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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Gehäuse, in dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende Öffnung für einen einzuspannenden Anzugsbolzen ausgebildet ist. Die Spannvorrichtung verfügt zudem über mehrere, in einer in Bezug auf die Öffnung radialen Richtung geführte, in die Öffnung einbringbare, Spannglieder, um den Anzugsbolzen in der Öffnung zu halten.
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Spannvorrichtungen sind beispielsweise aus der spanenden Fertigung bekannt und dienen dazu, ein zu bearbeitendes Werkstück fest an einem Bearbeitungstisch zu fixieren, sodass sich das Werkstück in keiner Richtung relativ zu dem Bearbeitungstisch bewegen kann.
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Um das Einspannen des Anzugbolzens zu erleichtern, werden seit einiger Zeit sogenannte Nullpunkt-Spannsysteme entwickelt und vertrieben. Diese sind jedoch in der Regel aufwendig und teuer in der Herstellung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung und ein Spannsystem bereitzustellen, welche einfacher und kostengünstiger herzustellen sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass ein schwimmend in dem Gehäuse gelagertes Stellelement vorgesehen ist, welches mit den Spanngliedern gekoppelt ist, sodass durch eine Verdrehung des Stellelements alle Spannglieder in radialer Richtung nach innen bewegbar sind und sich bei einer Verlagerung des Stellelements ein gemeinsamer Wirkmittelpunkt der Spannglieder verlagert.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, die Spannvorrichtung so auszubilden, dass sich die Spannglieder und damit ihr gemeinsamer Wirkmittelpunkt beim Fixieren des Anzugsbolzens automatisch in radialer Richtung an eine mit Toleranz behaftete Lage des Anzugsbolzens anpasst. Somit ist ein Toleranzausgleich, beispielsweise im Bereich von +/- 0,5 mm, zwischen einer Mittelachse eines Anzugbolzens und einer Mittelachse des Gehäuses der Spannvorrichtung möglich, damit der Anzugsbolzen stets von allen Spanngliedern gleichmäßig gehalten wird.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung zumindest drei, insbesondere genau drei, Spannglieder. Drei Spannglieder eignen sich besonders gut für die vorliegende Spannvorrichtung, da so das Stellelement kompakt ausgebildet werden kann und trotzdem ein sicheres Spannen gewährleistet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist jedes der Spannglieder ein Führungselement auf. Zudem weist das Stellelement zumindest eine, insbesondere spiralförmige, Kulissenführung auf, in die zumindest eines der Führungselemente eingreift. Hierdurch kann mittels einer Drehbewegung des Stellelements in einer bestimmten Richtung jedes der Spannglieder von einer Freigabeposition in eine Fixierposition verstellt werden.
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Vorzugsweise weist das Stellelement mehrere Kulissenführungen auf, in welche jeweils eines der Führungselemente der Spannglieder eingreift. Jede der Kulissenführungen ist vorzugsweise spiralförmig ausgebildet, sodass durch eine Drehung des Stellelements die Spannglieder auf einen Mittelpunkt zubewegt werden.
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Gemäß einer besonders einfach herzustellenden Ausführungsform ist das Stellelement als Kronenrad mit einer Stirnverzahnung, d.h. Kronenverzahnung, ausgebildet. Zur Verstellung des Kronenrads kann eine in dem Gehäuse drehbar angeordnete Verstellwelle mit einer Gegenverzahnung vorgesehen sein, welche mit der Stirnverzahnung des Kronenrads kämmend in Eingriff steht. Prinzipiell ist denkbar, die Verstellwelle mit einer Antriebseinheit zu koppeln, welche dazu ausgebildet ist, die Verstellwelle in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Gemäß einer besonders einfach herzustellenden Ausführungsform ist an der Verstellwelle, welche auch als Antriebsritzel bezeichnet werden kann, ein Werkzeuganlageabschnitt mit unrundem Querschnitt vorgesehen, an der ein entsprechend ausgeformtes Werkzeug angelegt werden kann, um die Verstellwelle zu verdrehen. Beispielsweise eignet sich hierzu ein Werkzeuganlageabschnitt mit sechseckiger Außenumfangsform, sodass handelsübliche Ringmaulschlüssel zum Verdrehen der Verstellwelle genutzt werden können.
