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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit einem Drehherz, insbesondere eine Spannvorrichtung zum Schleifen eines Werkstücks.
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Stand der Technik
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Eine Schleifmaschine wird zum Bearbeiten der äußeren Oberfläche eines Werkstücks eingesetzt. Zum Bearbeiten eines länglichen Werkstücks, z.B. eines stangenförmigen oder rohrförmigen Werkstücks, durch Drehen wird das Drehherz über die äußere Oberfläche des länglichen Werkstücks so gesteckt, dass die Zentrierspitzen gegen die beiden Enden des Werkstücks drücken. Durch Drehen des mit den Drehherzen ausgestatteten Spannwerkzeugs wird das längliche Werkstück zum Drehen gebracht und dadurch geschliffen. In der
CN206393454U ist ein herkömmliches Drehherz bekannt. Aus
1 ist ersichtlich, dass dieses Drehherz einen Stützring, eine erste Spannschraube, zwei zweite Spannschrauben, eine Taste und eine Kontermutter umfasst. Der Stützring weist drei radial angeordnete Gewindebohrungen auf. Die erste Spannschraube wird zunächst mit der entsprechenden Gewindebohrung und weiter mit der Kontermutter und der Taste zusammengeschraubt, wobei die Kontermutter für die Sicherung der Taste und der ersten Spannschraube gegen Lösen sorgt. Zwei zweite Spannschrauben werden mit zwei weiteren Gewindebohrungen zusammengeschraubt. Zum Einsetzen des Drehherzens wird der Stützring über ein Werkstück gesteckt. Durch Drehen der ersten Spannschraube und der beiden zweiten Spannschrauben wird die Spannweite an den Durchmesser des zu spannenden Werkstücks angepasst. Ist das Werkstück festgespannt, so wird die Taste in eine Tastenaufnahme an dem Werkstück eingerastet, um das Drehmoment zu übertragen, während das Werkstück durch die beiden zweiten Spannschrauben kraftschlüssig befestigt wird.
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Zum Einsetzen des herkömmlichen Drehherzens der eingangs genannten Art muss das Werkstück von Menschen geschoben werden und beim Spannen oder Freigeben des Werkstücks müssen die erste Spannschraube und die beiden zweiten Spannschrauben von Menschen gedreht werden. Der gesamte Spannvorganng erfordert einen großen Zeit- und Arbeitsaufwand. Um das Schieben des Werkstücks über das Drehherz und das Spannen des Werkstücks mit dem Drehherz zu automatisieren, damit der menschliche Arbeitsaufwand verringert wird, muss ein Roboterarm eingesetzt werden, um das Werkstück in das Drehherz einzubringen und weiter die erste Spannschraube und die beiden zweiten Spannschrauben festzuziehen, damit das Werkstück gespannt wird. Wenn die erste Spannschraube und die beiden zweiten Spannschrauben in unterschiedlichen Maßen festgezogen werden oder ein Werkstück, das nicht ganz rund ist, in unterschiedlichen Maßen einklemmen, kann sich das Werkstück verschieben und von der vorbestimmten Stelle abweichen, was zu einer fehlerhaften Bearbeitung des Werkstücks oder einem Mangelprodukt führen kann. Ferner erstrecken sich die erste Spannschraube und die beiden zweiten Spannschrauben zu der Mitte des Stützrings, sodass ein Ausrichten beim Einbringen des Werkstücks mit dem Roboterarm erschwert wird, wodurch das Werkstück leicht an die erste Spannschraube und die beiden zweiten Spannschrauben stößt, sodass es zu einem Mißlingen des Einbringens des Werkstücks oder einer Beschädigung des Drehherzens oder des Werkstücks führen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehherz und eine Spannvorrichtung mit diesem Drehherz zu schaffen, welches Drehherz eine breitere Anwendung bei Werkstücken findet und ein Werkstück, das nicht ganz rund ist, auch sicher einklemmen kann.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Drehherz und eine Spannvorrichtung zu schaffen, welches Drehherz und welche Spannvorrichtung für Schleifmaschinen geeignet sind und automatisch ein Werkstück spannen oder freigeben können.
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Um diese Aufgaben zu lösen, umfasst das erfindungsgemäße Drehherz ein erstes Aufsteckelement; ein zweites Aufsteckelement, das relativ zu dem ersten Aufsteckelement drehbar ist; und eine Vielzahl von Klemmeinheiten, von denen jede aus Klemmstücken, Schiebeelementen und elastischen Elementen besteht, wobei die Klemmstücke auf die Axiallinie des Drehherzens gerichtet zusammen eine Klemmöffnung abgrenzen und an dem zweiten Aufsteckekement exzentrisch drehbar angeordnet sind, wobei die Klemmöffnung durch exzentrisches Drehen der Klemmstücke verkleinerbar oder vergrößerbar ist, wobei das jeweilige Klemmstück ein Langloch aufweist, das durch das Klemmstück hindurch verläuft, wobei das jeweilige Schiebeelement durch das entsprechende Langloch hindurch gesteckt und an dem ersten Aufsteckelement derart angeordnet ist, dass das Schiebeelement in dem Langloch verschoben werden und das Klemmstück zum exzentrischen Drehen bringen kann, wobei die elastischen Elemente jeweils an den Klemmstücken angeordnet sind und für eine elastische Pufferung sorgen, unter deren Wirkung die Klemmstücke auf die Klemmöffnung gerichtget das Werkstück im gleichen Maß kraftschlüssig einklemmen, wenn die Klemmöffnung durch exzentrisches Drehen der Klemmstücke verkleinert wird.
