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Die Erfindung betrifft eine selbstausrichtende Spannvorrichtung zum Spannen von Teilen,
insbesondere solche, deren Flächen Parallelitäts- und/oder Winkelabweichungen aufweisen, und bei denen sich eine oder zwei Seitenflächen, die nicht Spannflächen sind sich in einer bestimmten Winkellage und Position befinden und für eine Bearbeitung noch vollständig zugänglich sein müssen, d. h. das Teil darf sich nicht mit seinen Spannflächen nach den Spannflächen einer Spannvorrichtung ausrichten.
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Allgemein ist es bekannt, daß für derartige Spannaufgaben Maschinenschraubstöcke oder entsprechende Vorrichtungen mit Niederzugmechanismen, Pendelausgleich bzw. Magnet- oder Vakuumspannvorrichtungen eingesetzt werden, wobei es jedoch von Nachteil ist, daß das zu bearbeitende Teil an seiner Ausrichtfläche für die Bearbeitung nicht zugänglich ist
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Aus der
DE-OS 27 47 421 ist eine Klemmschraubenvorrichtung bekannt, bei der ein Schraubenschaft mit Außengewinde, eine Tülle in dem einen Ende des genannten Schraubenschafts, einem kugelförmigen Körper innerhalb der genannten Tülle, eine erste ebene Fläche an der einen Seite des genannten Schraubenschafts und eine Einrichtung zur Begrenzung der Drehbewegung des kugelförmigen Körpers innerhalb der genannten Tülle vorgesehen ist. Dabei ist dieser kugelförmige Körper so abgeflacht, daß er parallele ebene Flächen aufweist, wobei die eine ebene Fläche die am Werkstück anliegende Fläche ist. Ein Vorsprung in der Tülle wirkt mit der anderen ebenen Fläche des kugelförmigen Körpers im Inneren der Tülle zusammen und begrenzt die Drehbewegung des kugelförmigen Körpers.
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In der
DE 20 2005 018 586 U1 wird eine Spannvorrichtung für Werkstücke zum, Fixieren auf Maschinentischen, Vorrichtungen oder Paletten mit zwei relativ zu einander verstellbaren Spannbacken, zwischen denen das Werkstück eingespannt ist beschrieben, wobei mindestens eine Spannbacke modular aufgebaut ist und aus einer Vielzahl von Spannelementen besteht, die auf einem Spannelemententräger befestigt sind, wobei mindestens ein Spannelement eine Einzelbacke aufweist, die um einen definierten Hub gegen die Kraft einer Federanordnung oder eines hydraulisch oder pneumatischen Kolbens beim Einspannen des Werkstückes verschiebbar ist.
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Weiterhin wird mit der
DE 10 2005 033 468 A1 eine Spannvorrichtung, insbesondere für Werkzeugmaschinen, wiedergegeben bei der mit einem in eine Aufnahme einsetzbaren, eine Längsachse aufweisenden Fixierelement als mittelbarer oder unmittelbarer Träger wenigstens eine zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet ist und mit wenigstens einem an einem Grundkörper anzuordnenden Spannelement zum lösbaren Fixieren des Fixierelements in der Aufnahme und mit wenigstens einem durch das Spannelement mit einer Klemm- oder Lösekraft beaufschlagbaren Klemmteil, wobei das Klemmteil so angeordnet ist, daß es durch die Klemmkraft in einer Bewegung zur Klemmung oder Freigabe des Fixierelements in der Aufnahme bewegbar ist, und wobei das Spannelement wenigstens eine mit Über- oder Unterdruck beaufschlagbare, verformbare Kammer umfaßt, die zumindest teilweise von wenigstens einer zug- und/oder druckfesten Wandung so begrenzt ist, daß eine die Klemmkraft erzeugende Verformungskraft bei einer die Kammer verformenden Druckbeaufschlagung im Wesentlichen resultiert aus den in Längsrichtung der Wandung verlaufenden, aus der Verformung der Kammer resultierenden Zug- oder Druckkräften.
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Die
WO 97/43 094 A1 beschreibt einen Werktisch für Montagearbeiten an Werkstücken, insbesondere für Verbindungsarbeiten mittels Schweiß-, Löt- oder Klebeverfahren. Die Erfindung eignet sich nicht für das Spannen von Werkstücken zur spanenden Bearbeitung.
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Die
DE 35 15 383 A1 betrifft eine Festhalteeinrichtung, die dazu dient gleichartige miteinander axial verschraubte rotationssymmetrische Körper, wie z. B. Gestängeteile, Rohre oder dgl. voneinander oder mit derartigen Körpern verschraubte Körper, wie z. B. Werkzeuge, Bohrkörper oder dgl. von diesen zu lösen. Die Erfindung betrifft somit nicht eine Spanneinrichtung für Werkstücke zur spanenden Bearbeitung, sondern eine Festhalteeinrichtung zum Lösen von miteinander verschraubten Körpern (einem Bohrgestänge).
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Die
GB 2 198 974 A beschreibt einen Maschinenschraubstock mit einem feststehenden und einem beweglichen Klemmbacken, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Lösung ist mit der Anmeldung weder vergleichbar noch legt sie den Anmeldegegenstand nahe.
