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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Spannen eines Werkstücks, insbesondere in einem Mehrachsbearbeitungszentrum.
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Aus dem Stand der Technik sind Mehrachsbearbeitungszentren bekannt, die zur Halterung des zu bearbeitenden Werkstücks einen Maschinentisch aufweisen, der um eine horizontale Drehachse und um eine vertikale Drehachse schwenkbar ist, wobei das eingespannte Werkstück beispielsweise von einer horizontal ausgerichteten Spindel bearbeitet werden kann.
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Problematisch an derartigen Mehrachsbearbeitungszentren ist jedoch die Bearbeitung von langgestreckten Werkstücken, die nur an einem Ende eingespannt werden, da sich die Werkstücke bei der Bearbeitung verformen können.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Spannsystem für ein Mehrachsbearbeitungszentrum zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Spannsystem gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, das zu bearbeitende Werkstück nicht nur einseitig einzuspannen, sondern am gegenüber liegenden, nicht gespannten Ende des Werkstücks durch ein Gegenlager zu lagern, um zu vermeiden, dass sich das Werkstück bei der Bearbeitung aufgrund der dabei auftretenden Bearbeitungskräfte verformt. Das erfindungsgemäße Spannsystem weist deshalb ein Gegenlager auf, um das nicht gespannte Ende des Werkstücks bei der Bearbeitung zu lagern.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gegenlager auswechselbar an dem Maschinentisch des Spannsystems befestigt. Dies ist vorteilhaft, weil dann unterschiedlich lange Werkstücke gespannt werden können, indem jeweils ein geeignetes Gegenlager montiert wird. Falls beispielsweise ein kurzes Werkstück bearbeitet werden soll, so wird auch ein entsprechend angepasstes Gegenlager montiert, das für ein relativ kurzes Werkstück ausgelegt ist. Falls dagegen ein sehr langes Werkstück bearbeitet werden soll, so wird ein entsprechend geeignetes Gegenlager montiert, das für lange Werkstücke ausgelegt ist.
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Darüber hinaus ist das Gegenlager vorzugsweise höhenverstellbar, um innerhalb bestimmter Grenzen eine Anpassung an unterschiedlich lange Werkstücke zu ermöglichen.
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Diese Höhenverstellung ermöglicht vorzugsweise auch eine variable Einstellung einer axialen Lagerkraft, die das Gegenlager auf das Werkstück ausübt.
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Diese axiale Lagerkraft kann beispielsweise mechanisch einstellbar sein. Hierzu kann das Gegenlager einen Lagerdorn aufweisen, der in einem Gewinde schraubbar ist, so dass die axiale Position des Lagerdorns und damit die axiale Lagerkraft des Gegenlagers durch den Drehwinkel des Lagerdorns bestimmt wird. Eine Verdrehung des Lagerdorns in dem Gegenlager führt also zu einer entsprechenden Einstellung der axialen Lagerkraft.
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Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die axiale Lagerkraft des Gegenlagers fluidisch einstellbar ist. Beispielsweise kann der Lagerdorn hierzu mittels eines Fluidzylinders pneumatisch oder hydraulisch mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt werden, wobei der Druck die axiale Lagerkraft bestimmt.
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Weiterhin besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die axiale Lagerkraft durch einen Sensor gemessen wird, um beispielsweise eine Regelung der axialen Lagerkraft zu ermöglichen. Bei der vorstehend beschriebenen pneumatischen oder hydraulischen Druckbeaufschlagung des Lagerdorns kann hierzu beispielsweise ein Drucksensor eingesetzt werden, der den Pneumatik- bzw. Hydraulikdruck misst, der auf den Lagerdorn wirkt.
