DE102020101222A1

DE102020101222A1 - Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken und Werkstückträgern

Info

Publication number: DE102020101222A1
Application number: DE102020101222.5A
Authority: DE
Inventors: David Winterer
Original assignee: Mbl Maschb Leipzig GmbH; Mbl Maschinenbau Leipzig GmbH
Current assignee: Mbl Maschb Leipzig GmbH; Mbl Maschinenbau Leipzig GmbH
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Die Erfindung stellt eine Spanneinrichtung (100) zum Spannen von Werkstücken bereit, aufweisend eine Grundplatte (20), die eine ebene Spannfläche (21) und wenigstens zwei Spannöffnungen (21 und 22) aufweist; eine Spannplatte (10), die eine auf die Spannfläche (21) aufzusetzende ebene Grundfläche (11) und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) aufweist, die den Spannöffnungen (22 und 23) zugeordnet sind; und eine Festzieheinrichtung (40); dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Spannfläche (21) an den Rändern der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) jeweils eine keilförmige Aussparung (26) aufweist; die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) einen Konus (16) aufweisen; und die Festzieheinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, die Spann- und Positionierbolzen (22, 23 ) mit einer Axialkraft zu beaufschlagen, um mittels der Axialkraft die Grundfläche (11) der Spannplatte (10) gegen die Spannfläche (21) der Grundplatte (20) zu pressen, wobei die Spanneinrichtung (100) so eingerichtet ist, dass der Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) derart in die keilförmige Aussparung (26) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) gezogen wird, dass ein Formschluss zwischen dem Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) und der keilförmigen Aussparung (25) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22, 23) der Grundplatte (20) hergestellt wird.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Spann- und Positionierbolzen und eine Grundplatte für das herstellen einer formschlüssigen Verbindung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken, aufweisend eine Grundplatte, die eine ebene Spannfläche und wenigstens zwei Spannöffnungen aufweist; eine Spannplatte, die eine auf die Spannfläche aufzusetzende ebene Grundfläche und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen aufweist, die den Spannöffnungen der Grundplatte zugeordnet sind; und eine Festzieheinrichtung.
Stand der Technik
In der Praxis, in der heutzutage die automatisierte Fertigung von Produkten vorherrscht, kommt es häufig darauf an, Werkstücke oder einen Werkstückträger mit Werkstück wiederholgenau spannen zu können. Um den Anforderungen des wiederholgenauen Spannens gerecht zu werden, wurden sogenannte Nullpunktspannsysteme entwickelt. Unter Nullpunktspannsystem ist ein System zum genauen, schnellen, einfachen und variablen spannen von Bauteilen über Spannzapfen und Spannbuchsen mittels Hydraulik oder Pneumatik zu verstehen. Dabei hilft das System, die Rüst- und Maschinenstillstandzeiten zu reduzieren und dadurch eine höhere Effektivität der Bearbeitungszeit von Werkstücken zu realisieren. Die Bearbeitungszeit der Werkstücke auf der Maschine kann durch den Einsatz eines Nullpunktspannsystems beispielsweise genutzt werden, um während der Maschinenlaufzeit eine zweite (dritte, weitere, ...) Palette außerhalb der Maschine einzurichten. Die Genauigkeit bekannter Systeme beträgt weniger als 0,005 mm und es können dabei Spannkräfte von bis zu 300.000 N erreicht werden. Nullpunktspannsysteme steigern die Produktivität: Da der Referenzpunkt immer festgelegt ist, können Werkstücke, Vorrichtungen und Spannmittel in einem Arbeitsgang bis auf wenige µ wiederholsicher gespannt und auch auf unterschiedlichen Maschinen bearbeitet werden. Durch den Einsatz von Nullpunktspannsystemen können in metallverarbeitenden Betrieben bis zu 90 Prozent der Rüstkosten eingespart werden.
Beim wiederholgenauen Spannen kommt es insbesondere darauf an, die betreffenden Werkstückträger in sechs Freiheitsgraden, d.h. in drei Linearkoordinaten X, Y, Z und in drei Schwenkrichtungen (Schwenkbewegung um die X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse) präzise positionieren zu können. Diesbezüglich weisen bekannte Nullpunktspannsysteme jedoch Nachteile auf.
