DE102020101059B4

DE102020101059B4 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE102020101059B4
Application number: DE102020101059.1A
Authority: DE
Inventors: Günter Lang; Philipp Lang
Original assignee: Lang Technik GmbH
Current assignee: Lang Technik GmbH
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2040-01-18
Also published as: DE102020101059A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst eine Grundplattenanordnung mit in einem ersten Raster (Ry) angeordneten Spannöffnungen (17, 18), wenigstens zwei Führungskörper (20, 21), die untereinander nicht verbunden sind und jeweils Fußbolzen (27, 28) aufweisen, die in das erste von den Spannöffnungen (17, 18) gebildete Raster (R1) passen. Zwischen den Führungskörpern (20, 21) ist an den Führungskörpern oder in einem gesonderten Lagerblock eine Betätigungseinrichtung, vorzugsweise in Gestalt einer Gewindespindel (40) axial fest, jedoch drehbar gelagert, die auf den Führungskörpern (20, 21) verschiebbar gelagerte Backen (23, 24) betätigt. An den Backen (23, 24) sind Spannflächen (34, 35) mit Formschlusselementen (38) angeordnet, die in einem zweiten Raster (R2) angeordnet sind. Die Formschlussmittel sind vorzugsweise Haltezähne, die dazu vorgesehen sind, in an dem Werkstück in einem vorbereitenden Arbeitsschritt angebrachte Vertiefungen zu fassen, um das Werkstück gemischt reib- und formschlüssig zu spannen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere zum Spannen von Werkstücken zur mechanischen Bearbeitung, beispielsweise zur spanenden Bearbeitung.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken müssen diese in der betreffenden Werkzeugmaschine möglichst präzise und verlässlich gelagert sein, sodass die bei der Bearbeitung des Werkstücks entstehenden, auf das Werkstück einwirkenden Kräfte von der Bearbeitungsmaschine sicher aufgenommen werden können, ohne dass das Werkstück dabei seine Position verändert oder gar aus der Aufspannung herausgerissen wird. Dabei sollen Bearbeitungsvorgänge möglichst in einer einzigen Aufspannung oder mit wenigen Umspannvorgängen durchgeführt werden können, weswegen eine Zugänglichkeit zu dem Werkstück von möglichst fünf Seiten her gegeben sein soll.
Ein platzsparendes Spannsystem wird dazu von der EP 1 071 542 B1 angegeben. Danach werden an dem Werkstück vor Durchführung des eigentlichen Bearbeitungsvorgangs in einem Prägeverfahren nahe der Basisfläche des Werkstücks an voneinander weg weisenden Seiten Vertiefungen eingeprägt. Die Spannbacken eines Spannstocks haben dazu passende Vorsprünge, die beim Spannen des Werkstücks in diese Vertiefungen greifen. Das Werkstück ist deswegen zwischen den beiden Spannbacken formschlüssig und zusätzlich reibschlüssig gehalten. Aus dieser Druckschrift sind auch Spannsysteme mit drei Spannbacken für runde Werkstücke und mit vier in Rechteck angeordneten Spannbacken bekannt, mit denen Werkstücke an vier Seiten gemischt form- und reibschlüssig gespannt werden können. Ein Spannstock zur Aufnahme entsprechend vorbereiteter Werkstücke lässt sich auch der DE 20 2015 102 993 U1 entnehmen.
Zum vierseitigen Spannen von Werkstücken schlägt außerdem die DE 20 2014 005 498 U1 ein Spannsystem mit einer als Rasterplatte ausgebildeten Grundplattenanordnung vor und benennt ein Nullpunkt-Spannsystem zur Fixierung der Spannstöcke. Zur Betätigung derselben sind sich überkreuzende Spindeln vorgesehen.
Sich überkreuzende Spindeln zur Betätigung von orthogonal zueinander beweglichen Spannbacken schlägt die US 3 593 984 A ebenfalls sich überkreuzende motorbetätigte Spindeln vor, die axial in einem zentral angeordneten Lagerblock skizziert sind.
Ein Nullpunkt-Spannsystem zur Fixierung von Werkstückträgern auf einer Spannplatte ist außerdem aus der DE 101 55 077 B4 bekannt. Diese Spanneinrichtung beruht auf einer Spannplatte, die an ihrer Grundfläche zueinander parallele, von der Grundfläche weg ragende Spann- und Positionierbolzen aufweist, die in entsprechende Spannöffnungen einer Bezugsebenenplatte passen. Die Bezugsebenenplatte enthält eine Festzieheinrichtung, die auf die Spann- und Positionierbolzen einwirkt, um diese voneinander weg gegen Teile der Wandung der jeweiligen Spannöffnung zu drängen, wobei die Wandung dort als Bezugsfläche dient. Eine alternative Festzieheinrichtung offenbart die DE 10 2014 112 843 B4 . Aus der US 5 167 405 A geht darüber hinaus eine Spanneinrichtung für eine mit Spannbolzen ausgerüstete Werkstückaufnahme hervor. Zur lagerichtigen Positionierung der Werkstückaufnahme auf der Spanneinrichtung dienen Passstifte, die an der Unterseite der Werkstückaufnahme angebracht sind und denen in der Spanneinrichtung vorgesehene Passbohrungen zugeordnet sind.