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Weiterhin kann das erfindungsgemäße Spannsystem einen Sender aufweisen, der die gemessene axiale Lagerkraft drahtlos überträgt, beispielsweise an eine Steuereinheit.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Gegenlager einen Aufbau auf, der auf dem Maschinentisch angeordnet ist und relativ zu dem Maschinentisch nicht drehbar ist. Beispielsweise kann dieser Aufbau mehrere Stützten umfassen, die sich an dem Maschinentisch abstützen. Darüber hinaus umfasst das Gegenlager vorzugsweise mindestens ein Lagerelement, das in dem Aufbau drehbar gelagert ist und das Werkstück in montierten Zustand an seinem nicht gespannten Ende lagert. Beispielsweise kann es sich bei dem Lagerelement um einen Lagerdorn oder einen Zentrierdorn handeln, der auch die Möglichkeit bietet, das Werkstück zu zentrieren. Bei der Ausführung mit einem Zentrierdorn hat das Gegenlager also zwei technische Funktionen, nämlich zum einen die Lagerung des nicht gespannten Endes des Werkstücks und zum anderen die Zentrierung des Werkstücks mittels des Zentrierdorns.
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Es wurde bereits vorstehend zu den herkömmlichen Mehrachsbearbeitungszentren erwähnt, dass auf dem Maschinentisch eine Spannvorrichtung angeordnet ist, in der das Werkzeug gespannt werden kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Spannvorrichtung auswechselbar an dem Maschinentisch befestigt, beispielsweise mittels eines Nullpunktspannsystems.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Maschinentisch vorzugsweise mehrachsig ist und um eine horizontale und um eine vertikale Drehachse drehbar ist. Der Maschinentisch weist also vorzugsweise eine feststehende Basis auf, wobei ein erstes Drehteil des Maschinentischs relativ zu der Basis um eine horizontale Drehachse drehbar ist. Weiterhin weist der Maschinentisch vorzugsweise ein zweites Drehteil auf, das relativ zu dem ersten Drehteil um eine vertikale Achse drehbar ist. Derartige mehrachsige Maschinentische sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Maschinentisch einen drehbaren Innentisch auf, an dem beispielsweise über ein Nullpunktspannsystem das Werkstück gespannt werden kann. Dieser Innentisch ist vorzugsweise von einem feststehenden Außenring umgeben, an dem sich das Gegenlager abstützt, beispielsweise über mehrere Stützen. Hierbei ist vorzugsweise zwischen dem Außenring und dem Maschinentisch eine Verdrehsicherung vorgesehen, die den Außenring wahlweise mit dem Maschinentisch verkoppelt oder eine relative Drehbewegung zwischen dem Außenring und dem Maschinentisch ermöglicht.
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Ferner ist zu erwähnen, dass zwischen dem Innentisch und dem Außenring vorzugsweise ein Radiallager angeordnet ist, um die Drehbewegung zwischen dem Innentisch und dem Außenring zu ermöglichen. Dieses Radiallager wird vorzugsweise durch einen Abstreifer vor Verschmutzungen geschützt.
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Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass das Gegenlager über mehrere Nullpunktspannsysteme an dem Maschinentisch befestigt wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Gegenlager ohne großen Aufwand entfernt werden kann, wenn das Gegenlager nicht benötigt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindungsvariante besteht darin, dass unterschiedliche Gegenlager montiert werden können. Darüber hinaus bietet diese Befestigungsart den Vorteil geringerer Massen auf dem Maschinentisch.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Gegenlager in verschiedenen Höhenlagen über der Spannvorrichtung montiert werden. Hierzu kann der Maschinentisch beispielsweise mehrere Nullpunktspannsysteme aufweisen, die in verschiedenen Höhenlagen angebracht sind. Bei der Montage des Gegenlagers wird das Gegenlager dann in einem der Nullpunktspannsysteme entsprechend der gewünschten Höhenlage montiert. Die einzelnen Nullpunktspannsysteme zur Montage des Gegenlagers sind hierbei vorzugsweise mit ihrer Spannrichtung horizontal ausgerichtet.
