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Die Erfindung betrifft ein Spannmodul, insbesondere ein Nullpunkspannmodul, zum positionsgenauen Spannen eines Spannkörpers, mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse vorgesehenen Spannaufnahme und mit wenigstens einem im Gehäuse vorgesehenen Spannmittel, wobei das Spannmittel zum axialen Einziehen eines am Spannkörper vorgesehenen Spannelements in eine Verriegelungslage verlagerbar ist, und wobei die Spannaufnahme zur radialen Zentrierung des Spannelements von einem in axialer Richtung nachgiebigen konusförmigen Anlageabschnitt umgeben ist. Die Erfindung betrifft auch ein Spannsystem, das ein Spannmodul und einen am Spannmodul spannbaren Spannkörper umfasst.
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Mit derartigen Spannmodulen können Spannkörper positionsgenau wiederholbar gespannt werden, insbesondere um an den Spannkörpern angeordnete Werkstücke zu bearbeiten. Der Spannkörper kann allerdings auch von einem Werkstück gebildet werden, an dem ein Spannelement zum Einführen in die Spannaufnahme des Spannmoduls angeordnet ist.
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Um ein positionsgenaues, wiederholbares Spannen zu ermöglichen, muss gewährleistet werden, dass das Spannelement zentrisch in der Spannaufnahme gespannt wird. Aus dem Stand der Technik ist vorbekannt, einen konusförmigen Anlageabschnitt am Gehäuse vorzusehen, der mit einem Gegenkonus, der spannkörperseitig angeordnet ist, zusammenwirkt.
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Um eine geometrische Überstimmung zu vermeiden, ist es aus der
EP 1 044 760 B1 vorbekannt, dass die Gehäusewandung im Bereich der Spannaufnahme eine konische Zentrierfläche für das Spannelement aufweist, wobei die Gehäusewandung im Bereich der Zentrierfläche axial federnd ausgebildet ist.
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Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Spannmodul, und ein zugehöriges Spannsystem, bereitzustellen, bei dem eine Zentrierung auf einfache Art und Weise bereitgestellt wird, die funktionssicher arbeitet. Insbesondere soll eine Überbestimmtheit des Systems vermieden werden, so dass ein definiertes und genau wiederholbares Spannen des Spannkörpers am Spannmodul möglich wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spannmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Folglich ist vorgesehen, dass der Anlageabschnitt, der die Spannaufnahme umgibt, von einem mittels eines Lagers gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung verlagerbaren Konuseinsatz gebildet ist.
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Durch Vorsehen eines derartigen Konuseinsatzes, der über ein Lager am Gehäuse in axiale Richtung verfahrbar gelagert ist, kann zum einen eine exakte Zentrierung erfolgen, zum anderen kann die Überbestimmtheit des Systems dadurch ausgeschlossen werden, dass der Konuseinsatz in axialer Richtung verlagerbar ist. Dadurch, dass ein Lager Verwendung findet, wird eine Materialbelastung, die zur Ermüdung des Materials, und damit zum Ausfall des Moduls, führen kann, vermieden. Vielmehr kann, je nach Spannaufgabe, ein entsprechendes Lager Verwendung finden, so dass eine vergleichsweise hohe Anzahl von Spannvorgängen möglich ist, ohne dass es zu Materialversagen kommt. Insgesamt kann dadurch die Lebensdauer eines solchen Spannmoduls bei gleichbleibender Genauigkeit erhöht werden.
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Anders als insbesondere bei der
EP 1 044 760 B1 , bei der die Gehäusewandung axial federnd ausgebildet ist, wird bei der vorliegenden Erfindung ein vom Gehäuse separat ausgebildeter Konuseinsatz vorgesehen, der mittels eines Lagers gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung verlagerbar ist. Insofern wird beim erfindungsgemäßen Spannmodul das Gehäuse nicht bei jedem Spannvorgang elastisch verformt, was beim vorbekannten Stand der Technik zu einer Materialermüdung führen kann.
