DE102021108050B3

DE102021108050B3 - Schwenkspanneinrichtung mit Drehanschlag sowie Anordnung aufweisend eine solche Schwenkspanneinrichtung

Info

Publication number: DE102021108050B3
Application number: DE102021108050.9A
Authority: DE
Inventors: Eric Seemaier
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2041-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schwenkspanneinrichtung (11), die insbesondere zum Spannen eines Werkstückträgerteils (12) eingerichtet ist. Die Schwenkspanneinrichtung (11) hat ein Zylindergehäuse (20) mit einem Zylinderraum (25), in dem ein Kolben (26) in einer Axialrichtung (A) entlang einer Längsachse (L) verschiebbar und in Umfangsrichtung (U) um die Längsachse (L) drehbar gelagert ist. Die Kolbenstange (33) ist mit einer benachbart zum Zylindergehäuse (20) angeordneten Spannklaue (14) in Axialrichtung (A) und in Umfangsrichtung (U) fest verbunden. Die Spannklaue (14) hat einen Steuerzapfen (39), der in einen Innenraum (37) der Kolbenstange (33) hineinragt und an seiner Außenfläche wenigstens ein Steuerelement (44) aufweist. Das Steuerelement (44) erstreckt sich entlang einer Kurvenbahn (K) abschnittsweise axial und abschnittsweise schräg zur Axialrichtung (A) und schräg zur Umfangsrichtung (U). Gegenüber dem Zylindergehäuse (20) unbeweglich ist ein Führungselement (50) im Innenraum (37) angeordnet und steht in Führungsverbindung mit dem zugeordneten Steuerelement (44). Bei einer Bewegung des Kolbens (26) im Zylinderraum (25) gibt der Verlauf der Kurvenbahn (K) die Bewegung der Spannklaue (14) vor. Die Anordnung gestattet eine einfache Montage und eine kompakte Bauform in Axialrichtung (A).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkspanneinrichtung. Die Schwenkspanneinrichtung hat eine bewegbare Spannklaue, die zwischen einer Freigabeposition und einer Spannposition bewegt werden kann. In der Spannposition kann beispielsweise ein Werkstück oder ein Werkstückträger (z.B. Werkstückpalette) an einem Tisch einer Werkzeugmaschine gespannt werden.
Eine aus DE 20 2012 010 722 U1 bekannte Schwenkspanneinrichtung weist ein Zylindergehäuse und einen darin bewegbaren Kolben auf, der mit einer Kolbenstange verbunden ist. Am freien Ende der Kolbenstange ist eine Spannklaue befestigt. Die Kolbenstange umschließt einen Innenraum. Auf der Innenseite der Kolbenstange ist eine Führungsnut angeordnet, in die ein stationärer Führungsstift eingreift. Die Führungsnut erstreckt sich entlang einer Kurvenbahn, so dass bei einer Axialbewegung des Kolbens eine überlagerte Axial- und Schwenkbewegung der Spannklaue ausgeführt wird. Das Herstellen von Führungsnuten an Innenwänden einer Zylinderbohrung ist schwierig und daher aufwendig.
Die in DE 101 27 214 A1 beschriebene Schwenkspanneinrichtung schlägt vor, eine Steuernut in der Außenfläche der Kolbenstange anzuordnen, an der die Spannklaue befestigt ist. Im Zylindergehäuse sind Führungskugeln befestigt, die in jeweils eine zugeordnete Steuernut der Kolbenstange eingreifen und somit die Schwenkbewegung der Kolbenstange steuern, wenn der Kolben im Zylinderraum axial bewegt wird. Gegenüber DE 20 2012 010 722 U1 ist die Herstellung der Führungsnuten in einem sich an den Kolben anschließenden Abschnitt der Kolbenstange einfacher, wie es in DE 101 27 214 A1 vorgeschlagen wird. Allerdings wird dadurch die axiale Bauhöhe der Schwenkspanneinrichtung groß. Beim Anordnen der Schwenkspanneinrichtung in einer Werkzeugmaschine ergeben sich dadurch unerwünschte Störkonturen für einen automatisierten Werkstückwechsel.
Bei der in DE 32 01 013 C2 beschriebenen Schwenkspanneinrichtung weist der Kolben in dem Innenraum Führungskugeln auf, die in Führungsnuten eines zentralen Zapfens eingreifen, der am Zylindergehäuse befestigt ist.
