DE102011108341A1

DE102011108341A1 - Spannvorrichtung und entsprechender Einzugsnippel

Info

Publication number: DE102011108341A1
Application number: DE102011108341A
Authority: DE
Inventors: Roland Karlheinz Kiefer; Robert Hartmann
Original assignee: Stark Spannsysteme GmbH
Current assignee: Stark Spannsysteme GmbH
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-23
Also published as: DE102011108341B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (1) zum Spannen eines Bauteils, insbesondere eines Werkstücks oder eines Werkstückhalters, mit einer Aufnahmebohrung (3) zur Aufnahme eines Einzugsnippels (2), der an dem zu spannenden Bauteil angebracht ist, sowie mit mindestens einem Spannschieber (8), der quer zu der Aufnahmebohrung (3) zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschiebbar ist, wobei der Spannschieber (8) den Einzugsnippel (2) in der Verriegelungsstellung formschlüssig in der Aufnahmebohrung (3) verriegelt, wohingegen der Spannschieber (8) den Einzugsnippel (2) in der Entriegelungsstellung freigibt, um den Einzugsnippel (2) in die Aufnahmebohrung (3) einzuführen oder aus der Aufnahmebohrung (3) heraus zu ziehen. Es wird vorgeschlagen, dass der Einzugsnippel (2) beim Einführen in die Aufnahmebohrung (3) den Spannschieber (8) selbständig und ohne einen zusätzlichen Antrieb für den Spannschieber (8) aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung schiebt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Bauteils, insbesondere eines Werkstücks oder eines Werkstückhalters, wie beispielsweise einer Werkstückpalette. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechend gestalteten Einzugsnippel.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Werkstücke oder Werkstückhalter (z. B. Werkstückpaletten) in Spannvorrichtungen für eine Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine (z. B. Fräsmaschine) einzuspannen.
Aus DE 10 2007 031 463 A1 ist eine derartige Spannvorrichtung bekannt, bei der der Einzugsnippel durch Verriegelungskugeln gespannt wird, die in eine seitliche Vertiefung in der Mantelfläche des Einzugsnippels eingreifen. In einer Verriegelungsstellung werden die Verriegelungskugeln hierbei axial in die Vertiefung der Mantelfläche des Einzugsnippels hineingedrückt, so dass der Einzugsnippel nicht aus der Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung herausgezogen werden kann, sondern in der Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung festgespannt wird. In einer Entriegelungsstellung können die Verriegelungskugeln dagegen radial nach außen ausweichen, so dass der Einzugsnippel aus der Aufnahmebohrung herausgezogen bzw. in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann.
Ein anderer Typ einer derartigen Spannvorrichtung ist aus DE 10 2006 037 708 A1 bekannt. Hierbei erfolgt das Spannen des Einzugsnippels in der Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung nicht durch Verriegelungskugeln, sondern durch radial verschiebliche Spannschieber. Der Spannschieber kann hierbei in horizontaler Richtung zwischen einer innenliegenden Verriegelungsstellung und einer außenliegenden Entriegelungsstellung verschoben werden. In der innenliegenden Verriegelungsstellung greift der Spannschieber in eine Vertiefung in der Mantelfläche des Einzugsnippels ein und verriegelt diesen dadurch in der Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung. In der außenliegenden Entriegelungsstellung gibt der Spannschieber dagegen den Einzugsnippel frei, so dass der Einzugsnippel aus der Aufnahmebohrung herausgezogen bzw. in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Typen von Spannvorrichtungen kann der Einzugsnippel nur dann in die Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung eingeführt werden, wenn das jeweilige Spannelement (Verriegelungskugeln bzw. Spannschieber) zuvor durch eine aktive Ansteuerung aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung gebracht wurde. Ohne eine derartige aktive Ansteuerung ist es bei diesen Typen von Spannvorrichtungen jedoch nicht möglich, den Einzugsnippel in die Aufnahmebohrung einzuführen. Die Verriegelungsstellung des Spannelements ist hierbei in der Regel innen, wohingegen sich das Spannelement in der Entriegelungsstellung außen befindet. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Entriegelungsstellung innen liegt, wohingegen sich das Spannelement in der Verriegelungsstellung außen befindet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Spannvorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik eine Aufnahmebohrung auf, in die der Einzugsnippel des zu spannenden Bauteils (z. B. Werkstück oder Werkstückhalter) eingeführt werden kann, um das Bauteil dann in der Spannvorrichtung zu spannen.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik mindestens einen Spannschieber auf, der quer zu der Aufnahmebohrung zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschiebbar ist.