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Das erfindungsgemäße Drehherz zeichnet sich dadurch aus, dass die Klemmstücke durch Drehen des ersten und zweiten Aufsteckelements zum exzentrischen Drehen gebracht werden, um ein Werkstück zu spannen oder freizugeben, sodass eine automatisierte Betätigung des Drehherzens ermöglicht wird. Zudem sorgen die elastischen Elemente im Spannvorgang für eine Pufferung, sodass die Klemmstücke ein Werkstück, das nicht ganz rund ist, auch kraftschlüssig einklemmen können, wodurch sowohl eine automatisierte Betätigung des Drehherzens als auch eine erhöhte tolerierbare Differenz bei Werkstücken ermöglicht werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivischeAnsicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehherzens und einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
- 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Drehherzens und der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung aus 1.
- 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Klemmstücks und eines elastischen Elements des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 4 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Drehherzens aus 1.
- 5 zeigt eine erste schematische Darstellung des Spannvorgangs des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 6 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Spannvorgangs des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 7 zeigt eine Explosionsdarstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehherzens und der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
- 8 zeigt eine erste schematische Darstellung des Spannvorgangs des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 9 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Spannvorgangs des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 10 zeigt eine Explosionsdarstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehherzens und der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
- 11 zeigt eine erste schematische Darstellung des Spannvorgangs des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- 12 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Spannvorgangs des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele und deren Darstellung in den beigefügten Zeichnungen beschränkt.
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In den 1 bis 4 ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung dargestellt, die ein Drehherz 10, ein Gehäuse 20, ein Hebelelement 30, Detektoren 40, 40' , Lager 50, eine Schiebe- und Stützeinheit und eine Antriebseinheit (nicht dargestellt) umfasst.
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Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, umfasst das Drehherz 10 ein erstes Aufsteckelement 11, ein zweites Aufsteckelement 12, drei Klemmeinheiten, einen Mitnehmer 13 und eine Zentrierspitze 14. Das erste Aufsteckelement 11 weist ein erstes Achsloch 111, eine erste Stirnseite 112, eine zweite Stirnseite 113 und eine Durchgangsbohrung 114 auf, wobei das erste Achsloch 111 axial durch das erste Aufsteckelement 11 hindurch verläuft, wobei sich die Durchgangsbohrung 114 an der äußeren Radialfläche des ersten Auf steckelements 11 befindet. Sodass das im Schleifvorgang in dem Drehherz verbleibende Kühlschmiermittel aus der Durchgangsbohrung 114 herausfließen kann. Der Mitnehmer 13 ist mittels einer Vielzahl von Schrauben an der zweiten Stirnseite 113 des ersten Aufsteckelements 11 fest montiert. Der Mitnehmer 13 ist ringförmig ausgebildet und weist ein Mitnehmerteil 131, eine Mitnehmerausnehmung 132 und ein Ausgleichsteil 133 auf, wobei das Mitnehmerteil 131 und das Ausgleichsteil 133 einander gegenüberliegen und sich der Axiallinie des Drehherzens 10 abgewandt radial erstrecken, wobei die radiale Länge des Mitnehmerteils 131 größer als die radiale Länge des Ausgleichsteils 133 ist. Die Mitnehmerausnehmung 132 verläuft axial durch das Mitnehmerteil 131 hindurch, wobei es sich bei der Mitnehmerausnehmung 132 um eine U-förmige Ausnehmung handelt, die radial nach außen offen ist. Das zweite Aufsteckelement 12 ist über die Zentrierspitze 14 gesteckt und umfasst einen Fixierring 121, einen Stützring 122, einen Befestigungsring 123, Befestigungselemente 124 und einen Abstandhalter 125. Der Stützring 122 befindet sich zwischen dem Fixierring 121 und dem Befestigungssring 123. Der Abstandhalter 125 ist hohlzylinderförmig ausgebildet. Die Befestigungselemente 124 werden der Reihe nach durch den Fixierring 121 und den Abstandhalter 125 hindurch gesteckt und weiter an dem Stützring 122 verschraubt, sodass der Abstandhalter 125 zwischen dem Fixierring 121 und dem Stützring 122 eingeklemmt wird, wie dies in 4 gezeigt ist. Der Stützring 122 des zweiten Aufsteckelements 12 weist einen Aufsteckabschnitt 1221 und einen Sperrabschnitt 1222 auf, wobe drei erste Sperrflächen 1223 beabstandet an der äußeren Radialfläche des Sperrabschnitts 1222 ringförmig verteilt sind. Der Durchmesser des ersten Achsloches 111 des ersten ist größer als der Außendurchmesser des Fixierrings 121 und der Außendurchmesser des Aufsteckabschnitts 1221 des Stützrings 122, sodass das erste Aufsteckelement 11 durch das erste Achsloch 111 auf den Fixierring 121 und den Aufsteckabschnitt 1221 