Schließlich ist aus der DE 10 2017 122 112 A1 eine Schraubstockvorrichtung mit geteilter Backenführung bekannt. Die Führungseinrichtung dieser Schraubstockvorrichtung umfasst einen ersten Führungskörper mit einem ersten daran verschiebbar gelagerten Backen, und einen zweiten Führungskörper, der mit dem ersten Führungskörper fluchtend angeordnet ist, mit einem zweiten daran verschiebbar gelagerten Backen. Weiter umfasst diese Schraubstockvorrichtung eine Gewindespindel, die in einem Lagerblock axial fest jedoch drehbar gelagert ist. Der Lagerblock ist zwischen den beiden Führungskörpern angeordnet. Die Gewindespindel weist an einem Ende Rechtsgewinde und an dem anderen Ende Linksgewinde auf und steht mit entsprechenden Gewindebohrungen der Backen in Eingriff, sodass diese bei Drehung der Spindeln zu und voneinander weg bewegt werden.
Weiter ist von der Firma HWR Spanntechnik GmbH Euthen ein Spannsystem in Gebrauch, das auf Spannstöcken mit einer Führung beruht, die sich über den gesamten Spannweg erstreckt und an der zwei Backen gelagert sind, die mittels einer zentral an dem Führungskörper gelagerten Rechts-Links-Gewindespindel aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Die Spannbacken können Formschlusselemente zum formschlüssigen Greifen von Werkstücken aufweisen, wobei diese Formschlusselemente in einem gegebenen linienhaften Raster angeordnet sind. An der Grundfläche des jeweiligen Führungskörpers sind vier Fußbolzen angeordnet, die parallel zueinander von der Grundfläche des Führungskörpers weg ragen und in vier Spannöffnungen sogenannter Nullpunktplatten passen. Diese Nullpunktplatten haben eine Festzieheinrichtung, um die Fußbolzen in der Nullpunktplatte festziehen zu können. Die Fußbolzen weisen dabei einen kegelförmigen Abschnitt auf, der sich an der kegelförmigen Mündung jeder Spannöffnung spielfrei zentriert. Die kegelförmigen Mündungen bilden Sitzflächen, an denen ein Fußbolzen in gespanntem Zustand am gesamten Umfang anliegt. Außerdem werden die konischen Köpfe der Spannbolzen von entsprechenden konischen Bohrungsbereichen am Boden jeder Spannöffnung aufgenommen sodass jeder Fußbolzen spielfrei in der ihm zugeordneten Spannöffnung sitzt.
Auf der gegenüberliegenden Seite weist die sogenannten Nullpunktplatte ebenfalls vier Spannöffnungen auf, die zur Aufnahme von Verankerungsbolzen eingerichtet sind, Die Verankerungsbolzen stimmen mit dem Fußbolzen des Spannstocks überein und sind in einem Raster angeordnet. Die Nullpunktplatte kann bedarfsweise auf verschiedene Verankerungsbolzen aufgesetzt und an diesen festgespannt werden.
Bei allen genannten Systemen ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich Form, Größe oder Anordnung der zu spannenden Werkstücke.
Die DE 10 2007 003 673 B3 offenbart einen Zentrierspanner mit Positionierbolzen für die flexible Positionierung des Zentrierspanners auf einer Bezugsebenenenplatte. Die Spannbacken weisen Spannrippen auf, die mit einem Werkstück in reib- und formschlüssigen Eingriff kommen können. Die Lage des Werkstücks ist dabei längs der jeweiligen Spannrippe unbestimmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Spannsystem mit erhöhter Flexibilität zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit der Spannvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst:

Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst eine Grundplattenanordnung mit wenigstens einer Bezugsebenenplatte, vorzugsweise mehreren Bezugsebenenplatten, die jeweils eine ebene Spannfläche und mehrere Spannöffnungen aufweisen. Die Spannöffnungen sind in einem Raster angeordnet, wobei jede Spannöffnung eine Anlagefläche und dieser gegenüber liegend eine Festzieheinrichtung aufweist. Die Anlagefläche der Spannöffnung dient der Anlage eines in der Spannöffnung platzierten Fußbolzens, der durch die Festzieheinrichtung in radialer Richtung gegen die Anlagefläche gedrängt und an diese angelegt wird. Dabei wird eine geringe elastische Verformbarkeit des Fußbolzens genutzt, um sein Spiel gegenüber der Spannöffnung zu überwinden. Der Fußbolzen liegt nicht mit seinem gesamten Umfang sondern nur an einer Stelle seines Umfangs an der Anlagefläche an. Dadurch werden Klemmeffekte, wie sie bei Kegelsitzpassungen zwischen Fußbolzen und Sitzfläche sonst auftreten können, grundsätzlich vermieden. Das Ausziehen eines Fußbolzens aus einer Spannöffnung nach Lösen der Festzieheinrichtung ist immer mit geringen Kräften möglich.