In der Verriegelungsstellung greift der Spannschieber in eine entsprechende Vertiefung in der Mantelfläche des Einzugsnippels ein und verriegelt dadurch den Spannschieber formschlüssig in der Aufnahmebohrung, so dass der Einzugsnippel in der Verriegelungsstellung des Spannschiebers nicht wieder aus der Aufnahmebohrung herausgezogen werden kann.
In der Entriegelungsstellung gibt der Spannschieber dagegen den Einzugsnippel frei, so dass der Einzugsnippel in die Aufnahmebohrung eingeführt bzw. aus der Aufnahmebohrung herausgezogen werden kann.
Die Erfindung sieht nun vor, dass der Einzugsnippel beim Einführen in die Aufnahmebohrung den Spannschieber selbständig und ohne einen zusätzlichen Antrieb für den Spannschieber aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung schiebt. Nach Erreichen der Grundstellung greift und spannt der Spannschieber dann den Einzugsnippel, ohne dass eine Ansteuerung des Spannschiebers eforderlich ist. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ermöglicht es also, dass der Einzugsnippel in die Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung eingeführt werden kann, ohne dass der Spannschieber zuvor durch eine aktive Ansteuerung mittels eines Spannschieberantriebs aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung geschoben werden muss, wie es bei der bekannten Spannvorrichtung gemäß DE 10 2006 037 708 A1 der Fall ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Einzugsnippel an seiner Mantelfläche eine Auflauffläche auf, die in einem spitzen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung ausgerichtet ist, so dass sich der Einzugsnippel entlang der Auflauffläche zu seinem freien Ende hin verjüngt. Die Auflauffläche an dem Einzugsnippel hat die Aufgabe, den Spannschieber seitlich in die Entriegelungsstellung zu schieben, wenn der Einzugsnippel die Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung eingeführt wird. Die Auflauffläche des Einzugsnippels befindet sich deshalb vorzugsweise am freien Ende des Einzugsnippels. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass sich die Auflauffläche weiter oben an dem Einzugsnippel befindet, d. h. in einem bestimmten Abstand zum freien Ende des Einzugsnippels. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn am freien Ende des Einzugsnippels bereits eine Vertiefung in der Mantelfläche des Einzugsnippels angeordnet ist, die zur Aufnahme von Verriegelungskugeln dient, wie es bei DE 10 2007 031 463 A1 der Fall ist.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist auch der Spannschieber eine entsprechende Auflauffläche auf, die vorzugsweise am vorderen Ende des Spannschiebers oben angeordnet ist und in einem spitzen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung ausgerichtet ist, so dass sich die Auflauffläche an dem Spannschieber von außen nach innen neigt.
Beim Einführen des Einzugsnippels in die Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung gleiten dann die Auflaufflächen des Spannschiebers und des Einzugsnippels aufeinander, wodurch der Spannschieber seitlich aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung geschoben wird.
Darüber hinaus ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Selbstverriegelung vorgesehen, die den Einzugsnippel nach dem Einschieben in die Aufnahmebohrung der Spannvorrichtung selbstständig verriegelt, ohne dass eine externe Ansteuerung der Spannvorrichtung erforderlich ist, wie es beispielsweise bei der Spannvorrichtung gemäß DE 10 2006 037 708 A1 der Fall ist.
Hierzu weist der Einzugsnippel an seiner Mantelfläche vorzugsweise eine Verriegelungsfläche auf, die in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung ausgerichtet ist.
Darüber hinaus weist der Spannschieber für eine Selbstverriegelung an seinem vorderen Ende eine Verriegelungsfläche auf, die in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung ausgerichtet ist.
