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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur mechanischen Bearbeitung, der Montage, während der Handhabung oder der Kontrolle müssen Werkstücke oder Baugruppen definiert positioniert und bzgl. entsprechender Formelemente auf Aufspannkörpern ausgerichtet fixiert, gespannt bzw. abgestützt werden. Bekanntermaßen werden dazu auch Innenkonturen wie z.B. Bohrungen genutzt.
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Geeignete Spanneinrichtungen und Spannverfahren werden beispielsweise in
DE4020981 ,
JP2012-101345 ,
JP2011-011288 ,
JP2013-056418 ,
DE102005013112 oder
DE102014019712 beschrieben. Gemeinsames Merkmal dieser bekannten Lösungen ist ein zentrales konisches oder pyramidenförmiges Zugelement, welches radiale Spannsegmente aufspreizt.
Nachteilig ist die technisch bedingte Begrenzung, ein derartiges System erst ab bestimmten minimalen Bohrungsdurchmessern technisch sinnvoll realisieren zu können. Weiterhin nachteilig ist, dass die beschriebenen Systeme entweder keine radialen Positionierfunktionen ausführen können oder nur positionierend möglich sind.
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Weitere, alternative Lösungsvariante zeigt die
EP2676766A1 . Bei dieser Lösung besteht die Spannvorrichtung aus einer Strebe, die von einem Hauptkörper eines Gehäuses nach oben vorsteht, einer vertikal und radial beweglichen Positionierstange, die im oberen Abschnitt des Gehäuses eingeführt wird und zusammen mit der Strebe als Nockenabschnitt in die kreisförmige Bohrung des zu positionierenden Werkstücks eingeführt wird. Weiterhin umfasst die Spannvorrichtung eine Nockenfläche, welche vertikal an einem oberen rechten Ende der Positionierstange angeordnet ist. Dieser gegenüberliegend ist linksseitig ein Druckabschnitt vorgesehen. Zwischen dieser Nockeninnenfläche und der Positionierstange ist eine Kugel angeordnet. Wenn die Positionierstange zum Verriegeln durch ein Antriebsmittel nach oben geschoben wird, drückt der Nockenabschnitt mit der Kugel die Nockenfläche nach links und drückt auf die Innenfläche des kreisförmigen Lochs des Werkstücks. Montagemäßig betrachtet ist diese Lösung recht kompliziert und aufwendig gestaltet und für eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser von Werkstückbohrung nur schwer möglich. Ein Spannen eines Werkstücks über mehrere Bohrungen desselben Werkstücks ist wegen des fehlenden Toleranzausgleichs zwischen den Bohrungen schwierig.
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Bei der
DE 102004006213B3 handelt es sich um eine Niederzug-Schnellspannvorrichtung zum Spannen von zu bearbeitenden Werkstücken, bei denen eine Spannhülse in eine Bohrung des Werkstückes eingreift, wobei die Spannhülse mit geneigten Innenflächen als schmaler geschlitzter Ring ausgebildet ist und dieser über ein hülsenförmiges Kegelelement mit einer Zugstange aufweitbar ist, wobei die Zugstange am oberen Ende hutförmig ausgebildet ist.
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Dabei dient der schmale geschlitzte Ring als Spannelement, was auch zur Folge hat, dass dessen Aufweit-Modus kraftaufnehmend begrenzt ist und somit die Spannkraft nicht optimal einstellbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Möglichkeit zum Positionieren und / oder radial ausgleichendem Spannen von Werkstücken in Innenkonturen, insbesondere Bohrungen kleiner Durchmesser zu schaffen, welche die Möglichkeit der Spannkrafteinstellung auf das notwendige Maß und den Ausgleich von Maßtoleranzen der Bohrungen, in denen die Spannvorrichtung eingreifen soll, schafft. Die Lösung soll dabei einen robusten und von Verschmutzung unempfindlichen Aufbau aufweisen und die kombinierte Nutzung als positionierendes oder ausgleichendes Spannsystem gestatten.
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Diese Aufgabe wird mit einer Spanneinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
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Funktionell erfolgt die technische Umsetzung mittels einer Kombination eines vertikal beweglichen Spannarms, welcher so als Zugstange fungiert, und einer vertikal feststehenden Spannhülse, die in einer Bohrung eines auf einer Auflage liegenden Werkstücks angeordnet wird, um das Werkstück zu positionieren und/oder einzuspannen.
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Die Spannhülse weist dazu eine in Längsrichtung ausgebildete Ausnehmung mit einer schrägen Kontaktfläche auf, welche sich nach oben aus der Vertikalen verbreitert.
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Durch eine abwärts gerichtete Bewegung des in der Ausnehmung der Spannhülse positionierten Spannarms gleitet dieser an der schräg ausgebildeten Kontaktfläche der Spannhülse entlang, wird dabei radial aus der radialen Ebene der Spannhülse herausgeführt und mit seinem Kopfende gegen die Innenkontur der Bohrung des Werkstücks bewegt, wobei das Werkstück radial gegen die Außenfläche der Spannhülse gedrückt wird. Die Spannhülse weist dazu Spannflächen auf, welche die Haltekraft auf Grund ihrer Formgebung verstärken und die Innenkontur der Bohrung des Werkstücks sicher führen. Der Kraftaufbau zwischen Werkstückkontur und Spannarm bzw. Spannhülse erfolgt auf kurzem Wege direkt, nur durch die Einleitung einer nach unten gerichteten Zugkraft durch das Zugelement, beispielsweise über einen Kolben. Durch Umkehrung der Bewegung erfolgen die Rückstellung des Spannarms und das Freigeben des Werkstücks.
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Zur Unterstützung des Kraftaufbaus kann der Spannarm an seinem oberen Ende einen Spannkopf aufweisen.