Zu der Spannvorrichtung gehört außerdem eine Führungseinrichtung, die mindestens zwei Führungskörper umfasst, die jeweils einen Backen tragen. Beide Führungskörper sind zueinander fluchtend angeordnet, sodass sie gemeinsam eine Führungsrichtung festlegen. Außerdem weist jeder Führungskörper eine Grundfläche auf, wobei beide Grundflächen in Gebrauch in einer gemeinsamen Ebene positioniert sind. Von den Grundflächen der beiden Führungskörper erstrecken sich die genannten Fußbolzen weg, wobei jeder Führungskörper mindestens einen, vorzugsweise mehrere Fußbolzen aufweisen, die zu den Spannöffnungen und insbesondere zu deren Raster passend angeordnet sind. Dadurch kann der Führungskörper an verschiedenen Positionen der Grundplattenanordnung angeordnet und fixiert werden. Der Fußbolzenabstand Zu der Spannvorrichtung gehört außerdem eine Betätigungseinrichtung, beispielsweise in Gestalt einer Gewindespindel, die mittig einen Lagerabschnitt und sich davon weg erstreckend Gewindeabschnitte aufweist, von denen einer Rechtsgewinde und der andere Linksgewinde trägt. Die Gewindespindel überbrückt den Abstand zwischen den beiden Führungskörpern und steht mit den Backen in Eingriff. Durch die Länge der Gewindespindel und insbesondere die Länge ihres Lagerabschnitts wird der Abstand der Führungskörper zueinander festgelegt. Durch Bereitstellung verschieden langer Gewindespindel wird die flexible Anordnung der Führungskörper auf der Grundplattenanordnung ermöglicht. Die Führungskörper können wahlweise in unterschiedlichen Distanzen angeordnet werden, um unterschiedlich große Werkstücke zu spannen.
Durch den unmittelbaren Bezug der Führungskörper auf die Grundplattenanordnung ohne dazwischen angeordnete weitere Spannmittel, wie Nullpunkt-Spannplatten oder dergleichen, wird ein genauer und sicherer Maßbezug sowie ein vibrationssicherer stabiler Aufbau erreicht.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann Backen aufweisen, deren Spannfläche mit Formschlusselementen versehen ist, um eine gemischt form- und reibschlüssige Spannung von Werkstücken zu bewirken. Damit wird eine besonders sichere Fixierung der Werkstücke zur Bearbeitung erreicht.
Die Formschlusselemente sind vorzugsweise in einem vorgegebenen Raster, d.h., in konstanten seitlichen Abständen zueinander angeordnet. Es wird dadurch eine gleichmäßige Kraftübertragung zwischen dem Werkstück und den Backen sichergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fußbolzen in den Spannöffnungen ohne Axialanschlag positioniert. Die von der Festzieheinrichtung auf den Fußbolzen ausgeübte Axialkraft wird durch den Fußbolzen auf den Führungskörper übertragen, so dass dessen Grundfläche an die Spannfläche der Bezugsebenenplatte angepresst wird. Damit ist eine flächenhafte Kraftübertragung von dem Führungskörper auf die Grundplattenanordnung sichergestellt.
Weiter bewirkt das Anlegen der Fußbolzen an die in Radialrichtung benachbarte Anlagefläche eine definierte Positionierung wenigstes des Kopfteils des Fußbolzens, wobei sich die Position des Führungskörpers im Rahmen des Radialspiels aller Fußbolzen in ihren zugeordneten Spannöffnungen aufgrund der eintretenden geringfügigen elastischen Deformation der Fußbolzen ergibt. Dies ermöglicht die Erzielung hoher Positioniergenauigkeit bei gleichzeitig guter Lösbarkeit der Verbindung und somit leichter Abnehmbarkeit der Führungskörper von der Bezugsebenenplatte bei gelöster Festzieheinrichtung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Rastermaßes der Spannöffnungen ein ganzzahliges Vielfaches des zweiten Rastermaßes der an den Backen vorgesehen Haltezähne. Damit wird es möglich, mehrere Führungskörper mit zueinander parallelen Führungsrichtungen nebeneinander auf der Grundplattenanordnung zu platzieren, um große Werkstücke zu spannen. An dem zugeordneten Werkstück kann dann ein durchgehendes Raster von Vertiefungen ausgebildet sein.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das zweite Rastermaß zwischen 2,5 mm und 3,5 mm festgelegt ist. Die Haltezähne der Backen haben damit einen einheitlichen Mittenabstand von 2,5 mm bis 3,5 mm. Dies ergibt bei den meisten Werkstoffen, insbesondere Aluminium und Stahl, ein Haltekraftoptimum.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Führungslänge der Backen an dem Führungskörper so bemessen ist, dass jeder Backen ein geringfügiges Drehspiel um seine Hochachse aufweist. Dieses ist vorzugsweise größer als Null aber kleiner als der Arkustangens (arctan) aus dem Quotienten des halben Rastermaßes des zweiten Rasters und dem maximalen Backenabstand, der durch die Länge der Gewindespindel festgelegt ist. Damit wird sichergestellt, dass bei der Platzierung eines Werkstücks zwischen den Backen eine Fehlpositionierung praktisch unmöglich wird. Andererseits ist es vorteilhaft, wenn das Drehspiel jedes Backens größer als 5% vorzugsweise größer als 10% und von weiter vorzugsweise größer als 20% des Arcustangens aus dem Quotienten aus dem halben Rastermaß des zweiten Rasters und dem maximalen Backenabstand ist. Auf diese Weise ist eine gewisse Toleranz gegeben, die sicherstellt, dass die Haltezähne der Backen sicher in die an dem Werkstück vorgesehenen Vertiefungen finden, ohne dabei Material verdrängen zu müssen.