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Vorzugsweise sind die Stirnverzahnung und die Gegenverzahnung jeweils als Geradverzahnung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass sich das Stellelement relativ zu der Verstellwelle in radialer Richtung bewegen lässt, sodass sich eine schwimmende Lagerung des Stellelements unabhängig von einer Bewegung der Verstellwelle erzielen lässt. Alternativ wäre auch denkbar, die Stirnverzahnung und die Gegenverzahnung als Schrägverzahnung auszubilden. In diesem Fall müsste allerding die Verstellwelle radial verschiebbar in dem Gehäuse gelagert sein, um die schwimmende Lagerung des Stellelements gewährleisten zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung bestehende, spanend bearbeitbare Auflageplatte vorgesehen. Diese Auflageplatte kann ein fluchtend zu der Öffnung angeordnetes Loch und eine, insbesondere senkrecht zur Öffnungsrichtung ausgerichtete, plane Auflageebene für ein mit dem Anzugbolzen verbundenes Bauteil aufweisen. Durch die spanende Bearbeitbarkeit ist es auf einfache Weise möglich, die Auflageebene nachzubearbeiten und so, insbesondere im montierten Zustand, eine plane Auflageebene zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist die Auflageplatte ringförmig ausgebildet. Hierdurch kann die Oberfläche besonders klein und damit schnell zu bearbeiten sein.
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Um die Auflageplatte bei Bedarf schnell austauschen zu können, kann sie lösbar an dem Gehäuse angebracht sein. Hierzu können Öffnungen in der Auflageplatte ausgeformt sein, die fluchtend zu Gewindelöchern des Gehäuses angeordnet werden können. Auf diese Weise kann die Auflageplatte mittels einer oder mehrerer Schrauben an dem Gehäuse lösbar befestigt werden.
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Um die Spannvorrichtung mittels einer Schraube an einem Bearbeitungstisch, beispielsweise einer CNC-Fräsmaschine, befestigen zu können, kann die Öffnung des Gehäuses als durchgehende Öffnung ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Öffnung hierzu in einer Einführrichtung des Anzugbolzens eine Querschnittsverkleinerung auf, die zur Anlage eines Schraubenkopfes einer Fixierschraube dient. In die Öffnung kann somit eine Schraube eingesteckt werden und in ein Gewinde am Bearbeitungstisch eingeschraubt werden, bis deren Schraubenkopf an der Querschnittsverkleinerung anliegt. In der Regel sind in dem Bearbeitungstisch Nuten mit Hinterschneidungen eingearbeitet und es ist zumindest ein in den Nuten verschiebbarer Block mit Gewinde vorgesehen, in den die Schraube eingeschraubt werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse eine kreisförmig umlaufende Querschnittsvergrößerung aufweisen. Diese umlaufende Querschnittsvergrößerung kann dazu verwendet werden, die Spannvorrichtung mittels Spannpratzen mit einem Bearbeitungstisch zu koppeln. Vorzugsweise nimmt eine Höhe der Querschnittsvergrößerung, d.h. das Maß der Querschnittvergrößerung in axialer Richtung, zumindest Abschnittsweise radial nach außen zu. In anderen Worten bildet die Querschnittsvergrößerung an ihrer Stirnseite eine umlaufende Nut aus, in die ein Fixierungsabschnitt einer Spannpratze eingreifen kann. Hierdurch sind ein besonders einfaches Verschieben der Spannpratzen entlang des Umfangs der Spannvorrichtung und ein sicheres Befestigen der Spannvorrichtung an einem Bearbeitungstisch möglich.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Spannsystem mit einer Spannvorrichtung, die eine umlaufende Querschnittsvergrößerung aufweist und zumindest zwei ringabschnittsförmigen Spannpratzen. Die Spannpratzen weisen jeweils eine konkave Anlagefläche auf, die einen an einen Außenradius der Querschnittsvergrößerung angepassten Innenradius aufweist. Zudem weisen die Spannpratzen einen über die Anlagefläche hinausragenden Fixierabschnitt auf, der dazu ausgebildet ist, stirnseitig an der Querschnittsvergrößerung anzugreifen, um die Spannvorrichtung in axialer Richtung zu fixieren. Jede der Spannpratzen greift somit von zumindest zwei Seiten an dem Gehäuse der Spannvorrichtung an. Hierdurch kann die Spannvorrichtung mittels der Spannpratzen sicher an einem Bearbeitungstisch fixiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Spannpratzen dazu ausgebildet, winkelunabhängig entlang der Querschnittsvergrößerung an der Spannvorrichtung angelegt zu werden. Hierdurch kann die Spannvorrichtung an einer frei wählbaren Position auf dem Bearbeitungstisch befestigt werden.
