DE102008045620B4 - Spanneinrichtung sowie Spannteil und Zentrierscheibe - Google Patents
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Abstract
Spanneinrichtung mit einem Spannfutter (1) zum Festspannen eines Spannteils (6), mit am Spannfutter (1) angeordneten ersten Zentrierelementen, welche mit am Spannteil (6) angeordneten weiteren Zentrierelementen derart zusammenarbeiten, dass das Spannteil (6) beim Festspannen am Spannfutter (1) in X- und Y-Richtung ausgerichtet wird, wobei die ersten Zentrierelemente durch Zentrierzapfen (3) gebildet werden, welche in die als Zentrieröffnungen (9) ausgebildeten anderen Zentrierelemente einzugreifen bestimmt sind, wobei die Spanneinrichtung zumindest drei Zentrieröffnungen (9) und eine korrespondierende Anzahl Zentrierzapfen (3) aufweist, wobei der jeweilige Zentrierzapfen (3) mit zwei konisch zulaufenden Seitenflächen (3a, 3b) versehen ist und die jeweilige Zentrieröffnung (9) durch zwei parallel zueinander verlaufende Seitenwände (9a, 9b) begrenzt wird, welche derart ausgebildet sind, dass die konisch zulaufenden Seitenflächen (3a, 3b) des jeweiligen Zentrierzapfens (3) linienförmig daran zur Anlage kommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrieröffnungen (9) in eine Zentrierscheibe (8) eingelassen sind, wobei jede Zentrieröffnung (9) auf jede Seite hin von der Zentrierscheibe (8) umschlossen ist, wobei die Zentrierscheibe (8) mittels Bolzen (12) an einem Grundkörper (7) des Spannteils (6) befestigt ist, wobei die Bolzen (12) mit einem Gewinde versehen und in den Grundkörper (7) des Spannteils (6) eingeschraubt sind, und wobei eine Stirnseite (13) des jeweiligen Bolzens (12) einen Z-Anschlag zur Auflage an dem Spannfutter (1) bildet.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Spanneinrichtung.
- Derartige Spanneinrichtungen werden zum positionsdefinierten Festspannen von Werkzeugen, Werkstücken oder Werkstückträgern eingesetzt. Das Spannfutter wird üblicherweise fest auf einem Arbeitstisch einer Bearbeitungsmaschine oder einer Presse fixiert, während der Werkstückträger wiederholt positionsgenau am Spannfutter fixierbar und auch wieder lösbar ist.
- Aus der
EP 0 111 092 B2 ist eine Kupplungsvorrichtung zur drehfesten und auswechselbaren Verbindung eines Werkstücks mit einer Bearbeitungseinrichtung bekannt. Die Vorrichtung besteht aus zwei koaxialen Kupplungsorganen und einer dazwischengefügten Mitnehmerscheibe. Das eine Kupplungsorgan ist mit einem runden, zentrisch angeordneten Mitnehmerzapfen sowie einem länglichen, exzentrisch angeordneten Mitnehmerzapfen versehen. Der zentrische Mitnehmerzapfen weist kegelstumpfförmige Mantelfläche auf, während der exzentrisch angeordnete Mitnehmerzapfen zwei radiusparallel verlaufende Seitenflächen aufweist, die gegenüber der Drehachse des Kupplungsorgans geneigt verlaufen. Die Mitnehmerscheibe ist mit einer zentralen, kreisrunden Öffnung sowie einer exzentrisch angeordneten, im Wesentlichen ovalen Öffnung versehen, wobei die Öffnungen in der Form und Lage mit dem jeweiligen Mitnehmerzapfen korrespondieren. Am einen Kupplungsorgan sind drei Abstandszapfen angeordnet, deren Oberflächen über die Kupplungsfläche vorstehen und bei gespannter Kupplungsvorrichtung an der Oberfläche des anderen Kupplungsorgans zur Anlage kommen. Die Mitnehmerscheibe besteht aus Federstahl, wobei die darin eingelassenen Öffnungen derart auf die beiden Mitnehmerzapfen abgestimmt sind, dass die Mitnehmerscheibe im gespannten Zustand der Kupplungsvorrichtung im Bereich der Öffnungen axial elastisch deformiert ist. Weitere Spann- oder Positioniervorrichtungen sind beispielsweise aus derEP0694364A1 ,US2003217451A1 ,DE8335033U1 undDE3902854A1 bekannt. - Die Erfindung zielt darauf ab, eine Spanneinrichtung mit einem Spannfutter und einem lösbar daran fixierbaren Spannteil derart weiterzubilden, dass die Spanneinrichtung unempfindlich in Bezug auf Verschmutzung ist, das Spannteil wiederholt genau an dem Spannfutter festgelegt werden kann und die Zentrierelemente einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
- Hierzu wird nach der Erfindung eine Spanneinrichtung gemäß dem Anspruch 1 bereitgestellt.
- Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 umschrieben.
- Um sicherzustellen, dass das Spannteil beim Festspannen am Spannfutter mit einer hohen absoluten wie auch repetierbaren Genauigkeit positioniert wird, sind zumindest drei Paare von Zentrierelementen vorgesehen, welche derart zusammenwirken, dass das Spannteil beim Festspannen gegenüber dem Spannfutter in X- und Y-Richtung wie auch bezüglich der Winkellage um die Z-Achse positioniert wird, wobei durch die linienförmige Anlage der Seitenflächen der Zentrierzapfen an den Seitenwänden der jeweiligen Zentrieröffnung eine hohe Unempfindlichkeit in Bezug auf Verschmutzung erreicht wird.
- Um eine hohe Stabilität des am Spannfutter festgespannten Spannteils zu erreichen, sind Bolzen bzw. Distanzbolzen, vorzugsweise vier Distanzbolzen vorgesehen, welche relativ weit außen platziert sind.
- Im Anspruch 14 wird zudem ein Spannteil zur Verwendung in einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildeten Spanneinrichtung beansprucht. Bevorzugte Weiterbildungen des Spannteils sind in den Ansprüchen 15 und 16 definiert.
- Im Anspruch 17 ist eine Zentrierscheibe definiert, welche sich in besonders bevorzugter Weise zum Anbringen an einem Grundkörper eines Spannteils zur Verwendung in einer Spanneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 eignet. Bevorzugte Weiterbildungen der Zentrierscheibe sind in den abhängigen Ansprüchen 18 bis 20 umschrieben.
- Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 die Spanneinrichtung in schematischer Darstellung während des Zentriervorgangs; -
2 die Spanneinrichtung gemäß 1 nach dem Zentriervorgang; -
2a einen vergrößerten Ausschnitt aus der 2; -
2b zwei Zentrierelemente in perspektivischer Darstellung; -
3 die aus einem Spannfutter sowie einem Spannteil bestehende Spanneinrichtung, und -
4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zentrierscheibe. - Anhand der
1 , welche die Spanneinrichtung in einem schematischen Querschnitt zeigt, soll die Wirkungsweise der Zentrierelemente näher erläutert werden. Die Spanneinrichtung umfasst ein Spannfutter1 sowie ein Spannteil6 . Das Spannfutter1 ist mit einem Spannmechanismus zum Festspannen eines am Spannteil6 angeordneten Spannzapfens versehen, wobei die diesbezüglichen Spannmittel nicht dargestellt sind. Das Spannteil6 dient im Allgemeinen der Aufnahme von Werkstücken oder Werkzeugen und soll positionsgenau und wiederholbar an dem Spannfutter1 festgelegt bzw. fixiert werden können. Sowohl das Spannfutter1 wie auch das Spannteil6 sind mit einem massiven Grundkörper2 ,7 versehen. Das Spannfutter1 ist mit ersten Zentrierelementen in Form von Zentrierzapfen3 versehen, während das Spannteil6 weitere Zentrierelemente in der Form von Zentrieröffnungen9 aufweist. Obwohl im vorliegenden Beispiel nur ein Zentrierzapfen3 und eine Zentrieröffnung9 dargestellt sind, ist das Spannfutter1 üblicherweise mit vier Zentrierzapfen3 und das Spannteil6 mit einer entsprechenden Anzahl von Zentrieröffnungen9 versehen. - Im vorliegenden Beispiel sind die Zentrieröffnungen