des Stützrings 122 gesetzt werden kann. Der Befestigungsring 123 ist abnehmbar an dem Stützring 122 verschraubt, wobei drei zweite Sperrflächen 1231 beabstandet an der äußeren Radialfläche des Befestigungsrings 123 ringförmig verteilt sind, wobei jede erste Sperrfläche 1223 an einer zweiten Sperrfläche 1231 angrenzt, wobei die erste Sperrfläche 1223 und die zweite Sperrfläche 1231, die aneinander angrenzen, sich auf einer und derselben Ebene befinden. Das bedeutet, dass drei erste Sperrflächen 1223 und drei zweite Sperrflächen 1231 drei Sperrflächen-Paare bilden und jede dieser Sperrflächen-Paare aus einer ersten Sperrfläche 1223 und einer zweiten Sperrfläche 1231 besteht, die aneinander angrenzen und sich auf einer und derselben Ebene befinden. Des Weiteren ist an der inneren Ring fläche 1224 des Stützrings 122 ein erster Bund 1225 angeordnet, der radial in Richtung der Axiallinie des Drehherzens 10 vorsteht. Der Befestigungsring 123 weist einen zweiten Bund 1232 auf, der axial in Richtung des Stützrings 122 vorsteht, wobei der Außendurchmesser des zweiten Bundes 1232 kleiner als der Durchmesser der inneren Ringfläche 1224 des Stützrings 122 ist. Wenn der Befestigungsring 123 an dem Stützring 122 fest montiert ist, kann der zweite Bund 1232 in den Stützring 122 geschoben werden und in Richtung des ersten Bundes 1225 die Lager 50 so kraftschlüssig befestigen, dass die Lager 50 zwischen dem zweiten Aufsteckelement 12 und der Zentrierspitze 14 positioniert werden, sodass das zweite Aufsteckelement 12 mittels der Lager 50 relativ zu der Zentrierspitze 14 drehbar ist. Wie in den 2 und 5 gezeigt ist, umfasst jede Klemmeinheit Klemmstücke 15, Schiebeelemente 16, Feststellelemente 17 und elastische Elemente 18, wobei drei Klemmstücke 15 zusammen in Richtung der Axiallinie des Drehherzens 10 eine Klemmöffnung 151 abgrenzen, bei der es sich um einen Raum zwischen der Axiallinie und den drei Klemmstücken 15 handelt, wobei dieser Raum zum Spannen eines Werkstücks dient. Das jeweilige Feststellelement 17 ist durch das Klemmstück 15 hindurch gesteckt und an dem Fixierring 121 des zweiten Aufsteckelements 12 so verschraubt, dass das Klemmstück 15 mit dem Feststellelement 17 als Stützpunkt relativ zu dem Fixierring 121 exzentrisch drehbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass das jeweilige Klemmstück 15 auf der Oberfläche seiner der Klemmöffnung zugewandten Seite den eigenen Schwerpunkt aufweist, wobei die durch das Feststellelement 15 hindurch gesteckte Stelle des jeweiligen Feststellelements 17 von dem Schwerpunkt der Oberfläche der der Klemmöffnung zugewandten Seite des Klemmstücks abweicht. Beim Drehen des Klemmstücks 15 um das Feststellelement 17 herum dreht sich die Oberfläche der der Klemmöffnung 151 zugewandten Seite des Klemmstücks 15 exzentrisch, wobei die Klemmöffnung 151 beim exzentrischen Drehen des Klemmstücks 15 verkleinert oder vergrößert wird, um ein Werkstück zu spannen oder freizugeben. Das jeweilige Klemmstück 15 weist ein Langloch 152 auf, das axial durch das Klemmstück 15 hindurch verläuft. Das Schiebeelement 16 ist durch das Langloch 152 hindurch gesteckt und an dem ersten Aufsteckelement 11 verschraubt. Wie in den 3 und 5 gezeigt ist, handelt es sich bei den elastischen Elementen 18 um plattenförmige Federscheiben, wobei sich das jeweilige elastische Element 18 in dem Langloch 152 des Klemmstücks 15 befindet. An der Wand des Langloches 152 sind zwei Einschnitte 1521 vorgesehen, in die die beiden Enden des elastischen Elements 18 gesteckt sind. Das jeweilige elastische Element 18 weist eine Oberseite 181 und eine Unterseite auf, die einander gegenüberliegend sind, wobei die Oberseite 181 zum Anliegen an dem Schiebeelement 16 bringbar ist. Zwischen der Unterseite des elastischen Elements 18 und der Wand des Langloches 152 ist ein Raum für die elastische Verformung des elastischen Elements 18 vorhanden. Stößt das Schiebeelement 16 an die Oberseite 181 des elastischen Elements 18, so wird sich das elastische Element 18 elastisch verformen und ein wenig in den Raum zwischen der Unterseite und der Wand des Langloches 152 eintreten.
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Wie in den 1 bis 5 gezeigt ist, weist das Gehäuse 20 eine Drehscheibe 21 auf. In dem Gehäuse 20 ist ferner eine Antriebseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen, durch die die Drehscheibe 21 angetrieben werden kann, sodass die Drehscheibe 21 relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar ist. Das Hebelelement 30 ist in die Drehscheibe 21 gesteckt und weist einen Schaft 301 auf, der in der Mitnehmerausnehmung 132 des Mitnehmers 13 axial angeordnet ist. Die Detektoren 40, 40' sind an dem Gehäuse 20 beabstandet derart angeordnet, dass sie gegen die äußere Radialfläche des Mitnehmers 13 gerichtet sind, um das Mitnehmerteil 131 des Mitnehmers 13 zu erfassen. Die Schiebe- und Stützeinheit weist ein Antriebselement 60 und eine Druckstange 61 auf, wobei die Stirnseite der Druckstange 61 gegen die äußere Radialfläche des zweiten Aufsteckelements 12 gerichtet ist. Mittels des Antriebselements 60 kann die Druckstange 61 teleskopisch ausgezogen werden und sich sodann an der ersten Sperrfläche 1223 des Stützrings 122 und der zweiten Sperrfläche 1231 des Befestigungsrings 123 abstützen.
