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Die Erfindung betrifft ein Spann- oder Greifersystem mit einem Gripeinsatz, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Erfindung kann zum Spannen von Werkstücken, beispielsweise der mechanischen Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen verwendet werden. Dabei ist das Spannen von rotationssymmetrischen Bauteilen auf zentrisch spannenden Spannstöcken genauso möglich, wie das Spannen von quaderförmigen, vielkantigen oder kurvigen Werkstücken auf entsprechend geformten Spannstöcken. Auch Mehrfachspannungen sind möglich.
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Hersteller von Spannmitteln bieten dem Anwender oft Spannbacken an, in denen Werkstücke mit geringen Spanntiefen gehalten werden können. Dies wird in der Regel über gehärtete, parallel verlaufende Spannbacken, mit einer Verzahnung ermöglicht. In diesen Spannbacken können nur quaderförmige Werkstücke gespannt werden.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass einige Spannmittelhersteller für bestimmte Spannstöcke aus ihrem eigenen Programm dem Anwender die Möglichkeit geben ein Backensystem aufzubauen, welches quaderförmige, parallel verlaufende Werkstücke einen sicheren Halt durch eine Verzahnung der Backe ermöglichen. Diese Art der Verzahnung kann je nach zu spannendem Werkstoff, entweder ins Material eindringen oder nur oberflächlich gegen das Material drücken.
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Weiter ist bekannt, dass es Hersteller gibt, die dem Anwender die Möglichkeit geben, die Werkstücke in einem separaten Spannstock, der einen wesentlich höheren Spanndruck aufbringt, vorzuprägen, um das Werkstück anschließend in verzahnten Backen sicher spannen zu können. Beim Vorprägen entsteht ein Prägemuster, welches genau mit der Verzahnung der Spannbacken für die Bearbeitung des Werkstücks übereinstimmt. Auch hiermit ist ein Spannen von kurvigen Werkstücken nicht möglich, da die Backen nur parallel verlaufen.
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Weiter ist bekannt, dass es Hersteller gibt, die aufschraubbare Spanneinsätze anbieten, die in weichen Spannbacken so angeordnet werden können, dass diese beim Spannen gegen das Werkstück drücken oder auch eindringen und somit das Werkstück festhalten. Die Verwendung dieser Spanneinsätze ist dem Anwender selbst überlassen. Bei allen Spanneinsätzen ist die Funktion sehr vom Fachwissen des Anwenders abhängig und dadurch nur bedingt sicher. Ähnliche Patentschrift:
DE 38 10 854 C2 -
DE 37 17 433 A1 offenbart einen Spanneinsatz für Spannbacken, der über eine ihn durchgreifende Schraube in die Spannbacke eingeschraubt wird, wobei Spannzähne an dem Spanneinsatz derart angeordnet sind, dass auch kurze Werkstücke einzuspannen sind.
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DE 20 2005 012 033 U1 offenbart eine Spannbacke und eine Spannvorrichtung mit einer solchen Spannbacke, in der zumindest ein Spannelement fest eindrehbar ist, wobei das Spannelement mehrere spitz ausgebildete Spannflächen aufweist, die mit dem zu spannenden Werkstück zusammenwirken.
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DE 10 2005 003 034 A1 offenbart einen Spanneinsatz für Spannbacken, welcher über eine Zylinderkopfschraube drehfest in einer Ausnehmung der Spannbacke gelagert ist und Spannzähne aufweist, welche in das Werkstück eindringen können.
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Bei dem Stand der Technik ist nachteilig, dass sich mit den verzahnten Spannbacken, die Hersteller von Spannmitteln anbieten, nur parallel verlaufende Werkstücke spannen lassen. Andere Hersteller, die ein Vorprägen in einem separaten Spannstock anbieten, geben dem Werkstück zwar sicheren Halt bei der Bearbeitung, aber es können auch hier nur parallel verlaufende Werkstücke gespannt werden. Den erhöhten Aufwand und die Kosten zum Vorprägen der Werkstücke muss der Anwender hier in Kauf nehmen.
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Weiter ist nachteilig, dass bei den aufschraubbaren Spanneinsätzen die Einsatzbedingungen nie optimal vorliegen. Es müssen bei allen angebotenen Spanneinsätzen, sowie auch verzahnten Spannbacken, Kompromisse bezüglich der optimalen Eindringtiefe ins Werkstück gemacht werden. Bei den Spanneinsätzen ist weiter nachteilig, dass sie durch die Bauform und Größe oft schwierig unterzubringen sind und die Zugänglichkeit zum Werkstück meist verschlechtern.