DE 102 52 549 A1 beschreibt eine Schwenkspanneinrichtung mit einer an einer Kolbenstange angeordneten Spannklaue. Die Kolbenstange begrenzt einen Innenraum, in den ein Schwenkrohr hineinragt. Außen am Schwenkrohr sind Führungsnuten angeordnet, in die jeweils eine Kugel eingreift, die am Kolben angeordnet ist.
JP 2003-194015 A beschreibt eine Schwenkspanneinrichtung mit einem Zylindergehäuse sowie einem darin angeordneten Kolben, der in einer Axialrichtung verschiebbar und in einer Umfangsrichtung drehbar gelagert ist. An dem Kolben sitzt eine Kolbenstange, die mit einer Spannklaue verbunden ist. Von der Kolbenstange ragt ein Steuerzapfen weg, in dem eine Steuernut vorhanden ist. Die Steuernut arbeitet mit einem als Kugel ausgeführten Führungselement zusammen, das an einem rohrförmigen Fortsatz des Zylindergehäuses angeordnet ist. Der Kolben hat eine Aussparung, durch die der Steuerzapfen hindurchragt und in die der rohrförmige Fortsatz mit dem Führungselement eingreifen kann, wenn die Kolbenstange in das Zylindergehäuse eingefahren ist. Eine ähnliche Schwenkspanneinrichtung ist auch aus DE 602 05 563 T2 bekannt.
Eine aus US 6 412 763 B1 bekannte Schwenkspanneinrichtung weist einen Zylinder und einen darin angeordneten Kolben mit einer Kolbenstange auf, die wiederum eine Steuernut hat. An dem Zylinder ist ein Führungselement (Kugel) angebracht, das in die Steuernut eingreift, so dass die Kolbenbewegung durch das Zusammenwirken des Führungselements und der Steuernut vorgegeben ist. Die Steuernut hat zwei gegenüberliegende Nutflanken, die jeweils die Drehbewegung in entgegengesetzte Drehrichtungen der Spannklaue definieren.
Die Verwendung einer Schwenkspanneinrichtung für eine Palettenfixierung in einer Werkzeugmaschine ist in US 2014/0252726 A1 beschrieben.
Zumindest einige der vorstehend genannten Ausführungsformen des Standes der Technik haben Nachteile. Insbesondere ist die Herstellung bzw. Montage der bekannten Schwenkspanneinrichtungen aufwendig, weil die Spannklaue exakt gegenüber den Führungsnuten und Führungskugeln ausgerichtet werden muss, so dass die Spannklaue in der Freigabeposition und der Spannposition eine definierte Drehlage in Umfangsrichtung um eine Längsachse aufweist. Das Herstellen von Führungsnuten an Innenwänden einer Zylinderbohrung ist schwierig und mit einfachen spanabhebenden Werkzeugen und Maschinen nur bei sehr großen Durchmessern noch wirtschaftlich. Andere bekannte Ausführungsformen sind im Hinblick auf die Montage verbessert, benötigen jedoch eine große axiale Länge.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Schwenkspanneinrichtung zu schaffen, deren Herstellung und Montage einfach und daher wirtschaftlich ist und die in Axialrichtung eine geringe Bauhöhe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Schwenkspanneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.
Die Schwenkspanneinrichtung weist ein Zylindergehäuse auf, das einen Zylinderraum begrenzt. In dem Zylinderraum ist ein Kolben angeordnet. Der Kolben unterteilt den Zylinderraum in zwei fluidisch voneinander getrennte Arbeitskammern. In einer Axialrichtung entlang einer Längsachse der Schwenkspanneinrichtung ist der Kolben verschiebbar gelagert. Außerdem ist der Kolben in einer Umfangsrichtung um die Längsachse drehbar gelagert. Eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange ist zumindest teilweise hohl, vorzugsweise teilweise oder vollständig hohlzylindrisch, und umschließt einen Innenraum. Die Kolbenstange ist koaxial zur Längsachse angeordnet. Die Kolbenstange ist mit einem Ende mit dem Kolben verbunden und kann vorzugsweise mit dem Kolben einen gemeinsamen Körper bilden. Die Kolbenstange und der Kolben können daher monolithisch ausgebildet sein.