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Für den Spannvorgang der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf die 4 bis 6 verwiesen. Zunächst wird ein Werkstück 90 mittels eines Roboterarms (nicht dargestellt) in die Klemmöffnung 151 des Drehherzens 10 so geschoben, dass das Werkstück 90 von der Zentrierspitze 14 berührt und gestützt wird. Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser des Fixierrings 121 des zweiten Auf steckelements 12 größer als der Durchmesser des Werkstücks 90 (siehe 4) , damit das Werkstück 90 im Schiebevorgang den Fixierring 121 nicht berührt. Nun befinden sich die drei Klemmstücke 15 in einem Freigabe-Zustand, wie dies in 5 gezeigt ist. Dadurch, dass die Weite der Klemmöffnung 151 wesentlich dem Innendurchmesser des Fixierrings 121 des zweiten Aufsteckelements 12 gleich ist, wird die Ausrichtung des Werkstücks 90 in dem Schiebevorgang erleichtert, sodass das Werkstück 90 die Klemmstücke 15 nicht berührt. Anschließend wird die Drehscheibe 21 durch die Antriebseinheit (nicht dargestellt) so angetrieben, dass sich die Drehscheibe 21 relativ zu dem Gehäuse 20 in die zweite Richtung (z.B. im Uhrzeigersinn) dreht, wobei die an dem Gehäuse 20 angebrachte Zentrierspitze 14 drehfest erhalten wird. Die Drehscheibe 21 bringt das Hebelelement 30 zum Bewegen, sodass sich das Hebelelement 30 mit einer Drehachse der Drehscheibe 21 als Mitte in die zweite Richtung im Kreis bewegt. Dadurch, dass das Hebelelement 30 in der Mitnehmerausnehmung 132 des Mitnehmerteils 131 angebracht ist, wird der Mitnehmer 13 beim Bewegen des Hebelelements 30 im Kreis dazu gebracht, sich in die zweite Richtung zu drehen, wobei das Mitnehmerteil 131 und das Ausgleichsteil 133, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, dafür sorgen, dass der Schwerpunkt des gesamten Mitnehmers 13 nahe der Axiallinie des Drehherzens 10 fällt oder genau auf die Axiallinie des Drehherzens 10 fällt, damit der Mitnehmer 13 beim Drehen das Gleichgewicht behält, um durch Trägheit verursachte Vibrationen zu vermeiden. Ferner ist der Mitnehmer 13 an dem ersten Auf steckelement 11 verschraubt und kann deshalb das erste Aufsteckelement 11 zum Drehen in die zweite Richtung bringen. Durch das Ziehen der Klemmstücke 15 bringt das erste Aufsteckelement 11 weiter das zweite Aufsteckelement 12 zum Drehen in die zweite Richtung. Ist das Mitnehmerteil 131 von dem Detektor 40 erfasst worden, so hört die Drehscheibe 21 auf, sich zu drehen, wodurch das Hebelelement 30 und das Drehherz 10 aufhören, sich zu drehen, wie dies in 5 gezeigt ist. Nun sind die erste Sperrfläche 1223 des Stützrings 122 und die zweite Sperrfläche 1231 des Befestigungsrings 123 gegen die Druckstange 61 gerichtet. Durch das Antriebselement 60 der Schiebe- und Stützeinheit wird die Druckstange 61 teleskopisch ausgezogen und stützt sich sodann an der ersten und zweiten Sperrfläche 1223, 1231 ab. Anschließend treibt die Antriebseinheit die Drehscheibe 21 so an, dass sich die Drehscheibe 21 in die erste Richtung (z.B. gegen den Uhrzeigersinn) dreht, wodurch der Mitnehmer 13 und das erste Auf steckelement 11 durch das Hebelelement 30 zum Drehen in die erste Richtung gebracht werden. Da die erste und zweite Sperrfläche 1223, 1231 durch das Drücken der Druckstange 61 drehfest werden, bleibt das zweite Aufsteckelement 12 drehfest. Dreht sich das erste Aufsteckelement 11 relativ zu dem zweiten Aufsteckelement 12 in die erste Richtung, so bringt das erste Aufsteckelement 11 die Schiebeelemente 16 zum Verschieben in die erste Richtung in den Langlöchern 152, wodurch die drei Klemmstücke 15 zum exzentrischen Drehen mit den Feststellelementen 17 als Stützpunkten gegen den Uhrzeigersinn, d.h. in die erste Richtung, gebracht werden, wobei die Klemmöffnung 151 durch das exzentrische Drehen der drei Klemmstücke 15 verkleinert wird, um das Werkstück 90 kraftschlüssig einzuklemmen. Ist das Mitnehmerteil 131 von dem Detektor 40' erfasst worden, so hat das Drehherz 10 das Werkstück 90 gespannt und hört die Drehscheibe 21 auf, sich zu drehen, wodurch das Hebelelement 30 und das Drehherz 10 aufhören, sich zu drehen, wie dies in 6 gezeigt ist. Nun hören die drei Klemmstücke 15 auf, sich exzentrisch zu drehen und werden in dem Zustand, in dem das Werkstück 90 von diesen drei Klemmstücken 15 kraftschlüssig eingeklemmt werden, erhalten. Weiter wird die Druckstange 61 mittels des Antriebselements 60 der Schiebe- und Stützeinheit so teleskopisch eingezogen, dass sich die Druckstange 61 von der