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Der Konuseinsatz kann insbesondere ringförmig ausgebildet sein. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine exakte axiale Verlagerung um den gesamten Bereich der Spannaufnahme möglich wird.
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Der Konuseinsatz kann dabei im Querschnitt eine der Spannaufnahme zugewandte, schräg zur Mittellängsachse der Spannaufnahme verlaufende Konusfläche und eine der Spannaufnahme abgewandte, verlaufende Außenfläche aufweisen. Die Außenfläche kann dabei insbesondere wenigstens abschnittsweise parallel zur Mittellängsachse der Spannaufnahme verlaufen.
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Die Außenfläche des Konuseinsatzes wirkt dabei insbesondere mit dem Lager zusammen, so dass eine axiale Verlagerung des Konuseinsatzes möglich wird.
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Das Lager kann dabei als Lagerbuchse ausgebildet sein, an deren Innenoberfläche eine Gleitfläche zur Anlage der Außenfläche des Konuseinsatzes vorgesehen ist. Durch eine derartige Lagerbuchse kann auf einfache Art und Weise ein entsprechendes Gleitlager Verwendung finden. Die Lagerbuchse ist insbesondere aus einem Material, das gute Gleiteigenschaften aufweist.
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Das Lager kann allerdings auch dadurch gebildet werden, dass der Konuseinsatz in axialer Richtung gleitend in eine Gehäuseausnehmung eingesetzt ist, wobei zwischen dem Konuseinsatz und der Gehäuseausnehmung eine Gleitpassung derart vorgesehen ist, dass der Konuseinsatz direkt im Gehäuse gleitend gelagert ist, also ohne das Vorsehen von weiteren Bauteilen, wie beispielsweise die Lagerbuchse.
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Ferner ist denkbar, dass das Lager zwei relativ zueinander in axialer Richtung verlagerbare Lagerhälfte aufweist, wobei die radial innere Lagerhälfte mit dem Konuseinsatz zusammenwirkt und die radial äußere Lagerhälfte am Gehäuse festgesetzt ist.
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Zur Anbringung oder Bildung des Lagers am Gehäuse ist vorteilhaft, wenn das Gehäuse eine Lageraufnahme oder Gehäuseausnehmung aufweist. Diese kann insbesondere als Zylindersenkung im Gehäuse ausgebildet sein.
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Um eine Rückstellkraft des Konuseinsatzes in axialer Richtung bereitzustellen, ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Gehäuse und dem Konuseinsatz wenigstens ein Federelement vorgesehen ist, das den Konuseinsatz in axialer Richtung weg vom Gehäuse drängt. Das Federelement kann dabei insbesondere als mechanisches Federelement, wie beispielsweise eine Schrauben- oder Tellerfeder ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, dass ein pneumatisches Federelement vorgesehen ist, beispielsweise ein Luftkissen.
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Insbesondere ist vorteilhaft, wenn der Konuseinsatz mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Federtaschen zur Aufnahme von Federelementen, insbesondere von Schraubenfedern, aufweist. Vorzugsweise sind die einzelnen Federtaschen äquidistant über den Umfang des Konuseinsatzes angeordnet.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein mechanisches Rückstellelement vorgesehen sein, das mit dem Spannmittel derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Bewegung des Spannmittels aus der Verriegelungslage in eine Nichtverriegelungslage der Konuseinsatz in axialer Richtung weg vom Gehäuse rückgestellt wird.