Ein Kolbenstangenteil der Kolbenstange ist außerhalb des Zylinderraumes zugänglich, beispielsweise ein dem Kolben entgegengesetztes freies Ende der Kolbenstange. Eine Spannklaue ist mit dem von außen zugänglichen Kolbenstangenteil der Kolbenstange verbunden. Die Spannklaue kann beispielsweise in einen sich an das freie Ende anschließenden Endabschnitt der Kolbenstange eingeschraubt sein. Die Spannklaue kann auch anderweitig lösbar oder unlösbar mit der Kolbenstange verbunden sein.
Die Spannklaue weist einen Steuerzapfen auf, der in den Innenraum der hohlzylindrischen Kolbenstange hineinragt. An der Außenfläche des Steuerzapfens ist wenigstens ein Steuerelement angeordnet. Wenn mehrere Steuerelemente vorhanden sind, sind die Steuerelemente in Umfangsrichtung um die Längsachse mit Abstand zueinander und vorzugsweise regelmäßig um die Längsachse verteilt angeordnet. Jedes Steuerelement erstreckt sich entlang der Außen- bzw. Umfangsfläche des Steuerzapfens abschnittsweise in Axialrichtung und/oder in Umfangsrichtung und folgt dabei zwischen seinen entgegengesetzten Enden einer definierten Kurvenbahn. Das Steuerelement kann beispielsweise eine Steuernut oder ein Steuervorsprung sein.
Der Steuerzapfen ist relativ zur Spannklaue unbeweglich mit der Spannklaue verbunden. Vorzugsweise bilden der Steuerzapfen und die Spannklaue einen gemeinsamen Klauenkörper. Der Klauenkörper ist monolithisch ausgeführt.
In dem Innenraum ist in Axialrichtung und in Umfangsrichtung stationär wenigstens ein Führungselement angeordnet. Für jedes vorhandene Steuerelement ist genau ein zugeordnetes Führungselement vorhanden. Das Führungselement kann beispielsweise eine Kugel sein. Das Führungselement steht mit dem zugeordneten Steuerelement in Verbindung bzw. in Eingriff, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Führungselement und dem Steuerelement geführt entlang der Kurvenbahn erfolgt, entlang der sich das Steuerelement erstreckt. Diese geführte Relativbewegung sorgt dafür, dass sich die Spannklaue während einer Bewegung zwischen einer Spannposition und einer Freigabeposition entsprechend der Vorgabe der Kurvenbahn axial bewegt und zumindest phasenweise in Umfangsrichtung um die Längsachse dreht oder schwenkt.
In Axialrichtung wird eine kompakte Bauform erreicht, da der Steuerzapfen mit dem wenigstens einen Steuerelement und das wenigstens eine Führungselement im Innenraum in der Kolbenstange angeordnet sind, so dass sich der Kolben in Axialrichtung auch auf Höhe des wenigstens einen Führungselements bewegen kann und somit trotz der kompakten Bauweise eine ausreichend große axiale Hublänge für die Bewegung der Spannklaue zur Verfügung steht.
Durch das Anordnen des wenigstens einen Steuerelements an dem Steuerzapfen der Spannklaue ist die Relativlage zwischen dem Steuerelement und der Spannklaue sichergestellt. Eine Justage nach der Montage der Schwenkspanneinrichtung kann entfallen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kurvenbahn, entlang der sich ein jeweiliges Steuerelement erstreckt, einen sich ausschließlich in Axialrichtung erstreckenden ersten Bahnabschnitt aufweist. Der erste Bahnabschnitt ist somit parallel zur Längsachse ausgerichtet. Steht das zugeordnete Führungselement in Eingriff mit dem ersten Bahnabschnitt, führt die Spannklaue ausschließlich eine Bewegung in Axialrichtung aus, ohne seine Drehlage um die Längsachse zu ändern.
Es ist bevorzugt, wenn das wenigstens eine Führungselement in Verbindung ist mit dem ersten Bahnabschnitt des zugeordneten Steuerelements, wenn die Spannklaue eine Spannposition einnimmt. Dadurch kann die Spannklaue bei der Bewegung aus der Spannposition heraus in Richtung der Freigabeposition zunächst eine rein axiale Bewegung ausführen, ohne ihre Drehlage zu ändern.