ersten Sperrfläche 1223 und der zweiten Sperrfläche 1231 entfernt. Anschließend treibt die Antriebseinheit die Drehscheibe 21 so an, dass sich Drehscheibe 21 weiter in die erste Richtung dreht, sodass das Hebelelement 30 das Drehherz 10 zum Drehen in die erste Richtung dreht. Dadurch bringt das Drehherz 10 das Werkstück 90 zum Drehen, damit das Werkstück 90 geschliffen wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass ein Werkstück im Herstellungsvorgang so gefertigt wird, dass das Werkstück nicht ganz rund ist. Das heißt, dass der Radius des Werkstücks unterschiedlich sein kann. Die elastischen Elemente 18 des Drehherzens 10 sorgen dafür, dass die drei Klemmstücke 15 das Werkstück 90 in Richtung der Klemmöffnung 151 im gleichen Maß kraftschlüssig einklemmen. Das heißt, dass die Kräfte, mit denen die drei Klemmstücke 15 das Werkstück 90 in Richtung der Klemmöffnung 151 einklemmen, ähnlich groß sind. Somit wird vermieden, dass eines oder mehr als eines dieser Klemmstücke 15 aufgrund einer nicht absoluten Rundheit eines Werkstücks das Werkstück gar nicht oder nur leicht berührt. Des Weiteren sorgen die elastischen Elemente 18 dafür, dass die Klemmstücke 15, wenn ein Werkstück von diesen Klemmstücken 15 eingeklemmt ist, nicht aufgrund des Höhenunterschieds der Oberfläche des Werkstücks das Werkstück übermäßig spannen. Dadurch kann vermieden werden, dass sich das eingeklemmte Werkstück 90 aufgrund der unterschiedlichen Spannmaße der drei Klemmstücke 15 verschiebt, und zwar von der gewünschten Stelle abweicht und dass das Drehherz 10 oder das Werkstück 90 beschädigt wird. Im Folgenden wird die Betätigung des Drehherzens 10 ausführlich erläutert. Im Einklemmvorgang bringt das erste Aufsteckelement 11 die Schiebeelemente 16 zum Verschieben in den Langlöchern 152, wobei die Klemmstücke 15 durch Verschieben der Schiebeelemente 16 zum exzentrischen Drehen gebracht werden. Während sich die Schiebeelemente 16 in den Langlöchern 152 verschieben, drücken die Schiebeelemente 16 gleichzeitig auch jeweils gegen die Oberseiten 181 der elastischen Elemente 18. Mit dem allmählichen Drehen der Klemmstücke 15 und dem kraftschlüssigen Einklemmen des Werkstücks 90 durch die Klemmstücke 15 wird der Widerstand, den die Schiebeelemente 16 beim Schieben der Klemmstücke 15 erfährt, allmählich vergrößert, was dazu führt, dass die Schubkraft, mit der die Schiebeelemente 16 beim Verschieben gegen die elastischen Elemente 18 drücken, allmählich vergrößert wird. Wenn die Schubkraft, mit der die Schiebeelemente 16 gegen die elastischen Elemente 18 drücken, so groß ist, dass sich die elastischen Elemente 18 unter deren Einwirkung verformen, wird unter der Bedingung, dass ein Raum zwischen der Unterseite des jeweiligen elastischen Elements 18 und der Wand des entsprechenden Langloches 152 vorhanden ist und für die elastische Verformung des elastischen Elements 18 vorgesehen ist, ermöglicht, dass die elastischen Elemente 18 durch die Verschiebung der Schiebeelemente 16 zum Biegen und Verformen in Richtung der Unterseite gebracht werden, um die durch Verschiebung der Schiebeelemente 16 entstehende Schubkraft zu puffern, damit die Schiebeelemente 16 die Klemmstücke 15 nicht weiter schieben. Ansonsten würden die Klemmstücke 15 das Werkstück 90 so übermäßig spannen, dass das Drehherz oder das Werkstück beschädigt werden könnte. Auch wenn sich eines der drei Klemmstücke 15 an der Oberfläche des einen vergleichsweise größeren Radius aufweisenden Segments des Werkstücks abstützt, kann die elastische Verformung der elastischen Elemente 18 die durch Verschiebung der Schiebeelemente 16 entstehende Schubkraft so puffern, dass sich die Klemmstücke 15 nicht weiter drehen, sodass ein übermäßiges Spannen des Werkstücks 90 durch die Klemmstücke 15 verhindert wird. Die weiteren zwei Klemmstücke 15 können noch durch Verschiebung der Schiebeelemente 16 zum Drehen gebracht werden und somit das Werkstück 90 spannen. Ist der Vorgang des Einklemmens des Werkstücks vollendet, so können die drei Klemmstücke 15 alle zu der Klemmöffnung 151 hin das Werkstück 90 effektiv einklemmen und spannen. Das heißt, dass die drei Klemmstücke 15 zu der Klemmöffnung 151 hin das Werkstück 90 im gleichen Maß spannen. Dadurch wird vermieden, dass sich das Werkstück 90 im Einklemmvorgang aufgrund der unterschiedlichen Spannmaße der drei Klemmstücke 15 verschiebt und von der vorbestimmten Stelle abweicht. Im schlimmsten Fall kann es sogar zu Beschädigungen des Drehherzens 10 oder des Werkstücks 90 führen.