Spannvorrichtungen können eine große Grundplattenanordnung aufweisen, die verschiedene Anordnungen der Führungskörper erlaubt. Außerdem werden Führungskörper verwendet, deren Fußbolzen zu dem ersten Raster passend angeordnet sind. Dazu kann der Fußbolzenabstand beispielsweise mit dem ersten Rastermaß übereinstimmen oder das Doppelte oder ein Vielfaches des ersten Rastermaßes betragen. Gerade in solchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn jeder Fußbolzen in der Spannöffnung ein Radialspiel aufweist und jeder Backen auf seinem Führungskörper ein Querspiel aufweist, wobei das Querspiel wenigstens halb so groß ist wie das Radialspiel. Vorzugsweise ist das Querspiel mindestens so groß wie das Radialspiel. Dadurch können Fluchtungsfehler zwischen den beiden Spannkörpern leicht ausgeglichen werden und es wird eine übermäßige Abnutzung der Haltezähne an den Backen vermieden.
Mit der Erfindung wird ein Spannvorrichtungs-Baukastensystem bereitgestellt, zu dem mehrere durch ihre Länge voneinander verschiedene Gewindespindeln gehören können. Mit einem solchen Baukastensystem lassen sich auf einer Grundplattenanordnung Führungskörper in verschiedenen Distanzen zueinander anordnen, womit die Spannung unterschiedlicher Werkstücke möglich wird.
Zu dem Spannvorrichtungs-Baukastensystem können außerdem unterschiedliche Backen und/oder mehrere unterschiedliche Führungskörper insbesondere unterschiedlich breite Führungskörper gehören.
Zu dem Baukastensystem kann außerdem ein Lagerkörper gehören, der mit eigenen Fußbolzen auf der Grundplattenanordnung verankerbar ist und in dem die Gewindespindel axial fest dabei jedoch leicht drehbar gelagert ist.
Alternativ kann die Gewindespindel Lagerschultern aufweisen, denen Axiallagerflächen zugeordnet sind, die an den Führungskörpern angeordnet sind. Die Gewindespindel ist dann axial spielfrei zwischen den Führungskörpern gelagert. Auch hierbei ist eine geringe federnde Nachgiebigkeit der Fußbolzen in Radialrichtung vorteilhaft. Eine Nachgiebigkeit im Bereich einiger Tausendstel oder weniger hundertstel Millimeter vermeidet jedenfalls ein Klemmen der Gewindespindel ohne dass diese zwischen den Führungskörpern ein Axialspiel haben müsste.
Weitere Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Figurenbeschreibung oder Unteransprüchen. Es zeigen:

1 die erfindungsgemäße Spannvorrichtung, in schematisierter Perspektivdarstellung,
2 die Spannvorrichtung nach 1, in Vertikalschnittdarstellung (vereinfacht),
3 zwei Backen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit einer Veranschaulichung des vorhandenen Backen-Drehspiels,
4 einen Backen, in ausschnittsweiser vergrößerter Darstellung zur Veranschaulichung des zweiten Rasters indem die Haltezähne angeordnet sind,
5 ein von vielen möglichen Anordnungen der Führungskörper der Spannvorrichtung zur Veranschaulichung der vorhandenen Anordnungsmöglichkeiten,
6 eine Grundplattenanordnung mit Spannöffnungen in schematisierter Draufsicht
7 die Spannvorrichtung in einer schematisierten Vertikalschnittdarstellung zur Maßveranschaulichung.