Die Kurvenbahn hat vorzugsweise einen zweiten Bahnabschnitt und insbesondere genau einen zweiten Bahnabschnitt, in dem die Kurvenbahn keinen ausschließlich axialen Verlauf aufweist. Im zweiten Bahnabschnitt ist die Kurvenbahn insbesondere an jeder Stelle schräg geneigt zur Umfangsrichtung und schräg geneigt zur Axialrichtung ausgerichtet. Die Kurvenbahn ist im zweiten Bahnabschnitt vorzugsweise nicht geradlinig, sondern um wenigstens eine sich rechtwinkelig zur Längsachse erstreckende Achse gekrümmt, wobei diese Krümmung entlang des zweiten Bahnabschnitts variiert.
Der zweite Bahnabschnitt kann beispielsweise mathematisch durch ein Polynom beschrieben werden, wobei das Polynom einen höheren Grad aufweist und vorzugsweise mindestens einen fünften Grad. Bei einem Ausführungsbeispiel wird zur Beschreibung des zweiten Bahnabschnitts der Kurvenbahn ein Polynom siebten Grades verwendet. Es ist vorteilhaft, wenn die Kurvenbahn im zweiten Bahnabschnitt einen Wendepunkt aufweist.
Es ist bevorzugt, wenn der zweite Bahnabschnitt eine Übergangsstelle zum ersten Bahnabschnitt aufweist, an der der zweite Bahnabschnitt durch eine Funktion beschrieben ist, die zweimal stetig differenzierbar ist. Dadurch wird ein sanfter Übergang zwischen dem ersten Bahnabschnitt und dem zweiten Bahnabschnitt sichergestellt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kurvenbahn einen dritten Bahnabschnitt aufweisen. Der dritte Bahnabschnitt schließt sich an den zweiten Bahnabschnitt an. Der zweite Bahnabschnitt verbindet den ersten Bahnabschnitt mit dem dritten Bahnabschnitt. Der dritte Bahnabschnitt erstreckt sich vorzugsweise ausschließlich in Axialrichtung parallel zur Längsachse.
Analog zu der Übergangsstelle zwischen dem ersten Bahnabschnitt und dem zweiten Bahnabschnitt kann der zweite Bahnabschnitt an einer Übergangsstelle zum dritten Bahnabschnitt einen Verlauf aufweisen, der durch eine mathematische Funktion beschrieben ist, die an der Übergangsstelle zweimal stetig differenzierbar ist.
Jedes Führungselement kann mit dem zugeordneten Steuerelement im dritten Bahnabschnitt in Verbindung stehen, wenn die Spannklaue eine Freigabeposition einnimmt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der dritte Bahnabschnitt in Axialrichtung kürzer als der erste Bahnabschnitt.
An der Übergangsstelle zum ersten Bahnabschnitt und/oder an der Übergangsstelle zum dritten Bahnabschnitt kann die Krümmung des zweiten Bahnabschnitts gegen Null gehen, so dass der Radius an der betreffenden Übergangsstelle gegen Unendlich geht. Dadurch wird die Beanspruchung des zugeordneten Führungselements und des Steuerelements während der Relativbewegung weiter reduziert.
In der Spannposition und in der Freigabeposition hat die Spannklaue unterschiedliche Drehlagen um die Längsachse. Es ist vorteilhaft, wenn der Dreh- oder Schwenkwinkel um die Drehachse zwischen der Spannposition und der Freigabeposition kleiner ist als 90°, vorzugsweise kleiner als 70° und bei einem Ausführungsbeispiel etwa 60° beträgt. Durch die Begrenzung des Schwenkwinkels kann die Erstreckung des Steuerelements in Umfangsrichtung ebenfalls begrenzt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser des Steuerzapfens einen Durchmesser von 12 mm bis 15 mm aufweisen. Größere Durchmesser des Steuerzapfens sind möglich, aber nicht erforderlich.
Ein Steigungswinkel des Steuerelements wird relativ zu einer Bezugsebene bestimmt, die rechtwinklig zur Längsachse ausgerichtet ist. Der Steigungswinkel ist an jeder Stelle mindestens so groß, dass die Selbsthemmung überwunden wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Steigungswinkel des Steuerelements relativ zu einer Bezugsebene an jeder Stelle mindestens 30° oder mindestens 40° beträgt. Durch diese Maßnahme lässt sich die Belastung bei der Relativbewegung zwischen dem Steuerelement und dem Führungselement reduzieren.