9 in eine Zentrierscheibe8 eingelassen, deren Funktion anschließend noch näher erläutert wird. Die Zentrierscheibe8 ist mittels Bolzen12 derart beabstandet von der Stirnseite6a des Grundkörpers7 des Spannteils6 angeordnet, dass die Scheibe8 in Richtung des Grundkörpers7 auslenkbar ist. Die Stirnseite13 des jeweiligen Bolzens12 bildet einen Z-Anschlag für das Spannteil6 . Der Grundkörper2 des Spannfutters1 ist mit planen Auflageflächen4 versehen, welche zur Anlage an der Stirnseite13 der Bolzen12 bestimmt sind. Der jeweilige Zentrierzapfen3 ist mit zwei konisch zulaufenden Seitenflächen3a ,3b versehen, welche sich an den die jeweilige Zentrieröffnung9 seitlich begrenzenden Seitenwänden9a ,9b der Zentrierscheibe8 anlegen. Die Zentrierzapfen3 sind aus einem härteren Material gefertigt als die Zentrierscheibe8 . Dies hat den Vorteil, dass die konischen Seitenflächen3a ,3b der Zentrierzapfen3 kaum abgenutzt werden, so dass auch bei einer hohen Zahl von Spannvorgängen die Positioniergenauigkeit nicht beeinträchtigt wird. Bei einer allfälligen Abnutzung der Seitenwände9a ,9b der Zentrierscheibe8 wird lediglich die zur Anlage an den Zentrierzapfen3 kommende Fläche - Linienberührung - etwas breiter, was jedoch auf die Positioniergenauigkeit keinen nennenswerten Einfluss hat. - Die
2 zeigt das Spannfutter1 zusammen mit dem daran festgelegten Spannteil6 . Beim Festspannen des Spannteils6 am Spannfutter1 dringt der jeweilige Zentrierzapfen3 in die Zentrieröffnung9 ein. Dabei kommen die Seitenflächen3a ,3b des Zentrierzapfens3 an den die Zentrieröffnung9 begrenzenden Seitenwänden9a ,9b der Zentrierscheibe8 zur Anlage, wodurch der Zentrierzapfen3 bzw. das Spannteil6 gegenüber dem Spannfutter1 ausgerichtet wird. Indem vier Zentrierzapfen3 und eine korrespondierende Anzahl von Zentrieröffnungen9 vorgesehen ist, wird das Spannteil6 beim Festspannen am Spannfutter1 in X- und Y-Richtung sowie bezüglich der Winkellage um die Z-Achse ausgerichtet. - Im hier dargestellten Zustand, in dem sich die beiden konisch zulaufenden Seitenflächen
3a , 3b des Zentrierzapfens3 an den die Zentrieröffnung9 seitlich begrenzenden Wänden9a , 9b der Zentrierscheibe8 anlegen, kommt es zu einer Linienberührung zwischen dem Zentrierzapfen3 und der jeweiligen Seitenwand9a ,9b . Die Zentrierzapfen3 sind dazu derart dimensioniert, dass die Zentrierscheibe8 durch den jeweiligen Zentrierzapfen3 leicht in Richtung des Grundkörpers des Spannteils6 ausgelenkt wird, bevor die Distanzbolzen12 mit ihrer Stirnfläche13 an den planen Auflageflächen4 des Spannfutters1 zur Anlage kommen.2a zeigt im Querschnitt in vergrößerter Darstellung, wie die eine Seitenfläche3a des Zentrierzapfens3 an der die Öffnung seitlich begrenzenden Wand9a der Zentrierscheibe8 zur Anlage kommen. Im Querschnitt gesehen kommt es zwischen der Seitenfläche3a des Zentrierzapfens3 und der Seitenwand9a der Zentrieröffnung9 zu einer Punktauflage. - Die
2b zeigt in perspektivischer Darstellung den in eine Zentrieröffnung9 eingreifenden Zentrierzapfen3 . Durch schraffierte LinienL1 ,L2 ist die Linienberührung zwischen dem Zentrierzapfen2 und den die Öffnung9 seitlich begrenzenden Wänden angedeutet. Eine solche Linienberührung hat, im Gegensatz zu einer Flächenauflage, den Vorteil, dass die Zentrierelemente3 ,9 in Bezug auf Verschmutzung sehr unempfindlich sind, da es zu einer hohen Flächenbelastung kommt und allfälliger Schmutz beim Einführen des Zentrierzapfens3 in die Zentrieröffnung9 weggeschabt bzw. weggedrückt wird. Jedenfalls kann auf diese Weise eine hohe absolute wie auch repetierbare Genauigkeit beim Zentrieren des jeweiligen Zentrierzapfens3 gegenüber der Zentrieröffnung9 und damit des Spannteils6 gegenüber dem Spannfutter1 erreicht werden. Die Zentrierscheibe8 ist vorzugsweise aus einem rostfreien Blech hergestellt, wobei die Zentrieröffnungen9 vorzugsweise mittels Feinstanzen erzeugt werden. Die Dicke der Zentrierscheibe8 liegt in der Größenordnung von ca. 0.8 bis 1.5 mm. Eine solche Zentrierscheibe8 kann vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden. die Seitenflächen3a ,3b der Zentrierzapfen3 sind hochpräzise bearbeitet, insbesondere geschliffen. - Die