In der innenliegenden Verriegelungsstellung des Spannschiebers liegt die Verriegelungsfläche des Spannschieber dann an der Verriegelungsfläche des Einzugsnippels an und verriegelt den Einzugsnippel dadurch in der Aufnahmebohrung, so dass der Einzugsnippel in der Verriegelungsstellung des Spannschiebers nicht mehr aus der Aufnahmebohrung herausgezogen werden kann.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Verriegelungsflächen des Einzugsnippels und des Spannschiebers so weit gegenüber der Einführrichtung des Einzugsnippels angewinkelt, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen den Verriegelungsflächen des Einzugsnippels und des Spannschiebers in der Verriegelungsstellung gegenüber einem Herausziehen des Einzugsnippels selbsthemmend ist. Dies bedeutet, dass die Haftreibung zwischen den Verriegelungsflächen des Spannschiebers und des Einzugsnippels ausreichend ist, um den Spannschieber in der Verriegelungsstellung zu halten und dadurch ein herausziehen des Einzugsnippels zu verhindern. Aufgrund dieser Selbsthemmung ist es nicht erforderlich, den Spannschieber in der Verriegelungsstellung formschlüssig zu fixieren, was jedoch im Rahmen der Erfindung zusätzlich möglich ist.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Verriegelungsflächen von Einzugsnippel und Spannschieber vorzugsweise so weit gegenüber der Einführrichtung des Einzugsnippels angewinkelt sind, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen den Verriegelungsflächen des Einzugsnippels und des Spannschiebers in der Verriegelungsstellung gegenüber einem Einschieben des Spannschiebers nicht selbsthemmend ist. Dies bedeutet, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen den Verriegelungsflächen von Einzugsnippel und Spannschieber bei einem Einschieben des Spannschiebers nicht blockiert.
Darüber hinaus ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Spannschieberantrieb vorgesehen, um den Spannschieber aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung zu verschieben.
In einer Variante der Erfindung weist der Spannschieberantrieb eine Feder auf, die den Spannschieber mit ihrer Federkraft aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung vorspannt.
In einer anderen Variante der Erfindung weist der Spannschieberantrieb dagegen einen Elektromotor auf, der den Spannschieber aus der außenliegenden Entriegelungsstellung in die innenliegende Verriegelungsstellung bewegen kann.
Ferner ist es in einer Variante der Erfindung möglich, dass der Spannschieberantrieb einen Magnetaktor aufweist, der den Spannschieber aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht auf Bauweisen beschränkt ist, bei denen sich der Spannschieber in der Entriegelungsstellung außen und in der Verriegelungstellung innen befindet. Es ist vielmehr auch möglich, dass sich der Spannschieber in der Entriegelungsstellung innen und in der Verriegelungstellung außen befindet.
Darüber hinaus kann der Spannschieberantrieb im Rahmen der Erfindung verschiedene Bewegungen des Spannschiebers bewirken. Eine Möglichkeit besteht darin, dass der Spannschieberantrieb den Spannschieber nur aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Spannschieberantrieb den Spannschieber nur aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung bewegt. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, dass der Spannschieberantrieb den Spannschieber wahlweise aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung oder aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt.
Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Wirkungsprinzips des Spannschieberantriebs nicht auf die vorstehend beschriebenen Varianten beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Antriebsprinzipien realisierbar.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Einzugsnippel nicht nur in der Spannvorrichtung verriegelt, sondern zusätzlich auch axial festgespannt, um eine definierte Position des Einzugsnippels in der Spannvorrichtung zu erreichen. Dies kann mit den aufeinander gleitenden Verriegelungsflächen von Einzugsnippel und Spannschieber erreicht werden, die eine Kraftübersetzung von der quer ausgerichteten (z. B. horizontalen) Verriegelungskraft des Spannschiebers auf eine axiale Spannkraft realisieren, wobei die axiale Spannkraft dann auf den Einzugsnippel wirkt. Entsprechend der Anwinkelung der Verriegelungsflächen von Spannschieber und Einzugsnippel kann dieser Kraftübersetzungsfaktor größer als zwei, drei oder sogar vier sein. Diese Kraftübersetzung durch die angewinkelten Verriegelungsflächen von Spannschieber und Einzugsnippel ermöglicht es, den Einzugsnippel mit einer relative geringen Federkraft fest in der Spannvorrichtung einzuspannen.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung vorzugsweise auch einen Entriegelungsmechanismus auf, um die Spannvorrichtung wieder entriegeln zu können, wozu der Spannschieber aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung verschoben wird.
Der Entriegelungsmechanismus weist vorzugsweise einen Steuerkolben auf, der unterhalb des Spannschiebers angeordnet und in der Einführrichtung der Aufnahmebohrung verschiebbar ist, wobei der Steuerkolben vorzugsweise einseitig oder beidseitig mit einem Antriebsfluid (z. B. Druckluft, Hydrauliköl) beaufschlagt werden kann, um den Steuerkolben zu verschieben.
Darüber hinaus weist der Entriegelungsmechanismus vorzugsweise ein Getriebe (z. B. ein Kulissengetriebe) auf, das die Vertikalbewegung des Steuerkolbens in eine entsprechende Horizontalbewegung des Spannschiebers umsetzt, so dass eine vertikale Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens bewirkt, dass der Spannschieber aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung verschoben wird.