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Um die Spannpratzen lösbar an dem Bearbeitungstisch zu befestigen, kann in den Spannpratzen jeweils zumindest ein Fixierungsloch zum Fixieren der Spannpratze mittels einer Schraube ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer rein beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
- 2 eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung von 1;
- 3 eine seitliche Schnittansicht der Spannvorrichtung von 1 entlang der Schnittebene A - A aus 2;
- 4 eine Draufsicht auf ein Stellelement der Spannvorrichtung von 1;
- 5 eine Schnittansicht des Stellelements entlang der Schnittebene A - A aus 4;
- 6 eine Seitenansicht eines Anzugsbolzens;
- 7 eine seitliche Schnittansicht des Anzugsbolzens entlang der Schnittebene B - B aus 6;
- 8 eine Draufsicht auf den Anzugsbolzen von 6;
- 9 eine perspektivische Darstellung des Anzugsbolzens von 6;
- 10 eine perspektivische Darstellung einer Spannpratze;
- 11 eine Seitenansicht der Spannpratze von 10;
- 12 eine weitere Seitenansicht der Spannpratze von 10;
- 13 eine Draufsicht auf die Spannpratze von 10; und
- 14 eine schematische Seitenansicht einer Verstellwelle.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Spannvorrichtung 10 mit einem Gehäuse 12, in dem eine sich in einer axialen Richtung erstreckende Öffnung 14 für einen einzuspannenden Anzugsbolzen 16 ausgebildet ist.
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Wie in 3 zu sehen ist, sind in dem Gehäuse 12 mehrere in einer in Bezug auf die Öffnung 14 radialen Richtung geführte, in die Öffnung einbringbare Spannglieder 18 vorgesehen. Diese dienen dazu, den Anzugsbolzen 16 formschlüssig in der Öffnung 14 zu halten, d.h. in axialer Richtung zu fixieren, sodass der Anzugsbolzen 16 nicht aus der Öffnung 14 herausgezogen werden kann. 3 zeigt die Spannglieder 18 in einer solchen Fixierstellung.
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Die Spannvorrichtung 10 umfasst ferner ein schwimmend in dem Gehäuse 12 gelagertes Stellelement 20 in Form eines Kronenrades. In anderen Worten ist das Stellelement 20 in einer senkrecht zur Mittelachse der Öffnung 14 liegenden Ebene in allen Richtungen zu einem bestimmten Maß frei bewegbar. Das Stellelement 20 ist mit den Spanngliedern 18 dermaßen gekoppelt, dass durch eine Verdrehung des Stellelements 20 um dessen Mittelachse 26 alle Spannglieder 18 in radialer Richtung nach innen bewegbar sind. Hierzu weist jedes der Spannglieder 18 ein sich in axialer Richtung erstreckendes Führungselement 22 in Form einer Klaue auf, welches in eine spiralförmige Kulissenführung 24 (4) des Stellelements 20 eingreift.
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Wie in 4 zu sehen ist, sind die spiralförmigen Kulissenführungen 24 auf einer Stirnseite des Stellelements 20 ausgeformt. Durch die spiralförmige Ausgestaltung der Kulissenführungen 24 ändert sich ein Abstand zwischen der Mittelachse 26 des Stellelements 20 und der Kulissenführung 24, d.h. den Führungsflächen 28, 30, entlang des Verlaufs der Kulissenführung 24 kontinuierlich. Durch ein Verdrehen des Stellelements 20 um die Mittelachse 26 ändert sich daher auch für einen bestimmten Winkel auf dem Stellelement 20 der Abstand zwischen der Mittelachse 26 und den Führungsflächen 28, 30. Durch ein Verdrehen des Stellelements 20, in 4 gegen den Uhrzeigersinn, werden die Führungselemente 22 und die damit verbundenen Stellelemente 20 radial zur Mittelachse hin bewegt, bis die Stellelemente 20 auf den Anzugsbolzen 16 treffen und diesen formschlüssig halten. Durch ein Verdrehen des Stellelements 20 in entgegengesetzter Richtung werden die Führungselemente 22 und die damit verbundenen Stellelemente 20 wieder von der Mittelachse 26 weg bewegt, sodass die Stellelemente 20 den Anzugsbolzen 16 wieder freigeben.