Aus der DE 197 05 684 A 1 ist ein so genannter Einzugsnippel für eine Palette oder Aufspannplatte zur Halterung von Werkstücken zwecks spanabhebender Bearbeitung bekannt. Der Einzugsnippel weist an seinem oberen Ende einen konischen oder sphärisch gewölbten Abschnitt auf, um an der Aufspannplatte oder -palette etwas beweglich gelagert zu werden. Er ist an dieser mittels eines komplemen-tär geformten Rings fest gespannt. Von der Palette erstreckt sich der Einzugsnippel mit einem zylindrischen Fortsatz nach unten, wobei er an seiner Mantelfläche mit einer ringsum laufenden Ausnehmung versehen ist. Diese dient dem Ansatz von Spannmitteln, mit denen der Einzugsnippel nach unten gezogen wird, so dass sich die Palette mit ihrer Unterseite gegen eine Spannplatte anlegt. Die Palette wird dadurch spielfrei festgelegt, wobei jedoch eine genaue Ausrichtung derselben nicht stattfindet.
Aus der DE 101 55 077 B4 ist einer Festzieheinrichtung bekannt, die eine Spannplatte mit Hilfe mehrerer Spann- und Positionierbolzen mit einer Axialkraft und einer überlagerten Radialkraft gegen eine Bezugsebenenplatte spannt. Durch die Einwirkung der Radialkraft werden sich gegenüber liegende Spannbolzen voneinander weg gespannt, und zwar derart, dass die Festzieheinrichtung die Spannbolzen von einem Spannzentrum radial weg gerichtet spannt. Es kommt dabei zu einem leichten „Verbiegen“ der Spannbolzen. Es hat sich herausgestellt, dass dieses Verbiegen der Spannbolzen nicht immer wiederholgenau gewährleistet werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Davon ausgehend bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Spannsystem bereitzustellen, dass die Nachteile des Standes der Technik überwindet und die gewachsenen Anforderungen an eine hohe Spannwiederholgenauigkeit beim Einspannen von Werkstücken oder Werkstückträgern zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken oder Werkstückträgern nach Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung weist insbesondere auf:

• eine Grundplatte, die eine ebene Spannfläche und wenigstens zwei Spannöffnungen aufweist,
• eine Spannplatte, die eine auf die Spannfläche aufzusetzende ebene Grundfläche und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen aufweist, die den Spannöffnungen zugeordnet sind; und
• eine Festzieheinrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass
• die ebene Spannfläche an den Rändern der wenigstens zwei Spannöffnungen jeweils eine keilförmige Aussparung aufweist;
• die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen einen Konus aufweisen;
• die Festzieheinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Spann- und Positionierbolzen mit einer Axialkraft zu beaufschlagen, um mittels der Axialkraft die Grundfläche der Spannplatte gegen die Spannfläche der Grundplatte zu pressen, wobei die Spanneinrichtung so eingerichtet ist, dass der Konus der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen derart in die keilförmige Aussparung der wenigstens zwei Spannöffnungen gezogen wird, dass ein Formschluss zwischen dem Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Grundplatte hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Spannsystem weist eine Grundplatte mit einer ebenen Spannfläche auf, die Spannöffnungen für die Aufnahme von Spann- und Positionierbolzen enthalten. Die Spannöffnungen sind im Wesentlichen senkrecht zur Spannfläche in die Grundplatte eingebracht. Das erfindungsgemäße Spannsystem weist wenigstens zwei Spannöffnungen, vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Spannöffnungen, besonders bevorzugt 2, 4, oder 6 Spannöffnungen, insbesondere bevorzugt 2 oder 4 Spannöffnungen auf. Entsprechend weist das erfindungsgemäße Spannsystem wenigsten zwei Spann- und Positionierbolzen, vorzugsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Spann- und Positionierbolzen, besonders bevorzugt 2, 4, oder 6 Spann- und Positionierbolzen, insbesondere bevorzugt 2 oder 4 Spann- und Positionierbolzen auf. Die Spann- und Positionierbolzen und die Spannöffnungen sind so gefertigt, dass die Spann- und Positionierbolzen mit hoher Präzision, d.h. im Wesentlichen ohne Spiel, in die Spannöffnungen einführbar sind.
Sowohl die Spannfläche als auch die Grundfläche können durch mehrere, jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächenbereiche gebildet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn nur geringe Spannkräfte zu übertragen sind. Sind die Spannfläche und die Grundfläche jedoch jeweils als durchgehende, zusammenhängende Fläche ausgebildet, können besonders große Kräfte übertragen werden. Es ergibt sich eine moderate Flächenpressung, was die Übertragung hoher Kräfte ermöglicht. Außerdem ergibt sich eine höhere Haftreibung zwischen den beteiligten Flächen, was wiederum eine Übertragung großer Kräfte auch in Richtung parallel zu der Spannfläche und der Grundfläche ermöglicht.