Es ist bevorzugt, wenn das Führungselement an einer Hülse gelagert ist, die den Steuerzapfen in Umfangsrichtung umschließt. Das Führungselement und die Hülse sind dabei vorzugsweise miteinander verbunden und insbesondere lösbar miteinander verbunden. Beispielsweise kann ein Führungselement in Form einer Kugel in einer sich in Axialrichtung entlang der Hülse erstreckenden Lageraussparung angeordnet sein. Jede Lageraussparung kann durch zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Flanken begrenzt werden, die um eine sich in Axialrichtung erstreckende Achse gekrümmt sind, wobei die Krümmung vorzugsweise an den Kugeldurchmesser angepasst ist. Die Lageraussparungen können beispielsweise durch ein rotierendes Werkzeug hergestellt werden, insbesondere durch Bohren. Dies vereinfacht die Montage der Kugeln in den Lageraussparungen.
Es ist bevorzugt, wenn die Hülse und das Zylindergehäuse oder zumindest ein Teil des Zylindergehäuses einen gemeinsamen Körper bilden. Der entsprechende Teil des Zylindergehäuses und die Hülse sind daher monolithisch ausgeführt.
Die Spannklaue weist wenigstens einen Drehanschlag auf. Der Drehanschlag ist an der dem Zylindergehäuse zugewandten Unterseite der Spannklaue angeordnet. Der Drehanschlag ist dazu eingerichtet, eine Drehung der Spannklaue in Umfangsrichtung in einer oder in beiden Drehrichtungen zu blockieren, wenn sich die Spannklaue in der Spannposition befindet. Zumindest wird die Drehung der Spannklaue blockiert, die durch die Kurvenbahn des Steuerelements bei der Bewegung aus der Spannposition in die Freigabeposition vorgegeben ist. Durch diese Ausgestaltung lässt sich die Sicherheit zumindest in bestimmten Zuständen der Schwenkspanneinrichtung verbessern. Wenn beispielsweise ein zu spannendes Werkstückträgerteil gegen die Unterseite der Spannklaue gedrängt wird, beispielsweise durch die Gewichtskraft oder eine andere äußere Kraft, kann auch bei Druckverlust kein Bewegen der Spannklaue in die Freigabeposition erfolgen, da die hierfür erforderliche Drehbewegung durch den Drehanschlag blockiert wird, der in einem solchen Fall an dem Werkstückträgerteil anschlagen kann. Beispielsweise erhöht diese Ausführung der Schwenkspanneinrichtung die Sicherheit beim Spannen von Werkstückträgerteilen, die über Kopf gehalten werden und bei einem Druckverlust der Schwenkspanneinrichtung ansonsten herunterfallen könnten.
Die Schwenkspanneinrichtung gemäß irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann Bestandteil einer Anordnung sein. Die Anordnung weist ein oder mehrere Paare von jeweils einem Werkstückträgerteil mit einer Öffnung und einer zugeordneten Schwenkspanneinrichtung auf. Die Öffnung und die Spannklaue haben in einer rechtwinkelig zur Längsachse ausgerichteten Schnittebene jeweils eine nicht rotationssymmetrische Außenkontur. Die Spannklaue ist dabei dazu eingerichtet, in der Freigabeposition durch die Öffnung des Werkstückträgerteils hindurchgeführt zu werden. In der Spannposition übergreift die Spannklaue zumindest einen Bereich des Werkstückträgerteils, der sich an die Öffnung anschließt, um das Werkstückträgerteil gegen eine Grundfläche zu spannen.
