweit zurückgezogen,
dass sein Ende 36 gegenüber der Oberseite der Spannbacken 5, 6 geringfügig
zurückspringt. Er steht etwa im Bereich unterhalb der untersten
Rippe 49, d. h. etwa auf der Mitte der Spannbacke 5, 6,
gemessen ab dem oberen Ende der Schulterfläche 53.
Die beiden Spannbacken 5, 6 haben ihren kleinsten
Abstand voneinander. In dieser Stellung springen die Rippen 49 mit
ihren Scheitellinien gegenüber der oben definierten Kreislinie
des Nenndurchmessers zurück. Im Falle eines Niederzugspanners
für einen Nenndurchmesser von ca. 8 mm beträgt
der Rücksprung gegenüber dem Nennkreisdurchmesser
wenige 0,1 mm.
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Das
Werkstück lässt sich mit seiner Spannbohrung ohne
Weiteres auf die über die Werkstückauflagefläche 27 vorstehenden
Teile der Spannbacken 5, 6 aufstecken. Nach dem
Aufstecken wird der Raum unterhalb des Kolbens 4 mit einem
Druckmedium, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft,
beaufschlagt. Der Kolben 4 bewegt sich nach oben und lässt
den keilförmigen Kopf 35 des Spannbolzens 3 tiefer
zwischen die beiden Spannbacken 5, 6 eindringen.
Zufolge der schräg verlaufenden Antriebsflächen 38, 39 und 48 entsteht
eine Keilwirkung, die die beiden an den Antriebsflächen 38, 39 anliegenden
Spannbacken 5, 6 voneinander weg drückt. Bezogen
auf die Längsachse der Stufenbohrung 29 bewegen
sich die beiden Spannbacken 5, 6 radial nach außen.
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Da
die beiden Spannbacken 5, 6 gleichzeitig mit ihren
Schulterflächen 53 an der Schulterfläche 32 anliegen
und diese Schulterfläche, wie gezeigt, geneigt ist, ist
der tanslatorischen Radialbewegung nach außen eine translatorische
Bewegung überlagert, die von oben her gegen die Werkstück auflagefläche 27 gerichtet
ist, d. h. während der Radialbewegung nach außen
bewegen sich die Rippen 49 gleichzeitig entsprechend dem
Kegelwinkel der Schulterfläche 32 in Richtung
auf die Werkstückauflagefläche 27.
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Im
Laufe der Vorschubbewegung bzw. Spreizbewegung der beiden Spannbacken 5, 6 werden
diese mit der Wand der entsprechenden Spannbohrung im Werkstück
in Eingriff kommen und sich gegen diese Wand anpressen. Während
die Rippen 49 geringfügig in das Material eindringen
oder auf der Wand der Spannbohrung entlang gleiten, wird in zunehmendem
Maße das Werkstück gegen die Werkstückauflagefläche 27 angepresst.
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Ersichtlicherweise
bewegt sich der Spannbolzen 3 beim Spannen entgegen dem
zu spanneden Werkstück und somit in eine Richtung, die
an sich das Werkstück von der Werkstückauflagefläche 27 abheben
würde. Zufolge der geneigt verlaufenen Schulterfläche 32 sowie
der Schulterflächen 23 an den Flanschen 46 wird
jedoch eine Ausschubbewegung oder Anhebebewegung der Spannbacken 5, 6 verhindert
und statt dessen in die entgegengesetzte Richtung umgekehrt, die
dafür sorgt, dass die Spannbacken 5, 6 tatsächlich
gegenüber der Werkstückauflagefläche 27 in
das Gehäuse 2 des Niederzugspanners 1 eintauchen
und damit das Werkstück gegen die Werkstückauflagefläche 27 heranziehen.
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Bei
genauer Betrachtung gibt es exakt nur eine einzige Stellung, in
der die Schulterflächen 53 vollflächig
an der Schulterfläche 32 anliegen. Bei jeder anderen
Stellung der Spannbacken 5, 6 zueinander kommt
lediglich eine Linienberührung zustande. Dieser Unterschied
oder wechselnde Anlageform hat für die praktische Anwendung
keine Bedeutung. Er ist lediglich davon theoretischem Interesse
und praktisch bedeu tungslos.