Die Spannplatte wird von einer Festzieheinrichtung gegen die Spannfläche der Grundplatte gepresst. Die Bildung des Formschlusses zwischen dem Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Grundplatte durch die Einwirkung der von der Festzieheinrichtung erzeugten Axialkraft hat dabei den Vorteil, dass ohne Notwendigkeit der Einwirkung einer überlagerten Radialkraft ein wiederholgenaues Einspannen von Werkstücken oder Werkstückträgern in das erfindungsgemäße Spannsystem ermöglicht wird. Der Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Grundplatte sind mit einer solchen Genauigkeit bearbeitet, dass sie wiederholbar die Positionierung der Werkstücke oder der Werkstückhalter mit der gewünschten Genauigkeit und Präzision ermöglichen. Die Spannplatte dient als Träger von zu bearbeitenden Werkstücken oder kann einen Werkstückhalter für Werkstücke enthalten.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Spanneinrichtung so eingerichtet ist, dass der Formschluss zwischen dem Konus der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen eines Werkstücks oder Werkstückträgers und der keilförmigen Aussparung der wenigstens zwei Spannöffnungen in der Grundplatte selbsthemmend ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Konus der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen und die keilförmige Aussparung der wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte einen kleineren Halbwinkel als der Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen Konus und der Spannplatte mit einem Werkstück aufweisen. Die Festzieheinrichtung schließt vorzugsweise das Spannsystem nur mit Axialkraft durch Einziehen der Spann- und Positionierbolzen in die Spannöffnungen der Grundplatte nur in die Z-Achse, wodurch gleichzeitig der selbsthemmende Reibewiderstand des Konus aktiviert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung eine zylinderförmige Aussparung mit Wandungen und die wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte am Boden einen Zentrierstift auf, wobei der Zentrierstift in einer zylinderförmigen Hülse mit Außenflächen enthalten ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen und die wenigstens zwei Spannöffnungen beim Einspannen der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen derart zusammenwirken, dass die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen mit deren zylinderförmiger Aussparung jeweils auf die zylinderförmige Hülse am Boden der wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte gesteckt werden. Die zylinderförmige Aussparung der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen und die zylinderförmige Hülse am Boden der wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte sind mit einer solchen Genauigkeit hergestellt, dass sie wiederholbar die Positionierung der Werkstücke oder der Werkstückhalter mit der gewünschten Genauigkeit und Präzision ermöglichen. Vorzugsweise ist die Steckverbindung zwischen der zylinderförmigen Aussparung der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen und der zylinderförmigen Hülse am Boden der wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte formschlüssig. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zusätzlich zu der Bildung des Formschlusses zwischen dem Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Grundplatte durch die Einwirkung der von der Festzieheinrichtung erzeugten Axialkraft ein wiederholgenaues Einspannen von Werkstücken oder Werkstückträgern in das erfindungsgemäße Spannsystem ermöglicht wird, und zwar ohne Notwendigkeit der Einwirkung einer überlagerten Radialkraft, d.h. diese Ausführungsform der Erfindung unterstützt die Wirkung des Formschlusses zwischen dem Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Grundplatte durch Ausbildung eines weiteren Formschlusses zwischen der zylinderförmigen Aussparung der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen und der zylinderförmigen Hülse am Boden der wenigstens zwei Spannöffnungen der Grundplatte.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Festzieheinrichtung der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung so eingerichtet ist, dass die Spann- und Positionierbolzen mit einer zusätzlichen Radialkraft beaufschlagt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels der Festzieheinrichtung die Wandungen der zylinderförmigen Aussparung der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen gegen die Außenflächen der zylinderförmigen Hülse der wenigstens zwei Spannöffnungen am Boden der Grundplatte gedrückt werden. Dadurch wird die Haftreibung zwischen den Spann- und Positionierbolzen und der zylinderförmige Hülse in den Spannöffnungen am Boden der Grundplatte weiter erhöht, um ausreichend hohe Spannkräfte für das Festhalten von Werkstücken bzw. Werkstückträgern in der Spanneinrichtung zu gewährleisten.