Die Öffnung im Werkstückträgerteil weist insbesondere eine Öffnungsbreite und eine gegenüber der Öffnungsbreite größere Öffnungslänge auf. Die Spannklaue kann eine Spannklauenbreite aufweisen, die kleiner ist als die Öffnungsbreite und eine Spannklauenlänge, die kleiner ist als die Öffnungslänge. Die Spannklauenlänge ist insbesondere größer als die Öffnungsbreite.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung aufweisend eine Schwenkspanneinrichtung sowie einen Werkstückträgerteil,
2 das Ausführungsbeispiel der Schwenkspanneinrichtung aus 1 in einer schematischen Darstellung im Längsschnitt,
3a eine schematische Draufsicht auf die Spannklaue der Schwenkspanneinrichtung aus den 1 und 2 in Axialrichtung, wobei sich die Spannklaue in eine Spannposition befindet,
3b eine schematische Darstellung eines Steuerelements und eines damit in Eingriff stehenden Führungselements der Schwenkspanneinrichtung in einer Relativlage, in der sich die Spannklaue in der Spannposition gemäß 3a befindet,
4a die Spannklaue in der Ansicht gemäß 3a, wobei sich die Spannklaue in einer Freigabeposition befindet,
4b das Steuerelement und das Führungselement aus 3b in einer Relativlage, in der sich die Spannklaue in der Freigabeposition befindet,
5 eine mathematische Funktion, die einen Bahnabschnitt der Kurvenbahn des Steuerelements der Schwenkspanneinrichtung beschreibt, sowie den Radius dieser Funktion,
6 eine schematische Darstellung einer Hülse zur Lagerung von kugelförmigen Führungselementen in einer Draufsicht in Axialrichtung und
7 ein Ausführungsbeispiel eines Fluidschaltplans der Schwenkspanneinrichtung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 10 aufweisend eine Schwenkspanneinrichtung 11 sowie einen Werkstückträgerteil 12. Der Werkstückträgerteil 12 hat eine Öffnung 13. Die Öffnung 13 des Werkstückträgerteils 12 ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch zur Längsachse L. Sie ist derart dimensioniert, dass eine Spannklaue 14 der Schwenkspanneinrichtung 11 der Spannklaue 14 durch die Öffnung 13 hindurchgeführt werden kann, wenn die Spannklaue 14 eine vorgegebene Drehlage um eine Längsachse L einnimmt (4a). In dieser Drehlage befindet sich die Spannklaue 14 in einer Freigabeposition F. In einer anderen Drehlage um die Längsachse L übergreift die Spannklaue 14 zumindest einen Bereich des Werkstückträgerteils 12 angrenzend an die Öffnung 13, insbesondere in einer Spannposition S. In dieser Spannposition S kann das Werkstückträgerteil 12 in einer Axialrichtung A parallel zur Längsachse L nicht über die Spannklaue 14 der Schwenkspanneinrichtung 11 hinweg bewegt werden. In der Spannposition S kann eine Unterseite 15 der Spannklaue 14 an der zugewandten Oberseite des Werkstückträgerteils 12 anliegen und das Werkstückträgerteil 12 kann zwischen der Spannklaue 14 und einer Spannfläche 16 klemmend beaufschlagt werden.
In 3a ist die Spannposition S der Spannklaue 14 veranschaulicht. 4a zeigt die Freigabeposition F der Spannklaue 14. Der Drehwinkel bzw. Schwenkwinkel, um den die Spannklaue 14 zwischen der Freigabeposition F und der Spannposition S um die Längsachse L dreht bzw. schwenkt ist beim Ausführungsbeispiel kleiner als 90° und vorzugsweise kleiner als 70°. Der Drehwinkel bzw. Schwenkwinkel α kann etwa 60° betragen.
Der Werkstückträgerteil 12 kann Bestandteil eines Werkstückträgers sein, beispielsweise einer Werkstückpalette. An einer Werkstückpalette können mehrere Paare aus jeweils einem Werkstückträgerteil 12 und einer zugeordneten Schwenkspanneinrichtung 11 angeordnet sein, z.B. vier solche Paare. Die Werkstückträgerteile 12 können lösbar an dem Werkstückträger befestigt sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Die Öffnungen 13 der Werkstückträgerteile 12 eines gemeinsamen Werkstückträgers sind dabei vorzugsweise in unterschiedliche Raumrichtungen bezüglich eines gemeinsamen Koordinatensystems des Werkstückträgers orientiert. Die Schwenkspanneinrichtungen 11 können beispielsweise Bestandteil eines Tisches einer Werkzeugmaschine sein, wie etwa eines Rundtisches, auf dem ein Werkstückträger mit einem daran gespannten Werkstück zur Bearbeitung in der Werkzeugmaschine gehalten werden kann.
