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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Einspannen von Werkstücken, insbesondere von Werkstücken, um diese mechanisch zu bearbeiten.
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Spann- oder Klemmvorrichtungen zum Klemmen von Werkstücken sind im Stand der Technik in unterschiedlicher Ausführung bekannt. Allerdings sind die Klemmbacken solcher herkömmlicher Klemmwerkzeuge oder Klemmvorrichtungen in der Regel statisch fest an der an sich beweglichen Vorrichtung so ausgebildet, dass Werkstücke einer ganz bestimmten geometrischen Form mit ausreichender Haltekraft gehalten werden können. Problematisch ist es, wenn Werkstücke mit komplexer Geometrie und schräg verlaufender Seitenkanten oder runder Form eingespannt werden sollen, insbesondere, wenn zum Halten jeweils nur ein kleiner Haltesteg am Werkstück vorgesehen ist, um das Werkstück beim Spannen nicht zu beschädigen.
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Eine Klemmvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Träger mit einer Planfläche zum Aufspannen der Werkstücke und im Träger zueinander verschieblich geführten Klemmbacken.
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Derartige Klemmvorrichtungen werden beispielsweise verwendet zur Bearbeitung von Rohlingen durch spanabhebende Formung wie Fräsen, Schleifen, Bohren oder dgl. Um die Vorarbeiten für das Einspannen solcher Rohlinge möglichst gering zu halten, sollten die Klemmbacken so ausgebildet sein, dass auch Rohlinge mit nicht parallelen Seitenwänden fest eingespannt werden können. Deshalb geht die Erfindung von Klemmvorrichtungen mit solchen Klemmbacken aus, in deren Backenkörpern so genannte Pendelbacken in zylinderförmigen Aussparungen schwenkbar gelagert sind. Diese Pendelbacken passen sich gut an die Seitenwände der Rohlinge an, so dass die Spannkraft optimal in das Werkstück eingeleitet wird.
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Um bei dem Werkstück mit nur einer Planfläche eine wiederholgenaue Aufspannung zu erzielen, ist es weiterhin wichtig, dass das Werkstück beim Einspannen gleichzeitig fest auf die Planfläche des Trägers aufgedrückt wird. Deshalb werden in der Praxis häufig Klemmbacken mit so genannter Niederzugfunktion verwendet. Bei diesen Backen sind die Backenwände im oberen Bereich schräg eingeschnitten, so dass beim Spannen das obere Stück nach unten federt und das Werkstück nach unten gezogen wird.
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Aus
DE 40 14 565 C2 ist eine beispielhafte Niederzug-Spannvorrichtung bekannt, bei der die Niederzugwirkung durch schräge Schlitzlöcher in den Spannbacken und Arretierungslöchern bzw. Schlitzen in der Spannstange einerseits, und durch Längsschlitze bzw. einem Loch in den die Spannstange seitlich einfassenden Winkelschienen andererseits erzielt wird, wobei durch die Längsschlitze, die Arretierungslöcher und die schrägen Schlitzlöcher sogenannte Feststellbolzen eingesteckt bzw. eingeschraubt werden. Sobald das eingespannte Werkstück Druck auf die Klemmbacken erzeugt, wird die in horizontaler Richtung verschobene Spannbacke mit den Schrägschlitzen an den Feststellbolzen vorbeigeführt und mit ihrer Angriffsfläche immer mehr nach unten gedrückt. Dadurch wird mit zunehmendem Spanndruck die vertikale Bewegungsrichtung der Spannbacke erzeugt, welche das Werkstück auf die Arbeitsplatte presst.
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Bei anderen bekannten Ausbildungen von Klemmbacken wird die Niederzugfunktion dadurch erzeugt, dass in einer Nut im oberen Bereich der Backenwände ein schräg nach unten gerichtetes Federblatt eingelassen ist, welches sich beim Spannen mit einer scharfen Kante in die Seitenwand des Werkstücks leicht eingräbt und das Werkstück fest auf die Planfläche des Trägers niederdrückt. Bei diesen Ausbildungen der Klemmbacken ist es für den angestrebten Niederzugeffekt jedoch erforderlich, dass die einzuspannenden Seitenwände des Werkstücks absolut parallel zueinander sind, so dass Werkstücke mit nicht parallelen Spannbereichen damit nicht gespannt werden können.
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Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik bekannten Lösungen besteht darin, dass die Haltekräfte und Haltepunkte nicht optimal am Werkstück angreifen und damit auftretende Kräfte ungünstig auf ein einzuspannendes Werkstück einwirken. Wenn speziell die zu spannenden Seitenwände z. B. unter einem vergleichsweise großen schrägen Winkel zueinander verlaufen, lassen sich herkömmliche Klemmbacken überhaupt nicht mehr oder jedenfalls nicht mit der gewünschten hohen Haltekraft einsetzen.
