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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung sowie eine Verfahren zum Spannen eines Werkstücks zwischen zwei gegenüberliegenden Spannbacken der Spannvorrichtung.
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Spannvorrichtungen, die ähnlich wie ein Schraubstock aufgebaut sind, sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Beispielsweise zeigt die
DE 29 43 892 A1 eine Spannvorrichtung mit einer drehbar gelagerten Spindel, die einen ersten Spindenabschnitt und einen zweiten Spindelabschnitt aufweist. Auf jedem Spindelabschnitt ist über ein jeweiliges Gewinde ein Körper angeordnet. Bei einer Drehung der Spindel bewegen sich die beiden Körper aufeinander zu bzw. von einander weg. An den Körpern sitzen schwenkbare Halteelemente mit Prismen, um ein zylindrisches Werkstück zwischen den Prismen aufnehmen zu können. Bei bekanntem Werkstückdurchmesser, werden die Körper über die Spindel eingestellt und anschließend kann das Halten und Lösen des zylindrischen Werkstücks durch die Schwenkbewegung der Prismen durchgeführt werden.
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Ausgehend hiervon kann es als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine Spannvorrichtung bzw. ein Verfahren zu schaffen, das ein einfaches, automatisiertes Spannen eines Werkstücks ermöglicht und flexibel an unterschiedliche Werkstücke angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruches 15 gelöst.
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Die Spannvorrichtung weist eine an einem ersten Spannbackenträger vorhandene erste Spannbacke sowie eine an einem zweiten Spannbackenträger vorhandene zweite Spannbacke auf. Die beiden Spannbackenträger sind an einem Basisteil der Spannvorrichtung in einer Axialrichtung parallel zu einer Spindelachse einer Spindel geführt bewegbar gelagert. Jeder Spannbackenträger sitzt auf einem zugeordneten Spindelabschnitt der Spindel. Bei einer Drehung der Spindel bewegen sich die beiden Spannbackenträger und mithin die Spannbacken in Axialrichtung aufeinander zu oder voneinander weg, abhängig vom Drehsinn der Drehung der Spindel. Dabei bewegen sich die Spannbackenträger und die Spannbacken relativ zueinander und relativ zum Basisteil. Die Spannbackenträger sind entlang des jeweiligen Spindelabschnitts nicht verschiebbar und können sich relativ zur Spindel nur bei deren Drehung bewegen. Insbesondere ist in jedem Spindelabschnitt ein Außengewinde vorhanden, das mit einem zugeordneten Innengewinde des jeweiligen Spannbackenträgers in Eingriff steht.
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Der Spannbackenträger und die jeweils daran angeordnete Spannbacke können integral einstückig oder mehteilig ausgeführt sein.
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Die Spindel ist geteilt. Die beiden Spindelabschnitte sind in Axialrichtung relativ zu einander bewegbar und insbesondere verschiebbar gelagert. Sie können eine Axialbewegung aufeinander zu bzw. voneinander weg ausführen, wobei diese Axialbewegung der Spindelabschnitte in gleichem Maß auf die Spannbackenträger und die Spannbacken übertragen wird. Mittels einer Antriebseinrichtung wird die Axialbewegung der beiden Spindelabschnitte bewirkt. Die Antriebseinrichtung ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hierzu elektrisch und/oder fluidisch und/oder mechanisch ansteuerbar bzw. angetrieben.
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Somit kann eine Axialbewegung bzw. ein Axialhub der beiden Spannbacken zum Spannen eines Werkstücks aufeinander zu bzw. zum Lösen eines gespannten Werkstücks voneinander weg über die Antriebseinrichtung hervorgerufen werden. Durch die Drehung der Spindel lässt sich der Abstand der beiden Spannbacken so einstellen, dass das betreffende Werkstück eingesetzt werden kann. Der Hub zum Spannen des Werkstücks wird dann durch die Antriebseinrichtung ausgeführt. Auch das Lösen des Werkstücks wird über die Antriebseinrichtung veranlasst. Daher können gleichartige Werkstücke schnell und einfach in der Spannvorrichtung gespannt werden ohne die Spindel drehen zu müssen. Die Umrüstung der Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken mit einer anderen Abmessung lässt sich durch die Positionierung der Spannbacken mittels der Spindel schnell und einfach durchführen. Die Umrüstzeit einer Werkzeugmaschine auf das Bearbeiten von anderen Werkstücken ist daher kurz.
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Es ist vorteilhaft, wenn beide Spannbacken jeweils denselben Abstand zu einer Mittelebene aufweisen. Die Mittelebene ist rechtwinklig zur Spindelachse bzw. der Axialrichtung orientiert und verläuft zwischen den beiden Spannbacken. Das Werkstück wird somit stets zentrisch gespannt.
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Jeweils ein Spindelabschnitt, der am Spindelabschnitt gelagerte Spannbackenträger und die am Spannbackenträger angeordnete Spannbacke gehören jeweils zu einer Spanneinheit. Die Spannvorrichtung hat somit zwei Spanneinheiten, die in Axialrichtung relativ zueinander beweglich sind. Die Bestandteile einer Spanneinheit bewegen sich bei einer durch die Antriebseinrichtung verursachten Bewegung gemeinsam und nicht relativ zueinander.
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Die Axialbewegung der Spindelabschnitte bzw. der beiden Spannbackenträger und der beiden Spannbacken erfolgt stets symmetrisch zu der Mittelebene.