In 1 ist eine Spannvorrichtung 10 veranschaulicht, die zum Spannen von nicht weiter veranschaulichten Werkstücken, beispielsweise zur mechanischen Bearbeitung derselben dient. Zu der Spannvorrichtung 10 gehört eine Grundplattenanordnung 11 mit wenigstens einer Bezugsebenenplatte 12 und gegebenenfalls weiteren Bezugsebenenplatten 13, 14, 15, die in einer Ebene aneinander gelegt sind. Die bezugsebene Platte 12 weist eine ebene Spannfläche 16 auf, so, wie auch alle anderen Bezugsebenenplatten 13, 14, 15 Spannflächen aufweisen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen. In jeder Bezugsebenenplatte 12, 13, 14, 15 sind Spannöffnungen 17, 18 ausgebildet, die in einem ersten in 1 strichpunktiert dargestellten Raster R1 angeordnet sind. Das erste Raster R1 erstreckt sich über alle Bezugsebenenplatten 12 bis 15 mit einem einheitlichen Rastermaß R, wodurch ein Quadratraster gebildet ist. Das Raster R1 kann auch ein Rechteckraster mit zwei unterschiedlichen Rastermaßen Ry, Rx oder ein anderweitiges Raster (Dreieckraster, Sechseckraster oder ähnliches) sein kann. Das erste Raster R1 weist ein Längs-Rastermaß Ry und ein Quer-Rastermaß Rx auf, die in zueinander rechtwinkliger Richtung zu messen sind. Die Rastermaße Ry und Rx können gleich oder unterschiedlich sein.
Zu der Spannvorrichtung 10 gehören außerdem zwei Führungskörper 20, 21, die zusammen eine Führungseinrichtung 22 bilden. Die beiden Führungskörper 20, 21 legen zusammen eine Führungsrichtung X fest, die quer zu der Richtung verläuft, in der das Rastermaß R oder Ry zu messen ist.
An jedem Führungskörper 20, 21 ist ein Backen 23, 24 in Führungsrichtung X verschiebbar gelagert. Dazu übergreifen die Backen 23, 24 den jeweiligen Führungskörper 20, 21 und fassen mit Vorsprüngen in entsprechende an den äußeren Flanken der Führungskörper 20, 21 vorgesehenen Führungsnuten. Diese Bauform gestattet die Ausbildung besonders kompakter Führungskörper 20, 21 und eine gute Kontrolle über das Drehspiel jedes Backens 23, 24 um seine Hochachse H bei zugleich kurzer Führungslänge (Eingriffslänge zwischen Backen 23 und Führungskörper 20).
Die beiden Führungskörper 20, 21 weisen an ihrer unteren, der Grundplattenanordnung 11 zugewandten Seite, jeweils vorzugsweise eben ausgebildete Grundflächen 25, 26 auf, von denen sich Fußbolzen 27, 28 weg erstrecken. Die Fußbolzen 27, 28 liegen im Raster R1. Dazu sind sie jeweils paarweise in einem Abstand zueinander angeordnet, der dem Rastermaß Ry sowie Rx oder bei quadratischem Raster dem allgemeinen Rastermaß R entspricht.
Wie 2 veranschaulicht, passen die Fußbolzen 27, 28 deswegen mit geringem Radialspiel S in die Spannöffnungen 17, 18. Eine Festzieheinrichtung 29, die zum Beispiel zwei voneinander weg spreizbare Spannschieber 30, 31 umfasst, ist dazu eingerichtet, in eine sich zu ihrem Boden hin verjüngende Ringnut zu drücken und die Fußbolzen 27, 28 dadurch mit einer radial wirkenden Kraft zu beaufschlagen. Es entsteht durch die konische Ausbildung der Flanke der Ringnut des Fußbolzens 27, 28 zugleich eine axiale, die Fußbolzen 27, 28 in die Spannöffnung 17, 18 hineinziehende Kraft. Dadurch wird die Grundfläche 25 an die Spannfläche 16 angepresst. Zugleich können sich die Fußbolzen 27, 28 leicht elastisch deformieren, so dass sie mit ihren Köpfen an entsprechenden Anlageflächen 32, 33 in Anlage kommen. Die Anlageflächen 32, 33 sind zylinderschalenförmig ausgebildet und werden durch Abschnitte der Wandungen Spannöffnungen 17, 18 gebildet. Diese Abschnitte erstrecken sich nur über einen Teil des Umfangs der Spannöffnung, umschließen diese jedoch nicht.
Die beiden Backen 23, 24 weisen jeweils eine Spannfläche 34, 35 auf, die parallel zueinander orientiert sind und aufeinander hin weisen. Die Spannflächen 34, 35 sind vorzugsweise oberhalb einer Werkstückauflagefläche 36, 37 angeordnet. Die beiden Werkstückauflageflächen 36, 37 der beiden Backen 23, 24 sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Die Werkstück-Spannflächen 34, 35 sind mit Formschlusselementen in Gestalt von Spannzähnen 38 versehen, die, wie insbesondere 2 zeigt, in einem zweiten Raster R2 angeordnet sind. Das Raster R2 weist, wie 4 zeigt, ein Rastermaß RZ auf, das von den einheitlichen Mittenabständen der Haltezähne 38 festgelegt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rastermaß Ry des ersten Rasters R1 ein ganzteiliges Vielfaches des zweiten Rastermaßes RZ. Dies ermöglicht auf besonders einfache und übersichtliche Weise die Spannung von Werkstücken mit mehreren parallel angeordneten Spanneinrichtungen, zum Beispiel nach dem Vorbild nach 5. Es sind dort lediglich die Führungskörper 20, 21 einer ersten Spannvorrichtung 10 und Führungskörper 20a, 20b, sowie 21a, 21b einer zweiten Spannvorrichtung 10' veranschaulicht, die zueinander parallele Spannrichtungen Xa, Xb aufweisen. Weil das erste Rastermaß R dort gewissermaßen im zweiten Rastermaß RZ liegt, fassen die Zähne der Backen der Führungsvorrichtung 10' in eine Reihe von Vertiefungen an dem Werkstück, die alle im gleichen Abstand zueinander, d.h. in dem einheitlichen Raster R2 angeordnet sind.