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Ist das Mitnehmerteil 131 nach dem Schleifvorgang durch den Detektor 40' erfasst worden, so hört die Drehscheibe 21 sofort auf, sich zu drehen, sodass das Hebelelement 30 und das Drehherz 10 auch aufhören, sich zu drehen. Nun sind die erste Sperrfläche 1223 des Stützrings 122 und die zweite Sperrfläche 1231 des Befestigungsrings 123 gegen die Druckstange 61 gerichtet. Durch das Antriebselement 60 der Schiebe- und Stützeinheit wird die Druckstange 61 teleskopisch ausgezogen und stützt sich sodann an der ersten und zweitne Sperrfläche 1223, 1231 ab. Anschließend treibt die Antriebseinheit die Drehscheibe 21 so an, dass sich die Drehscheibe 21 in die zweite Richtung (z.B. im Uhrzeigersinn) dreht, wodurch der Mitnehmer 13 und das erste Aufsteckelement 11 durch das Hebelelement 30 zum Drehen in die zweite Richtung gebracht werden. Da die erste und zweite Sperrfläche 1223, 1231 durch das Drücken der Druckstange 61 drehfest werden, bleibt das zweite Aufsteckelement 12 drehfest. Dreht sich das erste Aufsteckelement 11 relativ zu dem zweiten Aufsteckelement 12 in die zweite Richtung, so bringt das erste Aufsteckelement 11 die Schiebeelemente 16 zum Verschieben in die zweite Richtung in den Langlöchern 152, wodurch die drei Klemmstücke 15 zum exzentrischen Drehen mit den Feststellelementen 17 als Stützpunkten in die zweite Richtung gebracht werden, wobei die Klemmöffnung 151 durch das exzentrische Drehen der drei Klemmstücke 15 vergrößert wird, um das Werkstück 90 freizugeben. Ist das Mitnehmerteil 131 von dem Detektor 40 erfasst worden, so hat das Drehherz 10 das Werkstück freigegeben und hört die Drehscheibe 21 auf, sich zu drehen, wodurch das Hebelelement 30, der Mitnehmer 13 und das erste Aufsteckelement 11 aufhören, sich zu drehen. Nun hören die drei Klemmstücke 15 auf, sich exzentrisch zu drehen und werden in dem Freigabezustand, in dem das Werkstück 90 von den Klemmstücken 15 freigegeben ist, erhalten.
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Bei dem Drehherz 10 der Spannvorrichtung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist es möglich, je nach Bearbeitungsbedarf den Abstandhalter 125 verschiedener axialer Länge auszuwechseln, um die axiale Länge des Drehherzens 10 zu ändern. Wie in den 2 und 4 gezeigt ist, kann der Benutzer den Abstandhalter 125 über die Durchgangsbohrungen 114 des ersten Aufsteckelements 11 auszuwechseln, sobald die an dem Stützring 122 verschraubten Befestigungselemente 124 gelöst sind. Anschließend werden die Befestigungselemente 124 wieder festgezogen und an dem Stützring 122 verschraubt. Somit wird das Auswechseln vollendet, wobei keine Demontage des ganzen Drehherzens 10 erforderlich ist. In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist es möglich, die erfindungsgemäße Spannvorrichtung mit Spannsätzen verschiedener Abmessung auszustatten, wobei jeder Spannsatz einen Mitnehmer, ein erstes Aufsteckelement, eine Klemmeinheit und einen Fixierring umfasst. Zum Auswechseln des Spannsatzes müssen lediglich die an dem Stützring verschraubten Befestigungselemente abmontiert werden, wobei die Befestigungselemente, der Abstandhalter, den Fixierring, das erste Aufsteckelement, den Mitnehmer und die Klemmeinheit gemeinsam abgenommen werden können, um einen Spannsatz einer anderen Abmessung einwechseln zu können.
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Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Druckstange 61 so ausgebildet, dass die Druckstange 61 teleskopisch ausziehbar ist und sich im ausgezogenen Zustand an der ersten Sperrfläche 1223 des Stützrings 122 und der zweiten Sperrfläche 1231 des Befestigungsrings 123 abstützt. Erfindungsgemäß ist bei weiteren Ausführungsbeispielen möglich, dass die Druckstange 61 ausgezogen wird und sich dadurch der ersten und zweiten Sperrfläche 1223, 1231 annähert, aber sich nicht unmittelbar an diesen beiden Sperrflächen 1223, 1231 abstützt. Wenn das Hebelelement 30 den Mitnehmer 13 und das erste Aufsteckekement 11 zum Drehen bringt, ist es möglich, das zweite Aufsteckelement 12 in einen drehfesten Zustand zu bringen, sofern die ausgezogene Druckstange 61 das Drehen des Stützrings 122 und des Befestigungsrings 123 verhindern kann. Somit können ähnliche Wirkungen wie die von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Weiterhin ist es möglich, dass die ausgezogene Druckstange 61 das Drehen des zweiten Aufsteckelements 12 trotzdem verhindern kann, auch wenn sich die Druckstange 61 nur an der ersten Sperrfläche 1223 oder der zweiten Sperrfläche 1231 abstützt.