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Es ist vorteilhaft, wenn die beiden Spindelabschnitte durch eine Drehkupplungseinrichtung in Drehrichtung um die Spindelachse miteinander drehgekoppelt sind. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer Drehung eines der beiden Spindelabschnitte der Spindel, dieselbe Drehbewegung durch den jeweils anderen Spindelabschnitt ausgeführt wird. Die Drehkopplungseinrichtung zur Kopplung der beiden Spindelabschnitte in Drehrichtung um die Spindelachse ist vorzugsweise stets wirksam, unabhängig davon ob die Antriebeinrichtung die Spindelabschnitte bzw. die Spannbacken aufeinander zu oder voneinander weg bewegt bzw. die Spannbacken eine durch die Antriebseinrichtung bewirkte Spannstellung oder Lösestellung einnehmen. Die Drehkopplungseinrichtung ist derart ausgestaltet, dass die Axialbewegung auch bei bestehender Drehkopplung ermöglicht ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Drehkopplungseinrichtung wenigstens einen Kopplungsvorsprung auf, der in eine zugeordnete Kopplungsausnehmung eingreift. Der Kopplungsvorsprung ist an dem einen Spindelabschnitt vorhanden und ragt im Wesentlichen in Axialrichtung zum jeweils anderen Spindelabschnitt hin und greift dort in eine zugeordnete Kopplungsausnehmung ein. An einem jeweiligen Spindelabschnitt können mehrere Kopplungsvorsprünge und/oder Kopplungsausnehmungen vorhanden sein.
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Es ist bevorzugt, wenn der wenigstens eine Kopplungsvorsprung und die wenigstens eine zugeordnete Kopplungsausnehmung mit Abstand zu der Spindelachse angeordnet sind. Der Kopplungsvorsprung und die Kopplungsausnehmung können mit zunehmendem Abstand von der Spindelachse ein größeres Drehmoment um die Spindelachse abstützen. Die Kopplungsvorsprünge und die Kopplungsausnehmungen können im Querschnitt zum Beispiel zumindest abschnittsweise kreisrund ausgeführt sein.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Antriebseinrichtung eine Vorspannanordnung aufweist, die mittelbar oder unmittelbar eine Vorspannkraft auf die beiden Spindelabschnitte erzeugt, die in Axialrichtung parallel zu der Spindelachse wirkt. Die Vorspannkraft kann die beiden Spindelabschnitte bei einem Ausführungsbeispiel voneinander weg drängen, also in Richtung der Lösestellung der Spannbacken. Es ist auch möglich, dass die Vorspannkraft die beiden Spindelabschnitte in Richtung des Spannens eines Werkstücks aufeinander zu drängt, also in Richtung der Spannstellung der Spannbacken.
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Die Vorspannanordnung ist vorzugsweise durch mechanische Mittel zur Erzeugung der Vorspannkraft gebildet, beispielsweise durch eine Federanordnung. Bei einem Ausführungsbeispiel kann zwischen den beiden Spindelabschnitten eine Feder und insbesondere eine Schraubenfeder angeordnet sein. Die Vorspannkraft kann vorzugsweise unmittelbar auf die Spindelabschnitte wirken. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Vorspannkraft auf die Spannbackenträger oder die Spannbacken auszuüben.
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Die Antriebseinrichtung weist beim Ausführungsbeispiel eine ansteuerbare Betätigungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die beiden Spindelabschnitte und/oder die beiden Spannbackenträger und/oder die beiden Spannbacken entgegen der Vorspannkraft in Axialrichtung zu bewegen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Betätigungseinheit unmittelbar auf die beiden Spindelabschnitte einwirken, deren Axialbewegung gemeinsam mit den beiden Spannbackenträgern und den beiden Spannbacken ausgeführt wird.
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Die Betätigungseinheit kann eine Krafterzeugungseinheit, insbesondere eine Fluidzylinder und bei einem Ausführungsbeispiel eine Pneumatikzylinder aufweisen. Vorzugsweise ist die Krafterzeugungseinheit über eine Übersetzungsanordnung mit den beiden Spinden abschnitten gekoppelt. Dabei kann eine einzige Krafterzeugungseinheit ausreichend sein. Die Betätigungseinheit kann auch durch eine externe Krafterzeugungseinheit, beispielsweise einen Greifer, einen Roboterarm oder ein Maschinenelement mechanisch betätigt werden.
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Die Übersetzungsanordnung kann ein Antriebsteil und zwei Abtriebsteile aufweisen. Das Antriebsteil ist mit der Krafterzeugungseinheit bewegungsgekoppelt. Das erste Abtriebsteil ist mit dem ersten Spindelabschnitt gekoppelt und das zweite Abtriebsteil ist mit dem zweiten Spindelabschnitt gekoppelt. Das Antriebsteil ist außerdem mit den beiden Abtriebsteilen gekoppelt, so dass eine Bewegung des Antriebsteiles über die beiden Abtriebsteile auf den jeweils beaufschlagten Spindelabschnitt übertragen wird. Dadurch kann sichergestellt werden, das die beiden Spindelabschnitte gleichgroße Bewegungen in Axialrichtung ausführen und der Abstand der beiden Spindelabschnitte und mithin der beiden Spannbacken von der Mittelebene jeweils gleichgroß ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die beiden Spindelabschnitte an ihren einander zugeordneten Enden jeweils einen Flansch auf, an dem das jeweils zugeordnete Abtriebsteil angreift.
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Das Antriebsteil hat bei einer bevorzugten Ausführungsform eine erste Antriebsfläche und eine zweite Antriebsfläche. Die Antriebsflächen sind gegenüber der Mittelebene bzw. der Spindelachse geneigt. Ein jeweiliges freies Ende der Abtriebsteile liegt an jeweils einer Antriebsfläche des Antriebsteiles an. Der Abstand der beiden Antriebsflächen nimmt in einer Bewegungsrichtung des Antriebsteiles zu und in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung ab. Dadurch können die beiden freien Enden der Abtriebsteile aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die beiden Abtriebsteile um jeweils eine Schwenkachse schwenkbar am Basisteil gelagert sind. Die Schwenkachsen sind vorzugsweise parallel zueinander. Die Schwenkachsen sind weiter vorzugsweise rechtwinklig zur Spindelachse ausgerichtet.