Zu der Spannvorrichtung 10 gehört außerdem eine Betätigungseinrichtung 39, die beispielsweise durch eine Gewindespindel 40 gebildet sein kann. Diese besteht aus einem zwischen den beiden Führungskörpern 20, 21 angeordneten Wellenabschnitt 41, von dem sich mit Außengewinde versehene Gewindespindelabschnitte 42, 43 weg erstrecken. Der Gewindespindelabschnitt 42 trägt Rechtsgewinde und der Gewindespindelabschnitt 43 trägt Linksgewinde. Eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Entsprechende Gewinde sind in den Backen 23, 24 vorgesehen. Der Wellenabschnitt 42 weist stirnseitige Drucklagerflächen 44, 45 auf, die an entsprechenden an den Führungskörpern 20, 21 vorgesehenen Lagerflächen anliegen, um den Wellenabschnitt 41 axial spielfrei drehbar zwischen einander zu lagern.
Die Länge der Gewindespindel 40 begrenzt die maximale Distanz der beiden Backen 23, 24 voneinander und somit die Größe des zu spannenden Werkstücks. Insbesondere bei relativ großen Abständen kommt es dabei darauf an, dass die Backen 23, 24 einerseits eine gewisse Drehbeweglichkeit oder ein Drehspiel um ihre Hochachse H (1) aufweisen, wobei andererseits dieses Drehspiel, projiziert auf die gegenüber liegende Backe gemäß 3, das Rastermaß RZ nicht überschreiten soll. Es gilt deswegen, wenn 1 der Maximalabstand der beiden Spannflächen 34, 35 voneinander ist, dass der Winkel α sich wie folgt berechnet. $α = arctan RZ / L$
Diese Verhältnisse sind in 3 veranschaulicht.
Vorzugsweise ist die Länge der Gewindespindel 40 und dabei insbesondere ihr Wellenabschnitt 41 in besonderer Weise auf das erste Raster R1 abgestimmt. Zur Veranschaulichung wird auf 7 verwiesen, die zeigt, wie der Wellenabschnitt 41 zwischen stirnflächenseitig angeordneten Lagerflächen der Führungskörper 20, 21 positioniert ist. Die Drucklagerflächen 44, 45 liegen spielfrei an den entsprechenden Lagerflächen der Führungskörper 20, 21 an und zwar unabhängig von der Spannrichtung der Festzieheinrichtungen wie sie in 6 veranschaulicht sind.
Die Fußbolzen 28, 28a der beiden Führungskörper 20, 21 haben in ihren jeweiligen Spannöffnungen 18, 18a ein in 7 vollkommen übertrieben dargestelltes Radialspiel. Der Durchmesser d des Standfußes 28 (ebenso 28a) ist um einige Hundertstel Millimeter geringer als der Durchmesser D der entsprechenden Spannöffnung 18 und entsprechend 18a.