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Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Mitnehmerausnehmung des Mitnehmers um eine U-Ausnemung, die radial nach außen offen ist. Dies hat den Vorteil, dass der Mitnehmer von dem Hebelelement abgenommen werden kann, wenn ein Auswechseln von Bauteilen erforderlich ist. Es ist auch denkbar, die Mitnehmerausnehmung als O-Ausnehmung auszubilden. Bei der baulichen Form der Mitnehmerausnehmung ist entscheidend, dass der Mitnehmer leicht von dem Hebelelement abgenommen werden kann. Weiter ist es möglich, dass der Mitnehmer kein Mitnehmerteil und kein Ausgleichsteil aufweist und nur mit einer Mitnehmerausnehmung zur Durchsteckung des Hebelelements versehen ist, wobei in dieser Ausführung das Hebelelement den Mitnehmer immer noch zum Drehen bringen kann.
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Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Hebelelement in die Drehscheibe gesteckt. Das Hebelelement weist einen Schaft auf, der axial durch die Mitnehmerausnehmung des Mitnehmers hindurch gesteckt ist. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Hebelelement an dem Mitnehmer zu befestigen und eine Mitnehmerausnehmung an der Drehscheibe statt an dem Mitnehmer anzuordnen, sodass der Schaft des Hebelelements durch die Mitnehmerausnehmung der Drehscheibe hindurch gesteckt werden kann. Wenn sich die Drehscheibe dreht, kann sie immer noch zweckgemäß das Hebelelement zum Drehen bringen.
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Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind drei Klemmeinheiten vorgesehen, wobei die Anzahl der Klemmeinheiten nicht auf drei eingeschränkt ist und eine weitere Zahl sein kann. Bei der Anzahl der Klemmeinheiten ist es entscheidend, dass sich das Werkstück in dem Einklemmvorgang nicht verschiebt und nicht von der vorbestimmten Stelle abweicht.
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In den 7 bis 9 ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung dargestellt, wobei das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus den 1 bis 6 gleich ist, sodass die Bezugszeichen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels für das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel weiter verwendet werden. Dabei liegt der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel darin, dass bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel die elastischen Elemente 18a als Zugfedern statt plattenförmigen Federscheiben ausgeführt sind und die elastische Kraft der elastischen Elemente 18a so groß ist, dass die Klemmstücke 15 mittels der elastischen Kraft gezogen und zum exzentrischen Drehen gebracht werden können, um das Werkstück 90 zu spannen. Ein Ende des elastischen Elements 18a ist an einer Stirnseite 1211 des Fixierrings 121 des zweiten Aufsteckelements 12 angeordnet, während das andere Ende des elastischen Elements 18a an einer Außenseite 153 des Klemmstücks 15 angeordnet ist. Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Schiebeelement 16 in dem Langloch 152 verschiebbar angeordnet und bringt das Klemmstück 15 dazu, sich exzentrisch soweit zu drehen, dass das elastische Element 18a das Klemmstück 15 ziehen kann. Mit der Zugkraft der elastischen Elemente 18a werden die Klemmstücke 15 weiter so gezogen, dass sich die Klemmstücke 15 in die erste Richtung exzentrisch drehen und dadurch das Werkstück 90 kraftschlüssig einklemmen. So wird das Werkstück 90 gespannt und in dem gespannten Zustand bearbeitet. So sorgen die Schiebeelemente 16 bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel in dem gesamten Spannvorgang dafür, dass die Klemmstücke 15 mittels der Zugkraft der elastischen Elemente 18a das Werkstück 90 kraftschlüssig einklemmen, wodurch vermieden wird, dass die Klemmstücke 15 teilweise das Werkstück 90 gar nicht berühren oder nur sehr leicht berühren, was zu einer Ungleichheit der Kraftbelastung bei dem Werkstück 90 und dadurch zu einer Abweichung des Werkstücks 90 von der vorbestimmten Stelle führt. In diesem Fall könnte das Drehherz oder das Werkstück beschädigt werden. Deshalb spannen die drei Klemmstücke 15 in die Richtung der Klemmöffnung 151 das Werkstück 90 im gleichen Maß, wenn der Einklemmvorgang vollendet ist. Dadurch kann vermieden werden, dass sich das Werkstück 90 im Vorgang des Einklemmens aufgrund von unterschiedlichen Spannmaßen der drei Klemmstücke 15 verschiebt und von der vorbestimmten Stelle abweicht.
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So können auch Beschädigungen des Drehherzens 10 oder des Werkstücks 90 vermieden werden.
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Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Ende des elastischen Elements 18a an der Stirnseite 1211 des Fixierrings 121 des zweiten Aufsteckelements 12 angeordnet, während das andere Ende des elastischen Elements 18a an der Außenseite 153 des Klemmstücks 15 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, das andere Ende des elastischen Elements 18a an der äußeren Radialfläche des Klemmstücks 15 anzuordnen. Es ist entscheidend, dass das jeweilige elastische Element 18a so angeordnet ist, dass das entsprechende Klemmstück 15 durch das elastische Element 18a gezogen und zum exzentrischen Drehen gebracht werden kann und die Klemmöffnung 151 verkleinert werden kann.