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An jedem Abtriebsteil und/oder jedem Spindelabschnitt ist wenigstens eine Erhebung vorhanden, die eine Anlagestelle zwischen dem ersten Spindelabschnitt bzw. dem zweiten Spindelabschnitt und dem vom ersten Spindelabschnitt bzw. vom zweiten Spindelabschnitt beaufschlagten erstem Abtriebsteil bzw. zweiten Abtriebsteil bildet. Dadurch kann eine definierte Anlagestelle zwischen dem betreffenden Abtriebsteil und dem zugeordneten Spindelabschnitt vorgegeben werden, insbesondere wenn das Abtriebsteil schwenkbar gelagert ist.
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Mithilfe dieser Spannvorrichtung können Werkstücke gleichen Typs sehr einfach gespannt werden:
Zunächst wird der Abstand der beiden Spannbacken, die sich in einer durch die Antriebseinrichtung maximal entfernten Lage (Lösestellung) befinden, durch Drehen der Spindel so eingestellt, das ein Werkstück vorzugsweise automatisiert zwischen den Spannbacken eingesetzt werden kann. Anschließend kann das zu bearbeitende Werkstück zwischen den Spannbacken platziert und mithilfe der ansteuerbaren Antriebseinrichtung zum Spannen des Werkstücks eine Axialbewegung der beiden Spindelabschnitte – und mithin der beiden Spannbacken – aufeinander zu ausgeführt werden, so dass sich die Spannbacken in der Spannstellung befinden. Nach der Werkstückbearbeitung führt die Antriebseinrichtung eine Axialbewegung der beiden Spindelabschnitte bzw. Spannbacken voneinander weg, zurück in die Lösestellung aus. Das bearbeitete Werkstück kann entnommen und das nächste Werkstück kann eingesetzt werden, insbesondere automatisiert mittels einer Greifer- oder Transfereinrichtung.
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Auf diese Weise lassen sich sehr schnell gleichartige Werkstücke nacheinander Spannen. Wenn Werkstücke eines anderen Typs bearbeitet werden sollen, die eine andere Abmessung aufweisen, muss lediglich die Lösestellung der Spannbacken über die Spindel neu eingestellt werden. Ein Umrüsten kann schnell und einfach erfolgen.
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Vorteilhafte Ausführungen der Spannvorrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Spannvorrichtung in einer schematischen, blockschaltbildähnlichen Darstellung,
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2 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Spindel in einer geschnittenen Teildarstellung,
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3 eine Prinzipdarstellung der Kraftübertragung einer Kraft einer Antriebseinrichtung der Spannvorrichtung auf die Spindelabschnitte zur Erzeugung einer Axialbewegung bzw. einer Einspannkraft,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Abtriebsteils, das zur Übertragung der Bewegung eines Antriebsteils auf einen Spindelabschnitt eines Ausführungsbeispiels der Spannvorrichtung dient,
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5 das Abtriebsteil aus 4 in einem Querschnitt sowie ein Ausführungsbeispiel eines Spindelabschnitts, das dem Abtriebsteil zugeordnet ist,
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6 die beiden Abtriebsteile eines Ausführungsbeispiels einer Spannvorrichtung im Querschnitt mit den beaufschlagen Spindelabschnitten sowie einem Antriebsteil der Spannvorrichtung,
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7 das Ausführungsbeispiel der Spannvorrichtung in einer Draufsicht rechtwinklig zu einer Spindelachse der Spindel der Spannvorrichtung.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer Spannvorrichtung 10 zum Spannen eines Werkstücks 11 bzw. Teile der Spannvorrichtung 10 veranschaulicht. Die Spannvorrichtung 10 weist ein Basisteil 12 auf, das beispielsweise zur Befestigung an einem Maschinentisch, Maschinenschlitten oder dergleichen einer Werkzeugmaschine dient. Dazu können an dem Basisteil 12 nicht näher veranschaulichte Befestigungsmittel vorhanden sein. An dem Basisteil 12 sind ein erster Spannbackenträger 13 und ein zweiter Spannbackenträger 14 in einer Axialrichtung R verschiebbar gelagert. An dem ersten Spannbackenträger 13 ist eine erste Spannbacke 15 und an dem zweiten Spannbackenträger 14 ist eine zweite Spannbacke 16 angeordnet. Jede Spannbacke 15, 16 weist eine Spannfläche 17 auf. Die beiden Spannbacken 15, 16 liegen sich in Axialrichtung R gegenüber, sodass die Spannflächen 17 einander zugewandt sind. Zwischen den beiden Spannflächen 17 der beiden Spannlaken 15, 16 kann das Werkstück 11 gespannt und für eine Bearbeitung gehalten werden.
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Die beiden Spannbackenträger 13, 14 sind vorzugsweise lediglich in einem einzigen Freiheitsgrad, nämlich in Axialrichtung R bewegbar. Sämtliche weiteren Freiheitsgraden werden vorzugsweise durch die Führung zwischen dem Basisteil 12 und den beiden Spannbackenträgern 13, 14 möglichst spielfrei aufgenommen.