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Das Rückstellelement wird vorzugsweise von einem Stift gebildet, der einerends mit dem Spannmittel und andererends mit dem Konuseinsatz zusammenwirkt. Insbesondere dann, wenn das Spannmittel als Spannschieber ausgebildet ist, kann die Oberseite des Spannschiebers eine kulissenartige Ausnehmung mit einer schiefen Ebene derart aufweisen, dass beim Verlagern des Spannmittels aus der Verriegelungslage der Stift über die schiefe Ebene bewegt wird und dadurch der Konuseinsatz angehoben wird. Dadurch kann eine sichere Rückführung des Konuseinsatzes 28 gewährleitet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorteilhaft, wenn die Außenfläche des Konuseinsatzes einen in radialer Richtung ragenden Anschlagabschnitt aufweist, der zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit des Konuseinsatzes mit einem Gegenanschlag, der insbesondere am Lager und/oder Gehäuse vorgesehen sein kann, zusammenwirkt. Dadurch wird erreicht, dass bei Vorsehen von Federelementen der Konuseinsatz eine definierte obere Hubendlage einnimmt. Zusätzliche Mittel, zur Sicherung des Konuseinsatzes in der oberen Hubendlage sind dann nicht zwingend erforderlich.
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Der Anlageabschnitt kann insbesondere als nach radial außen abstehender Ringbund ausgebildet sein. Der Gegenanschlag kann dabei insbesondere von einer Stirnseite, vorzugsweise von der unteren Stirnseite des Lagers, gebildet sein.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Spannsystem umfassend ein erfindungsgemäßes Spannmodul sowie einen Spannkörper mit einem Spannelement, welches in der Spannaufnahme des Spannmoduls verriegelbar ist und einen mit dem Konuseinsatz zusammenwirkenden Gegenkonus aufweist.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein in der Figur dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:
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1: eine Seitenansicht eines teilweise freigeschnittenen Spannsystems in verriegeltem Zustand;
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2: einen Ausschnitt des in 1 geigten freigeschnittenen Bereichs, allerdings unter einem anderen Schnittwinkel als in 1 in nicht verriegeltem Zustand; und
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3: den Ausschnitt gemäß 2 in verriegeltem Zustand.
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Die 1 zeigt die Seitenansicht eines Spannsystems 10, das ein Spannmodul 12 und einen Spannkörper 14 umfasst. Das Spannmodul 12 weist ein Gehäuse 16 und eine im Gehäuse 16 vorgesehene Spannaufnahme 18 auf. Die 1 ist im Bereich der Spannaufnahme 18 frei geschnitten. Zu erkennen sind im Gehäuse in radialer Richtung verlagerbare Spannmittel 20, die als Spannschieber ausgebildet sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist denkbar, dass anstelle von Spannschieber Spannkugeln oder dergleichen Verwendung finden.
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Wie ebenfalls aus der Figur deutlich wird, ist am Spannkörper 14 ein in die Spannaufnahme 18 eingeführtes Spannelement 22 vorgesehen. Die dem Spannelement 22 zugewandten Enden der Spannmittel 20 weisen konische Kontaktflächen 25 auf, die mit am Spannelement 22 vorgesehenen Gegenflächen 26 derart zusammenwirken, dass beim radialen Verlagern der Spannmittel 20 aus einer nicht verriegelten Lage – wie sie in 2 gezeigt ist – hin zur Mittellängsachse 24 das Spannelement 22 in axialer Richtung in das Spannmodul 12 eingezogen und verriegelt wird – wie in 1 und 3 gezeigt ist. Hierdurch wird der Spannkörper 14 gegen am Gehäuse 16 vorgesehene Auflageabschnitte 26 beaufschlagt.
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Um zu gewährleisten, dass das Spannelement 22 zentrisch in die Spannaufnahme 18 eingezogen wird, ist ein Konuseinsatz 28 vorgesehen, der die Spannaufnahme 18 umschließt. Der Konuseinsatz 28 ist dabei mittels eines Lagers 30 gegenüber dem Gehäuse 16 in axialer Richtung, also parallel zur Mittellängsachse 24, verlagerbar. Der Konuseinsatz 28, der ringförmige ausgebildet ist, weist im Querschnitt eine der Spannaufnahme 18 zugewandte, schräg zur Mittellängsachse 24 verlaufende Konusfläche 32 und eine der Mittellängsachse abgewandte, parallel zur Mittellängsachse 24 verlaufende Außenfläche 34 auf.