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Grundsätzlich ist es auch erforderlich, dass die Klemmbacken selbst einen ausreichenden Sitz in der Klemmvorrichtung aufweisen, da die Kräfte die auf die Werkstücke wirken ebenso auf die Klemmbacken wirken.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine einfache Lösung vorzuschlagen, um Werkstücke, insbesondere Werkstücke mit schrägen und nicht parallelen Klemmabschnitten ohne weitere Vorarbeiten gut und mit hoher Haltekraft einspannen zu können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, dass Toleranzen und Ungenauigkeiten beim Spannvorgang automatisch ausgeglichen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass ein „übergeordnetes” Dreh-System aus einem Klemmbackenpaar mit wenigstens einer ersten schwenkbar angeordneten Pendelbacke mit einem Sub-System aus Pendelbacken kombiniert wird. Dabei werden weitere, vorzugsweise wenigstens je zwei drehbar oder schwenkbar gelagerte Pendelbacken, die das jeweilige Sub-System definieren, in dem „übergeordneten” System aus Pendelbacke und Klemmbacke in diesen jeweils drehend gegenüber diesen Klemmbacken gelagert sind, so dass sich diese an die zu klemmenden Kanten eines Werkstückes mit schrägen Kanten entsprechend anlegen können.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Spannvorrichtung bestehend aus einem Träger an dem zwei aufeinander zu oder relativ zueinander bewegbare Klemmbacken zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken befestigt sind vorgeschlagen, wobei die eine der beiden Klemmbacken als eine, um einen Winkel α drehbar gelagerte erste Pendelbacke ausgebildet ist und wobei in der drehbar gelagerten ersten Pendelbacke wenigstens zwei drehbar gelagerte weitere Pendelbacken gelagert sind, die mit Klemmflächen zum Spannen von Werkstückkanten eines Werkstücks ausgebildet sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannvorrichtung als selbstjustierende Spannvorrichtung ausgebildet ist, indem sich die drehbar gelagerten Pendelbacken beim Zusammenführen der beiden Klemmbacken beim Einspannen eines Werkstücks an nicht-parallelen Klemmflächen des Werkstücks selbsttätig in ihrer Drehposition ausrichten, derart, dass diese mit ihren Klemmflächen an der zu klemmenden Werkstückkante jeweils anliegen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass nur eine der Klemmbacken relativ zur anderen Klemmbacke verschieblich über ein Schienensystem angeordnet ist, so dass die andere Klemmbacke ortsfest an dem Träger der Spannvorrichtung befestigt ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die drehbar gelagerte Pendelbacke (des übergeordneten Drehsystems) beim Zusammenführen des Klemmbackenpaars beim Einspannen eines Werkstücks an nicht-parallelen Klemmflächen aufgrund einer Ausrichtbewegung mittelbar über die drehbar gelagerten Pendelbacken (des Sub-Systems) in ihrer relativen Drehposition gegenüber der anderen Klemmbacke ausrichtet. Insofern können auch beide Klemmbacken wie zuvor beschrieben drehbar gelagert sein und mit jeweils wiederum drehbar gelagerten Pendelbacken ausgestattet sein.
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Diejenigen Pendelbacken, die in der drehbar gelagerten ersten Pendelbacke des Klemmbackenpaars gelagert sind, sind als im Wesentlichen zylinderförmige aus der Pendelbacke hervorstehende Backen bzw. Halteelemente ausgebildet, die mit einem Lagerabschnitt in einem zylinderförmigen Lager in der ersten Pendelbacke drehbar um jeweils eine Rotationsachse R2 bzw. R3 gehalten bzw. darin gelagert sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Pendelbacke einen halbzylinderfömigen Querschnitt mit einer vorzugsweise halbzylinderförmigen Gleitlagermantelfläche aufweist (oder aus entsprechenden Mantelflächen-Segmenten besteht), mit welcher die erste Pendelbacke des Klemmbackenpaars an einer korrespondierend oder zumindest abschnittsweise korrespondierend ausgebildeten Gegenlagerfläche in einer Aufnahmeplatte des Trägers in einem bestimmten Winkelbereich drehbar um eine Rotationsachse R1 gelagert ist.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn die eine Klemmbacke des Klemmbackenpaars als rotationsfeste Klemmbacke ausgebildet ist.
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Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der in der ersten (vorzugsweise nicht drehbaren) Klemmbacke des Klemmbackenpaars wenigstens zwei zueinander beabstandete Backenelemente vorgesehen sind, die jeweils mit Klemmflächen zum Spannen von Werkstückkanten eines Werkstücks ausgebildet sind. Mit Vorteil sind diese Backenelemente ebenfalls als drehbar gelagerte Pendelbacken ausgebildet. Alternativ können diese aber auch feststehend in der betroffenen Klemmbacken montiert sein.