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Die beiden Spannbackenträger 13, 14 sind über eine Spindel 20 miteinander bewegungsgekoppelt. Die Spindel 20 erstreckt sich entlang einer Spindelachse A, die in Axialrichtung R ausgerichtet ist. Die Spindel 20 hat einen ersten Spindelabschnitt 21 und einen zweiten Spindelabschnitt 22. Mittels des ersten Spindelabschnitts 21 ist die Spindel 20 mit dem ersten Spannbackenträger 13 verbunden und mittels dem zweiten Spindelabschnitt 22 ist die Spindel 20 mit dem zweiten Spannbackenträger 14 verbunden. Die Spannbackenträger 13, 14 sind relativ zu ihrem jeweiligen Spindelabschnitt 21, 22 im Arbeitszustand der Spannvorrichtung 10 in Axialrichtung R verschiebbar gehalten. Eine Relativbewegung zwischen einem jeweiligen Spannbackenträger 13, 14 und dem zugeordneten Spindelabschnitt 21 bzw. 22 kann dadurch hervorgerufen werden, das die Spindel 20 um ihre Spindelachse A in einer Umfangsrichtung U gedreht wird. Abhängig vom Drehsinn bewegen sich die beiden Spannbackenträger 13, 14 in Axialrichtung R aufeinander zu bzw. von einander weg. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den beiden Spannbackenträgern 13, 14 bzw. denn beiden Spannbacken 15, 16 in Axialrichtung R eingestellt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel haben die beiden Spindelabschnitte 21, 22 ein Außengewinde, das mit einem jeweiligen Innengewinde des zugeordneten Spannbackenträgers 13, 14 in Eingriff steht. Die Gewindesteigung ist dabei so gewählt, dass eine Selbsthemmung auftritt, sodass durch eine in Axialrichtung R wirkende Kraft auf die beiden Spannbackenträger 13, 14 keine Drehung der Spindel 20 verursacht werden kann. Die beiden Spindelabschnitte 21, 22 haben beim Ausführungsbeispiel unterschiedliche Drehrichtungen, sodass bei einer Drehung der gesamten Spindel 20 beide Spannbackenträger 13, 14 jeweils denselben Weg von einander weg oder auf einander zu zurücklegen. Beispielsweise kann der erste Spindelabschnitt 21 ein Rechtsgewinde und der zweite Spindelabschnitt 22 ein Linksgewinde aufweisen oder umgekehrt.
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Die beiden Spindelabschnitte 21, 22 sind als separate Spannbackenträger ausgeführt und können sich entlang der Spindelachse A in Axialrichtung R eine Axialbewegung mit einem vorbestimmten maximalen Hub ausführen. Die Länge des Hubs hängt von der konkreten Konstruktion ab und kann beispielsweise einige Millimeter oder aber auch einige Zentimeter betragen. Mit Hilfe dieser Axialbewegung kann das Spannen und Lösen eines Werkstücks 11 ohne Drehung der Spindel 20 ausgeführt werden.
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Die beiden Spinden abschnitte 21, 22 weise jeweils ein äußeres Ende 23 auf, an dem ein Angriffselement 24 oder ein Bedienelement vorhanden sein kann, um die Spindel 20 drehen zu können. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann das Angriffselement 24 durch einen Außensechskant, durch einen Innensechskant oder dergleichen gebildet sein. Die Spindel 20 kann manuell oder auch servomotorisch angetrieben sein, um die Relativposition der beiden Spannbacken 15, 16 einzustellen und an die Abmessung eines zu spannenden Werkstücks 11 anzupassen.
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An ihrem dem äußeren Ende 23 entgegengesetzten inneren Ende 25 weisen die Spindelabschnitte 21, 22 jeweils einen Flansch 26 auf. Mit den beiden inneren Enden 25 sind die beiden Spindelabschnitte 21, 22 mittels einer Drehkopplungseinrichtung 27 in Umfangsrichtung U um die Spindelachse A drehbewegungsgekoppelt. Die mittels der Drehkopplungseinrichtung 27 bewirkte Drehbewegungskopplung ist stets wirksam, unabhängig davon, ob ein Werkstück 11 eingespannt ist oder nicht. Die Drehkopplung ist während des gesamten maximal möglichen Weges der Axialbewegung zwischen der Lösestellung und der Spannstellung wirksam.
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Beim Ausführungsbeispiel weist die Drehkopplungseinrichtung 27 wenigstens einen Kopplungsvorsprung 28 und wenigstens eine zugeordnete Kopplungsausnehmung 29 auf. Die Drehkopplungseinrichtung 27 ist insbesondere in 2 zu erkennen. Beispielsgemäß sind mindestens zwei Kopplungsvorsprünge 28, vorhanden, die jeweils mit Abstand radial versetzt zur Spindelachse A angeordnet sind. Die Kopplungsvorsprünge 28 sind bei dem hier gezeigten Beispiel durch zylindrische Stifte ausgeführt. Die Kopplungsvorsprünge 28 erstrecken sich parallel zur Spindelachse A in Axialrichtung R vom inneren Ende 25 bzw. vom Flansch 26 weg.
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Angepasst an die Kontur bzw. dem Querschnitt der Kopplungsvorsprünge 28 sind beispielsgemäß zylindrische Kopplungsausnehmungen 29 in dem jeweils anderem Spindelabschnitt vorhanden, die ebenfalls mit Abstand zur Spindelachse A angeordnet sind. Die Kopplungsausnehmungen 29 sind als Sacklöcher ausgeführt, die an dem inneren Ende 25 ausmünden.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kopplungsvorsprünge 28 an einem und beispielsgemäß dem ersten Spindelabschnitt 21 vorhanden, während die Kopplungsausnehmungen 29 am jeweils anderen und beispielsgemäß dem zweiten Spindelabschnitt 22 vorhanden sind. Alternativ hierzu wäre es auch möglich, an jedem der Spindelabschnitte 21, 22 einen oder mehrere Kopplungsvorsprünge 28 anzuordnen, denen dann jeweils eine Kopplungsausnehmung 29 und am jeweils anderem Spindelabschnitt eine jeweils zugeordnete vorzusehen.
