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Die Erfindung betrifft eine Spannbacke für ein Spannfutter, mit einem Backenkörper, an dem mindestens eine Backenstufe ausgebildet ist, mit einem durch zwei seitliche Nuten gebildeten T-förmigen Stufenkopf zum Halten eines in die seitlichen Nuten einführbaren Spanneinsatzes. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Spanneinsatz sowie ein Spannfutter.
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Die Spannkraft eines Spannmittels wie eines Spannfutters unterliegt im Betrieb diversen Störgrößen, nämlich insbesondere Fliehkräften, wirkender Reibung oder Verschleiß. Daher ist trotz der bekannten Betätigungskraft die auf das einzuspannende Werkzeug oder Werkstück wirkende Spannkraft nie genau bekannt, was nachteilig ist im Hinblick auf den Betrieb des Spannmittels, da eine unzureichende Spannkraft dazu führen kann, dass der eingespannte Gegenstand weggeschleudert wird. Des Weiteren kann die Bearbeitungsgenauigkeit leiden, da eine zu hohe Spannkraft zu einer Deformation führen kann und eine zu geringe Spannkraft im Zweifelsfall die Lagesicherung nicht gewährleistet.
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Aus der
DE 20 2013 104 141 U1 ist eine Spannbackenanordnung bekannt, bei der auf einer Trägerbacke eine Wechselbacke auswechselbar angeordnet ist, wobei die U-förmig gestaltete Wechselbacke in gegenüberliegenden Nuten der Trägerbacke angeordnet ist, und in der Trägerbacke eine Gewindebohrung bereitgestellt ist, die der Aufnahme einer Sicherungsschraube dient, die mit ihrem Kopf die Wechselbacke gegenüber der Trägerbacke sichert. Die Gewindebohrung ist in einer Stufe der Trägerbacke ausgebildet, in dem der Wechselbacke zuweisenden Bereich, dessen Nutzung durch die Gewindebohrung entsprechend festgelegt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannbacke der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die tatsächlich wirkende Spannkraft genau bestimmt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin einen Spanneinsatz bereitzustellen, der eine genauere Messung der Spannkraft fördert sowie ein verbessertes Spannfutter bereitzustellen.
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Der die Spannbacke betreffende Teil der Aufgabe wird bei einer Spannbacke der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der außenseitige Schenkel des T-förmigen Stufenkopfes als Biegebalken ausgebildet ist mit einer an der Außenseite ausgebildeten Sensorstelle für die Anordnung eines Sensors.
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Es ist also möglich, dass der zur Erfassung der Spannkraft vorgesehene Sensor unmittelbar an der Spannstelle angeordnet ist und dort die wirkende Spannkraft gemessen werden kann, ohne Verfälschungen, die bei Messungen in der Kraftübertragungskette näher zum Ort der Erzeugung der Betätigungskraft liegen. Bedeutsam ist weiterhin, dass der Sensor auf dem als Biegebalken ausgestalteten außenseitigen Schenkel des T-förmigen Stufenkopfes positioniert ist, da so beim Einspannen eines Werkstücks oder eines Werkzeugs eine definierte Biegung auftritt, wodurch die Oberseite der Anlagefläche gedehnt wird, aus der unmittelbar die wirkende Spannkraft bestimmt werden kann.
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Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass ein Schlitz unterhalb des T-förmigen Stufenkopfes ausgebildet ist, um so einen homogenen Kraftfluss mit gleichmäßig auf den Biegebalken wirkender Kraft zu ermöglichen.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Sensorstelle aus einer Tasche gebildet ist, in der der Sensor angeordnet ist.
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Die Ausbildung der Tasche in dem Biegebalken bewirkt dabei, dass die Kraftübertragungskette von dem Spanneinsatz über den randseitigen Bereich des außenseitigen Schenkels in den Stufenkopf der Spannbacke eingeleitet wird, was die Längsdehnung auf der dem Spanneinsatz zugewandten Seite des Biegebalkens fördert und so einfacher die wirkende Spannkraft gemessen werden kann.