Die Spann- und Positionierbolzen und die Spannöffnungen der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung können jede geometrische Form aufweisen, vorausgesetzt, dass die geometrischen Formen derart miteinander kompatibel sind, dass die Spann- und Positionierbolzen mit hoher Präzision in die Spannöffnungen einführbar sind. Vorzugsweise weisen die Spann- und Positionierbolzen eine zylindrische Grundform auf. Entsprechend ist es bevorzugt, wenn die Spannöffnungen Bohrungen sind, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Spann- und Positionierbolzen der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung weisen in einer weiteren Ausführungsform eine Spannausnehmung auf, in die Spannelemente der Festzieheinrichtung eingreifen können. Die Spannausnehmung der Spann- und Positionierbolzen kann jede geometrische Form aufweisen, vorausgesetzt, dass sie mit der geometrischen Form der Spannelemente der Festzieheinrichtung kompatibel sind. Vorzugsweise weist die Spannausnehmung eine keilförmige Form oder die Form eines Kegelstumpfs auf. Entsprechend weisen die Spitzen der Spannelemente der Festzieheinrichtung ein keilförmiges oder Kegelstumpf-förmiges Gegenstück zu den Spannausnehmungen der Spann- und Positionierbolzen auf. Die Spannelemente der Festzieheinrichtung sind vorzugsweise Spannschieber. Die Festzieheinrichtung ist grundsätzlich Bestandteil der Grundplatte.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung einen Spann- und Positionierbolzen bereit, der einen Konus für das Herstellen eines Formschlusses mit einer keilförmigen Aussparung einer Spannöffnung einer Grundplatte; eine Spannausnehmung für das Zusammenwirken mit Spannschiebern einer Spanneinrichtung und eine zylinderförmige Aussparung für das Zusammenwirken mit einer zylinderförmige Hülse in den Spannöffnungen einer Grundplatte aufweist.
Die Spann- und Positionierbolzen gemäß der Erfindung können durch Formschluss in die Spannplatte einsteckbar sein. Alternativ oder zusätzlich können die Spann- und Positionierbolzen eine Öffnung für das Befestigen des Spann- und Positionierbolzens an einer Spannplatte aufweisen. Diese Öffnungen können beispielsweise ein Gewinde für das Herstellen einer Schraubverbindung zwischen Spann- und Positionierbolzen und der Spannplatte aufweisen. Grundsätzlich können die Spann- und Positionierbolzen auf jede technisch sinnvolle Art und Weise und der Spannplatte befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Grundplatte, aufweisend eine ebene Spannfläche und wenigstens zwei Spannöffnungen; eine Festzieheinrichtung, wobei die wenigstens zwei Spannöffnungen am Boden einen Zentrierstift aufweisen, wobei der Zentrierstift in einer zylinderförmigen Hülse mit Außenflächen enthalten ist; dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Spannöffnungen eine keilförmige Aussparung für das Herstellen eines Formschlusses mit einem Konus der Spann- und Positionierbolzen aufweisen. Der Zentrierstift dient als Vorzentrierungseinrichtung für die Spann- und Positionierbolzen, um die Spann- und Positionierbolzen zu Beginn des Spannvorgangs etwa mittig in der jeweiligen Spannöffnung zu positionieren. Dies kann dazu beitragen, die Belastung der Spann- und Positionierbolzen zu reduzieren.
Die beschrieben Ausbildungen der Spann- und Positionierbolzen und der Grundplatte der gemäß der Erfindung erlauben die Bildung eines Formschlusses zwischen dem Konus der Spann- und Positionierbolzen und der keilförmigen Aussparung der Spannöffnungen der Grundplatte durch die Einwirkung der von der Festzieheinrichtung erzeugten Axialkraft. Dies hat den Vorteil, dass ohne Notwendigkeit der Einwirkung einer überlagerten Radialkraft ein wiederholgenaues Einspannen von Werkstücken oder Werkstückträgern in das erfindungsgemäße Spannsystem ermöglicht wird.
Als Festzieheinrichtung in der Grundplatte kann jede herkömmliche, dem Fachmann bekannte Festzieheinrichtung verwendet werden. Eine Festzieheinrichtung wird beispielsweise in der DE 101 55 077 B4 offenbart. Diese umfasst mehrere Spannschieber. Vorzugsweise ist jedem Spannbolzen jeweils ein Spannschieber zugeordnet, der den jeweiligen Spann- und Positionierbolzen erfindungsgemäß nur mit einer Axialkraft, oder alternativ mit einer Axial- und Radialkraft beaufschlagt. Die Spannschieber werden zueinander synchron angetrieben, um die Spann- und Positionierbolzen gleichzeitig, d.h. synchron zu spannen. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Zentrierung der Spannplatte mit hoher Präzision schon ganz zu Beginn des Spannvorgangs eintritt, so dass Mikrorutschbewegungen zwischen der Spannplatte und der Spannfläche der Grundplatte nicht mehr auftreten, nachdem die Spannbolzen mit Axialkraft beaufschlagt sind.