Je nach dem in welche Spannöffnung der Grundplattenanordnung 11 der Fußbolzen 28 beim Spannvorgang in der Zeichenebene der 7 nach rechts, nach links oder vom Betrachter weg oder auf den Betrachter hin gespannt wird. Entsprechendes gilt für den Fußbolzen 28a. Werden die Fußbolzen 28, 28a aufeinander zu gespannt, nehmen sie, wenn die Gewindespindel 40 fehlt, einen Abstand ein, der dem Rastermaß Rx minus der Durchmesserdifferenz D-d entspricht. Werden die Fußbolzen 28, 28a jedoch voneinander weg gespannt, beträgt ihr Mittenabstand in gespanntem Zustand Rx plus D-d. Der Wellenabschnitt 41 weist nun zwischen seinen Drucklagerflächen 44, 45 eine axiale Länge A auf, der so groß ist, dass er die Führungskörper 20, 21 auf einen Fußabstand von Rx plus D-d drängt. Mit anderen Worten, der Wellenabschnitt 41 ist um die Durchmesserdifferenz D-d länger als er für das exakte Rastermaß Rx sein müsste. Damit wird sichergestellt, dass die Gewindespindel 40 in allen Spannsituationen axial spielfrei gehalten ist. Die Elastizität der Fußbolzen 28, 28a (und alle anderen Fußbolzen) stellt dabei sicher, dass die Gewindespindel 40 nicht drehfest festgeklemmt wird.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Backen 23, 25 an dem Führungskörper 20, 21, wie 2 veranschaulicht, ein seitliches Spiel SB aufweisen. Dies hat insbesondere dann Bedeutung, wenn zu der Spannvorrichtung ein oder mehrere Führungskörper gehören, bei denen der Abstand zwischen zwei Fußbolzen 27, 28 ein ganzteiliges Vielfaches des Rastermaßes R beträgt. Es wird dazu auf 6 verwiesen, die in dem ersten Raster R1 angeordnete Spannöffnungen zeigt. Zwischen den Spannöffnungen 17, 18, 17', 18' sind jeweils Festzieheinrichtungen 29, 29' angeordnet, deren Wirkrichtung durch Pfeile markiert sind. Dabei wirken die Festzieheinrichtungen 29, 29' jeweils spreizend auf in den entsprechenden Spannöffnungen 17, 18; 17', 18' sitzenden Fußbolzen, sodass sich der jeweilige Führungskörper mittig zwischen den Spannöffnungen 17, 18, 17', 18' einfindet. Wird der Führungskörper so positioniert, dass seine Fußbolzen 27, 28, beispielsweise in den Spannöffnungen 18, 17' sitzen, wirken die nun einwärts gedrängten Fußbolzen 27, 28 ebenfalls zentrierend. Um dies zu ermöglichen, sind in den Spannöffnungen 27, 28, wie in 2 angedeutet, den Anlageflächen 32, 33 jeweils diametral gegenüber liegende weitere Anlageflächen 32a, 33a angeordnet. Auch diese Anlageflächen 32a, 33a können durch Teile der Bohrungswandung auf der Höhe des Kopfs des jeweiligen Fußbolzens 27, 28 gebildet sein.
Bei Spannkörpern, deren Fußbolzen 27, 28 das doppelte Rastermaß 2R aufweisen, können diese beispielsweise in den Spannöffnungen 18, 18' positioniert werden. Die Fußbolzen 27, 28 werden dann aber nicht gegensinnig, sondern gleichsinnig gespannt. Deswegen erfolgt die Positionierung des Führungskörpers 20 nicht mittig zwischen den beiden Spannöffnungen 18, 18', sondern am Rande des gegebenen Spiels S. Es ist deswegen vorteilhaft, wenn der Backen 23 auf dem Führungskörper 20 wenigstens ein seitliches Spiel SB aufweist, das höchstens halb so groß ist wie das Spiel S (SB ≤0,5*S).
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst eine Grundplattenanordnung mit in einem ersten Raster R1 angeordneten Spannöffnungen 17, 18, wenigstens zwei Führungskörper 20, 21, die untereinander nicht verbunden sind und jeweils Fußbolzen 27, 28 aufweisen, die in das erste von den Spannöffnungen 17, 18 gebildete Raster R1 passen. Zwischen den Führungskörpern 20, 21 ist an den Führungskörpern oder in einem gesonderten Lagerblock eine Betätigungseinrichtung, vorzugsweise in Gestalt einer Gewindespindel 40 axial fest, jedoch drehbar gelagert. Die Gewindespindel betätigt auf den Führungskörpern 20, 21 verschiebbar gelagerte Backen 23, 24. An den Backen 23, 24 sind Spannflächen 34, 35 mit Formschlusselementen 38 angeordnet, die in einem zweiten Raster R2 angeordnet sind. Die Formschlussmittel sind vorzugsweise Haltezähne, die dazu vorgesehen sind, in an dem Werkstück in einem vorbereitenden Arbeitsschritt angebrachte Vertiefungen zu fassen, um das Werkstück gemischt reib- und formschlüssig zu spannen.