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Das
DE 74 05 430 U beschreibt eine Spannvorrichtung, die vorzugsweise zum Spannen von kantigen Werkstücken dient und die aus zwei Spannbacken besteht. Die Spannbacken sind zylinderförmig ausgebildet, wobei durch einen viertelkreisförmigen Ausschnitt zwei im rechten Winkel oder in einem spitzen Winkel zueinander stehende Spannflächen gebildet werden. Soweit die Spannflächen im rechten Winkel zueinander stehen, können auch nur Werkstücke mit im rechten Winkel zueinander stehenden Flächen gespannt werden. Das gleiche gilt auch für Werkstücke, deren Flächen im spitzen Winkel zueinander stehen.
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Die vorbekannten Lösungen haben den Nachteil, daß beim Spannen von Werkstücken, die Parallel- und/oder Winkelabweichungen aufweisen, es nicht auszuschließen ist, daß diese an den Backen herausgedrückt werden können, da die Spannbacken nicht vollflächig anliegen sondern nur eine linienförmige Berührung zur Spannfläche haben.
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Von Nachteil ist es ferner, daß die Unterseite eines plattenförmigen Werkstückes, die parallel zum Maschinentisch und eine Seitenfläche parallel zu einer Bewegungsrichtung der Maschine gespannt werden soll, an der Unterseite für die Bearbeitung nicht vollständig zugänglich ist, d. h. das Werkstück darf sich mit seinen Spannflächen nicht nach den Spannflächen der Spannvorrichtung ausrichten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine sich selbstausrichtende Spanneinrichtung zu schaffen, mit der Werkstücke, deren Flächen Parallelitäts- und/oder Winkelabweichungen zueinander aufweisen, sicher aufgespannt werden können ohne daß sich das Werkstück beim Spannvorgang aus seiner vordefinierten Winkellage bewegt.
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Dabei soll das Werkstück nicht auf einer Auflage gespannt werden um die Zugänglichkeit an der Ausrichtfläche zu bewahren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung besteht aus mindestens zwei sich gegenüberliegenden Spannelementen mit kugelschalenförmigen Abschnitten und in diese einsetzbare Spannbacken mit einem einen kugelförmigen Abschnitt aufweisenden Endbereich, wobei die Radien der Endbereiche und der Abschnitte von einander abweichend ausgebildet sind und zwar derart, daß beim Ausrichten der Spannbacken am Werkstück eine tangentiale Anlage der Abschnitte und der Endbereiche zueinander vorliegt und bei weiterem Spannverlauf eine Selbsthemmung der Abschnitte und der Endbereiche zu einander eintritt.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Abschnitte der Spannelemente und die Endbereiche der Spannbacken auf der einen Seite kugelschalenförmig und die Abschnitte der Spannelemente und die Endbereiche der Spannbacken auf der gegenüberliegenden Seite zylinderförmig auszubilden.
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Einer der wesentlichen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Spannvorrichtung besteht darin, daß sich das Werkstück beim Spannvorgang trotz der Nichtparallelität bzw. Winkelabweichung der Seitenflächen zu einander nicht aus einer vordefinierten Winkellage bewegt.
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Von Vorteil ist es weiterhin, daß das zu spannende Werkstück nicht durch Niederzugelemente auf eine Auflage gespannt wird, wodurch Deformierungen vermieden werden und wobei die Zugänglichkeit an der Ausrichtfläche gewährleistet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend an Hand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich.
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Es zeigen
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1: eine perspektivische Darstellung der Spannvorrichtung;
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2: eine Schnittdarstellung der Spannvorrichtung;
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3 bis 7: je eine Prinzipdarstellung der Lage der Spannbacken in Bezug auf die Spannflächen des Werkstückes;
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8 bis 10: je eine Varianten der Ausbildung der Spannbacken.
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In 1 wird die erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
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Das zu bearbeitende Werkstück 2 wird in der Spannvorrichtung 1 in die gewünschte Winkellage gebracht und mittels der Spannelemente 5 und 6 gespannt.
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Die 2 zeigt die Spannvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung.
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Das Werkstück 2 soll für die Bearbeitung aufgespannt werden. Hierfür werden zunächst die auf der Verzahnung 9 laufenden Nutsteine 8 in die vorgegebene Position gebracht. Das zu bearbeitende Werkstück 2 wird innerhalb der Spannvorrichtung 1 in die erforderliche Winkellage ausgerichtet. Dies erfolgt mit an sich bekannten Hilfsmitteln, wie zum Beispiel Auflegen und Anlegen des Werkstückes 2 auf Parallelunterlagen oder Sinuslineal oder entsprechenden Formauflagen. Über die Pinole 13 und die Spannschraube 7 und den Spannelementen 6 und 5 wird die erforderliche Spannkraft aufgebracht, so daß sich die Spannbacken 4 und 3 an die vorgesehenen Spannflächen des Werkstückes 2 anlegen. Sowohl die Formausführung als auch die Kraftrichtung der Spannbacken 3 und 4 sind hier in verschiedenen Varianten ausgeführt, wie dies auch in den 3 bis 10 prinzipmäßig dargestellt ist.