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der aus dem Spannfutter1 und dem daran festspannbaren Spannteil6 bestehenden Spanneinrichtung. Das Spannfutter besteht aus einem zylindrischen Grundkörper2 , an dem vier sich in Z-Richtung erstreckende Zentrierzapfen3 angeordnet sind. Sowohl die vier Zentrierzapfen3 wie auch die vier Zentrieröffnungen9 sind entlang eines KreisringesK1 ,K2 jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet. Wie ersichtlich, ist jede Zentrieröffnung9 auf jede Seite hin von der Zentrierscheibe8 umschlossen. Zum Festspannen eines am Spannteil6 angeordneten Spannzapfens ist das Spannfutter1 üblicherweise mit einem Spannmechanismus versehen, wobei im vorliegenden Beispiel weder der Spannmechanismus noch der Spannzapfen eingezeichnet sind. In die Oberfläche des Grundkörpers2 sind plane Auflageflächen4 eingelassen, an welchen sich die Distanzbolzen12 mit ihrer Stirnseite13 abstützen können. - Das Spannteil
6 weist eine Zentrierplatte8 auf, welche mittels Abstandhaltern15 an dem Grundkörper7 befestigt ist. Die Abstandhalter15 können als separate, am Grundkörper7 befestigte Elemente ausgeführt sein. Alternativ dazu können sie auch einstückig mit dem Grundkörper7 ausgebildet sein. Eine weitere Alternative besteht darin, dass der Grundköper7 mit einer im Wesentlichen planen Stirnseite versehen ist, welche lediglich im Bereich der jeweiligen Zentrieröffnungen9 mit Ausnehmungen versehen ist. - Die eigentliche Befestigung der Zentrierplatte
8 erfolgt mittels den Distanzbolzen12 , deren Stirnseite13 als Anschlag für das Spannteil6 dient. Die Distanzbolzen12 sind mit einem rückwärtigen Gewinde versehen, mittels welchem sie in einem Innengewinde des jeweiligen Abstandhalters15 bzw. der Grundplatte7 fixiert werden können. Die Distanzbolzen12 sind relativ weit außen platziert, damit eine hohe Stabilität des am Spannfutter1 festgespannten Spannteils6 erreicht wird. Vorzugsweise sind die Distanzbolzen12 im äußeren Viertel eines virtuellen, an die radial äußersten Punkte des Spannteils6 gelegten KreisringesK3 angeordnet. - Die Längsmittenachsen der Zentrierzapfen
3 wie auch der Zentrieröffnungen9 verlaufen radiusparallel zu der Z-AchseZ1 des Spannfutters1 bzw. des Spannteils6 . Jedenfalls wird durch die Anordnung der Zentrierelemente3 ,9 eine wiederholt präzise Positionierung des Spannteils6 gegenüber dem Spannfutter1 in X- und Y-Richtung sowie bezüglich der Winkellage um die Z-Achse ermöglicht. Durch das Vorsehen von Distanzbolzen12 in der beschriebenen Art, welche sich an den planen Auflageflächen4 des Spannfutters1 anlegen, wird zudem auch eine hochpräzise Positionierung in Z-Richtung ermöglicht. -
4 zeigt die einstückig ausgebildete Zentrierscheibe8 . Um die Zentrierscheibe8 mittels den Distanzbolzen befestigen zu können, ist jeweils mittig zwischen zwei benachbarten Zentrieröffnungen9 eine Bohrung16 in die Zentrierscheibe8 eingelassen.