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Da
die Antriebsflächen 38 und 39 des keilförmigen
Kopfes 35 symmetrisch zu der Längsachse der Bohrung 29 ausgerichtet
sind, stehen die beiden Spannbacken 5, 6 symmetrisch
zu der Längsachse. Beim Spannen bewegen sie sich auch symmetrisch zu
der Längsachse, betragsmäßig um die gleichen Werte
radial nach außen und nach unten zu der Auflagefläche 27 hin.
Der gedachte theoretische Spannmittelpunkt bleibt somit unabhängig
davon, wie weit die beiden Spannbacken 5, 6 auseinander
getrieben sind, erhalten.
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Zum
Ausgleich von Lagetoleranzen der Spannbohrung im Werkstück
werden beim gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich zwei
Spannbacken 5, 6 verwendet, die im Rahmen der
Elastizität des Systems und der jeweils vorhandenen Spiele
geringfügig in Richtung parallel zu den Antriebsflächen 38, 39 und
parallel zu der Werkstückauflagefläche 27 wandern
können, um übermäßige Verspannungen
im Werkstück zu vermeiden.
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Wenn
es auf diese Freiheit nicht ankommt, kann die Werkstückspanneinrichtung 1 auch
mit drei oder mehr Spannbacken ausgerüstet werden.
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Eine
größere Anzahl von Spannbacken bietet sich beispielsweise
an, wenn die Aufnahmebohrung Durchmesser über 20 mm aufweist.
In diesem Falle ist es ferner zweckmäßig, anstelle
eines keilförmigen Kopfes mit lediglich zwei Antriebsflächen 38, 39 entweder
einen Kegelstumpf oder einen n-eckigen Pyramidenstumpf zu verwenden,
wobei n der Anzahl der Spannbacken entspricht.
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Wegen
des geringen Hubs spielt es auch keine Rolle, wenn die an die Kegelstumpfform
angepassten Antriebsflächen 48 der Spannbacken
nur in einer Relativstellung satt an der Kegelstumpffläche anliegen.
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Wenn
das Werkstück nach der Bearbeitung entnommen werden soll,
genügt es, wenn der Raum unterhalb des Kolbens 4 entlüftet
wird. Die Schraubendruckfeder 43 drückt den Kolben 4 nach
unten, so dass der keilförmige Kopf 35 zwischen
den Spannbacken 5, 6 zurückgezogen wird.
Die um sie herum liegenden O-Ringe 52 ziehen die Spannbacken 5, 6 aufeinander
zu, wodurch der Außendurchmesser des durch sie gebildeten
"Aufnahmedorns" entsprechend abnimmt. Gleichzeitig drückt
die Schraubenfeder 56 die Spannbacken 5, 6 nach
oben und hält sie in der Anlage an der kegelstumpfförmigen
Schulter 32. Sobald die Endstellung gemäß 1 erreicht
ist, kann das Werkstück abgenommen werden.
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Die
Gefahr des Eindringens von Spänen wird durch die O-Ringe 52 reduziert,
da diese einerseits gegen den Bohrungsabschnitt 30 und
andererseits gegen die Seitenflächen 55 des Kopfes 35 abdichten. Ein
weiteres Hereinfallen von sehr kleinen Spänen kann beispielsweise
auch verhindert werden, wenn im Falle der Verwendung von Druckluft
ein Teil der Druckluft in die Stufenbohrung 29 eingeleitet
wird, um Späne nach oben auszublasen bzw. ein Hereinfallen grundsätzlich
zu verhindern.
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Das
erfindungsgemäße Spannkonzept ist nicht auf zylindrische
oder rotationssymmetrische Anwendungen beschränkt. 3 zeigt
eine Ausgestaltung der Spannbacken, die nicht wie zuvor auf der Zylinderform
sondern eher auf der Quaderform basieren. Der untere Flansch 46 ist
bei dieser Ausführungsform nicht ein Ringsegment sondern
eine Art Quader mit einer rechteckigen Unterseite und einer rechteckigen
Oberseite 53, die, wie zuvor erwähnt, in der gleichen
Weise geneigt ist wie die Oberseite 53 der Spannbacken 5, 6 nach 3.