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Bevorzugt ist weiterhin, dass ein in die Tasche mündender Durchgang in der Backenstufe ausgebildet ist zur Durchleitung einer Datenleitung und/oder einer Energieversorgungsleitung. Es ist erforderlich, dass der durch den Sensor erfasste Messwert auch entsprechend ausgewertet und der Maschinensteuerung zur Gewährleistung der geforderten Sicherheit zur Verfügung gestellt werden kann, wozu die Datenleitung und die Energieversorgungsleitung vorgesehen sind, die durch den vorzugsweise als Bohrung gestalteten Durchgang von dem Bereich der Tasche in von der Tasche entfernte Bereiche der Spannbacke geführt werden können.
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Aufgrund der Gestaltung des Stufenkopfes mit einem Biegebalken ist es bevorzugt, wenn der Sensor als Dehnmessstreifen gebildet ist, insbesondere wenn der Dehnmessstreifen als Metall-DMS gebildet ist, der in der Tasche aufgeschweißt ist mit über dem Durchgang angeordneten Kontaktierungsflächen. In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn die den Sensor aufnehmende Tasche durch eine Abdeckung verschlossen ist, die vorzugsweise nur durch Zerstörung entfernt werden kann. Alternativ kann der Sensor durch ein Drucksensorelement gebildet sein bestehend aus einem Ring mit einer aufgesetzten dünnwandigen Membran, die die Messstruktur trägt.
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Für einen breiteren Anwendungsbereich der Spannbacke ist es günstig, wenn mehrere Backenstufen an dem Backenkörper ausgebildet sind und/oder der Backenkörper als Stufen-Umkehrbacke gestaltet ist. Damit ist es möglich, in einfacher Weise unterschiedlichste Gegenstände zu spannen, und zwar sowohl in Innenspannung als auch in Außenspannung, wobei der Durchmesser des zu spannenden Werkstücks oder Werkzeugs in weiten Grenzen variieren kann, da infolge der mehrfach vorgesehenen Backenstufe eine schnelle Durchmesseranpassung möglich ist, ohne dass die Erfassung der Spannkraft an Genauigkeit verliert, da jede Backenstufe die Gestaltung mit dem den Biegebalken zugeordneten Sensor aufweist, also bei einer Spannbacke mit mehreren Backenstufen auch entsprechend mehrere Sensoren zur unmittelbaren Erfassung der Spannkraft an der Spannstelle zur Verfügung stehen. Eine Spannung mit Durchgangsspannung ist mit dieser Spannbacke gleichfalls möglich, wobei ergänzend ein Metall-Dehnmessstreifen in einer Aufnahme eingesetzt sein kann und unter Anwendung des Druckbolzen-Prinzips zusammen mit dem belasteten Querschnitt bei Durchgangsspannung gestaucht wird.
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Die Gestaltung der Spannbacke ist weiterhin so getroffen, dass im Backenkörper eine erste Aufnahme für ein Elektronikgehäuse vorgesehen ist, die über den Durchgang mit der Tasche verbunden ist, und dass im Backenkörper eine zweite Aufnahme für einen Energiespeicher vorgesehen ist, die über den Durchgang mit der Tasche verbunden ist. Die Spannbacke ist damit als autarke Einheit gestaltet, die in einfacher Weise auch komplett ausgetauscht werden kann. Zu beachten ist dabei, dass das Elektronikgehäuse insbesondere auch die zur Erfassung der Spannkraft und Weitermeldung entsprechende Bauteile aufnimmt, nämlich insbesondere eine Trägerplatine mit einem Mikroprozessor, Anschlüssen zur Versorgung und Auswertung des Dehnmessstreifens und zusätzlichen Sensoren beispielsweise zur Erfassung der Drehzahl und oder der Temperatur. Des Weiteren kann eine Auswerte- und/oder Sendeelektronik dem Gehäuse zugeordnet sein, um die durch den Sensor erfassten Daten als Rohdaten oder entsprechend aufbereitet kabellos der Maschinensteuerung einer Werkzeugmaschine zur Verfügung stellen zu können. Die Energieversorgung dafür erfolgt durch den Energiespeicher, der in der Regel durch eine wiederaufladbare Batterie, also einen Akkumulator gebildet ist. Die Anordnung einer ersten Aufnahme und zweite Aufnahme ist dabei variabel und am Platzbedarf orientiert.