Wie es insbesondere aus den 3a und 4a hervorgeht, hat die Öffnung 13 im Werkstückträgerteil 12 eine Öffnungsbreite x1 und eine Öffnungslänge y1. Die Spannklaue 14 hat eine Spannklauenbreite x2 und eine Spannklauenlänge y2. Die Spannklauenbreite x2 ist kleiner als die Öffnungsbreite x1 und die Spannklauenlänge y2 ist kleiner als die Öffnungslänge y1, so dass die Spannklaue 14 in der Freigabeposition F durch die Öffnung 13 hindurchgeführt werden kann. Die Spannklauenlänge y2 ist größer als die Öffnungsbreite x1, so dass die Spannklaue 14 in einer gegenüber der Freigabeposition F um den Schwenkwinkel α gedrehten Spannposition S den Randbereich des Werkstückträgerteils 12 angrenzend an die Öffnung 13 übergreift ( 1 und 3a). Die Spannklaue 14 und die Öffnung 13 sind beispielsgemäß in ihrer Kontur in Axialrichtung A parallel zur Längsachse L betrachtet aneinander angepasst, ähnlich wie ein Schlüssel zu einem Schlüsselloch. Die Spannklaue 14 kann daher auch als Spannschlüssel und die Öffnung 13 als Schlüsselloch bezeichnet werden.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schwenkspanneinrichtung 11 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Schwenkspanneinrichtung 11 hat ein Zylindergehäuse 20, das beim Ausführungsbeispiel von einem ersten Gehäuseteil 21 und einem zweiten Gehäuseteil 22 gebildet ist. Die beiden Gehäuseteile 21, 22 sind lösbar miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Der erste Gehäuseteil 21 weist beim Ausführungsbeispiel einen Boden 23 und eine hohlzylindrische Wand 24 auf, die einen monolithischen topf- oder napfförmigen ersten Gehäuseteil 21 bilden. Der zweite Gehäuseteil 22 hat beispielsgemäß die Gestalt eines Deckels, der an der zylindrischen Wand 24 des ersten Gehäuseteils 21 befestigt ist.
Das Zylindergehäuse 20 begrenzt einen Zylinderraum 25. In dem Zylinderraum 25 ist ein Kolben 26 koaxial zur Längsachse L angeordnet. Der Kolben 26 hat beim Ausführungsbeispiel eine ringförmige Gestalt und bildet an seiner Umfangsfläche eine Dichtfläche, die an der Innenfläche der zylindrischen Wand 24 anliegt. Zur Abdichtung kann der Kolben 26 an seiner Dichtfläche eine koaxial zur Längsachse L angeordnete ringförmige Kolbendichtung 27 aufweisen.
Der Kolben 26 unterteilt den Zylinderraum 25 in eine erste Arbeitskammer 28 und eine zweite Arbeitskammer 29, die mittels des Kolbens 26 fluidisch voneinander getrennt sind.
In seinem radial inneren Bereich ist der ringförmige Kolben 26 mit einem inneren Ende einer hohlzylindrischen Kolbenstange 33 verbunden. Die hohlzylindrische Kolbenstange 33 ist koaxial zur Längsachse L angeordnet und erstreckt sich ausgehend von ihrem inneren Ende in Axialrichtung A bis zu einem äußeren freien Ende 34, das außerhalb des Zylinderraums 25 angeordnet ist. Hierfür ist die Kolbenstange 33 durch eine Gehäuseöffnung 35 im Zylindergehäuse 20 und beispielsgemäß im zweiten Gehäuseteil 22 nach außen geführt. Die Gehäuseöffnung 35 kann gegenüber der Kolbenstange 33 abgedichtet sein, beispielsweise durch eine im zweiten Gehäuseteil 22 angeordnete ringförmige Gehäusedichtung 36.
Die Spannklaue 14 ist mit einem Kolbenstangenteil der Kolbenstange 33 verbunden, das außerhalb des Zylindergehäuses zugänglich ist. Beim Ausführungsbeispiel ist die Spannklaue 14 im Bereich des freien Endes 34 mit der Kolbenstange 33 verbunden, insbesondere durch eine Schraubverbindung.
