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Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigbares Spannvorrichtung mit einem Blockteil, einem Kolben und einem Spannteil, insbesondere zum Aufspannen eines Werkstücks auf einem Basisteil einer Werkzeugmaschine und/oder Bearbeitungsmaschine, und ein Verfahren zum Betätigen der Spannvorrichtung.
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Es ist allgemein bekannt, dass mittels Hydrauliköl hohe Kräfte bewirkbar sind.
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Aus der
DE 40 07 590 C2 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Werkstückspanner bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung hydraulisch betätigbar in einfacher Weise weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spannvorrichtung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Betätigen der Spannvorrichtung nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der hydraulisch betätigbaren Spannvorrichtung mit einem Blockteil, einem Kolben und einem Spannteil, insbesondere zum Aufspannen eines Werkstücks auf einem Basisteil einer Werkzeugmaschine und/oder Bearbeitungsmaschine,
wobei das Blockteil eine Bohrung, insbesondere Stufenbohrung, aufweist, in welcher der Kolben aufgenommen, bewegbar angeordnet und geführt ist,
wobei das Spannteil eine erste Nut, eine zweite Nut und eine dritte Nut aufweist,
wobei ein erster Stift durch eine durch den Kolben durchgehende Ausnehmung und durch die erste Nut durchgesteckt ist,
wobei ein zweiter Stift durch eine durch das Blockteil durchgehende Ausnehmung und durch die zweite Nut durchgesteckt ist,
wobei ein dritter Stift durch eine dritte, durch das Blockteil durchgehende Ausnehmung und durch die dritte Nut durchgesteckt ist,
wobei die erste Nut einen nicht verschwindenden Neigungswinkel zur Bewegungsrichtung des Kolbens aufweist, wobei der Neigungswinkel kleiner als 90° ist, insbesondere kleiner als 80°,
wobei die zweite Nut unterschiedlich ausgeführt ist, insbesondere einen zur dritten Nut unterschiedlichen Verlauf aufweist.
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Von Vorteil ist dabei, dass bei Aufbau des hydraulischen Drucks der Kolben vom Basisteil weg, insbesondere also nach oben, bewegt wird und dadurch das Spannelement zum Werkstück hin bewegt wird. Zuletzt ist dann eine kippende Bewegung des Spannelements ausführbar, so dass das Werkstück an das Basisteil andrückbar ist.
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Da das Spannelement mittels des zweiten Stiftes und mittels des dritten Stiftes in einer durch die Nutformen vorgegebenen Weise bewegt wird, ist eine komplexe Bewegung ausführbar. Hierzu sind nur die Nutformen entsprechend vorzugeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste, zweite und dritte Nut quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens durch das Spannteil durchgehend ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bewegung des Kolbens eine Querbewegung des Spannteils bewirkt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Stift in einem Schlitz geführt, welcher in dem Blockteil angeordnet ist und sich in Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt,
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insbesondere wobei der Schlitz in der Wandung der Stufenbohrung abgeordnet ist, insbesondere auf der von dem Basisteil abgewandten Seite der Stufe der Stufenbohrung. Von Vorteil ist dabei, dass der erste Stift quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens formschlüssig begrenzt und/oder gesichert ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste, zweite und dritte Nut jeweils voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannkraft mittels der Abstände gemäß Hebelgesetz vorgebbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Nut eine Schrägnut, insbesondere also geradlinig aber mit dem Neigungswinkel gegen die Bewegungsrichtung des Kolbens sich erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bewegung des Kolbens in eine Querbewegung umsetzbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Nut eine Längsnut ist, welche sich quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass die Querbewegung geführt ist in der zweiten und dritten Nut.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die dritte Nut eine Kurvennut, insbesondere also einen nicht vollständig geradlinigen Verlauf aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine vom Verlauf der dritten Nut abhängige Bewegung des Spannelements ausführbar ist. Vorteilhafterweise ist die Bewegung des Spannelements hierbei nicht nur geradlinig.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die dritte Nut einen ersten Teilbereich auf, in welchem sie parallel zur zweiten Nut sich erstreckt, und einen zweiten Teilbereich aufweist, in welchem sie senkrecht zur Erstreckungsrichtung der zweiten Nut sich erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass zuerst eine lineare Bewegung und dann eine Querbewegung ausgeführt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet das Blockteil einen Kanal für Hydrauliköl, insbesondere einen Hydraulikölkanal, aufweist, welcher in die Stufenbohrung,
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insbesondere wobei der Kanal mittels einer Sacklochbohrung und einer weiteren Bohrung gebildet ist, wobei die Sacklochbohrung in die weitere Bohrung mündet und die weitere Bohrung eine zur Stufenbohrung durchgehende Bohrung ist, welche zur Umgebung hin mittels eines Verschlussteils, insbesondere Verschlussstopfen, abgedichtet ist, insbesondere gegen Hydrauliköl. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannvorrichtung mittels Hydrauliköl betätigbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Blockteil mit einem Basisteil schraubverbunden,
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insbesondere wobei das Blockteil mit dem Basisteil in hoher Schutzart verbunden ist, insbesondere öldicht verbunden ist.