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Weiterhin ist die Gestaltung so getroffen, dass in dem Stufenkopf die Nuten geneigt und/oder Bohrungen zur Aufnahme von Bolzen für die Werkstückauflage ausgebildet sind. Die Neigung der Nuten bewirkt einen Niederzug, sobald mit dem Spanneinsatz ein Werkstück oder ein Werkzeug gespannt wird, während durch den Bolzen für die Werkstückauflage eine genaue Positionierung ermöglicht wird.
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Bevorzugt ist weiterhin, wenn ein U-förmiger Spanneinsatz mit Führungsleisten in die seitlichen Nuten eingesetzt ist, der auf der der Tasche gegenüberliegenden Seite eine Gegentasche aufweist, also auch die Gestaltung des Spanneinsatzes eine Kraftübertragung auf die außenseitigen Schenkel des Biegebalkens an dessen Randbereichen fördert, um so eine stärkere Durchbiegung zu erzielen.
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Der den Spanneinsatz betreffende Teil der Aufgabe wird gelöst durch einen Spanneinsatz, bei dem auf der Innenseite des Basisschenkels mittig zwischen den Seitenschenkel eine Gegentasche ausgebildet ist, deren Abmessungen auf die der Tasche abgestimmt sind.
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Der das Spannfutter betreffende Teil der Aufgabe wird durch ein Spannfutter gelöst, das gleichmäßig über den Umfang verteilte radiale Backenführungen für die vorstehend geschilderten Spannbacken aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Spannfutters mit einem in Außenspannung eingespannten Werkstück, mit symbolisch dargestellter, der Werkzeugmaschine zuzuordnender Empfangseinheit,
- 2 eine der 1 entsprechende Darstellung des Spannfutters, gezeigt ohne das Werkstück,
- 3 eine der 1 entsprechende Darstellung des Spannfutters mit dem in Innenspannung gespannten Werkstück,
- 4 eine der 3 entsprechende Darstellung des Spannfutters ohne das Werkstück,
- 5 eine der 2 entsprechende Darstellung mit dem in Durchgangsspannung gespannten Werkstück,
- 6 eine Draufsicht auf das Spannfutter mit dem in Außenspannung gespannten Werkstück gemäß 1,
- 7 den Schnitt VII-VII aus 6,
- 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer isolierten Spannbacke,
- 9 eine Ansicht einer isolierten Spannbackenausrichtung aus Richtung des Pfeiles IX aus 10,
- 10 den Schnitt X-X aus 9,
- 11 der Schnitt XI-XI aus 7,
- 12 das Detail XII aus 11,
- 13 eine der 10 entsprechende Darstellung mit abweichender Anordnung von der ersten Aufnahme und der zweiten Aufnahme,
- 14 eine perspektivische Darstellung der Spannbacke aus 13
- 15 eine für die Durchgangsspannung optimierte Spannbacke für die Anwendung des Druckbolzen-Prinzip,
- 16 eine der 13 entsprechende Darstellung mit einem alternativ geformten Sensor, und
- 17 ein Drucksensor aus einem Ring mit einer aufgesetzten Membran.