Der Steuerkolben weist vorzugsweise eine Steuerfläche auf, die zu der Einführrichtung der Aufnahmebohrung geneigt ist. Diese Steuerfläche des Steuerkolbens gleitet auf einer an dem Spannschieber angebrachten entsprechenden Steuerfläche, die zu der Einführrichtung der Aufnahmebohrung geneigt ist. Bei einer Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens führen die aufeinander gleitenden Steuerflächen von Steuerkolben und Spannschieber dazu, dass der Spannschieber aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung verschoben wird.
Bei der Steuerfläche des Steuerkolbens handelt es sich vorzugsweise um eine ringförmig umlaufende Konusfläche am freien Ende des Steuerkolbens, wobei sich die ringförmig umlaufende Konusfläche nach oben hin verjüngt. Diese ringförmige Konusfläche weist vorzugsweise für jeden Spannschieber eine Aussparung auf, durch die der Spannschieber radial hindurch ragt. Der Spannschieber weist vorzugsweise seitlich einen im Wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitz auf, in dem die Konusfläche des Steuerkolbens an den Rändern der Aussparung verläuft.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Spannvorrichtung an einem mehrachsigen Roboter montiert werden kann, so dass der Roboter einfach Werkstücke oder Werkstückhalter (z. B. Werkstückpaletten) greifen und positionieren kann. Bei dem Roboter handelt es sich vorzugsweise um einen mehrachsigen Industrieroboter, wobei es sich beispielsweise um einen Roboter mit einer seriellen Kinematik oder mit einer parallelen Kinematik handeln kann.
Schließlich umfasst die Erfindung auch einen entsprechend gestalteten Einzugsnippel, der für die erfindungsgemäße Spannvorrichtung geeignet ist und hierzu in der Mantelfläche des Einzugsnippels eine erste Vertiefung aufweist, die zur Aufnahme des Spannschiebers geeignet ist. Hierzu weist die erste Vertiefung vorzugsweise eine Verriegelungsfläche auf, wie sie bereits vorstehend beschrieben wurde.
Der erfindungsgemäße Einzugsnippel kann auch für verschiedene Typen von Spannvorrichtungen geeignet sein, nämlich zum Einen für Spannvorrichtungen mit Kugeln als Verriegelungselementen und zum Anderen für Spannvorrichtungen mit Spannschiebern als Verriegelungselementen. An der Mantelfläche des erfindungsgemäßen Einzugsnippels sind deshalb vorzugsweise in Einführrichtung übereinander verschiedene Typen von Vertiefungen angeordnet, die für die entsprechenden Verriegelungselemente (Kugeln, Spannsegmente, Spannschieber oder anderes) geeignet sind.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine aufgeschnittene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
2 eine andere aufgeschnittene Perspektivansicht der Spannvorrichtung gemäß 1,
3 eine Schnittansicht der Spannvorrichtung aus den 1 und 2,
4 eine vergrößerte Schnittansicht aus 3,
5A eine Perspektivansicht des Steuerkolbens und des Spannschiebers der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
5B eine andere Perspektivansicht des Steuerkolbens und des Spannschiebers,
6 eine Seitenansicht von Steuerkolben, Einzugsnippel, Spannschieber und Spannfeder,
7 eine schematische Darstellung eines mehrachsigen Roboters mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,
8 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Einzugsnippels, der sowohl für eine Spannvorrichtung mit Verriegelungskugeln als auch für eine Spannvorrichtung mit einem Spannschieber geeignet ist, sowie
9 die Querschnittsansicht aus 8 mit einem Standschieber anstelle der Verriegelungskugeln.
Die 1 bis 6 zeigen verschiedene Ansichten und Details einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 zum Spannen eines Einzugsnippels 2 in einer Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung 1.
Der Einzugsnippel 2 ist im Betrieb mittels einer nicht dargestellten Befestigungsschraube an einem ebenfalls nicht dargestellten Werkstück oder einer Werkstückpalette befestigt, um das Werkstück bzw. die Werkstückpalette einzuspannen. Hierzu weist der Einzugsnippel eine Mittelbohrung 4 für die Befestigungsschraube auf, wobei sich der Schraubenkopf der Befestigungsschraube an einer konischen Stirnfläche 5 des Einzugsnippels 2 abstützen kann.
Die Spannvorrichtung 1 weist ein aus Stahl bestehendes Gehäuse 6 auf, das von einem Federhaltering 7 umgeben ist. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Materials des Gehäuses 6 nicht auf Stahl beschränkt, sondern auch mit anderen Materialien für das Gehäuse 6 realisierbar.