Zum Antrieb der Spannschieber kann sowohl ein Keilgetriebe als auch ein hydraulisches Getriebe dienen. Beide werden vorzugsweise von einer einzigen Antriebsquelle angetrieben.
In einer anderen Ausführungsform kann die Festzieheinrichtung beispielsweise in einer Art Schlossystem ausgeführt sein und zwei Verschlussschieber aufweisen, die, bei Vorhandensein von vier Spann- und Positionierbolzen, vier Spannschieber bewegen. Die beiden Verschlussschieber können mit einer gegenläufigen Gewindespindel angetrieben werden. Dadurch besteht die Mechanik nur aus wenigen Bauteilen und hat dadurch nur minimale Reibungsverluste. Eine Verstärkung der Einzugskräfte für das wiederholgenaue und sichere Spannen kann zusätzlich durch eine 30° - Anordnung der Verschluss-Kraftlinien innerhalb der Mechanik bewirkt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens einem, vorzugsweise aber jedem Spann- und Positionierbolzen eine Abdrückeinrichtung zugeordnet, die den Spann- und Positionierbolzen mit einer Axialkraft vorspannt, die aus der Spannöffnung herausgerichtet ist. Dies unterstützt das Abheben der Spannplatte von der Grundplatte nach dem Lösen der Festzieheinrichtung.
Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung kommt in Maschinen jeglicher Art zum Einsatz, die für die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere die spanende Bearbeitung von Werkstücken, geeignet sind. Vorzugsweise kommt die erfindungsgemäße Spanneinrichtung in automatisierten Vorrichtungen zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken zum Einsatz, in denen eine Serienfertigung einer hohen Anzahl identischer Werkstücke gefertigt werden soll.
Die Erfindung betrifft deshalb in einer weiteren Ausführungsform eine Vorrichtung zur automatisierten Bearbeitung von Werkstücken, umfassend die erfindungsgemäße Spanneinrichtung. Dabei enthält die Vorrichtung vorzugsweise mehrere erfindungsgemäße Spanneinrichtungen, beispielsweise 2 bis 50 Spanneinrichtungen, vorzugsweise 5 bis 40 Spanneinrichtungen, besonders bevorzugt 10 bis 30 Spanneinrichtungen, insbesondere bevorzugt 20 Spanneinrichtungen. Die Spanneinrichtungen können in der automatisierten Vorrichtung auf einer Art Karussell angebracht sein, wobei die Spanneinrichtungen mit einem Werkstück nacheinander einem Bearbeitungswerkzeug für eine spanende Bearbeitung zugeführt werden. Das Auswechseln der Spannplatten der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung erfolgt beispielsweise mittels eines Werkstückwechslers. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung ermöglicht dabei ein schnelles, einfaches und variables spannen der Spannplatte mit Werkstücken über die Spann- und Positionierbolzen und die Spannöffnungen, beispielsweise mittels Hydraulik oder Pneumatik oder Mechanik oder Kombinationen davon. Die so gestalteten automatisierten Vorrichtungen haben den Vorteil, dass die Rüst- und Maschinenstillstandzeiten reduziert werden und dadurch eine höhere Effektivität der Bearbeitungszeit von Werkstücken realisiert werden kann, und zwar mit hoher Qualität der Werkstücksbearbeitung, da die erfindungsgemäße Spanneinrichtung mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit beim Spannvorgang arbeit..
Die Erfindung wird anhand mehrerer Zeichnungen näher veranschaulicht. Es zeigen:

1 das erfindungsgemäße Spannsystem mit Spannplatte (1A) und Grundplatte (1B);
2 eine Ausführungsform eines Spann- und Positionierbolzens (2A), einer Spannöffnung (2B) und einer Grundplatte (2C);

1 zeigt die erfindungsgemäße Spanneinrichtung 100 zum Spannen von Werkstücken oder Werkstückträgern, wobei die Spanneinrichtung 100 eine Spannplatte 10 (1A) und eine Grundplatte 20 (1B) aufweist. Die Grundplatte 20 weist eine ebene Spannfläche 21 und wenigstens zwei Spannöffnungen 21 und 22 auf. Die Spannplatte 10 weist eine auf die Spannfläche 21 aufzusetzende ebene Grundfläche 11 und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12 und 13 auf, die den Spannöffnungen 22 und 23 zugeordnet sind. In der Grundplatte ist weiterhin eine Festzieheinrichtung 40 enthalten. Die ebene Spannfläche 21 weist an den Rändern der wenigstens zwei Spannöffnungen 22 und 23 jeweils eine keilförmige Aussparung 26 auf und die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12 und 13 weisen einen Konus 16 auf. Die Festzieheinrichtung 40 ist dazu eingerichtet, die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 22 und 23 mit einer Axialkraft zu beaufschlagen, um mittels der Axialkraft die Grundfläche 11 der Spannplatte 10 gegen die Spannfläche 21 der Grundplatte 20 zu pressen, wobei der Konus 16 der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 derart in die keilförmige Aussparung 26 der wenigstens zwei Spannöffnungen 22 und 23 gezogen wird, dass ein Formschluss zwischen dem Konus 16 der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 und der keilförmigen Aussparung 25 Spannöffnungen 22, 23 der Grundplatte 20 hergestellt wird. Der Formschluss zwischen dem Konus 16 der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 und der keilförmigen Aussparung 26 der wenigstens zwei Spannöffnungen 22 und 23 ist selbsthemmend, wobei der Konus 16 der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 und die keilförmige Aussparung 26 der wenigstens zwei Spannöffnungen 22 und 23 einen kleineren Halbwinkel als der Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen Konus 16 und der Spannplatte 10 aufweisen.