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In der 1 ist ein Spannfutter 1 dargestellt, das einen Futterkörper 2 aufweist, in dem in gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Backenführungen 3 Spannbacken 4 angeordnet sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei radiale Backenführungen 3 mit entsprechend eingesetzten drei Spannbacken 4 gezeigt, wobei aber eine andere Anzahl von radialen Backenführungen 3 mit zugeordneten Spannbacken 4 gleichfalls möglich ist, insbesondere auch ein Spannfutter 1 mit zwei Spannbacken 4 oder 4, 5 oder 7 Spannbacken 4. Das Spannfutter 1 wird im Regeleinsatz in üblicher Weise der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine zugeordnet, wobei durch die Werkzeugmaschine der drehende Antrieb des Spannfutters 1 erfolgt und die Bereitstellung der Betätigungskraft zur Erzeugung der gewünschten Spannkraft. Die in der 1 dargestellte Empfangseinheit 5 ist dabei in der Regel Teil der Werkzeugmaschine zum Empfangen kabellos zu übertragener Daten aus den im Spannfutter 1 eingesetzten Spannbacken 4.
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Die Spannbacken 4 selber sind detailliert in 8 dargestellt und weisen einen Backenkörper 6 auf, an dem mindestens eine Backenstufe 7 ausgebildet ist, mit einem durch zwei seitliche Nuten 8 gebildeten T-förmigen Stufenkopf 9 zum Halten eines in die seitlichen Nuten einführbaren Spanneinsatzes 10. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei der Backenstufen 7 gezeigt, wobei auch hier gilt, dass eine abweichende Anzahl möglich ist, also auch eine Spannbacke 4 mit nur einer Backenstufe 7, mit zwei Backenstufen 7 oder mit vier oder fünf Backenstufen 7 realisiert werden kann, je nach den Anforderungen der erforderlichen Spannverhältnisse.
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Die Nuten 8 an dem Stufenkopf 9 sind geneigt gestaltet, um eine Niederzugskraft zu bewirken, sobald ein Werkstück oder ein Werkzeug eingespannt wird. Des Weiteren sind an dem Stufenkopf 9 auch Bohrungen 11 zur Aufnahme von Bolzen 12 oder Stiften für die Werkstückauflage ausgebildet.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass der Backenkörper 6 der Spannbacke 4 als Stufen-Umkehrbacke gestaltet ist, also in einfacher Weise ein Wechsel zwischen der in der 1 dargestellten Außenspannung zu der aus der 3 ersichtlichen Innenspannung durch einfaches Umdrehen der Spannbacken 4 in den Backenführungen 3 des Spannfutters 1 möglich ist. 14 zeigt eine Spannbacke 4, die hinsichtlich ihrer Eignung für die Durchgangsspannung optimiert ist mit einem alternativen Spanneinsatz 10 mit einem Dehnmessstreifen 18, der seitlich in einer Aufnahme 32 eingesetzt ist und zusammen mit dem belasteten Querschnitt nach Art des Druckbolzen-Prinzips belastet und damit gestaucht wird.
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Aus der 8 ist insbesondere auch ersichtlich, dass der außenseitige Schenkel 13 des T-förmigen Stufenkopfes 9 als Biegebalken 14 ausgebildet ist, mit einer an der Außenseite ausgebildeten Sensorstelle 15 für die Anordnung eines Sensors 16. Dabei ist die Sensorstelle 15 aus einer Tasche 17 gebildet, in der der Sensor 16 angeordnet ist. Der Sensor 16 selber ist als Dehnmessstreifen 18, insbesondere als Metall-Dehnmessstreifen gebildet, der in der Tasche 17 aufgeschweißt ist, wobei die Kontaktierungsflächen über einen Durchgang 19 angeordnet sind, der zur Durchleitung einer Datenleitung und/oder einer Energieversorgungsleitung bereitgestellt ist. Unterhalb des T-förmigen Stufenkopfes 19 ist ein Schlitz 20 ausgebildet. Eine Alternative hinsichtlich der Ausbildung des Sensors ist in den 16 und 17 gezeigt mit einem Drucksensorelement 33, das aus einem Ring 34 mit einer dünnwandigen 35 besteht, die die Messstruktur trägt.