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Die an den zylinderförmigen Klemmbacken und/oder Pendelbacken zur Klemmung vorgesehene Klemmflächen sind vorzugsweise als ebene und flache Klemmflächen ausgebildet bzw. spannen diese eine Klemmfläche auf, die allerdings auch geneigt sein kann oder mit einer Riffelung an der zur Klemmung wirksamen Oberfläche versehen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass diese Klemmflächen von einer Seitenfläche einer am Ende der Klemmbacken und/oder Pendelbacken vorgesehenen stufenförmigen Aussparung gebildet werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein teilzylinderförmiges Endsegment aus den zylinderförmigen Backen ausgespart wurde, so dass eine endseitige Stufe ausgebildet ist. Die Stufenauflage bildet dann eine Auflage für ein Werkstück, während die Stufenseite eine Klemmfläche für die zu spannende Werkzeugkante ausbildet.
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Aus der zylinderförmigen Mantelfläche der ersten Pendelbacke ragt mit Vorteil ein seitlicher Vorsprung in eine mit Anschlagsflächen versehene Ausnehmung der Aufnahmeplatte heraus, um als Endanschlag für die Drehbewegung der Pendelbacke gegenüber der Aufnahmeplatte zu dienen. Durch eine solche Ausgestaltung lässt sich die Pendelbacke in einem definierten Winkelbereich hin- und herschwenken.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn das Drehlager der drehbar gelagerten Pendelbacke des Klemmbackenpaars teilweise aus einer teilkreisförmigen Nut und einer in die Nut eingreifenden teilkreisförmigen Rippe gebildet wird, wodurch sich eine besonders feste Verbindung einerseits und eine einfache Lagerlösung mit Begrenzungen andererseits ergibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die schwenkbare Pendelbacke des Klemmbackenpaars vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 30 Grad, weiter vorzugsweise in einem Winkelbereich von etwa 15 Grad drehbar gelagert ist und eine weitere Drehmöglichkeit über diesen Winkelbereich durch je einen Anschlag verhindert wird. Somit kann die schwenkbare Pendelbacke des Klemmbackenpaars von einer Ausgangsstellung, bei der die sich gegenüberstehenden Klemmflächen der Klemmelemente bzw. in der Pendelbacke gelagerten Pendelbacken der beiden Klemmbacken im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind in eine in beide Drehrichtungen jeweils um einen Winkel von 15 Grad bzw. 7,5 Grad geschwenkt werden. Auf diese Weise lassen sich Werkstücke mit n unterschiedlicher Ausrichtung der Klemmkanten einspannen, ohne dass es eines Umbaus des Werkzeugs bedarf.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung,
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2 ein Detail einer Pendelbacke aus 1 und
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3 zwei Ansichten bei dem je ein Werkstück gespannt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die 1 und 2 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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In der 1 ist eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 1 gezeigt. Die Spannvorrichtung 1 ist an einer Maschinenpalette 3 befestigt und besteht aus einem Träger 10 mit einem Schienensystem 10a an dem zwei relativ zueinander bzw. aufeinander zu bewegbare Klemmbacken 20, 30 zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken 100 befestigt sind.
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Diverse Verbindungen der Bauteile sind mit diversen herkömmlichen Verbindungsmittels 4 realisiert.
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Eine der beiden Klemmbacken, nämlich die Klemmbacke 30 ist als eine, um einen Winkel α drehbar gelagerte Pendelbacke ausgebildet, welche in einer Aufnahmeplatte gelagert ist. Diese Pendelbacke 30 ist in Richtung der Klemmbacke 20 über das Schienensystem 10a translatorisch bewegbar, so dass der Abstand zwischen den Klemmbacken 20, 30 einstellbar ist, um ein Werkstück 100 mit den entsprechenden Außenabmessungen spannen zu können.
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In der drehbar in der Aufnahmeplatte gelagerten Pendelbacke 30 sind zwei weitere drehbar gelagerte Pendelbacken 40, 50 gelagert. Wie zu erkennen, sind die Durchmesser der zylinderförmigen Pendelbacken 40, 50 wesentlich kleiner als der Durchmesser der halbzylinderförmigen Pendelbacke 30. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis von etwa 1:6 gewählt.
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Wie weiter in der 1 zu erkennen ist, sind die beiden Pendelbacken 40, 50 in dem äußeren Bereich der Pendelbacke 30 gelagert, und zwar in einem Abstand zu den stirnseitigen Flächen 36 der Pendelbacke 30, welcher in etwa 30% des Durchmesser der jeweiligen Pendelbacke 40, 50 entspricht. Der kürzeste Abstand zum stirnseitigen Rand der ebenen Seitenfläche beträgt etwa 20% des Durchmessers.