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Beim Spannvorgang richten sich die hier beweglich mit den Spannelementen 5 bzw. 6 verbundenen Spannbacken 3 bzw. 4 mit dem Anlegen an die Spannflächen des Werkstückes 2 aus.
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Die zu 2 gehörende Einzelheit X soll die Verbindung von Spannelement 6 mit der Spannbacke 4 verdeutlichen. Sowohl der Endbereich 11 der Spannbacke 4 als auch der auf diesem aufliegende Abschnitt 12 des Spannelementes 6 sind kugelförmig ausgebildet, jedoch sind die Kugelformen nicht gleichförmig ausgebildet, d. h. die beiden zueinander gerichteten Radien weichen bewußt von einander ab, so daß eine tangentiale Anlage des Abschnitt 12 des Spannelementes 6 an dem Endbereich 11 der Spannbacke 4 zu verzeichnen ist. Mit dem weiteren Aufbringen der Spannkraft wird der kugelförmige Abschnitt 12 immer stärker gegen den kugelförmig ausgebildeten Endbereich der Spannbacke 4 gepreßt, so daß ab einem bestimmten Krafteintrag, bedingt durch die tangentiale Anlage, eine Selbsthemmung eintritt. Ein Verdrehen der Spannbacke 4 ist dadurch ausgeschlossen.
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Der Spannkrafteintrag wird nun soweit erhöht bis das Werkstück 2 fest zwischen den Spannbacken 3 und 4 gespannt ist. Dabei hat sich das Werkstück während des Spannvorgangs in seiner Winkellage gegenüber dem ungespannten Zustand nicht verändert.
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Die 3 zeigt in einer Prinzipdarstellung, wie ein nach unten einseitig abgeschrägtes Werkstück 2 mittels der auf die Spannflächen gerichteten Spannbacken 3 und 4 gespannt wird. Die Anlagen der Spannbacken 3, die mit dem Aufbringen der Spannkraft auf die Spannfläche des Werk-stückes 2 aufsetzen, sind hierbei abgewinkelt ausgebildet.
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Die 4 zeigt prinzipmäßig das Spannen eines Werkstückes 2 mit einer Planseite links, an die die Spannbacken 4 beim Aufbringen der Spannkraft angreifen und einer kerbenartig ausgebildeten Fläche (rechts), an die die Spannbacken 3 beim Aufbringen der Spannkraft angreifen, wobei auch hier die Anlagen der Spannbacken 3, die auf die Spannfläche des Werkstückes 2 aufsetzen, der Flächenkontur entsprechend abgewinkelt ausgebildet sind.
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Die 5 zeigt prinzipmäßig das Spannen eines Werkstückes 2 mit einer Planseite links, an die die Spannbacken 4 beim Aufbringen der Spannkraft angreifen und einer kerbenartig ausgebildeten Fläche (rechts), wobei die Spannbacken 3 beim Aufbringen der Spannkraft in etwa in Kraftrichtung auf die Spannflächen angreifen.
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Die 6 zeigt prinzipmäßig das Spannen eines runden Werkstückes 2, wobei die Anlagen der Spannbacken 3 beim Aufbringen der Spannkraft mit ihrer Kraftrichtung mit einer entsprechenden Gradstellung (hier 120 Grad) zum Mittelpunkt des Werkstückes 2 gerichtet sind und die Spannbacke 4 ebenfall um 120 Grad versetzt entgegengesetzt angreift.
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Die 7 zeigt die Ausbildung der Form der Anlagen der Spannbacken 3 bzw. 4, wobei hier ein rundes Werkstück 2 gespannt werden soll, wobei die in die Anlagen der Spannbacken eingearbeitete Form der Umfangsform des Werkstückes entspricht.
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Die 8 zeigt prinzipmäßig die Ausbildung der Anlagen der Spannbacken 3, wobei hier die dem Werkstück 2 zugewandte Seite der Spannbacke 3 mit einer Art Sägezahnprofil versehen ist.
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Die 9 zeigt prinzipmäßig die Ausbildung der Anlagen der Spannbacken 3, wobei hier in die dem Werkstück 2 zugewandte Seite der Spannbacke 3 ein Kerbprofil eingearbeitet ist.
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Die 10 zeigt prinzipmäßig die Ausbildung der Anlagen der Spannbacken 3 als Vorder- und Seitenansicht, wobei hier auf der dem Werkstück 2 zugewandte Seite der Spannbacke 3 in einer 120 Gradteilung Spitzen angeordnet sind, mittels derer ein sicheres Halten von beispielsweise stirnseitig gespannter Werkstücke ermöglicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Spannbacke rechts
- 4
- Spannbacke links
- 5
- Spannelement
- 6
- Spannelement
- 7
- Spannschraube
- 8
- Nutstein
- 9
- Verzahnung
- 10
- Excenterbolzen
- 11
- Endbereich (Spannbacke)
- 12
- Abschnitt (Pinole)
- 13
- Pinole