In dem Gehäuse 6 ist ein Spannschieber 8 quer verschiebbar angeordnet, wobei der Spannschieber 8 zum Einspannen des Einzugsnippels 2 dient und zwischen einer innenliegenden Verriegelungsstellung und einer außenliegenden Entriegelungsstellung verschiebbar ist.
Der Spannschieber 8 wird hierbei von einer Spannfeder 9 aus der außenliegenden Entriegelungsstellung in die innenliegende Verriegelungsstellung vorgespannt.
Darüber hinaus ist in dem Gehäuse 6 der Spannvorrichtung 1 ein Steuerkolben 10 vertikal verschiebbar angeordnet, wobei der Steuerkolben 10 die Aufgabe hat, den Spannschieber 8 aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung zu verschieben, damit dann der Einzugsnippel 2 wieder aus der Aufnahmebohrung 3 herausgezogen werden kann, wie noch detailliert beschrieben wird.
Hierbei ist zu erwähnen, dass auch Bauformen möglich sind, bei denen sich der Spannschieber 8 in der Entriegelungsstellung innen und in der Verriegelungsstellung außen befindet.
Der Steuerkolben 10 kann hydraulisch oder pneumatisch verschoben werden, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss.
Die vertikale Bewegung des Steuerkolbens 10 in dem Gehäuse 6 der Spannvorrichtung 1 wird durch eine Sprengring 11 begrenzt, der in einer entsprechenden Nut in der Innenwand des Gehäuses 6 fixiert ist.
Darüber hinaus weist der Steuerkolben 10 in seinem Kolbenboden eine Sackbohrung 12 zur Aufnahme eines Abfragestifts auf, wobei der Abfragestift nicht dargestellt ist und zur Ermittlung der Position des Steuerkolbens 10 dient.
Aus der Detailansicht in 4 ist ersichtlich, dass der Einzugsnippel 2 in seiner Mantelfläche an seinem freien Ende eine Auflauffläche 13 aufweist, die spitzwinklig zur Einführrichtung des Einzugsnippels 2 angewinkelt ist, so dass sich der Einzugsnippel 2 entlang der Auflauffläche 13 zu seinem freien Ende hin verjüngt.
Der Spannschieber 8 weist an seinem freien Ende oben ebenfalls eine Auflauffläche 14 auf, die spitzwinklig zur Einführrichtung des Einzugsnippels 2 ausgerichtet ist und im Wesentlichen parallel zu der Auflauffläche 13 des Einzugsnippels 2 verläuft.
Beim Einführen des Einzugsnippels 2 in die Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung 1 gleiten die beiden Auflaufflächen 13, 14 des Einzugsnippels 2 und des Spannschiebers 8 aufeinander, wodurch der Spannschieber 8 seitlich nach außen gedrückt wird.
Nach dem Einführen des Einzugsnippels 2 in die Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung 1 drückt die Spannfeder 9 dann den Spannschieber 8 aus der außenliegenden Entriegelungsstellung in die innenliegende Verriegelungsstellung, in der der Spannschieber 8 den Einzugsnippel 2 in der Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung 1 verriegelt.
Hierzu weist der Einzugsnippel 2 eine Verriegelungsfläche 15 auf, die in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung des Einzugsnippels 2 ausgerichtet ist. Weiterhin weist der Spannschieber 8 an seinem freien Ende ebenfalls eine Verriegelungsfläche 16 auf, die ebenfalls in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung des Einzugsnippels und im Wesentlichen parallel zu der Verriegelungsfläche 15 des Einzugsnippels 2 ausgerichtet ist. In der Verriegelungsstellung liegen also die Verriegelungsflächen 15, 16 des Einzugsnippels 2 bzw. des Spannschiebers 8 aufeinander, wodurch der Einzugsnippel 2 in der Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung 1 verriegelt wird.
Die beiden Verriegelungsflächen 15, 16 sind hierbei in einem so großen Winkel zur Einführrichtung des Einzugsnippels 2 ausgerichtet, dass eine Selbsthemmung eintritt, wenn eine nach außen gerichtete Zugkraft auf den Einzugsnippel 2 ausgeübt wird.