Bezugszeichenliste

10: Spannvorrichtung
11: Grundplattenanordnung
12 - 15: Bezugsebenenplatte(n)
16: Spannfläche
17, 18: Spannöffnung (auch 17', 18')
R1: erstes Raster
R, Ry, Rx: erstes Rastermaß
20, 21: Führungskörper
22: Führungseinrichtung
X: Führungsrichtung
23, 24: Backen
25, 26: Grundflächen der Führungskörper 20, 21
27, 28: Fußbolzen
S: Radialspiel
29: Festzieheinrichtung (auch 29')
30, 31: Spannschieber
32, 33: Anlageflächen (auch 32a, 33a)
34, 35: Werkstück-Spannflächen
36, 37: Werkstück-Auflageflächen
38: Haltezahn
R2: zweites Raster
RZ: zweites Rastermaß
39: Betätigungseinrichtung
40: Gewindespindel
41: Wellenabschnitt
42: Gewindespindelabschnitt, Rechts- oder Linksgewinde
43: Gewindespindelabschnitt, Links- oder Rechtsgewinde
44, 45: Drucklagerflächen
H: Hochachse
1: Maximaler Abstand der Spannflächen 34, 35 voneinander
α: Winkel
A: axiale Länge des Wellenabschnitts 41

Claims

Spannvorrichtung (10) insbesondere zum Spannen von Werkstücken zur mechanischen Bearbeitung, mit einer Grundplattenanordnung (11), die wenigstens eine Bezugsebenenplatte (12) mit einer ebenen Spannfläche (16) und mit mehreren in einem ersten Raster (R1) angeordneten Spannöffnungen (17, 18) aufweist, wobei jede Spannöffnung (17, 18) jeweils eine Anlagefläche (32, 33) und dieser gegenüberliegend eine Festzieheinrichtung (31) aufweist, mit einer Führungseinrichtung (22), die einen ersten Führungskörper (21), der einen ersten Backen (23) trägt, und einen zweiten Führungskörper (22) aufweist, der einen zweiten Backen (24) trägt, wobei die Führungskörper (21, 22) eine Führungsrichtung (X) festlegend ausgebildet sind und jeweils eine Grundfläche (25, 26) aufweisen, mit Fußbolzen (27, 28), die zueinander parallel orientiert und von der Grundfläche (25, 26) jedes Führungskörpers (20, 21) weg ragend jeweils zu dem ersten Raster (R1) passend angeordnet sind, so dass jeder Fußbolzen (27, 28) in einer Spannöffnung (17, 18) sitzt, wenn die Führungseinrichtung (22) auf der Grundplattenanordnung (11) angeordnet ist, wobei die Festzieheinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, die in der Spannöffnung (17, 18) positionierten Fußbolzen (27, 28) in der Spannöffnung (17, 18) zu arretieren, mit wenigstens zwei Backen (23, 24), die an der Führungseinrichtung (22) in der Führungsrichtung (X) beweglich gelagert sind und die jeweils eine mit Formschlusselementen (38) versehene Spannfläche (34, 35) aufweisen, wobei die Formschlusselemente (38) in einem zweiten Raster (R2) angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung (39), die dazu eingerichtet ist, die Backen (23, 24) voneinander weg und aufeinander zu zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Raster (R1) ein erstes Rastermaß (R, Ry, Rx) und das zweite Raster (R2) ein zweites Rastermaß (RZ) aufweist und dass das erste Rastermaß (R, Ry, Rx) ein ganzzahliges Vielfaches des zweiten Rastermaßes (RZ) ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, den in der Spannöffnung (17, 18) positionierten Fußbolzen (27, 28) mit einer gegen die Anlagefläche (32, 33) gerichteten Kraft zu beaufschlagen, um den Fußbolzen (27, 28) an die Anlagefläche (32, 33) anzulegen, und dass die Festzieheinrichtung (29) weiter dazu eingerichtet ist, den in der Spannöffnung (17, 18) positionierten Fußbolzen (27, 28) mit einer Axialzugkraft zu beaufschlagen, um die Grundfläche (25) gegen die Spannfläche (16) spannen.
Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rastermaß (RZ) zwischen 2,5 mm und 3,5 mm festgelegt ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (23) mit einer Gewindespindel (40) in Eingriff stehend angeordnet sind, durch deren Drehung die Backen (23, 24) aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, wobei die Länge der Gewindespindel (40) den maximalen Backenabstand (1) festlegt.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Backen (23, 24) auf seinem Führungskörper (20, 21) ein Drehspiel (α) aufweist, das kleiner ist, als der Arkustangens aus dem Quotienten aus dem halben Rastermaß (RZ) des zweiten Rasters (R2) und dem maximalen Backenabstand.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Backen (23, 24) auf seinem Führungskörper (20, 21) ein Drehspiel aufweist, das größer ist als 5%, vorzugsweise größer als 10%, weiter vorzugsweise größer als 20% des Arkustangens aus dem Quotienten aus dem halben Rastermaß (RZ) des zweiten Rasters (R2) und dem maximalen Backenabstand (1).
Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fußbolzen (27, 28) in der Spannöffnung (17, 18) ein Radialspiel (S) aufweist und dass jeder Backen (23, 24) auf seinem Führungskörper (20, 21) ein Querspiel aufweist und dass das Querspiel wenigstens halb so groß ist, wie das Radialspiel (S).
Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fußbolzen (27, 28) in der Spannöffnung (17, 18) ein Radialspiel (S) aufweist und dass jeder Backen (23, 24) auf seinem Führungskörper (20, 21) ein Querspiel (SB) aufweist und dass das Querspiel (SB) höchstens so groß ist, wie das Radialspiel (S).
Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (39) eine Gewindespindel (40) aufweist, die den Abstand zwischen den beiden Führungskörpern (20, 21) überbrückt und an diesen gelagert ist.
Spannvorrichtungs-Baukastensystem mit einer Spannvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit mehreren sich wenigstens durch ihre Länge voneinander unterscheidenden Gewindespindeln (40).
Spannvorrichtungs-Baukastensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere unterschiedliche Backen (23, 24) und/oder mehrere unterschiedliche Führungskörper (20, 21) aufweist.