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Die 8 zeigt den drei dargestellten Backenstufen 7 zugeordnete Spanneinsätze 10, die in die geneigt verlaufenden Nuten 8 eingeführt werden können, wobei die Spanneinsätze10 selber eine im Querschnitt U-förmige Gestalt aufweisen, wobei auf der Innenseite des Basisschenkels 21 mittig zwischen den Seitenschenkel 22 eine Gegentasche 23 ausgebildet ist, deren Abmessungen auf die der Tasche 17 abgestimmt ist. Die Spanneinsätze 10 sind durch Sicherungsmittel, insbesondere jeweils mindestens einer Schraube gegen Herausschleudern gesichert für den Fall, dass kein Gegenstand eingespannt ist.
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Erfolgt jetzt die Einspannung eines Werkstückes, wie aus der 11 ersichtlich, so wird durch die durch die Gegentasche 23 gebildete Aussparung in dem Spanneinsatz 10 und durch die Tasche 17 in dem Biegebalken 14, der den Biegebalken 14 bildende außenseitigen Schenkel 13 des T-förmigen Stufenkopfes 9 definiert gebogen, nämlich gedehnt, was auch auf den Metall-, Dehnmessstreifen 18 wirkt, was einer zur wirkenden Spannkraft proportionaler Widerstands- bzw. Spannungsänderung hervorruft. Der Schlitz 20 unterhalb des T-förmigen Stufenkopfes 9 bewirkt dabei einen ungestörten, homogenen Kraftfluss.
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Zu beachten ist weiterhin, dass zum Schutz des Sensors 16, die den Sensor 10 aufnehmende Tasche 17 durch eine Abdeckung 25 verschlossen ist, die vorzugsweise nur destruktiv entfernt werden. Schließlich ist auch ersichtlich, dass im Backenkörper 6 eine erste Aufnahme 26 für ein Elektronikgehäuse 27 vorgesehen ist, die über den Durchgang 19 mit der Tasche 17 verbunden ist, und dass im Backenkörper 6 eine zweite Aufnahme 28 für einen Energiespeicher 29, insbesondere eine elektrische Speicherzelle wie einen Akkumulator oder einen Kondensator, vorgesehen ist, die gleichfalls mit dem Durchgang 19 der Tasche 17 verbunden ist (10). 13 zeigt dabei die Möglichkeit, die Anordnung der ersten und zweiten Aufnahmen 26, 28 zu vertauschen und insbesondere die erste Aufnahme 26 im Bereich der Verzahnung auszubilden. Die durch den Metall- Dehnmessstreifen 18 erfassten Daten können dadurch dem Elektronikgehäuse 27 zugeführt werden, in dem die erforderlichen Elektronik-Bauteil zur Datenerfassung und Auswertung aufgenommen sind, wobei die Rohdaten oder bearbeiteten Daten des Sensors 16 berührungslos über die Empfangseinheit 5 der Werkzeugmaschine zur Verfügung gestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- Futterkörper
- 3
- Backenführung
- 4
- Spannbacke
- 5
- Empfangseinheit
- 6
- Backenkörper
- 7
- Backenstufe
- 8
- Nut
- 9
- Stufenkopf
- 10
- Spanneinsatz
- 11
- Bohrung
- 12
- Bolzen
- 13
- Schenkel
- 14
- Biegebalken
- 15
- Sensorstelle
- 16
- Sensor
- 17
- Tasche
- 18
- Dehnmessstreifen
- 19
- Durchgang
- 20
- Schlitz
- 21
- Basisschenkel
- 22
- Seitenschenkel
- 23
- Gegentasche
- 24
- Datenleitung/Energieversorgungsleitung
- 25
- Abdeckung
- 26
- erste Aufnahme
- 27
- Elektronikgehäuse
- 28
- zweite Aufnahme
- 29
- Energiespeicher
- 30
- Führungsleiste
- 31
- Werkstück
- 32
- Aufnahme
- 33
- Drucksensorelement
- 34
- Ring
- 35
- Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013104141 U1 [0003]