Darüber hinaus bewirkt die Neigung der Verriegelungsflächen 15, 16 auch eine Kraftübersetzung von der von der Spannfeder 9 ausgeübten horizontal nach innen wirkenden Spannkraft auf eine wesentlich größere Spannkraft, die axial auf den Einzugsnippel 2 wirkt und den Einzugsnippel 2 in der Aufnahmebohrung 3 der Spannvorrichtung festspannt. Dieses Kraftübersetzungsverhältnis kann größer als drei sein, wodurch der Einzugsnippel 2 mit geringem Kraftaufwand wirksam festgespannt wird.
Die Entriegelung der Spannvorrichtung 1 erfolgt durch den Steuerkolben 10, indem der Steuerkolben 10 vertikal nach oben bewegt wird. Der Steuerkolben 10 weist an seinem freien Ende in der Mantelfläche außen eine konisch geformte, ringförmige Steuerfläche 17 auf. Für jeden der Spannschieber 8 weist der Steuerkolben 10 in der ringförmig umlaufenden Steuerfläche 17 eine Aussparung 18 auf, durch die der jeweilige Spannschieber 8 radial hindurchragt.
In dem Spannschieber befindet sich seitlich ein Schlitz 19, wobei die Steuerfläche 17 des Steuerkolbens 10 an den Nutflanken des notförmigen Schlitzes 19 anliegt und daran gleiten kann.
Bei einer vertikalen Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 10 erfolgt also eine Gleitbewegung zwischen der Steuerfläche 17 des Steuerkolbens 10 einerseits und den Nutflanken des Schlitzes 19 des Spannschiebers 8 andererseits. Durch diese Gleitbewegung wird der Spannschieber 8 dann wieder aus der innenliegenden Verriegelungsstellung in die außenliegende Entriegelungsstellung verschoben, so dass der Einzugsnippel 2 dann wieder aus der Aufnahmebohrung 3 herausgezogen werden kann.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Montage der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 an einem mehrachsigen Roboter 20, wobei in der Spannvorrichtung 1 beispielhaft ein Werkstück 21 festgespannt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Roboter 20 eine feste Roboterbasis 22 auf, wobei auf der Roboterbasis ein Roboterglied 23 um eine vertikale Achse drehbar ist. An dem drehbaren Roboterglied 23 sind weitere Roboterglieder 24–26 schwenkbar angebracht, was einen großen Bewegungsspielraum bei der Positionierung des Werkstücks 21 bzw. der Spannvorrichtung 1 ermöglicht.
Schließlich zeigen die 8 und 9 einen erfindungsgemäßen Einzugsnippel 27, der sowohl für eine Spannvorrichtung mit Verriegelungskugeln 28 als auch für eine Spannvorrichtung mit einem Spannschieber 29 geeignet ist. 8 zeigt hierbei die Verwendung des Einzugsnippels 27 in einer Spannvorrichtung mit Verriegelungskugeln 28, wohingegen 9 den Einsatz des Einzugsnippels 27 in einer Spannvorrichtung mit dem Spannschieber 29 zeigt.
Hierzu weist der Einzugsnippel 27 in seiner Mantelfläche übereinander zwei Vertiefungen 30, 31 auf, wobei die unter Vertiefung 31 einen Eingriff für die Verriegelungskugeln 28 bildet, wohingegen die obere Vertiefung 30 einen Eingriff für den Spannschieber 29 bildet.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den Merkmalen der in Bezug genommenen Ansprüche.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Einzugsnippel
3: Aufnahmebohrung
4: Mittelbohrung
5: Stirnfläche des Einzugsnippels
6: Gehäuse der Spannvorrichtung
7: Federhaltering
8: Spannschieber
9: Spannfeder
10: Steuerkolben
11: Sprengring
12: Sackbohrung für Abfragestift
13: Auflauffläche des Einzugsnippels
14: Auflauffläche des Spannschiebers
15: Verriegelungsfläche des Einzugsnippels
16: Verriegelungsfläche des Spannschiebers
17: Steuerfläche des Steuerkolbens
18: Aussparung
19: Schlitz
20: Roboter
21: Werkstück
22: Roboterbasis
23–26: Roboterglieder
27: Einzugsnippel
28: Verriegelungskugeln
29: Spannschieber
30: Vertiefung für Spannschieber
31: Vertiefung für Verriegelungskugeln

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007031463 A1 [0003, 0013]
DE 102006037708 A1 [0004, 0012, 0016]

Claims