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Die Kopplungsvorsprünge 28 sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt um die Spindelachse A angeordnet. Je größer der Abstand von der Spindelachse A ist, desto größer ist das Drehmoment, das die Drehkopplungseinrichtung 27 aufnehmen kann.
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Die Spannvorrichtung 10 hat außerdem eine Antriebseinrichtung 34. Die Antriebseinrichtung 34 ist dazu eingerichtet, die Axialbewegung der beiden Spindelabschnitte 21, 22 zu bewirken. Jeder Spindelabschnitt 21 bewegt sich bei der durch die Antriebseinrichtung 34 bewirkten Axialbewegung jeweils gemeinsam mit dem zugeordneten Spannbackenträger 13 bzw. 14 und der zuordneten Spannbacke 15 bzw. 16. Anders ausgedrückt bilden der erste Spindelabschnitt 21, der erste Spannbackenträger 13 und die erste Spannbacke 15 eine Spanneinheit und der zweite Spindelabschnitt 22, der zweite Spannbackenträger 14 und die zweite Spannbacke 16 eine weitere Spanneinheit, wobei jede Spanneinheit die durch die Antreibsvorrichtung 34 veranlasste Hubbewegung ausführt. Dabei findet innerhalb einer Spanneinheit keine Relativbewegung der Bestandteile 21, 13, 15 bzw. 22, 14, 16 relativ zueinander statt.
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Zu der Antriebseinrichtung 34 gehört eine Vorspannanordnung 35. Die Vorspannanordnung 35 ist dazu eingerichtet, eine Vorspannkraft FV mittelbar oder unmittelbar auf die beiden Spindelabschnitte 21, 22 auszuüben. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wirkt die Vorspannanordnung 34 unmittelbar auf die beiden Spindelabschnitte 21, 22 ein.
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Die Vorspannanordnung 35 weist beim Ausführungsbeispiel eine Federanordnung mit wenigstens einer Feder 36 auf oder ist durch die Federanordnung gebildet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine einzige Feder 36 in Form einer Schraubenfeder vorhanden, die zwischen den beiden Spindelabschnitten 21, 22 angeordnet ist und die beiden Spindelabschnitte 21, 22 durch die jeweilige Vorspannkraft FV voneinander wegdrückt. Die Vorspannkraft FV ist daher beim Ausführungsbeispiel derart gerichtet, dass sie die beiden Spindelabschnitte 21, 22 voneinander wegdrängt, wodurch die beiden Spannbacken 15, 16 in die Lösestellung gedrängt werden. In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Vorspannkraft FV derart zu erzeugen, dass die beiden Spindelabschnitte 21, 22 aufeinander zu gedrängt und dadurch die Spannbacken 15, 16 in die Spannstellung gedrängt werden.
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Die Feder 36 ist mit ihren beiden Endabschnitten in jeweils einer zentralen Ausnehmung 37 des ersten Spindelabschnitts 21 bzw. des zweiten Spindelabschnitts 22 angeordnet. Die beiden zentralen Ausnehmungen 37 sind koaxial zur Spindelachse A angeordnet und am jeweiligen Ende 25 offen. Die Feder 36 ist beispielgemäß auf Druck belastet. Wie bereits erläutert, könnte die Feder 36 auch auf Zug belastet werden, um die beiden Spindelabschnitte 21, 22 durch die Vorspannkraft FV aneinander zu ziehen.
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Beim Ausführungsbeispiel wirkt die Vorspannanordnung 35 bzw. die Vorspannkraft FV unmittelbar auf die Spindelabschnitte 21, 22 ein. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte die Vorspannkraft FV mittels der Vorspannanordnung 35 auch auf die Spannbackenträger 13, 14 und/oder die Spannbacken 15, 16 unmittelbar einwirken.
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Die Antriebseinrichtung 34 verfügt außerdem über eine ansteuerbare Betätigungseinheit 40. Die Betätigungseinheit 40 kann elektrisch und/oder fluidisch und/oder mechanisch ansteuerbar sein und eine elektrische und/oder fluidische Krafterzeugungseinheit aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel weist die Betätigungseinheit 40 als Krafterzeugungseinheit einen Pneumatikzylinder 41 auf, der als einfach wirkender Zylinder ausgeführt ist. In Abwandlung hierzu könnte der Pneumatikzylinder 41 auch als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet sein.
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Ein Kolben 42 des Pneumatikzylinders 41 ist über eine Kolbenstange 43 mit einem Antriebsteil 44 verbunden. Das Antriebsteil 44 ist rechtwinklig zur Axialrichtung R mittels des Pneumatikzylinders 41 bewegbar. Durch Beaufschlagung einer Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 über eine Pneumatikleitung 45 mit Druckluft, kann die Kolbenstange 43 ausgefahren und das Antriebsteil 44 vom Pneumatikzylinder 41 weg und beispielsgemäß zur Spindelachse A hin bewegt werden. In der Pneumatikleitung 45 sitzt beim Ausführungsbeispiel ein entsperrbares Rückschlagventil 46. Der Pneumatikdruck in der Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 wird durch das Rückschlagventil 46 aufrechterhalten. Beispielsgemäß kann das Rückschlagventil 46 über eine Steuerleitung 47 entsperrt werden, wenn ein Luftdruck an die Steuerleitung 47 angelegt wird. Dann kann die Luft aus der Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 über die Pneumatikleitung 45 entweichen.
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Anstelle des Pneumatikzylinders 41 könnte auch ein Hydraulikzylinder verwendet werden. Es ist außerdem möglich, als Krafterzeugungseinheit einen elektrischen Motor zu verwenden. Weiterhin kann auch eine externe Krafterzeugungseinheit zur Bewegung bzw. Betätigung des Antriebsteils 44 verwendet werden, beispielsweise ein Greifer oder ein Roboterarm oder ein anderes bewegbares Maschinenteil einer Maschine, an der die Spanvorrichtung 10 angeordnet ist.