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Die Konusfläche 32 des Konuseinsatzes 28 wirkt beim Einführen des Spannelements 22 in die Spannaufnahme 18 mit einer am Spannelement 22 vorgesehenen Gegenkonusfläche 36 zur Zentrierung des Spannelements 22 in der Spannaufnahme 18 zusammen.
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Das Lager ist bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform als Lagerbuchse 30 ausgebildet, die in einer Lagerausnehmung 38 im Gehäuse 16 angeordnet ist. Die Lagerbuchse 30 kann beispielsweise in das Gehäuse 16 eingepresst sein. Auf der radial innen liegenden Seite wirkt die Lagerbuchse mit der Außenfläche 34 des Konuseinsatzes 28 derart zusammen, dass eine axiale Verlagerung des Konuseinsatzes 28 gegenüber der Lagerbuchse 30 möglich ist. Wie aus der Figur deutlich wird, weist der Konuseinsatz 28 mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Federtaschen 40 in Form von Sacklöchern auf, in denen Federelement 42 in Form von Schraubenfedern vorgesehen sind. Die Federelemente 42 drängen dabei den Konuseinsatz 28 nach axial oben, also weg vom Gehäuse 16.
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Zur Definierung einer Hubendlage des Konuseinsatzes 28 weist dieser einen nach radial außen abstehenden Anschlagabschnitt 44 in Form eines Ringbundes auf, der, wie aus der Figur deutlich wird, eine untere Stirnseite der Lagerbuchse 30 hintergreift.
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Wie aus den Schnitten gemäß 2 und 3 deutlich wird, ist zusätzlich ein Rückstellelement in Form eines Stifts 46 vorgesehen. Der Stift 46 ist im Gehäuse 16 in einer parallel zur Mittellängsachse 24 verlaufenden Stiftführung 47 axial beweglich gelagert und wirkt einerends mit dem Spannmittel 20 und andererends mit dem Konuseinsatz 28 zusammen. Auf der Oberseite des Spannmittels 20 ist eine kulissenartige Ausnehmung 48 mit einer schiefen Ebene 50 derart vorgesehen, dass bei Bewegung des Spannmittels 20 aus der Verriegelungslage, wie sie in 3 gezeigt ist, in eine Nichtverriegelungslage, wie sie in 2 gezeigt ist, der Stift 46 über die schiefe Ebene 50 bewegt wird und dadurch der Konuseinsatz 28 in axialer Richtung angehoben, und damit rückgestellt wird.
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Beim Einführen des Spannelements 22 in die Spannaufnahme 18 kommt folglich zunächst die spannelementseitige Gegenkonusfläche 36 mit der Konusfläche 32 des Konuseinsatzes 28 in Kontakt, dadurch erfolgt eine Zentrierung des Spannelements 22 in der Aufnahme. Durch Verlagern der Spannmittel 20 nach radial innen wird dann das Spannelement 22 in axialer Richtung so weit eingezogen, bis der Spannkörper 14 an den Auflageabschnitten 26 zum Aufliegen kommt. Um eine geometrische Überbestimmtheit zu verhindern, kann dabei der Konuseinsatz 28 entgegen der Federkraft der Federelemente 42 auf Grund des Vorsehens des Lagers 30 in axialer Richtung verlagert werden. Hierdurch kann eine sehr genaue Spannung des Spannkörpers 14 am Spannmodul 12 bereitgestellt werden, ohne dass es zu unerwünschten Eigenspannungen im Spannkörper 14 oder im Spannmodul 12 kommt. Beim Rückverlagern der Spannmittel 20 in die radial äußere Lage wird das Spannelement 22 frei gegeben; zudem wird über den Stift 46 der Konuseinsatz 28 angehoben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1044760 B1 [0004, 0009]
- EP 0936025 B1 [0005]
- EP 1886751 B1 [0005]
- EP 2357058 A1 [0005]