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Allerdings können auch andere Abstandsmaße gewählt werden. Bevorzugt ist jedoch eine außenliegende Position in einem teilkreisförmigen Bogen-Segment, d. h. in einem Bereich der ca. 25% der außenliegenden Fläche entlang dem zylinderförmigen Außenrand der Pendelbacke 30 betrifft.
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Die Pendelbacken 40, 50 sind als im Wesentlichen zylinderförmige Backen ausgebildet, die in einem zylinderförmigen Lager 42, 52 in der ersten Pendelbacke 30 drehbar um jeweils eine Rotationsachse R2 bzw. R3 gehalten und gelagert sind. Die Pendelbacken 40, 50 weisen ferner Klemmflächen 41, 51 zum Spannen von Werkstückkanten 101, 102 des Werkstücks 100 auf.
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Die drehbar gelagerte Pendelbacke 30 wird beim Zusammenführen der Klemmbacken 20, 30 beim Einspannen eines Werkstücks (100) an nicht-parallelen Klemmflächen 101, 102 aufgrund einer Selbsjustagebewegung mittels der drehbar gelagerten Pendelbacken 40, 50 in ihrer relativen Drehposition gegenüber der anderen Klemmbacke 20 ausgerichtet.
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In der ersten Klemmbacke 20 sind zwei zueinander beabstandete Backenelemente 60, 70 vorgesehen, die den gleichen Durchmesser wie die Pendelbacken 40, 50 aufweisen und ebenfalls mit Klemmflächen 61, 71 zum Spannen der Werkstückkanten 101, 102 ausgebildet sind. Diese Backenelemente 60, 70 sind vorliegend drehfest montiert, können in einer alternativen Ausführungsform auch als Pendelbacken ausgeführt werden.
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Die Spannvorrichtung 1 ist aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung als selbstjustierende Spannvorrichtung ausgebildet, indem sich die drehbar gelagerten Pendelbacken 40, 50 beim Zusammenführen der Klemmbacken 20, 30 beim Einspannen eines Werkstücks 100 an den nicht-parallelen Klemmflächen 101, 102 selbsttätig in ihrer Drehposition ausrichten, derart, dass diese mit ihren Klemmflächen 41, 51, 61, 71 an der zu klemmenden Werkstückkante 101 bzw. 102 anliegen.
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Hierzu weist die erste Pendelbacke 30 einen halbzylinderfömigen Querschnitt mit einer halbzylinderförmigen Gleitlagermantelfläche 32 auf, mit welcher diese Pendelbacke 30 an einer korrespondierend ausgebildeten Gegenlagerfläche 11 (teilzylindermantelförmige Anlagefläche) in der Aufnahmeplatte 11 des Trägers 10 in einem Winkelbereich α drehbar um die Rotationsachse R1 gelagert ist.
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Zur Begrenzung des Winkelbereichs ist folgende Ausgestaltung in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Aus der halbzylinderförmigen Gleitlagermantelfläche 32 der ersten Pendelbacke 30 ragt ein seitlicher stegartiger Vorsprung 33 in eine mit Anschlagsflächen 14 versehene Ausnehmung 15 der Aufnahmeplatte 11 hinein, um als Endanschlag für die Drehbewegung der Pendelbacke 30 gegenüber der Aufnahmeplatte 10 zu wirken. Ein Teil des Drehlagers der Pendelbacke 30 wird aus einer teilkreisförmigen Nut 17 und einer in die Nut eingreifenden teilkreisförmigen Rippe gebildet, welche am Vorsprung 33 ausgebildet ist und in die Nut 17 hineinragt.
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Wie in der 2 ersichtlich sind die jeweiligen Klemmflächen 41, 51, 61, 71 als Seitenflächen einer am Ende der Klemmbacken 60, 70 und der Pendelbacken 40, 50 vorgesehene stufenförmige Absatz gebildet. Der jeweils so gebildete stufenförmige Absatz 45, 55, 65, 75 bildet jeweils eine Auflagefläche A für das Werkstück 100 aus, sowie die seitlichen Klemmflächen 41, 51, 61, 71, die in ihrer Neigung gegenüber der Auflage A von einem 90° Winkel abweichen können (z. B. kann ein 80° Winkel vorgesehen werden), so dass die obere Kante K der seitlichen Klemmflächen gegen die Werkstückkanten 101, 102 gespannt werden und dadurch eine noch gezieltere Krafteinleitung am Werkstück 100 bewirkt werden kann.
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Gezeigt sind ferner in der 3 zwei beispielhafte Werkstücke 100 mit schräg zueinander orientierten Werkstückkanten 101, 102 in jeweils einer eingespannten Position in der Spannvorrichtung 1. Im jeweils linken Bereich ist das Werkstück in einer transparenten Ansicht dargestellt, so dass die Auflageflächen A der Pendelbacken 40, 50 sichtbar sind.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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