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Die Betätigungseinheit 40 weist außerdem eine Übersetzungsanordnung 50, mittels der der Pneumatikzylinder 41 mit den beiden Spindelabschnitten 21, 22 gekoppelt ist, um die Bewegung des Kolbens 42 in eine Axialbewegung der Spindelabschnitte 21, 22 zu überführen. Zu der Übersetzungsanordnung 50 gehört das Antriebsteil 44 sowie ein erstes Abtriebsteil 51 und ein zweites Abtriebsteil 52. Die beiden Abtriebsteile 51, 52 liegen einerseits am Antriebsteil 44 und andererseits an der jeweils zugeordneten Spindelabschnitt 21 bzw. 22 an. Beispielsgemäß ist zwischen einem jeweiligen Abtriebsteil 51 bzw. 52 und dem zugeordneten Flansch 26 wenigstens eine Anlagestelle 53 gebildet.
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Das erste Abtriebsteil 51 ist um eine erste Schwenkachse S1 und das zweite Abtriebsteil 52 um eine zweite Schwenkachse S2 schwenkbar am Basisteil 12 gelagert. Die beiden Schwenkachsen S1, S2 sind parallel zu einander ausgerichtet. Die beiden Schwenkachsen S1, S2 verlaufen rechtwinklig zur Axialrichtung R bzw. zur Spindelachse A. Die beiden Schwenkachsen S1, S2 sind auf der dem Antriebsteil 44 gegenüberliegenden Seite mit Abstand zur Spindelachse A angeordnet. An dem der Schwenkachse S1 bzw. S2 entgegengesetzten freien Ende 54 eines Abtriebsteils 51, 52 liegt jedes Abtriebsteil 51, 52 am Antriebsteil 44 an. Insbesondere liegt das freie Ende 54 des ersten Abtriebsteils 54 an einer ersten Antriebsfläche 55 des Antriebsteils 44 und das freie Ende 54 des zweiten Abtriebsteils 52 an einer zweiten Antriebsfläche 56 des Antriebsteiles 44 an. Die beiden Antriebsflächen 55, 56 sind gegenüber der Spindelachse A bzw. einer Mittelebene M um einen Neigungswinkel α geneigt. Die Mittelebene M verläuft rechtwinklig zur Spindelachse A mittig zwischen den beiden Spindelabschnitten 21, 22 bzw. zwischen den beiden Spannbacken 15, 16 bzw. deren Spannflächen 17. Die Antriebsflächen 55, 56 des Antriebsteils 44 sind symmetrisch zu Mittelebene M angeordnet. Der Abstand zwischen den beiden Antriebsflächen 55, 56 rechtwinklig zur Mittelebene M nimmt in Richtung zur Spannachse A hin zu. Der Zwischenraum zwischen den beiden Antriebsflächen 55, 56 erweitert sich sozusagen in Richtung zur Spindelachse A hin.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Antriebsflächen 55, 56 als Planflächen ausgebildet. In Abwandlung hierzu könnten die Antriebsflächen 55, 56 zumindest abschnittsweise auch konkav oder konvex ausgeführt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Abtriebsteile 51, bzw. 52 ist in 4 schematisch perspektivisch veranschaulicht. Die Abtriebsteile 51, 52 sind spiegelsymmetrisch zur Mittelebene M angeordnet und bevorzugt identisch ausgestaltet.
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Die Abtriebsteile 51, 52 weisen einen plattenförmigen Plattenteil 60 mit einem Durchgangsloch 61 auf. Das Durchgangsloch 61 ist zumindest in einer Radialrichtung radial zur Spindelachse A kleiner als der Flansch 26 eines Spindelabschnitts 21, 22, so dass der Flansch 26 nicht durch das Durchgangsloch 61 entlang der Spindelachse A bewegt werden kann. Um das Durchgangsloch 61 herum ist beispielsgemäß eine Ringstufe mit einer die Spindelachse A ringförmig umschließenden Ringfläche 62 gebildet. Die Ringfläche 62 ist dem Flansch 26 des zugeordneten Spindelabschnitts 21 bzw. 22 zugewandt. Die Ringfläche 62 erstreckt sich beispielsgemäß nicht in einer einzigen Ebene sondern verläuft ausgehend von zwei zur Spindelachse A diametral gegenüberliegenden Erhebungen 63 zumindest abschnittsweise geneigt. Die Erhebungen 63 bilden durch einen Radius abgerundete Hochpunkte, die jeweils eine Anlagestelle 53 zwischen den Abtriebsteilen 51, 52 und dem zugeordneten Flansch 26 des betreffenden Spindelabschnitts 21, 22 definieren. Vorzugsweise befinden sich die beiden Erhebungen 63 und die dadurch gebildeten Anlagestellen 53 in einer gemeinsamen Ebene, die rechtwinklig zur Mittelebene M ausgerechtet ist und beispielsgemäß entlang oder mit geringem Abstand zur Spindelachse A verläuft.
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In 5 ist die Ringfläche 62 mit der Erhebung 63, die eine Anlagestelle 53 bildet, im Querschnitt durch das betreffende Abtriebsteil 51, 52 deutlicher zu erkennen als in der perspektivischen Darstellung in 4. Die Erhebung 63 und die dadurch gebildete Anlagestelle 53 ist in 3 stark schematisiert dargestellt.
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Durch die Erhebung 63 ist erreicht, dass die Anlagestelle 53 am Flansch 26 während der Schwenkbewegung der Abtriebsteile 51, 52 nicht von der Spindelachse A weg bzw. zur Spindelachse A hin wandert, sondern im Wesentlichen an einer definierten Stelle am Flansch 26 positioniert bleibt. Die Krafteinleitung erfolgt daher ein einer definierten Stelle am Flansch 26.