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insbesondere wobei am oder im Basisteil ein weiterer Hydraulikkanal angeordnet ist, welcher in den Kanal mündet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verspannung des Werkstücks ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Führungsteil auf einer Seite der Stufe, insbesondere oberhalb der Stufe, eingeschraubt in einen als Gewindebohrung ausgeführten Bereich der Stufenbohrung,
wobei das Führungsteil den Kolben zur Stufenbohrung hin, insbesondere zum Blockteil hin abdichtet,
insbesondere wobei das Führungsteil den Kolben führt oder zumindest zur Führung des Kolbens mitwirkt. Von Vorteil ist dabei, dass eine weitere Führung ermöglicht ist zusätzlich zur Führung durch die Stufenbohrung. Somit ist der Kolben an zwei Bereichen geführt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Kolben, insbesondere in einer am Koben ausgebildeten Ringnut, eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring aufgenommen, welcher den Kolben zum Blockteil hin abdichtet. Von Vorteil ist dabei, dass kein Hydrauliköl verloren geht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Blockteil einen Schlitz zur Bewegung des ersten Stifts aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass der erste Stift formschlüssig geführt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Spannteil einen Bolzenbereich auf, welcher in eine Ausnehmung eines Werkstücks einfahrbar ist und andrückbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass in einem einzigen Arbeitsschritt das Aufspannen ausführbar ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum hydraulischen Aufspannen eines Werkstücks auf einem Basisteil mit einer Spannvorrichtung sind, dass ein Kolben mittels mit Druck beaufschlagtem Hydrauliköl entlang einer geradlinigen Bahnkurve bewegt wird
und ein Oberflächenpunkt eines vom Kolben angetriebenen Spannelements abhängig von der Bahnkurven-Position des Kolbens das Spannelement auf einer Bahnkurve bewegt wird, die einen ersten geradlinigen Bereich und einen weiteren Bereich aufweist,
wobei der weitere Bereich nicht parallel zum ersten geradlinigen Bereich ausgeführt ist,
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insbesondere wobei der Oberflächenpunkt das Werkstück berührt, insbesondere zum Spannen des Werkstücks gegen das Basisteil.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine komplexe Bewegung des Spannelements vorgebbar ist, also nicht nur eine geradlinig einfache.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der weitere Bereich geradlinig ausgeführt und senkrecht zum ersten geradlinigen Bereich ausgerichtet oder der weitere Bereich ist geradlinig ausgeführt und weist einen nicht verschwindenden Winkel zum ersten geradlinigen Bereich auf. Von Vorteil ist dabei, dass zuerst ein Aufnehmen des Werkstücks und dann ein Anpressen des Werkstücks ausführbar ist, wobei der Bewegungsablauf komplex ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der weitere Bereich zumindest teilweise bogenförmig, insbesondere also nicht geradlinig. Von Vorteil ist dabei, dass eine an die Ausformungen des Werkstücks angepasste Bewegung des Spannelements ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Spannteil in einem Raumbereich aufgenommen, welcher vom Blockteil und einem mit dem Blockteil verbundenen, insbesondere schraubverbunden, Deckelteil begrenzt ist,
insbesondere wobei am Deckelteil eine in den Raumbereich ragende Abdeckung ausgeformt ist, welche zumindest teilweise zwischen Blockteil und Spannteil angeordnet ist und/oder welche einen Schlitz aufweist, durch welchen der bei der linearen Bewegung des ersten Stifts überdeckte Raumbereich hindurchragt,
insbesondere wobei die Abdeckung ein Bereich des Deckelteils ist und/oder wobei das Deckelteil aus Kunststoff gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Deckelteil samt Abdeckung als Kunststoffspritzgussteil fertigbar ist. Außerdem ist der erste Stift an seiner Bewegung entlang des Schlitzes im Blockteil und des Schlitzes in der Abdeckung ungehindert bewegbar. Das Deckelteil ist mit dem Blockteil in hoher Schutzart verbunden und/oder schraubverbunden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist eine explodiert dargestellte erfindungsgemäße Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkstücks 6 gezeigt.