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Durch die Ausbildung der Spannhülse entweder als radial bewegliches oder als radial ortsfestes Element kann die Spanneinrichtung zum Positionieren und Spannen oder lediglich zum radial ausgleichenden Spannen ausgeführt werden.
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Diese robuste und unkomplizierte Gestaltung der Spannvorrichtung mit nur einem Spannarm erlaubt auch die Dimensionierung der Spanneinrichtung zur Nutzung in kleineren Werkstückbohrungen als bei den im Stand der Technik beschriebenen Elementen.
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Gegenüber mehrfachsegmentierten Spannhülsen ergibt sich bei dieser vorliegenden Lösung ein vergleichsweise robuster und von Verschmutzung unempfindlicher Aufbau.
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Durch unterschiedliche Abmessungen von Auflagen, Spannhülse und Spannarms ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche Werkstückgeometrie möglich.
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Um den Ausgleich von Maßtoleranzen der Bohrungsdurchmesser zu unterstützen weist die Spannhülse am unteren Ende keine ebene Auflage, sondern eine halbkugelförmige oder konische verlaufenden Auflage auf, so dass sie im Falle der radialen Beweglichkeit über diese Krümmung radial auslenken kann.
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Die Zugbewegung erfolgt über ein unterhalb des Spannarms angeordnetes Zugelement, z.B. einen Kolben.
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Die Einleitung der Zugbewegung kann über einen geeigneten Fluidzylinder, manuell mechanisch oder elektromotorisch erfolgen.
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Figurenliste
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Variante der Spanneinrichtung
- 2 einen senkrechten Schnitt durch die in 1 gezeigte Variante einer Spanneinrichtung in Be- und Entladestellung mit radial beweglicher Spannhülse
- 3 einen senkrechten Schnitt durch die in 1 gezeigte Variante einer Spanneinrichtung in Spannstellung mit radial beweglicher Spannhülse
- 4 einen senkrechten Schnitt durch die in 1 gezeigte Variante einer Spanneinrichtung in Spannstellung mit radial fixierter unbeweglicher Spannhülse und
- 5 eine Draufsicht auf die Auflage der Spanneinrichtung
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Ausführungsbeispiel:
- Gemäß der Figuren 1 bis 5 wird eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung gezeigt, bei der sich eine Spannhülse 1 innerhalb der Bohrung eines Werkstücks 5 befindet und mittels eines integrierten Zylinders ein, in die Spannhülse 1 eingefügter Spannarm 2 so vertikal nach unten angetrieben bewegt wird, dass dieser an einer Kontaktfläche 6 der Spannhülse 1 geführt wird. Durch die schräg verlaufende und nach oben zentrisch sich aufbauenden Kontaktfläche 6 entsteht am oberen Ende des Spannarms 2 eine radial auf die Innenwandkontur der Werkstücks 5 gerichtete Spannbewegung. Diese radiale Spannbewegung wird durch eine Gleitbewegung des Spannarms 2 entlang der Kontaktfläche 6 der Spannhülse 1 durch die lineare Zugbewegung des Kolbens 4 erzeugt.
- Gleichzeitig entsteht dadurch eine Niederzugkomponente, die das Werkstück 5 auf die Auflage 3 drückt.
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Alternativ zum direkt verbundenen Kolben ist auch eine seitlich umgelenkte Krafteinleitung über ein Keilgetriebe oder einen Hebel möglich. Die Funktion des in 2 gezeigten Fluidzylinders mit Kolben 4 kann auch durch einen manuell mechanischen oder elektromechanischen Antrieb ausgeführt werden.
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Durch eine radiale Beweglichkeit der Spannhülse 1 in der Auflage 3 und durch die halbkugelförmige Auflage 7 der Spannhülse 1 können sich Spannarm 2 und Spannhülse 1 der tatsächlichen Lage der Bohrung des Werkstücks 5 im Rahmen einer zulässigen Toleranz anpassen.
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Dazu ist auch die Kopplung zwischen Spannarm 2 und Kolben 4 ausgleichend ausgeführt, in dem die Auflage 7 der Aufnahme 10 der Spannhülse 1 halbkugelförmig ausgebildet ist.
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Ist eine Radialbewegung der Spannhülse 1 innerhalb der Auflage 3, wie in 4 dargestellt, unterbunden, kann die Spanneinrichtung eine, radial zu ihrer Hauptachse gerichtete, Positionierfunktion vornehmen.
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In 5 ist gezeigt, wie dabei Spannarm 2 das Werkstück 5 gegen zwei Spannflächen 9 an der Spannhülse 1 schiebt.
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Je nach Ausführung und Anzahl dieser Spannflächen 9 kann diese radiale Positionierfunktion mit mindestens 2 Spannflächen als eine Positionierung nach einem Durchmesser (wie in 4) oder mit nur einer Spannfläche nach einer Achse erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannhülse mit radialer Beweglichkeit
- 2
- Spannarm
- 3
- Auflage für das Werkstück 5
- 4
- Kolben
- 5
- Werkstück
- 6
- Kontaktfläche im Inneren der Spannhülse 1
- 7
- Halbkugelförmige Auflage der Aufnahme 10 der Spannhülse 1
- 8
- Spannkopf des Spannarms 2
- 9
- Spannfläche an der Außenkontur der Spannhülse 1
- 10
- Aufnahme 10 der Spannhülse
- 11
- Federelement
- 12
- Spannhülse ohne radiale Beweglichkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4020981 [0003]
- JP 2012101345 [0003]
- JP 2011011288 [0003]
- JP 2013056418 [0003]
- DE 102005013112 [0003]
- DE 102014019712 [0003]
- EP 2676766 A1 [0004]
- DE 102004006213 B3 [0005]