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Der Plattenteil 60 ist durch zwei sich in entgegengesetzte Richtungen entlang der betreffenden Schwenkachse S1, S2 erstreckende Fortsätze 64 erweitert. Die Fortsätze 64 dienen beim Ausführungsbeispiel dazu, in jeweils einer Lagerausparung 65 am Basisteil 12 (7) um die betreffende Schwenkachse S1 bzw. S2 schwenkbar gelagert zu werden. Der Plattenteil 60 kann dabei um die betreffende Schwenkachse S1, S2 schwenken. Das freie Ende 54 des Abtriebsteils 51 bzw. 52 befindet sich auf der den Fortsätzen 64 entgegengesetzten Seite des Durchgangsloches 61.
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Zwischen dem freien Ende 54 und der jeweils zugeordneten Antriebsfläche 55, 56 kann eine Gleitreibungsstelle vorgesehen sein. Es ist alternativ hierzu auch möglich, im Bereich des jeweiligen freien Endes 54 der Abtriebsteile 541, 52 einen Wälzkörper, eine Rolle oder dergleichen vorzusehen, um zwischen den Antriebsteil 44 und den beiden Abtriebsteilen 51, 52 eine Wälzlagerstelle auszubilden. Das vorsehen eines Wälzkörpers 65 ist in 6 stark schematisiert veranschaulicht.
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Die Funktionsweise der Spannvorrichtung 10 kann anhand der 1 und 3 erläutert werden.
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In den 1 und 3 befinden sich die Spannbacken 15, 16 in ihrer Lösestellung, in die sie durch die Vorspannanordnung 35 gedrängt werden. Die beiden Spindelabschnitte 21, 22 haben ihren größtmöglichen Abstand. Die beiden Spindelabschnitte 21, 22, die beiden Spannbackenträger 13, 14 sowie die beiden Spannbacken 15, 16 sind symmetrisch zur Mittelebene M angeordnet. Das Werkstück 11 kann zwischen die beiden Spannflächen 17 der Spannbacken 15, 16 eingesetzt werden, wie es in 1 schematisch veranschaulicht ist.
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Zum Spannen des Werkstücks 11 wird die Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 mit Druckluft beaufschlagt, so dass sich das Antriebsteil 44 entlang der Mittelebene M auf die Spindelachse A zu bewegt. Dabei gleiten die freien Enden 54 an den Antriebsflächen 55, 56 entlang, wodurch eine Schwenkbewegung der beiden Abtriebsteile 51, 52 um ihre jeweilige Schwenkachse S1 bzw. S2 veranlasst wird. Aufgrund der Neigung der Antriebsflächen 55, 56 um den Neigungswinkel α bewegen sich die beiden freien Enden 54 der beiden Abtriebsteile 51, 52 aufeinander zu. Dadurch werden die Flansche 26 der beiden Spindelabschnitte 21, 22 entgegen der Vorspannkraft FV aufeinander zu gedrückt und die beiden Spindelabschnitte 21, 22 führen eine Axialbewegung entlang der Spindelachse A aus. Bei dieser Axialbewegung bewegen sich mithin auch die Spannbacken 15, 16 in Axialrichtung R auf einander zu und spannen das Werkstück 11 ein. Wie bereits erläutert, wird die Bewegung des Antriebsteiles 44 durch Druckluftbeaufschlagung der Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 veranlasst. Die Spannkraft wird durch den Luftdruck in der Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41, die Größe der Kolbenfläche und die Übersetzung der Übersetzungsanordnung 50 definiert. Die Spannkraft bleibt wegen des Rückschlagventils 46 in der Pneumatikleitung 45 solange aufrechterhalten, bis die Arbeitskammer des Pneumatikzylinders 41 wieder entlüftet wird. Dies kann durch eine Druckbeaufschlagung der Steuerleitung 57 gesehen.
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Zum Lösen des Werkstücks 11 wird die Arbeitskammer wie vorstehend beschrieben entlüftet. Aufgrund der Vorspannkraft FV der Vorspannanordnung 35 werden die beiden Spindelabschnitte 21, 22 entlang der Spindelachse A voneinander weg gedrängt und die freien Enden 54 der beiden Abtriebsteile 51, 52 erfahren ebenfalls eine Kraft voneinander weg. Die durch die Vorspannkraft FV verursachte Schwenkbewegung der beiden Abtriebsteile 51, 52 an ihren freien Enden 54 voneinander weg, veranlasst das Verschieben des Antriebsteiles 44 von der Spindelachse A weg zurück in die Ausgangsstellung. Dies ist deswegen möglich, weil in der Arbeitskammer keine Gegenkraft mehr auf das Antriebsteil 44 wirkt. Die Spannbachen 15, 16 nehmen wieder die Lösestellung ein.
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In 3 sind stark schematisiert die Hebelverhältnisse und Übersetztungsverhältnisse veranschaulicht. Rechtwinklig zu den Schwenkachsen S1, S2 gemessen haben die Erhebungen 53 einen ersten Abstand D1 von der Ebene, in der sich die beiden Schwenkachsen S1, S2 erstrecken. Von den Kontaktstellen zwischen den beiden Abtriebsteilen 51, 52 an den freien Enden 54 mit der jeweils zugeordneten Antriebsfläche 55 bzw. 56 des Antriebsteils 44 haben die Erhebungen 63 bzw. Anlagestellen 53 einen zweiten Abstand D2. Durch eine entsprechende Dimensionierung der beiden Abstände D1, D2 können die Kräfte und Momente und insbesondere die Spannraft an den konkreten Anwendungsfall angepasst werden. Ein weiterer veränderlicher Parameter ist der Neigungswinkel α, der den Schwenkweg der freien Enden 54 sowie die in Axialrichtung R auf die freien Enden 54 ausgeübte Kraft bestimmt. Auch die Kolbenfläche des Kolbens des Pneumatikzylinders 41 beeinflusst die Spannkraft.