In der in 1A gezeigten Ausführungsform der Spanneinrichtung weisen die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 eine zylinderförmige Aussparung 17 mit Wandungen 18 auf und die wenigstens zwei Spannöffnungen 22, 23 enthalten am Boden einen Zentrierstift 27, 28 wobei der Zentrierstift 27, 28 in einer zylinderförmigen Hülse 31 mit Außenflächen 32 enthalten ist. In 1A ist nur ein Querschnitt der Spannplatte 10 mit zwei Spann- und Positionierbolzen 12, 13 zu sehen. Entsprechend ist 1B ein Querschnitt der Grundplatte mit zwei Spannöffnungen 22, 23 zu sehen. In der Gesamtheit weist die Ausführungsform der Spanneinrichtung 100 jedoch vier Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14 15 mit je einer zylinderförmige Aussparung 17 und mit Wandungen 18 und vier Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 mit je einem Zentrierstift 27, 28, 20, 30 und je einer Hülse 31 mit einer Wandung 32 auf.
Die Spanneinrichtung 100 gemäß der 1 ist so eingerichtet ist, dass die Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 und die Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 beim Einspannen der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 derart zusammenwirken, dass die Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 mit der jeweiligen zylinderförmigen Aussparung 17 auf die entsprechende zylinderförmige Hülse 31 der zughörigen Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 gesteckt werden. Dadurch wird ein zweiter Formschluss zwischen den zueinander gehörigen Aussparungen 17 der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 und den zylinderförmigen Hülsen 31 der zughörigen Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 gebildet. In der hier gezeigten Ausführungsform werden der Spanneinrichtung 100 ist die Festzieheinrichtung 40 so eingerichtet, dass die Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 nicht mit einer zusätzlichen Radialkraft beaufschlagt werden.
Alternativ kann die Festzieheinrichtung 40 der Spanneinrichtung 100 so eingerichtet sein, dass die Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 mit einer zusätzlichen Radialkraft beaufschlagt werden. Dabei werden die Wandungen 18 der zylinderförmige Aussparungen 17 der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 gegen die Außenflächen der zylinderförmigen Hülsen 31 der Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 gedrückt.
Die Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 der Spanneinrichtung 100 haben eine zylindrische Grundform und weisen eine Spannausnehmung 19 auf. Die Spannausnehmung 19 kann, wie hier beispielhaft gezeigt, keilförmig sein oder die Form eines Kegelstumpfes aufweisen.
Wie in 1B zu sehen ist, ist die Festzieheinrichtung (40) in der Grundplatte (20) enthalten und weist Spannschieber 41, 42, 43, 44 auf, die zu den Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 radial verschiebbar gelagert sind. In der in 1B beispielhaft gezeigten Ausführungsform der Grundplatte 20 weisen die Spannschieber 41, 42, 43, 44 jeweils eine keilförmige Spitze 45 auf, die beim Einspannen der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 in den Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 passgenau in die jeweilige Spannausnehmung 19 eingreifen.