- In der 2 ist die Spannvorrichtung in Schrägansicht dargestellt.
- In der 3 ist eine Schnittansicht der Spannvorrichtung gezeigt.
- In der 4 ist die Spannvorrichtung beim Spannen eines anderen Werkstücks 45 in Schrägansicht dargestellt.
- In der 5 ist eine Vorderansicht der Spannvorrichtung gezeigt.
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Wie in den 1 bis 4 dargestellt, weist die Spannvorrichtung ein Blockteil 1 auf, das mit einem Basisteil 5 schraubverbunden ist.
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Durch einen durch das Basisteil 5 durchgehenden Kanal 30 wird Hydrauliköl, insbesondere mit einem Druck beaufschlagtes Hydrauliköl, einem im Blockteil 1 angeordneten Einlass 30 zugeführt. Dieser Einlass 30 mündet in eine Stufenbohrung, in welcher ein Kolben 3 linear bewegbar und geführt angeordnet ist.
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Der Kolben 3 weist einen Aufnahmebereich 22 für ein Dichtelement auf, welches den Kolben 3 zur Stufenbohrung hin abdichtet. Der Aufnahmebereich 22 ist ringnutartig ausgeführt und somit zur Aufnahme eines Dichtrings als Dichtelement geeignet.
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Bei Zuführung von Hydrauliköl in den Einlass 30, insbesondere mit hohem Druck, bewegt sich der Kolben nach oben.
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Bewegungsumkehr erfolgt durch Zuführung von Hydrauliköl unter hohem Druck über einen durch das Basisteil 5 durchgehenden Kanal 33, welcher in einen Auslass 31 des Blockteils 1 mündet, von dem ein Kanal bis zur Bohrung führt. Dieser Kanal ist durch eine erste vertikal gerichtete Sacklochbohrung, die in eine horizontale durchgehende Querbohrung mündet gebildet. Die Querbohrung ist an ihrer zur Umgebung hin gerichteten Mündungsöffnung mittels eines Verschlussstopfens 11 abgedichtet.
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Der Kanal mündet an der Stufe der Stufenbohrung in die Stufenbohrung.
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Das Führungsteil 10 ist schraubverbunden in einem Gewindebereich der Stufenbohrung, wobei der Gewindebereich einen größeren Durchmesser aufweist als der von dem Dichtelement berührten Teil der Stufenbohrung, welcher als Rundbohrung, also glatt, ausgeführt ist.
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Das Führungsteil 10 ist also oberhalb der Stufe angeordnet. Der von dem Dichtelement während der linearen Bewegung berührte Bereich ist unterhalb der Stufe angeordnet.
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Das Führungsteil 10 dient nicht nur zur Führung des Kolbens 3 sondern dichtet auch zwischen der Stufenbohrung und dem Kolben 3 ab.
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Der Kolben 3 weist an seinem vom Dichtelement und/oder Basisteil 5 abgewandten Endbereich eine durchgehende Bohrung 19 auf, welche in Querrichtung zur Bewegungsrichtung des Kolbens 3 gerichtet ist und durch welche ein Stift 12 geführt ist.
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Der Stift ragt beidseitig durch eine jeweilige Schrägnut 14 eines Spannelements 2 hindurch, welche einen Winkel zwischen 10° und 80°, insbesondere einen Winkel zwischen 35° und 60°, zur Bewegungsrichtung des Kolbens 3 aufweist.
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Das Spannelement 2 weist an seinem von der Schrägnut 17 abgewandten Endbereich einen Bolzenbereich 17 auf, der in eine Ausnehmung des Werkstücks 6 hineinragt.