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Zudem ist es aufgrund der schwimmenden Lagerung des Stellelements 20 möglich, dass sich das Stellelement 20 in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse 12 bewegen kann. Hierdurch kann sich das Stellelement 20 an eine exzentrische Lage des Anzugsbolzens 16 anpassen. In anderen Worten ist es hierdurch möglich, einen radialen Versatz, beispielsweise bis zu einem Millimeter, zwischen einer Mittelachse des Anzugsbolzens 16 und einer Mittelachse der Öffnung 14 des Gehäuses 12 auszugleichen. Die Spannglieder 18 passen sich aufgrund ihrer Kopplung mit dem Stellelement 20 ebenfalls an eine exzentrische Lage des Anzugsbolzens 16 an, sodass ein gemeinsamer Wirkmittelpunkt der Spannglieder 16 sich automatisch an eine exzentrische Lage des Anzugsbolzens 16 anpasst, wenn die Spannglieder 18 in eine Fixierstellung (3) gebracht werden. Hierdurch ist es möglich, den Anzugsbolzen 16 auch dann sicher zu spannen, wenn der Anzugsbolzen 16 leicht exzentrisch in die Öffnung 14 eingeführt ist.
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Um die Spannglieder 18 von der Fixierstellung in eine Freigabestellung und zurück in die Fixierstellung zu bewegen, ist eine Verstellwelle 32 vorgesehen, welche um ihre Achse herum drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist. Auf der von den Spanngliedern 18 abgewandten Seite des Stellelements 20 ist eine Stirnverzahnung 34 in Form einer Kronenverzahnung ausgeformt. Die Stirnverzahnung 34 greift kämmend in eine Gegenverzahnung 36 ein, welche umfangsseitig an der Verstellwelle 32 ausgeformt ist. Die Stirnverzahnung 34 und die Gegenverzahnung 36 sind jeweils als Geradverzahnungen ausgebildet, sodass sich das Stellelement 20 radial relativ zu der Verstellwelle 32 verschieben lässt. Wie in 14 zu sehen ist, ist an dem von der Gegenverzahnung 36 entgegengesetzten Ende der Verstellwelle ein Werkzeuganlageabschnitt 37, d.h. ein Wellenabschnitt mit sechseckiger Umfangsform, vorgesehen. Zur Verdrehung des Stellelements 20 wird somit lediglich ein passender Ringmaulschlüssel benötigt, wodurch ein Spannen des Anzugsbolzens 16 relativ einfach ist.
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In den 6 bis 9 ist ein solcher Anzugsbolzen 16 gezeigt. Der Anzugsbolzen 16 weist einen Halteabschnitt 38 und einen axial zu dem Halteabschnitt 38 beabstandeten schmaleren Eingreifabschnitt 40 auf. Der Halteabschnitt 38 und der Eingreifabschnitt 40 weisen jeweils eine runde Querschnittsform auf. Zudem weist der Anzugsbolzen 16 einen kegelförmigen Abschnitt 41 und einen unrunden Abschnitt 42 auf, um den Anzugsbolzen 16 zu verdrehen und somit auf einen Gewindebolzen aufzuschrauben. Hierzu ist an dem von dem Halteabschnitt 38 entgegengesetzten Ende des Anzugsbolzen 16 stirnseitig eine Gewindebohrung 44 (7) vorgesehen, mittels der der Anzugsbolzen 16 auf einen nicht gezeigten Gewindebolzen aufgeschraubt werden kann. In einem Übergangsbereich 46 ( 6) zwischen dem Halteabschnitt 38 und dem Eingreifabschnitt 40 vergrößert sich der Durchmesser des Anzugsbolzens 16 stetig in Richtung des Halteabschnitts 38. Hierdurch ergibt sich eine Schrägfläche 48 (7) an dem Anzugsbolzen 16. Diese Schrägfläche 48 kommt mit entsprechend schräg ausgestalteten Halteflächen 50 (3) der Spannglieder 18 in Kontakt, wenn die Spannglieder 18 von der Freigabestellung in die Fixierstellung bewegt werden.
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Wie in den 1 bis 3 zu sehen ist, umfasst die Spannvorrichtung 10 eine Auflageplatte 52. Die Auflageplatte 52 ist ringförmig ausgestaltet und definiert ein Loch 54, welches fluchtend zu der Öffnung 14 des Gehäuses angeordnet ist und in welches der Anzugsbolzen 16 einführbar ist. Zudem definiert die Auflageplatte 52 eine Auflageebene 56, an welcher im Gebrauch das zu bearbeitende Bauteil anliegen soll und welche deshalb vorzugsweise im Gebrauch in einer Anlageebene 58 des Anzugsbolzens 16 liegt. Um die Auflageebene 56 auf einfache Weise spanend bearbeiten zu können, ist die Auflageebene so angeordnet, dass sie frei zugänglich ist, wenn die Auflageplatte 52 mit der Spannvorrichtung 10 gekoppelt ist. Außerdem ist die Auflageplatte 52 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, sodass die Auflageplatte 52 auf einfache Weise spanend bearbeitbar ist. In der Auflageplatte 52 sind mehrere Senklöcher 60 ausgebildet, die fluchtend zu Gewindelöchern 62, die in dem Gehäuse 12 ausgeformt sind, angeordnet sind. Hierdurch lässt sich die Auflageplatte 52 auf einfache Weise mittels nicht gezeigter Schrauben an dem Gehäuse 12 lösbar befestigen.