2A zeigt eine Ausführungsform der Grundplatte und eines Spann- und Positionierbolzens 12, 13, 14, 15. Der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 weist einen Konus 16 für das Herstellen eines Formschlusses mit einer keilförmigen Aussparung 26 einer Spannöffnung 22, 23, 24, 25 einer Grundplatte 20 auf, sowie eine Spannausnehmung 19 für das Zusammenwirken mit Spannschiebern 41, 42, 43, 44 einer Spanneinrichtung 40. Am unteren Ende (in Richtung Grundplatte gesehen) weist der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 eine zylinderförmige Aussparung 17 für das Zusammenwirken mit einer zylinderförmigen Hülse 31 in den Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 einer Grundplatte 20 auf. Die hier gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, dass sowohl zwischen dem Konus 16 des Spann- und Positionierbolzens 12, 13, 14, 15 und der keilförmigen Aussparung 26 der Grundplatte als auch zwischen der zylinderförmigen Aussparung 17 des Spann- und Positionierbolzens 12, 13, 14, 15 und der zylinderförmigen Hülse 31 am Boden der Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 der Grundplatte 20. Damit werden hohe Haltekräfte erzeugt und gleichzeitig das Einspannen der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 in die Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 der Grundplatte 20 mit hoher Wiederholgenauigkeit und nur mit der Einwirkung von Axialkräften erzeugt. Der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 weist weiterhin eine Öffnung 17.1 für das Befestigen des Spann- und Positionierbolzens 12, 13, 14, 15 an einer Spannplatte 10. Dazu kann der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 in der Öffnung 17.1 ein Innengewinde aufweisen, um über eine Schraubverbindung an der Spannplatte 10 befestigt zu werden.
Alternativ kann der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 an dem zylinderförmigen Teil oberhalb des Konus 17 ein Außengewinde aufweisen, mit Hilfe dessen der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 von unten in eine Spannplatte 10 eingeschraubt werden kann.
In einer weiteren Alternative kann der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 auch einfach durch Formschluss zwischen dem zylinderförmigen Teil oberhalb des Konus 17, der dann kein Außengewinde enthält, und einer entsprechenden Öffnung einer Spannplatte befestigt werden.
2B zeigt beispielhaft eine Spannöffnung 22, 23, 24, 25 einer Grundplatte 20. Grundplatte Die Spannöffnung 22, 23, 24, 25 weist am Boden eine zylinderförmige Hülse 31 mit Wandung 32 zum fakultativen Herstellen eines Formschlusses zwischen den Wandungen 18 der zylinderförmige Aussparung 17 der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 und der Wandung 32 der zylinderförmigen Hülse 31 der Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 auf. Die Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 weisen weiterhin eine keilförmige Aussparung 26 für das Herstellen eines Formschlusses mit einem Konus 16 der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 auf. Zum leichtere Einschrauben in die Spannplatte 10 weist die in 2B gezeigte Ausführungsform des Spann- und Positionierbolzens 12, 13, 14, 15 am unteren Ende eine Sechskantform auf.
2C zeigt eine Grundplatte 20 mit einer ebenen Spannfläche 21 in der Draufsicht. Die Grundplatte 20 enthält Spannöffnungen 22, 23, 24, 25. Die Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 weisen am Boden eine zylinderförmige Hülse 31 mit Außenfläche 32 auf, wie aus 2B ersichtlich ist. Die Spannöffnungen 22, 23, 24, 25 weisen weiterhin eine keilförmige Aussparung 26 für das Herstellen eines Formschlusses mit einem Konus 16 der Spann- und Positionierbolzen 12, 13, 14, 15 auf. In der Grundplatte 20 ist eine Festzieheinrichtung 40 enthalten (nicht gezeigt).
Bezugszeichenliste

10: Spannplatte
11: Grundfläche
12, 13, 14, 15: Spann- und Positionierbolzen
16: Konus
17: zylinderförmige Öffnung
17.1: Öffnung
18: Wandung
19: Spannausnehmung
20: Grundplatte
21: Spannfläche
22, 23, 24, 25: Spannöffnung
26: keilförmige Aussparung
27, 28, 29, 30: Zentrierstift
31: zylinderförmige Hülse
32: Wandung
40: Festzieheinrichtung
41,42,43,44: Spannschieber
45: Spitze der Spannschieber
100: Spanneinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19705684 A [0004]
DE 10155077 B4 [0005, 0020]

Claims

Spanneinrichtung (100) zum Spannen von Werkstücken, aufweisend • eine Grundplatte (20), die eine ebene Spannfläche (21) und wenigstens zwei Spannöffnungen (21 und 22) aufweist, • eine Spannplatte (10), die eine auf die Spannfläche (21) aufzusetzende ebene Grundfläche (11) und wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) aufweist, die den Spannöffnungen (22 und 23) zugeordnet sind; und • eine Festzieheinrichtung (40); dadurch gekennzeichnet, dass • die ebene Spannfläche (21) an den Rändern der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) jeweils eine keilförmige Aussparung (26) aufweist; • die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) einen Konus (16) aufweisen; • die Festzieheinrichtung (40), die dazu eingerichtet ist, die Spann- und Positionierbolzen (22, 23 ) mit einer Axialkraft zu beaufschlagen, um mittels der Axialkraft die Grundfläche (11) der Spannplatte (10) gegen die Spannfläche (21) der Grundplatte (20) zu pressen, wobei die Spanneinrichtung (100) so eingerichtet ist, dass der Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) derart in die keilförmige Aussparung (26) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) gezogen wird, dass ein Formschluss zwischen dem Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) und der keilförmigen Aussparung (25) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22, 23) der Grundplatte (20) hergestellt wird.
Spanneinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (100) so eingerichtet ist, dass der Formschluss zwischen dem Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) und der keilförmigen Aussparung (26) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) selbsthemmend ist.
Spanneinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (16) der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) und die keilförmige Aussparung (26) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) einen kleineren Halbwinkel als der Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen Konus (16) und der Spannplatte (10) mit einem Werkstück aufweisen.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) eine zylinderförmige Aussparung (17) mit Wandungen (18) aufweisen und die wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) am Boden einen Zentrierstift (27, 28) aufweisen, wobei der Zentrierstift (27, 28) in einer zylinderförmigen Hülse (31) mit Außenflächen (32) enthalten ist.
Spanneinrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung so eingerichtet ist, dass die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) und die wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) beim Einspannen der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) derart zusammenwirken, dass die wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) mit der zylinderförmigen Aussparung (17) auf die zylinderförmige Hülse (31) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) in der Grundplatte (20) gesteckt werden.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (40) so eingerichtet ist, dass die Spann-und Positionierbolzen (12, 13) nicht mit einer zusätzlichen Radialkraft beaufschlagt werden.
Spanneinrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (40) so eingerichtet ist, dass die Spann- und Positionierbolzen (12, 13) mit einer zusätzlichen Radialkraft beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (40) so eingerichtet ist, dass die Wandungen (18) der zylinderförmige Aussparung (17) gegen die Wandung (32) der zylinderförmigen Hülse (31) der wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) in der Grundplatte (20) gedrückt werden.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) eine zylindrische Grundform und eine Spannausnehmung (19) aufweisen.
Spanneinrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannausnehmung (19) eine keilförmige Ausnehmung ist.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung vier Spannöffnungen (22, 23, 24, 25) und vier Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) aufweist.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung (40) in der Grundplatte (20) enthalten ist, und dass die Festzieheinrichtung (40) Spannschieber (41 , 42 , 43 , 44) aufweist, die zu den Spannöffnungen (22, 23, 24, 25) radial verschiebbar gelagert sind.
Spanneinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Spannschieber (41, 42, 43, 44) der Festzieheinrichtung (40) eine keilförmige Spitze (45) aufweisen, die beim Einspannen der wenigstens zwei Spann- und Positionierbolzen (12, 13) in den wenigstens zwei Spannöffnungen (22, 23) in die Spannausnehmung (19) eingreift.
Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) aufweisend einen Konus (16) für das Herstellen eines Formschlusses mit einer keilförmigen Aussparung (26) einer Spannöffnung (22, 23, 24, 25) einer Grundplatte; eine Spannausnehmung (19) für das Zusammenwirken mit Spannschiebern (41, 42, 43, 44) einer Spanneinrichtung (40); und eine zylinderförmige Aussparung (17) für das Zusammenwirken mit einer zylinderförmige Hülse (31) in den Spannöffnungen (22, 23, 24, 25) einer Grundplatte (20).
Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend eine Öffnung (17.1) für das Befestigen des Spann- und Positionierbolzens (12, 13, 14, 15) an einer Spannplatte (10).
Grundplatte (20), aufweisend eine ebene Spannfläche (21) und wenigstens zwei Spannöffnungen (21 und 22); eine Festzieheinrichtung (40), wobei die wenigstens zwei Spannöffnungen (22 und 23) am Boden einen Zentrierstift (28, 29) aufweisen, wobei der Zentrierstift (27, 28) in einer zylinderförmigen Hülse (31) mit Außenflächen (32) enthalten ist; dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Spannöffnungen (21 und 22) eine keilförmige Aussparung (26) für das Herstellen eines Formschlusses mit einem Konus (16) der Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) aufweisen.
Grundplatte (20) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzieheinrichtung vier Spannschieber (41, 42, 43, 44) aufweist, wobei die Spannschieber (41, 42, 43, 44) dazu eingerichtet sind, vier Spann- und Positionierbolzen (12, 13, 14, 15) in Spannöffnungen (22, 23, 24, 25) der Grundplatte (20) einzuspannen.