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Darüber hinaus ist das Gegenlager bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel von einem einzigen Haltearm getragen, wobei der Haltearm vorzugsweise angewinkelt ist und vorzugsweise von der Seite über die Spannvorrichtung für das Werkstück ragt. Dies bietet den Vorteil, dass das Gegenlager den Handhabungsraum über dem Maschinentisch kaum einschränkt. Darüber hinaus ist die Masse auf dem Maschinentisch hierbei geringer als bei dem eingangsbeschriebenen anderen Ausführungsbeispiel.
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Ferner ist noch zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Spannsystem. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein Mehrachsbearbeitungszentrum mit einem solchen Spannsystem.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems für ein Mehrachsbearbeitungszentrum,
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2 eine Seitenansicht des Spannsystems aus 1,
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3 eine andere Seitenansicht des Spannsystems aus den 1 und 2,
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4 eine Schnittansicht des Spannsystems aus den 1 bis 3,
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5 eine Aufsicht auf das Spannsystem gemäß den 1 bis 4,
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6 eine Unteransicht des Spannsystems aus den 1 bis 5,
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7 eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spannsystems, sowie
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8 eine seitliche Querschnittsansicht des Spannsystems gemäß 7.
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Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Spannsystems zum Spannen eines Werkstücks 1 in einem herkömmlichen Mehrachsbearbeitungszentrum, wobei das erfindungsgemäße Spannsystem eine Verformung des Werkstücks 1 während der Bearbeitung verhindert, auch wenn das Werkstück 1 relativ lang ist.
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Das Spannsystem weist einen Maschinentisch 2 auf, der in ähnlicher Form von herkömmlichen Mehrachsbearbeitungszentren bekannt ist und deshalb nachfolgend nur kurz beschrieben wird.
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Zunächst weist der Maschinentisch 2 eine feststehende Basis 3 auf, die an dem Mehrachsbearbeitungszentrum befestigt ist.
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Weiterhin umfasst der Maschinentisch 2 ein erstes Drehteil 4, das relativ zu der feststehenden Basis 3 um eine horizontale Drehachse 5 drehbar ist.
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Ferner umfasst der Maschinentisch 2 einen Spannring 6 und einen Innentisch 7, die relativ zu dem ersten Drehteil 4 um eine vertikale Drehachse 8 drehbar sind.
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Auf dem Innentisch 7 befinden sich mehrere Nullpunktspannsysteme, die beispielsweise dazu dienen können, ein Spannfutter oder eine Palette auswechselbar zu spannen.
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Darüber hinaus befindet sich auf dem Innentisch 7 ein Mittenspannfutter 16 zum Spannen des Werkstücks 1 auf dem Maschinentisch 2, wobei das Mittenspannfutter 16 mittels eines Spannnippels 17 in einem Mittenspannelement 18 gespannt wird.
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Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Spannsystem einen Außenring 19, der den Spannring 6 außen umgibt und relativ zu dem Spannring 6 mittels eines Radiallagers 20 drehbar gelagert ist. Hierbei wird eine Verschmutzung des Radiallagers 20 im Betrieb durch einen Abstreifer verhindert.
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Der Außenring 19 kann durch eine Verdrehsicherung 21 relativ zu dem Drehteil 4 des Maschinentischs 2 fixiert werden, um eine Verdrehung des Außenrings 19 zu vermeiden.
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Auf dem Außenring 19 stützt sich ein Gegenlager 22 ab, welches das freie, nicht eingespannte Ende des Werkstücks 1 lagert, um während der Bearbeitung des Werkstücks 1 eine Verformung des Werkstücks 1 durch die auftretenden Bearbeitungskräfte zur vermeiden, wie noch detailliert beschrieben wird.
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Hierzu weist das Gegenlager 22 drei Stützen 23, 24, 25 auf, die an ihrer Unterseite an dem Außenring 19 befestigt sind und an ihrer Oberseite eine Kopfplatte 26 tragen.
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Die Kopfplatte 26 des Gegenlagers 22 trägt wiederum einen Lagerflansch 27 mit einem drehbar gelagerten Führungselement 28 und einem Zentrierdorn 29, der zwei Funktionen hat.