Spannvorrichtung (1) zum Spannen eines Bauteils, insbesondere eines Werkstücks oder eines Werkstückhalters, mit a) einer Aufnahmebohrung (3) zur Aufnahme eines Einzugsnippels (2, 27), der an dem zu spannenden Bauteil angebracht ist, sowie mit b) mindestens einem Spannschieber (8, 29), b1) der quer zu der Aufnahmebohrung (3) zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verschiebbar ist, b2) wobei der Spannschieber (8, 29) den Einzugsnippel (2, 27) in der Verriegelungsstellung formschlüssig in der Aufnahmebohrung (3) verriegelt, b3) wohingegen der Spannschieber (8, 29) den Einzugsnippel (2, 27) in der Entriegelungsstellung freigibt, um den Einzugsnippel (2, 27) in die Aufnahmebohrung (3) einzuführen oder aus der Aufnahmebohrung (3) heraus zu ziehen, dadurch gekennzeichnet, c) dass der Einzugsnippel (2, 27) beim Einführen in die Aufnahmebohrung (3) den Spannschieber (8, 29) selbständig und ohne einen zusätzlichen Antrieb für den Spannschieber (8, 29) aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung schiebt.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Einzugsnippel (2, 27) an seiner Mantelfläche eine Auflauffläche (13) aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) ausgerichtet ist, so dass sich der Einzugsnippel (2, 27) entlang der Auflauffläche (13) zu seinem freien Ende hin verjüngt, und b) dass der Spannschieber (8, 29) an seinem vorderen Ende oben eine Auflauffläche (14) aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) ausgerichtet ist und von außen nach innen geneigt ist, und c) dass die Auflaufflächen (13, 14) des Einzugsnippels (2, 27) und des Spannschiebers (8, 29) beim Einführen des Einzugsnippels (2, 27) aufeinander gleiten und den Spannschieber (8, 29) dadurch aus der innen liegenden Verriegelungsstellung in die außen liegende Entriegelungsstellung schieben.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Selbstverriegelung des Einzugsnippels (2, 27) in der Aufnahmebohrung (3) mittels des Spannschiebers (8, 29), wobei die Selbstverriegelung den Spannschieber (8, 29) nach dem Einführen des Einzugsnippels (2, 27) wieder aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung verschiebt, so dass der Einzugsnippel (2, 27) dann in der Aufnahmebohrung (3) fixiert ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Einzugsnippel (2, 27) an seiner Mantelfläche eine Verriegelungsfläche (15) aufweist, die in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) ausgerichtet ist, und b) dass der Spannschieber (8, 29) an seinem vorderen Ende eine Verriegelungsfläche (16) aufweist, die in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) ausgerichtet ist, und c) dass die Verriegelungsfläche (16) des Spannschiebers (8, 29) in der Verriegelungsstellung des Spannschiebers (8, 29) an der Verriegelungsfläche (15) des Einzugsnippels (2, 27) anliegt und den Einzugsnippel (2, 27) dadurch verriegelt.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsflächen (15, 16) des Einzugsnippels (2, 27) und des Spannschiebers (8, 29) so weit gegenüber der Einführrichtung des Einzugsnippels (2, 27) angewinkelt sind, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen den Verriegelungsflächen (15, 16) des Einzugsnippels (2, 27) und des Spannschiebers (8, 29) in der Verriegelungsstellung gegenüber einem Herausziehen des Einzugsnippels (2, 27) selbsthemmend ist.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsflächen (15, 16) des Einzugsnippels (2, 27) und des Spannschiebers (8, 29) so weit gegenüber der Einführrichtung des Einzugsnippels (2, 27) angewinkelt sind, dass die reibschlüssige Verbindung zwischen den Verriegelungsflächen (15, 16) des Einzugsnippels (2, 27) und des Spannschiebers (8, 29) in der Verriegelungsstellung gegenüber einem Einschieben des Spannschiebers (8, 29) nicht selbsthemmend ist.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Spannschieberantrieb (9) zum Bewegen des Spannschiebers (8, 29) aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Spannschieberantrieb (9) eine Feder (9) aufweist, die den Spannschieber (8, 29) mit ihrer Federkraft aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung vorspannt, oder b) dass der Spannschieberantrieb einen Elektromotor aufweist, der den Spannschieber (8, 29) aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt, oder c) dass der Spannschieberantrieb einen Magnetaktor aufweist, der den Spannschieber (8, 29) aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung bewegt.
Spannvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Spannschieberantrieb (9) den Spannschieber (8, 29) mit einer bestimmten horizontalen Verriegelungskraft aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung schiebt, und b) dass die aufeinander gleitenden Verriegelungsflächen (15, 16) des Spannschiebers (8, 29) und des Einzugsnippels (2, 27) die horizontale Verriegelungskraft des Spannschiebers (8, 29) in eine vertikale Spannkraft umsetzen, mit der der Einzugsnippel (2, 27) in der Aufnahmebohrung (3) gespannt wird, und c) dass die auf den Einzugsnippel (2, 27) wirkende vertikale Spannkraft um einen Kraftübersetzungsfaktor größer ist als die horizontale Verriegelungskraft, und d) dass der Kraftübersetzungsfaktor größer ist als zwei, drei oder vier.
Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Entriegelungsmechanismus (10, 17–19) zum Entriegeln der Spannvorrichtung (1) durch ein Verschieben des Spannschiebers (8, 29) aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Entriegelungsmechanismus (10, 17–19) folgendes aufweist: a) einen Steuerkolben (10), der unterhalb des Spannschiebers (8, 29) angeordnet und in der Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) verschiebbar ist, wobei der Steuerkolben (10) einseitig oder beidseitig mit einem Antriebsfluid beaufschlagt werden kann, um den Steuerkolben (10) zu verschieben, und b) ein Getriebe (17, 19), insbesondere ein Kulissengetriebe, das eine Vertikalbewegung des Steuerkolbens (10) in eine Horizontalbewegung des Spannschiebers (8, 29) umsetzt, so dass eine Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens (10) bewirkt, dass sich der Spannschieber (8, 29) aus der innen liegenden Verriegelungsstellung in die außen liegende Entriegelungsstellung bewegt.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Steuerkolben (10) eine Steuerfläche (17) aufweist, die zu der Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) geneigt ist, b) dass der Spannschieber (8, 29) eine Steuerfläche (19) aufweist, die zu der Einführrichtung der Aufnahmebohrung (3) geneigt ist, c) dass die Steuerflächen (17, 19) des Steuerkolbens und des Spannschiebers (8, 29) bei einer aufwärts gerichteten Vertikalbewegung des Steuerkolbens (10) aufeinander gleiten, wodurch der Spannschieber (8, 29) eine nach außen gerichtete Horizontalbewegung in die Entriegelungsstellung ausführt.
Spannvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Steuerfläche (17) des Steuerkolbens (10) eine ringförmig umlaufende Konusfläche ist, die sich nach oben hin verjüngt, b) dass die ringförmige Konusfläche für den Spannschieber (8, 29) eine Aussparung (18) aufweist, durch die der Spannschieber (8, 29) radial hindurch ragt, c) dass der Spannschieber (8, 29) seitlich einen im Wesentlichen vertikal verlaufenden Schlitz (19) aufweist, in dem die Konusfläche (17) des Steuerkolbens (10) verläuft.
Roboter mit mehreren relativ zueinander beweglichen Roboterachsen, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (20) eine Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche positioniert.
Einzugsnippel (2, 27) für eine Spannvorrichtung (1), insbesondere für eine Spannvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche des Einzugsnippels (2, 27) eine erste Vertiefung (30) angeordnet ist, die zur Aufnahme eines Spannschiebers (8, 29) geeignet ist.
Einzugsnippel (2, 27) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass in der Mantelfläche des Einzugsnippels (2, 27) unter der ersten Vertiefung (30) eine Auflauffläche angeordnet ist, um den Spannschieber (8, 29) beim Einführen des Einzugsnippels (2, 27) aufzuschieben, wobei die Auflauffläche mit einem spitzen Winkel zur Einführrichtung des Einzugsnippels (2, 27) angewinkelt ist, so dass sich der Einzugsnippel (2, 27) entlang der Auflauffläche in der Einführrichtung verjüngt, und b) dass die erste Vertiefung (30) eine Verriegelungsfläche für den Spannschieber (8, 29) aufweist, wobei die Verriegelungsfläche in einem stumpfen Winkel zur Einführrichtung des Einzugsnippels (2, 27) ausgerichtet ist.
Einzugsnippel (2, 27) nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine wannenartige zweite Vertiefung (31) in der Mantelfläche des Einzugsnippels (2, 27) zur Aufnahme von Verriegelungskugeln (28) einer Spannvorrichtung (1).
Einzugsnippel (2, 27) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, a) dass die erste Vertiefung (30) für den Spannschieber (8, 29) über der wannenartigen zweiten Vertiefung (31) für die Verriegelungskugeln angeordnet ist, oder b) dass die erste Vertiefung (30) für den Spannschieber (8, 29) unter der wannenartige zweiten Vertiefung (31) für die Verriegelungskugeln angeordnet ist.