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Weiter nachteilig ist, dass der sicherere Einsatz dieser Spanneinsätze sehr vom Fachwissen und der Erfahrung des Anwenders abhängig ist. Vibrationen bei der Bearbeitung in herkömmlichen Spanneinsätzen ist meist der Regelfall, da das Werkstück zwar durch die Spanneinsätze gehalten wird aber die bei der Bearbeitung entstehenden Schwingungen nicht durch die Spanneinsätze absorbiert werden können. Die Folge sind verkürzte Werkzeugstandzeiten und reduzierte Schnittdaten die eine Verlängerung der Bearbeitungszeit zur Folge haben.
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Weiter nachteilig ist, dass die Sicherheit der Spannung kaum beeinflussbar ist, da es sehr davon abhängig ist, wie viele Zähne gerade im Eingriff sind, wie hoch der Spanndruck ist und ob das Material ein Eindringen der Zähne mit den vorliegenden Bedingungen erlaubt. Ein Spannen von kurvigen Werkstücken ist hiermit nicht möglich.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Spannsystem zu schaffen, welches für alle Werkstoffe und beliebige Werkstückkonturen die optimalen Spannbedingungen mit geringsten möglichen Spanntiefen bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spann- oder Greifersystem mit speziellen Gripeinsätzen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiter sollen diese Gripeinsätze so einfach in der Anwendung sein, dass sie auch ohne großen technischen Hintergrund von den Anwendern genutzt werden können. Diese Einsätze sollen auch problemlos in bereits vorhandene Spannkonturen einzubetten sein und möglichst wenig Platz einnehmen. Die Gripeinsätze sollen für jeden Werkstoff und jede Anwendung individuell eingesetzt werden können und den größtmöglichen Grip erreichen. Weiter sollen Vibrationen bei der Bearbeitung, die durch Schwingungen erzeugt werden, weitgehend vermieden werden, um die Bearbeitungsqualität und Werkzeugstandzeit zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zur Schaffung eines Spann- oder Greifersystems mit Gripeinsätzen, welches einen größtmöglichen Halt des Werkstücks bei geringsten Einspanntiefen ermöglicht, dadurch gelöst, dass die Gripeinsätze so in eine Spannbacke eingebracht werden, dass vorstehende Zähne des Gripeinsatzes in den Werkstoff eindringen können und zusätzlich die Kontur der Spannbacke, die in Negativform dem Werkstück angepasst ist, mit einer Restspannkraft von ca. 30 bis 50% gegen das Werkstück drückt, um somit eine umschließende Spannung herzustellen, damit die Vibrationen sicher absorbiert werden können. Weiterhin erfindungsgemäß sind die Gripeinsätze so umschließend in einer Senkung in der Spannbacke eingebettet, dass sie sowohl Querkräfte bei der Spannung aufnehmen als auch eine genau definierte Einsatztiefe erhalten. Dies wird erreicht, indem individuell die jeweilige Aufspannsituation anhand der einzelnen Parameter, wie Anzahl der Gripeinsätze, Größe der Gripeinsätze, Höhe der zu verwendenden Spannkraft, Einspanntiefe des Werkstücks, Material des Werkstücks sowie die Bearbeitungsbedingungen vom Werkstück aufgenommen werden. Diese Daten werden in einem Rechenprogramm, welches menügesteuert arbeitet und somit bedienerfreundlich und einfach in der Anwendung ist, eingegeben. Es müssen nur einige wenige Daten angegeben werden, die sich dem Anwender aufgrund seiner Aufspannsituation ergeben und unveränderbar sind. Der Anwender erhält sofort aus diesem hierfür speziell entwickeltem Rechenprogramm, den optimalen Einbauvorschlag mit allen notwendigen Informationen und Parametern, so dass selbst mit geringen Erfahrungen in der Spanntechnik der größtmögliche Erfolg sichergestellt wird.
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Das Einbringen der Kontur für die Gripeinsätze erfolgt mit nur einem Sonderwerkzeug, vorzugsweise einem Sondergewindefräser, oder drei Standardwerkzeugen, die mit den Daten vom Rechenprogramm eingesetzt werden. Die Gripeinsätze werden anschließend mittels eines Schraubenschlüssels in die dafür vorgesehene Kontur eingeschraubt. Die hergestellten Backen sind sofort einsatzbereit und es kann mit der zuvor festgelegten Spannkraft, optimal das Werkstück mit den größtmöglichen Haltekräften, vibrationsgedämpft gespannt werden. Bei der Spannung drücken sich die Gripeinsätze sicher in das Werkstückmaterial ein und die Restspannkraft von 30 bis 50% des Spannmittels, umschließen das Werkstück formschlüssig, um die auftretenden Vibrationen der Bearbeitung absorbieren zu können.