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Zum einen dient der Zentrierdorn 29 zur Lagerung des freien Endes des Werkstücks 1, um eine Verformung des Werkstücks 1 auch bei größeren Längen des Werkstücks 1 zu verhindern.
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Zum anderen dient der Zentrierdorn 29 aber auch zum Zentrieren des Werkstücks 1.
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Der Zentrierdorn 29 ist hierbei mittels eines Anstellelements 30 axial verschiebbar, indem das Anstellelement 30 um die Hochachse gedreht wird, was zu einer entsprechenden axialen Verschiebung des Zentrierdorns 29 führt. Durch eine Verdrehung des Anstellelements 30 lässt sich also die axiale Lagerkraft einstellen, die der Zentrierdorn 29 auf das Werkstück 1 aufübt.
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Hierbei kann noch ein Sensor in das Spannsystem integriert sein, der die Drehstellung des Anstellelements 30 misst und die Drehstellung des Anstellelements 30 als Maß für die axiale Lagerkraft mittels eines Senders an eine Steuereinheit überträgt.
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Alternativ zu der vorstehend beschriebenen mechanischen Anstellung ist auch eine fluidische Einstellung der axialen Lagerkraft möglich, indem der Zentrierdorn 29 durch eine pneumatische oder hydraulische Druckbeaufschlagung gegen das Werkstück 1 gepresst wird.
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Zu erwähnen ist hierbei noch, dass die Stützen 23–25 das Einlegen bzw. die Entnahme des Werkstücks 1 kaum behindern, so dass das komplette Gegenlager 22 hierzu nicht entfernt werden muss.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass das komplette Gegenlager 22 einfach von dem Maschinentisch 2 entfernt werden kann, da die Stützen 23–25 durch entsprechende Spannsystem an dem Außenring 6 angebracht sind. In Abhängigkeit von der Länge des zu spannenden Werkstücks 1 kann also ein entsprechend ausgelegtes Gegenlager 22 montiert werden.
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Die 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannsystems, das weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den 1 bis 6 dargestellten Spannsystem übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden.
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Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass das Gegenlager mittels eines angewinkelten Haltearms 31 an dem Maschinentisch 2 montiert ist. Hierzu weist der Maschinentisch 2 zwei übereinander angeordnete Nullpunktspannsysteme 32, 33 auf, wobei der Haltearm 31 entsprechend der gewünschten Höhenlage in einem der beiden Nullpunktspannsysteme 32, 33 gespannt wird.
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Darüber hinaus weist der Maschinentisch 2 einen Drehtisch 34 auf, auf dem das Mittelspannfutter 16 für das Werkstück 1 montiert ist.
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Auf dem Drehtisch 34 befinden sich auch mehrere weitere Nullpunktspannsysteme 35.
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Die Erfindung ist nicht auf das die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und vorab in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2
- Maschinentisch
- 3
- Feststehende Basis des Maschinentischs
- 4
- Drehteil des Maschinentischs
- 5
- Horizontale Drehachse des Maschinentischs
- 6
- Spannring
- 7
- Innentisch
- 8
- Vertikale Drehachse
- 16
- Mittenspannfutter
- 17
- Spannnippel des Mittenspannfutters
- 18
- Mittenspannelement
- 19
- Außenring
- 20
- Radiallager
- 21
- Verdrehsicherung
- 22
- Gegenlager
- 23
- Stütze des Gegenlagers
- 24
- Stütze des Gegenlagers
- 25
- Stütze des Gegenlagers
- 26
- Kopfplatte des Gegenlagers
- 27
- Lagerflansch des Gegenlagers
- 28
- Führungselement
- 29
- Zentrierdorn
- 30
- Anstellelements
- 31
- Haltearm
- 32
- Nullpunktspannsystem
- 33
- Nullpunktspannsystem
- 34
- Drehtisch
- 35
- Nullpunktspannsystem