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In den 10 und 12 ist ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung dargestellt, wobei das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus den 7 und 8 gleich ist. Dabei liegt der Unterschied zwischen dem dritten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel darin, dass bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel die elastischen Elemente 18b als Torsionsfedern statt Zugfedern ausgeführt sind, wobei die Klemmstücke 15 mittels der elastischen Kraft geschoben und zum exzentrischen Drehen gebracht werden, um das Werkstück 90 zu spannen. Ein Ende des j eweiligen elastischen Elements 18b ist an der Stirnseite 1211 des Fixierrings 121 des zweiten Aufsteckelements angeordnet, während das andere Ende des jeweiligen elastischen Elements 18b an der Außenseite 153 des jeweiligen Klemmstücks 15 angeordnet ist. Die Spiralspule des elastischen Elements 18b ist an dem Feststellelement 17 positioniert. Das Wirkprinzip des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist dem Wirkprinzip des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels ähnlich, wobei der Unterschied darin liegt, dass bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Klemmstücke 15 mittels von Zugfedern gezogen und zum exzentrischen Drehen gebracht werden, um die Klemmöffnung zu verkleinern, während bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Klemmstücke 15 mittels von Torsionsfedern geschoben und zum exzentrischen Drehen gebracht werden, um die Klemmöffnung zu verkleinern.
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Das erfindungsgemäße Drehherz zeichnet sich dadurch aus, dass sich die drei Klemmstücke des Drehhertes exzentrisch drehen können, um ein Werkstück kraftschlüssig einzuklemmen. Zudem sorgen die elastischen Elemente des Drehherzens dafür, dass die Kraft, mit der jedes der Klemmstücke das Werkstück einklemmt, ähnlich groß ist, sodass die Klemmstücke das Werkstück nicht übermäßig einklemmen, wodurch Beschädigungen des Drehherzens oder des Werkstücks vermieden werden. Auch wenn das Werkstück nicht ganz rund ist, sorgen die elastischen Elemente des Drehherzens dafür, dass das Werkstück gleichmäßig gespannt wird, um zu vermeiden, dass sich das Werkstück im Vorgang des Einklemmens verschiebt und von der vorbestimmten Stelle abweicht, denn eine Abweichung des Werkstücks von der vorbestimmten Stelle kann zu einer fehlerhaften Bearbeitung des Werkstücks oder einem Mangelprodukt oder sogar zu Beschädigungen des Drehherzens oder des Werkstücks führen. Des Weiteren ist die Weite der von den drei Klemmstücken abgegrenzten Klemmöffnung größer als der Durchmesser des Werkstücks und wesentlich dem Innendurchmesser des Fixierrings des zweiten Aufsteckelements gleich, wenn sich die Klemmstücke in dem Zustand befinden, in dem das Werkstück freigegeben ist. Somit wird die Ausrichtung des Werkstücks beim Schieben in das Drehherz erleichtert, sodass das Werkstück nicht an die Klemmstücke stößt. Auf diese Weise werden ein Misslingen des Schiebens des Werkstücks und Beschädigungen des Drehherzens oder des Werkstücks vermieden. Des Weiteren ist es bei dem Drehherz möglich, dass den Abstandhalter verschiedener Länge oder Abmessung je nach Bearbeitungsbedarf über die Durchgangsbohrungen des ersten Aufsteckelements auszuwechseln. Es ist auch möglich, Spannsätze verschiedener Abmessung durch Demontieren von Befestigungselementen auszuwechseln. Da das Auswechseln leicht und schnell erfolgt, ohne dass das ganze Drehherz demontiert werden muss, wird der Arbeits- und Zeitaufwand für den Vorgang des Auswechselns verringert. Deshalb ist eine Automatisierung des Spannens und Freigebens eines Werkstücks bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung realisierbar, wodurch der Arbeits- und Zeitaufwand bemerkbar verringert werden kann und die Arbeitsleistung entsprechend gesteigert werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehherz
- 11
- erstes Aufsteckelement
- 111
- erstes Achsloch
- 112
- erste Stirnseite
- 113
- zweite Stirnseite
- 114
- Durchgangsbohrung
- 12
- zweites Aufsteckelement
- 121
- Fixierring
- 1211
- Stirnseite
- 122
- Stützring
- 1221
- Aufsteckabschnitt
- 1222
- Sperrabschnitt
- 1223
- erste Sperrfläche
- 1224
- innere Ringfläche
- 1225
- erster Bund
- 123
- Befestigungsring
- 1231
- zweite Sperrfläche
- 1232
- zweiter Bund
- 124
- Befestigungselement
- 125
- Abstandhalter
- 13
- Mitnehmer
- 131
- Mitnehmerteil
- 132
- Mitnehmerausnehmung
- 133
- Ausgleichsteil
- 14
- Zentrierspitze
- 15
- Klemmstück
- 151
- Klemmöffnung
- 152
- Langloch
- 1521
- Einschnitt
- 153
- Außenseite
- 16
- Schiebeelement
- 17
- Feststellelement
- 18
- elastisches Element
- 18a
- elastisches Element
- 18b
- elastisches Element
- 181
- Oberseite
- 20
- Gehäuse
- 21
- Drehscheibe
- 30
- Hebelelement
- 301
- Schaft
- 40, 40'
- Detektor
- 50
- Lager
- 60
- Antriebselement
- 61
- Druckstange
- 90
- Werkstück
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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