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Die Gripeinsätze sind so gestaltet, dass beim Eindringen in den Werkstoff ein Niederzugeffekt auf das Werkstück erzielt wird. Die Oberkante des Gripeinsatzes schließt nach dem Einbau immer mit der Oberfläche der Spannbacke ab, so dass die Werkstücke immer am höchstmöglichen Punkt gegriffen werden. Die Gripeinsätze sind durch ein speziell entwickeltes Verfahren gehärtet und anschließend durch ein weiteres verschleißreduzierendes Verfahren behandelt. Für die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen gibt es diese Gripeinsätze in verschiedenen Größen. Die Zahnform des Gripeinsatzes ist so gestaltet, dass beim Spannen immer mindestens zwei Zähne Kontakt zum Werkstück haben.
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Bevorzugt sind bei den Gripeinsätzen die Zähne kreisförmig angeordnet. Somit können diese bei Verschleiß der sich gerade im Einsatz befindenden Zähne durch gegenüberliegende Gripeinsätze getauscht werden und somit wieder unbenutzte Zähne zum Einsatz kommen. Dieser Vorgang kann im optimalen mehrfach wiederholt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel wird in den nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt die:
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1 Einen Gripeinsatz zum Einbringen in Spann- oder Greifersysteme, um einen größtmöglichen Halt des Werkstücks bei geringsten Einspanntiefen zu ermöglichen, bestehend aus dem Gripeinsatz 1 eingebettet in die hierfür vorgesehene Senkung 2 im Schnitt.
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1.1 Eine Detailansicht aus 1
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2 Einen Gripeinsatz zum Einbringen in Spann- oder Greifersystemen, um einen größtmöglichen Halt des Werkstücks bei geringsten Einspanntiefen zu ermöglichen, eingebaut in eine Spannbacke ohne Werkstück (Draufsicht).
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2.1 Eine Detailansicht aus 2
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3 Einen Spannbackensatz inklusive Gripeinsätze, hier in der Anwendung zum Spannen von runden Werkstücken in der Draufsicht (Spannbeispiel)
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Die 1 zeigt wie ein Gripeinsatz 1 über das Befestigungsgewinde 6 eingeschraubt und umschließend in der Senkung 2 eingebettet in der Spannbacke 3 sitzt, um somit die Querkräfte bei der Spannung aufnehmen zu können und eine genau definierte Einsatztiefe zu erhalten. Weiter ist zu erkennen, dass die Einbauposition des Gripeinsatzes 1 zur eigentlichen Spannkontur 5 vorsteht und somit die Zähne 4 ins Werkstück 7 eindringen können. In dieser Abbildung ist ebenfalls zu erkennen, wie sich die untere Schräge 8 der Zähne 4 in den Werkstoff des Werkstücks 7 eindrücken und somit ein Niederzugeffekt erzielt wird. Die obere Schräge 9 dient zur Stabilisierung der Zähne 4 bei der Verwendung und sorgt so für eine Dauerspannung zwischen der oberen Schräge 9 und der unteren Schräge 8, bei der die untere Schräge 8 dominiert und für den Niederzug sorgt. Das Werkstück 7 wird durch die zuvor festgelegte Spannkraft des Spannmittels nicht nur in die Zähne 4 des Gripeinsatzes 1 gedrückt, sondern mit einer zuvor durch das Rechenprogramm ermittelten Restspannkraft von ca. 30 bis 50% auch noch in die Spannkontur 5, die das Werkstück 7 umschlingt, gepresst, um somit die Vibrationen, die bei der Bearbeitung entstehen, absorbieren zu können. Die 1.1 zeigt diese Spannsituation im Detail.
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2 zeigt einen Gripeinsatz zum Einbringen in Spann- oder Greifersysteme, eingebaut in eine Spannbacke 3 (ohne Werkstück dargestellt). In dieser Ansicht ist zu erkennen, wie die Zähne 4 des Gripeinsatzes 1 vor der eigentlichen Spannkontur 5 steht. Die 2.1 zeigt eine Detailansicht der 2.
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Die 3 zeigt einen Spannbackensatz zum Spannen von runden Werkstücken in der Draufsicht. Dieses Werkstück 7 wird in diesem Beispiel über 8 Stück Gripeinsätze 1 gespannt. Diese Gripeinsätze 1 wurden nach dem Rechenprogramm so optimal in die Spannbacken 3 eingebracht, dass der größtmögliche Halt des Werkstücks 7 erreicht wird und entstehende Vibrationen minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gripeinsatz
- 2
- Senkung
- 3
- Spannbacke
- 4
- Zähne
- 5
- Spannkontur
- 6
- Befestigungsgewinde
- 7
- Werkstück
- 8
- untere Schräge
- 9
- obere Schräge
- 10
- Innenkontur für Schraubenschlüssel