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Ein weiterer durch eine im Spannelement 2 angeordnete Längsnut 15 durchragende Stift 20 fungiert zunächst als Gleitlager für das Spannelement 2, wenn der Kolben 3 sich nach oben bewegt.
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Ein weiterer mit dem Stift 20 in Querrichtung in Flucht liegender Stift 21 ragt ebenfalls durch eine Kurvennut 16 des Spannelements 2 hindurch, wobei die Kurvennut 16 einen zur Längsnut 15 parallelen Bereich aufweist, in welchem sie also sich linear erstreckt. An diesen linearen Bereich schließt sich an dem vom Bolzenbereich 17 angewandten Bereich ein Kurvenförmiger Verlauf an.
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Somit wird bei Bewegung des Kolbens 3 nach oben, das Spannelement 2 zum Werkstück hin gedrückt, indem das Spannelement 2 vom Stift 12 in der Schrägnut 14 nach oben gedrückt wird und nur in Querrichtung ausweichen kann. Dabei entfernt sich der Bolzenbereich 17 zunehmend von dem innerhalb der Schrägnut 14 angeordneten Stift 12. Entsprechend steigt auch die Entfernung des Stiftes 20 vom Bolzenbereich 17 und ebenso die Entfernung des Stiftes 21 vom Bolzenbereich 17.
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Sobald jedoch der Stift 21 in den kurvenförmigen Bereich der Kurvennut 16 gelangt, führt das Spannelement 2 nicht nur eine lineare Bewegung in Querrichtung zur Bewegungsrichtung des Kolbens 3 sondern auch eine abhängig von der Kurvenform bewirkte Drehbewegung.
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In 1 und 3 ist als Kurvenform eine Abweichung quer zur Längsnut ausgeführt, insbesondere nach oben, also in die vom Basisteil 5 abgewandte Richtung. Somit fungiert dann der Stift 20 als Drehlager für das Spannelement 2, welches somit auf das Werkstück 6 drückt. Auf diese Weise wird also das Werkstück 6 mittels des kippenden Spannelements 2 gegen das Basisteil 5 gespannt.
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Das Spannelement 2 ist in eine nutförmige Ausnehmung des Blockteils 1 angeordnet, das Spannelement 2 in dieser nutförmigen Ausnehmung Spiel hat, um seine Bewegung auszuführen. Die nutförmige Ausnehmung ist mittels des Deckelteils 13 abgedeckt, welches auf das blockteil 1 aufgeschraubt wird mittels Schrauben 7, die in im Blockteil 1 angeordneten Gewindebohrungen eingeschraubt werden.
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An der Unterseite des Deckelteils 13 ist eine Abdeckung 4 angeformt, mit welcher der für die Bewegung des Stiftes 12 notwendige, im Blockteil 1 ausgeführte Schlitzbereich geschützt wird gegen Eindringen von Staub. Allerdings bleibt der vom direkt Stift 12 berührte Bewegungsraum frei und ungeschützt.
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Dabei ist der Abdeckbereich 4 zwischen dem Spannelement 2 und dem Blockteil 1 angeordnet. Der Abdeckbereich 4 führt das Spannelement 2 in seiner Bewegung, also linear zum Werkstück 6 oder zurück und/oder bei Drehbewegung um den Stift 20 herum. Die Bewegung parallel zur Erstreckungsrichtung der Stifte (12, 20, 21) ist mittels des beidseitig zwischen Spannelement 2 und Basisteil angeordnetem Abdeckbereich 4 verhindert.
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Die Stifte (12, 20, 21) sind jeweils durch jeweils beidseitig durch die Nutwände der nutförmigen Ausnehmung durchgehende Bohrungen geführt. Somit ist jeder der Stifte (12, 20, 21) beidseitig des Spannelements 2 im Basisteil 1 gelagert.
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Der Schlitz für die Bewegungsfreiheit des Stiftes 12 und die nutförmige Ausnehmung kreuzen sich im Bereich der Stufenbohrung, insbesondere oberhalb der Stufe, also auf der vom Basisteil 5 abgewandten Seite der Stufe.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird mittels der Formgebung der Nuten (12, 20, 21), insbesondere mittels der Formgebung der Kurvennut 21 eine jeweils gewünschte Bewegung des Spannelements 2 bewirkt.