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In den 5 bis 7 ist zu erkennen, dass optional ein Halteteil 69 vorgesehen sein kann. Das Halteteil 69 hat eine bügelformige Gestalt und übergreift die beiden Abtriebsteile 51, 52 im Bereich der betreffenden Schwenkachsen S1, S2 auf der den freien Enden 54 entgegengesetzten Seite. Auf den voneinander abgewandten in Axialrichtung R ausgerichteten Seiten der beiden Abtriebsteile 51, 52 kann deswegen eine Quernut 70 eingebracht sein. Das Halteteil 69 greift mit jeweils einem Steg 71 in die Quernut 70 des ersten Abtriebsteils 51 sowie die Quernut 70 des zweiten Abtriebsteils 52 ein. Die beiden Stege 71 sind über einen U-förmigen Verbindungsteil 72 des Halteteils 69 miteinander verbunden. Das Halteteil 69 hat somit im Querschnitt eine in etwa C-förmige Gestalt (6). Mittels des Halteteils 69 kann das Aufbiegen der beiden Abtriebsteile 51, 52 im Bereich der Schwenkachsen S1, S2 durch die zwischen den Fortsätzen 64 wirkenden Kräften vermieden werden. Abhängig von der Dimensionierung und Bauform der Abtriebsteile 51, 52 kann das Vorsehen des Halteteils 69 vorteilhaft sein. Im Bereich zwischen den Lageraussparungen 65 des Basisteils 12 erstrecken sich die beiden Abtriebsteile 51, 52 parallel zur Mittelebene M frei. Das Halteteil 69 bietet dabei eine zusätzliche Stabilisierung gegen unerwünschte Verformungen. Dadurch ist sichergestellt, dass die beiden Spindelabschnitte 21, 22 den gewünschten Weg zurücklegen und ein zentrisches Spannen des Werkstücks 11 symmetrisch zur Mittelebene M erfolgen kann.
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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung 10 sowie ein Verfahren zum Spannen eines Werkstücks 11. Die Spannvorrichtung 10 hat zwei Spanneinheiten, die jeweils aus einem Spindelabschnitt 21 bzw. 22, einem auf dem Spindelabschnitt 21 bzw. 22 sitzenden Spannbackenträger 13 bzw. 14 sowie einer an dem Spannbackenträger 13 bzw. 14 angebrachten Spannbacke 15 bzw. 16 bestehen. Jede Spanneinheit bewegt sich in Axialrichtung R stets als Block, wenn der zugehörige Spindelabschnitt 21, 22 der Spindel 20 eine Axialbewegung durchführt. Die Spannbackenträger 13, 14 sind über eine Gewindeverbindung auf dem jeweils zugeordneten Spindelabschnitt 21, 22 angeordnet. Durch drehen der Spindel 20 kann der Abstand zwischen den beiden Spannbacken 15, 16 an das zu spannende Werkstück 11 angepasst werden. Die eigentliche Spann- und Lösebewegung wird durch eine Antriebseinrichtung 34 verursacht, die die Axialbewegung der beiden Spindelabschnitte 21, 22 entlang der Spindelachse A der Spindel 20 aufeinander zu oder voneinander weg bewirkt. Bei dieser Axialbewegung bewegen sich die Spannbacken 15, 16 entsprechend, so dass das Werkstück 11 abhängig von der Bewegungsrichtung gespannt oder freigegeben wird. Die Spannvorrichtung 10 lässt sich schnell und einfach auf unterschiedliche Werkstücke 11 einrichten, wobei dann gleichartige Werkstücke 11 schnell und sicher ausschließlich durch die Axialbewegung der beiden Spanneinheiten und insbesondere der beiden Spindelabschnitte 21, 22 aufeinander zu beziehungsweise voneinander weg bewirkt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spannvorrichtung
- 11
- Werkstück
- 12
- Basisteil
- 13
- erster Spannbackenträger
- 14
- zweiter Spannbackenträger
- 15
- erste Spannbacke
- 16
- zweite Spannbacke
- 17
- Spannfläche
- 20
- Spindel
- 21
- erster Spindelabschnitt
- 22
- zweiter Spindelabschnitt
- 23
- äußeres Ende eines Spindelabschnitts
- 24
- Angriffselement
- 25
- inneres Ende
- 26
- Flansch
- 27
- Drehkopplungseinrichtung
- 28
- Kopplungsvorsprung
- 29
- Kopplungsausnehmung
- 34
- Antriebseinrichtung
- 35
- Vorspannanordnung
- 36
- Feder
- 37
- zentrale Ausnehmung
- 40
- Betätigungseinheit
- 41
- Pneumatikzylinder
- 42
- Kolben
- 43
- Kolbenstange
- 44
- Antriebsteil
- 45
- Pneumatikleitung
- 46
- Rückschlagventil
- 47
- Steuerleitung
- 50
- Übersetzungsanordnung
- 51
- erstes Abtriebsteil
- 52
- zweites Abtriebsteil
- 53
- Anlagestelle
- 54
- freies Ende eines Abtriebsteils
- 55
- erste Antriebsfläche
- 56
- zweite Antriebsfläche
- 60
- plattenförmiger Teil
- 61
- Durchgangsloch
- 62
- Ringfläche
- 63
- Erhebung
- 64
- Fortsatz
- 65
- Wälzkörper
- 69
- Halteteil
- 70
- Quernut
- 71
- Steg
- 72
- Verbindungsteil
- α
- Neigungswinkel
- A
- Spindelachse
- FV
- Vorspannkraft
- M
- Mittelebene
- R
- Axialrichtung
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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