Claims (20)
- Spanneinrichtung mit einem Spannfutter (1) zum Festspannen eines Spannteils (6), mit am Spannfutter (1) angeordneten ersten Zentrierelementen, welche mit am Spannteil (6) angeordneten weiteren Zentrierelementen derart zusammenarbeiten, dass das Spannteil (6) beim Festspannen am Spannfutter (1) in X- und Y-Richtung ausgerichtet wird, wobei die ersten Zentrierelemente durch Zentrierzapfen (3) gebildet werden, welche in die als Zentrieröffnungen (9) ausgebildeten anderen Zentrierelemente einzugreifen bestimmt sind, wobei die Spanneinrichtung zumindest drei Zentrieröffnungen (9) und eine korrespondierende Anzahl Zentrierzapfen (3) aufweist, wobei der jeweilige Zentrierzapfen (3) mit zwei konisch zulaufenden Seitenflächen (3a, 3b) versehen ist und die jeweilige Zentrieröffnung (9) durch zwei parallel zueinander verlaufende Seitenwände (9a, 9b) begrenzt wird, welche derart ausgebildet sind, dass die konisch zulaufenden Seitenflächen (3a, 3b) des jeweiligen Zentrierzapfens (3) linienförmig daran zur Anlage kommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrieröffnungen (9) in eine Zentrierscheibe (8) eingelassen sind, wobei jede Zentrieröffnung (9) auf jede Seite hin von der Zentrierscheibe (8) umschlossen ist, wobei die Zentrierscheibe (8) mittels Bolzen (12) an einem Grundkörper (7) des Spannteils (6) befestigt ist, wobei die Bolzen (12) mit einem Gewinde versehen und in den Grundkörper (7) des Spannteils (6) eingeschraubt sind, und wobei eine Stirnseite (13) des jeweiligen Bolzens (12) einen Z-Anschlag zur Auflage an dem Spannfutter (1) bildet.
- Spanneinrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung vier Zentrieröffnungen (9) und eine korrespondierende Anzahl Zentrierzapfen (3) aufweist. - Spanneinrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) einstückig und zumindest im Bereich der Zentrieröffnungen (9) in Z-Richtung federelastisch nachgiebig ist. - Spanneinrichtung nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zentrieröffnung (9) seitlich durch eine in Z-Richtung federelastisch nachgiebige Seitenwand (9a, 9b) begrenzt wird. - Spanneinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) aus einem rostfreien Blech gefertigt ist. - Spanneinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) aus einem weicheren Material gefertigt ist als die Zentrierzapfen (3). - Spanneinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrieröffnungen (9) mittels Feinstanzen aus der Zentrierscheibe (8) herausgeschnitten sind. - Spanneinrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) eine Dicke von maximal 2 Millimetern aufweist, insbesondere eine Dicke von 0.8 bis 1.5 Millimetern. - Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (3a, 3b) der Zentrierzapfen (3) hochpräzise bearbeitet insbesondere geschliffen sind.
- Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (3, 9) entlang einer Kreislinie (K1, K2) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
- Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (6) mit der von dessen Stirnseite beabstandet angeordneten Zentrierscheibe (8) versehen ist, welche mit vier Zentrieröffnungen (9) versehen ist.
- Spanneinrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter (1) mit einem Grundkörper (2) versehen ist, der mit planen Auflageflächen (4) zur Anlage der Bolzen (12) versehen ist. - Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) mittels vier Bolzen (12) an dem Grundkörper (7) des Spannteils (6) befestigt ist.
- Spannteil (6) zur Verwendung in einer gemäß einem der
Ansprüche 1 bis13 ausgebildeten Spanneinrichtung. - Spannteil (6) nach
Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (6) einen Grundkörper (7) aufweist, an dem eine mit zumindest drei Zentrieröffnungen (9) versehene, einstückig ausgebildete Zentrierscheibe (8) derart befestigt ist, dass sie im Bereich der Zentrieröffnungen (9) in Z-Richtung federelastisch nachgiebig ist, wobei jede Zentrieröffnung (9) auf jede Seite hin von der Zentrierscheibe (8) umschlossen ist. - Spannteil (6) nach
Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannteil (6) als Werkstückaufnahme ausgebildet ist. - Zentrierscheibe (8) zum Anbringen an einem Grundkörper eines Spannteils (6) zur Verwendung in einer Spanneinrichtung gemäß einem der
Ansprüche 1 bis13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) einstückig ausgebildet ist und zumindest drei Zentrieröffnungen (9) aufweist, wobei jede Zentrieröffnung (9) auf jede Seite hin von der Zentrierscheibe (8) umschlossen ist, und dass sie mit zumindest drei Bohrungen zum Befestigen an einem Grundkörper (7) eines Spannteils (6) versehen ist. - Zentrierscheibe (8) nach
Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierscheibe (8) mit vier Zentrieröffnungen (9) versehen ist, welche entlang eines Kreisringes (K2) jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die jeweilige Zentrieröffnung (9) seitlich durch zwei parallel zueinander verlaufende Seitenwände (9a, 9b) begrenzt wird. - Zentrierscheibe (8) nach
Anspruch 17 oder18 , dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Zentrieröffnungen (9) eine Befestigungsbohrung (16) in die Zentrierscheibe (8) eingelassen ist. - Zentrierscheibe (8) nach einem der
Ansprüche 17 bis19 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrieröffnungen (9) mittels Feinstanzen hergestellt sind.
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