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In dem in den 4 und 5 dargestellten Anwendungsbeispiel wird ein auf einer Werkstückauflage 40 aufliegendes Werkstück 45 mittels dreier Spannvorrichtungen der oben beschriebenen Art aufgespannt, so dass in einer Maschine eine Bearbeitung ausführbar ist.
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Teil der Maschine ist eine Grundplatte 46, welche Anschlüsse 42 und 43 für Hydraulikölleitungen aufweist. Die in der Grundplatte 46 geführten Kanäle für Hydrauliköl münden jeweils in durch ein Basisteil 43 durchgehende Bohrungen, welche zum jeweiligen Einlass 30 und Auslass 31 der jeweiligen Spannvorrichtung führen. In der Grundplatte 46 sind auch Verteilerausnehmungen für Hydrauliköl integriert anordenbar. Alternativ sind die Hydraulikleitungen unterhalb der Grundplatte 46 angeordnet und nur mittels durch die Grundplatte 46 durchgehender Bohrungen werden der jeweilige Einlass 30 und Auslass 31 der jeweiligen Spannvorrichtung versorgt.
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Eine erste Spannvorrichtung ist an einer ersten Seite des Werkstücks 45 angeordnet. An einer anderen Seite des Werkstücks 45 sind zwei weitere voneinander beabstandete Spannvorrichtungen angeordnet.
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Zwischen der jeweiligen Spannvorrichtung und dem Werkstück ist jeweils ein Verdrehsicherungsteil 41 angeordnet. Somit ist eine Sicherung gegen falsche Ausrichtung des Werkstücks 45 bezogen auf die Grundplatte 46 verhinderbar.
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Das Verdrehsicherungsteil 41 ist vorzugsweise jeweils aus Kunststoff ausgeführt.
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Das Werkstück 45 weist Ausnehmungen auf, in welche der Bolzenbereich 17 der jeweiligen Spannvorrichtung einfahrbar ist und bei der Drehbewegung dann das Werkstück nach unten, also gegen die Werkstückauflage 40 drücken darf. Dabei muss die um die Ausnehmungen herum verbleibende Wandstärke ausreichend sein zur Durchleitung der vom Bolzenbereich 17 eingebrachten Kräfte, ohne dass das Werkstück beschädigt wird.
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Auf diese Weise ist bei gleichzeitigem Betätigen der Spannvorrichtungen das Werkstück 45 beidseitig festgespannt. Nachfolgend ist eine Bearbeitung durch Werkzeuge der Maschine ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist also beim Aufbauen des hydraulischen Drucks der Bolzenbereich, insbesondere der beim Spannen als Berührpunkt des jeweiligen Spannelements 2 mit dem Werkstück 6 oder 45 fungierende Oberflächenpunkt des Spannelements 2, zunächst geradlinig zum Werkstück hin bewegbar und dann zur Basisteil hin, insbesondere also senkrecht zur geradlinigen Bewegung. Ein Umschalten bei der Hydraulik ist somit vorteilhafterweise verzichtbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blockteil
- 2
- Spannelement
- 3
- Kolben
- 4
- Abdeckung
- 5
- Basisteil
- 6
- Werkstück, schematisch
- 7
- Schraube
- 8
- Schraube
- 9
- Schraube
- 10
- Führungsteil
- 11
- Verschlussstopfen
- 12
- Stift
- 13
- Deckelteil
- 14
- Schrägnut
- 15
- Längsnut
- 16
- Kurvennut
- 17
- Bolzenbereich
- 18
- Schraubgewinde
- 19
- durchgehende Bohrung, Loch
- 20
- Stift
- 21
- Stift
- 22
- Aufnahmebereich für Dichtelement
- 30
- Einlass für Hydrauliköl
- 31
- Einlass für Hydrauliköl
- 32
- durchgehender Kanal
- 33
- durchgehender Kanal
- 40
- Werkstückauflage
- 41
- Verdrehsicherungsteil
- 42
- Anschluss für Hydrauliköl
- 43
- Basisteil
- 44
- Anschluss für Hydrauliköl
- 45
- Werkstück
- 46
- Grundplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015052386 A1 [0003]
- DE 102015122360 B3 [0004]
- US 4451026 A [0005]
- DE 4007590 C2 [0006]
- US 20080229559 A1 [0007]