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Wie ebenfalls in den 1 bis 3 zu sehen ist, weist das Gehäuse 12 an seinem Außenumfang eine Querschnittsvergrößerung 64 auf. In 3 ist zu sehen, dass sich die Höhe der Querschnittvergrößerung 64 in radialer Richtung nach außen vergrößert. Hierdurch entsteht eine umfangsseitig umlaufende Nut 66, welche in radialer Richtung auch als Hinterschneidung angesehen werden kann. Diese Nut 66 ist dazu ausgebildet, einen Fixierabschnitt 68 (10) einer Spannpratze 70 aufzunehmen, sodass der Fixierabschnitt 68 der Spannpratze 70 in die Nut 66 einhakt.
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Die Spannpratze 70 weist eine konkave Anlagefläche 72 auf, welche zur Anlage an einer konvexen Außenfläche 74 des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Sie liegt somit mit ihrer Innenfläche 72 an der Außenfläche 74 des Gehäuses 12 flächig an und ihr Fixierabschnitt 68 greift dabei in die Nut 66 ein. Die Spannpratze 70 ist, wie in 10 zu sehen ist, als Ringabschnitt ausgebildet, sodass sie entlang des Umfangs des Gehäuses 12 verschiebbar und frei an verschiedenen Winkelpositionen am Gehäuse 12 anlegbar ist.
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Die Spannpratze 70 weist ferner ein Fixierungsloch 76 auf, mittels dem die Spannpratze 70 an einem nicht gezeigten Bearbeitungstisch verschraubt werden kann. Hierzu wird eine nicht gezeigte Schraube in das Fixierungsloch 76 eingesteckt und in ein an dem Bearbeitungstisch vorgesehenes Gewinde eingeschraubt. Da die Spannpratzen 70 in jedem Winkelbereich an dem Gehäuse 12 der Spannvorrichtung 10 angelegt werden können, ist es möglich, die Fixierlöcher 76 so zu positionieren, dass diese fluchtend mit an dem Bearbeitungstisch vorgesehenen Gewinden positioniert werden können. Hierdurch ergibt sich eine Vielzahl an Positionierungsmöglichkeiten für die Spannvorrichtung 10 auf dem Bearbeitungstisch.
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Alternativ kann die Befestigung der Spannvorrichtung 10 mittels einer einzigen Schraube bewerkstelligt werden. Hierzu ist die Öffnung 14 als durchgehende Öffnung ausgestaltet und weist eine Querschnittsverkleinerung 78 auf. So kann in Einführrichtung des Anzugsbolzens 16 eine Schraube in die Öffnung 14 eingeführt werden, deren Schraubenkopf dann an der Querschnittsverkleinerung anliegt und deren Gewinde aus einer Unterseite 80 der Spannvorrichtung 10 herausragt. Die Spannvorrichtung 10 kann folglich auch durch eine zentrisch angeordnete Schraube an einem Bearbeitungstisch fixiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spannvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Öffnung
- 16
- Anzugsbolzen
- 18
- Spannglied
- 20
- Stellelement
- 22
- Führungselement
- 24
- Kulissenführung
- 26
- Mittelachse
- 28
- Führungsfläche
- 30
- Führungsfläche
- 32
- Verstellwelle
- 34
- Stirnverzahnung
- 36
- Gegenverzahnung
- 37
- Werkzeuganlageabschnitt
- 38
- Halteabschnitt
- 40
- Eingreifabschnitt
- 41
- Abschnitt
- 42
- unrunder Abschnitt
- 44
- Gewindebohrung
- 46
- Übergangsbereich
- 48
- Schrägfläche
- 50
- Haltefläche
- 52
- Auflageplatte
- 54
- Loch
- 56
- Auflageebene
- 58
- Anlageebene
- 60
- Senkloch
- 62
- Gewindeloch
- 64
- Querschnittsvergrößerung
- 66
- Nut
- 68
- Fixierabschnitt
- 70
- Spannpratze
- 72
- Innenfläche
- 74
- Außenfläche
- 76
- Fixierungsloch
- 78
- Querschnittsverkleinerung
- 80
- Unterseite