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Im
Bereich des oberen freien Endes steht an jeder Spannbacke eine Leiste 58 vor,
die in dieselbe Richtung zeiget wie der Flansch 56. Die
Spannbacken 5, 6 bekommen im oberen Bereich von
der Seite her gesehen die Gestalt eines Hakens. Beide Spannbacken 5, 6 zusammen,
ergeben die Gestalt eines T-Nutensteins, der parallel zu den Leisten 58 gespalten
ist.
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Die
Antriebsflächen 48 sind in der gleichen Weise
ausgestaltet wie bei dem Ausführungsbeispiel zuvor.
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Die
Aufnahmeöffnung 29 ist an die geänderte
Gestalt der Spannbacken angepasst, derart, dass sie nicht mehr rotationssymmetrisch
ist sondern sich aus Abschnitten mit rechteckigem Querschnitt zusammensetzt.
Die Schulterfläche 22 ist demgemäß eine
schräge Ebene mit demselben Neigungswinkel gegenüber
der Längsachse des Spannbolzens 3, den auch die
Oberseite 53 des Flansches 46 aufweist.
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Bei
abgesenktem Spannbolzen 3 liegen die beiden Spannbacken 5, 6 im
Bereich ihres oberen Endes, beispielsweise aneinander. Die freien
voneinander weg zeigenden Längsseiten der beiden Leisten 58 haben
voneinander einen Abstand, der der Schlitzweite einer T-Nut in einem
aufzuspannenden Werkstück entspricht. Durch Vorschieben
des Spannbolzens 3 zwischen die beiden Klemmbacken 5, 6 werden
sie auseinander getrieben und gleichzeitig, wie zuvor ausführlich
beschrieben, in Richtung auf die Werkstückauflagefläche
niedergezogen. Beim Auseinanderdrücken greifen sie hinter
die Schlitzränder in einer T-Nut in der gleichen Weise, wie
dies dem Fachmann beim Zusammenwirken zwischen T-Nuten und T-Nutensteinen
bekannt ist. Während des Eintreibens des Spannbolzens 3 zwischen die
beiden Spannbacken 5, 6 erfolgt gleichzeitig eine Niederzugbewegung,
die das Werkstück auf die Werkstückauflagefläche 27 niederzieht.
Es versteht sich, dass das Zusammenwirken der Leisten 48 mit den
hinterschnittenen Schlitzrändern erst zustande kommt, wenn
die beiden Spannbacken 5, 6 weit genug aufeinander
getrieben sind, um eine hinreichende Überdeckung zwischen
den Leisten 58 und den benachbarten Schlitzrändern
der T-Nut zu erreichen.
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Der Übersichtlichkeit
halber sind die Rückholmittel nicht weiter veranschaulicht,
die vorgesehen sind, um die Spannbacken aufeinander zu bewegen,
wenn der Spanndorn mit seinem Kopf 35 aus dem keilförmigen
Spalt zwischen den beiden Spannbacken 5, 6 zurückweicht.
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Schließlich
ist zu bemerken, dass der Niederzugspanner 1 in Verbindung
mit einer Hydraulik- oder Druckluftanordnung als Antriebsmedium
veranschaulicht ist. Der Fachmann sieht jedoch sogleich, dass der
Spannbolzen 3 auch mit einem Schraubspindelantrieb versehen
werden kann um elektromotorisch zwischen der Spannstellung und der
Lösestellung hin und her bewegt werden zu können.
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Eine
Niederzugspanneinrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem
zwei oder mehr Spannbacken geführt sind. Durch besondere
Maßnahmen wird dafür gesorgt, dass die Spannbacken
bei ihrer Bewegung voneinander weg gleichzeitig eine Eintauchbewegung
in das Gehäuse vornehmen. Hierdurch wird das Werkstück
gegen die Werkstückauflagefläche angepresst. Die
Bewegung der Spannbacken wird mit Hilfe eines Spannbolzens erzeugt,
der mit seinem Kopf zwischen die Spannbacken gedrückt wird,
wobei sich die Größe des Kopfes, ausgehend von
der Mitte des Spannbolzens zum freien Ende hin verringert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004026187
A1 [0001]