Die hohlzylindrische Kolbenstange 33 umschließt einen Innenraum 37. Der Innenraum 37 ist beim Ausführungsbeispiel fluidisch mit der ersten Arbeitskammer 28 verbunden. Deswegen ist die Verbindung zwischen der Spannklaue 14 und der Kolbenstange 33 beispielsgemäß fluiddicht. In dem Innenraum 37 ist eine Steueranordnung 38 angeordnet, die dazu dient, die Bewegung der Spannklaue 14 in Axialrichtung A entlang der Längsachse L und eine dazu überlagerte Schwenkbewegung in Umfangsrichtung U um die Längsachse L zu steuern bzw. vorzugeben.
Zu der Steueranordnung 38 gehört ein Steuerzapfen 39 der Spannklaue 14. Der Steuerzapfen 39 ist unbeweglich fest mit der Spannklaue 14 verbunden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden die Spannklaue 14 und der Steuerzapfen 39 einen monolithischen Klauenkörper 40. Der Steuerzapfen 39 ist entlang der Längsachse L angeordnet und ragt durch die Öffnung am freien Ende 34 der Kolbenstange 33 in den Innenraum 37 hinein.
Zur Steuerung der Bewegung der Spannklaue 14 trägt der Steuerzapfen 39 wenigstens ein Steuerelement 44 und beispielsgemäß zwei separate Steuerelemente 44, die in Umfangsrichtung U mit Abstand zueinander und beispielsgemäß auf gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Längsachse L angeordnet sind. Die Steuerelemente 44 sind beim Ausführungsbeispiel jeweils von einer Steuernut 45 gebildet, die radial nach außen offen ist. Jedes Steuerelement 44 bzw. jede Steuernut 45 erstreckt sich abschnittsweise in Axialrichtung A parallel zur Längsachse L und abschnittsweise schräg geneigt zur Längsachse L und dabei gleichzeitig auch entlang der Außenfläche des Steuerzapfens 39 in Umfangsrichtung U. Die Steuerelemente 44 bzw. Steuernuten 45 des Steuerzapfens 39 sind identisch ausgebildet und stark schematisiert beispielhaft in den 3b und 4b veranschaulicht. Jedes von einer Steuernut 45 gebildete Steuerelement 44 erstreckt sich entlang einer Kurvenbahn K, die beim Ausführungsbeispiel einen ersten Bahnabschnitt K1, einen zweiten Bahnabschnitt K2 und einen dritten Bahnabschnitt K3 aufweist.
Die Bahnabschnitte K1-K3 sind dabei durch den Verlauf einer Mittellinie M entlang des Steuerelements 44 bzw. durch die Steuernut 45 definiert. Der erste Bahnabschnitt K1 sowie der dritte Bahnabschnitt K3 erstrecken sich ausschließlich in Axialrichtung A parallel zur Längsachse L. An einer ersten Übergangsstelle 46 geht der zweite Bahnabschnitt K2 in den ersten Bahnabschnitt K1 über. An einer zweiten Übergangsstelle 47 geht der zweite Bahnabschnitt K2 in den dritten Bahnabschnitt K3 über. Der zweite Bahnabschnitt K2 erstreckt sich schräg zur Axialrichtung A sowie schräg zur Umfangsrichtung U. Der zweite Bahnabschnitt K2 hat außerdem einen gekrümmten Verlauf mit einer sich vorzugsweise entlang des Verlaufs zwischen der ersten Übergangsstelle 46 und der zweiten Übergangsstelle 47 örtlich ändernden Krümmung. Der zweite Bahnabschnitt K2 krümmt sich um wenigstens eine Achse, die rechtwinkelig und vorzugsweise radial zur Längsachse L ausgerichtet ist.
Gegenüber einer Bezugsebene E, die rechtwinklig zur Axialrichtung A ausgerichtet ist, hat die die Bahnkurve K beschreibende Mittellinie M an jeder Stelle einen Steigungswinkel β, der mindestens 40° beträgt. Das Minimum des Steigungswinkels β weist die Bahnkurve K an einem Wendepunkt der Mittellinie M im zweiten Bahnabschnitt K2 auf.
In 5 ist beispielhaft eine mathematische Funktion K2(z) veranschaulicht, die den Verlauf des zweiten Bahnabschnitts K2 abhängig von der Positionsvariablen z beschreibt. Die Positionsvariable z definiert die Position in Axialrichtung A. Der zweite Bahnabschnitt K2 ist durch eine Polynomfunktion K2(z) höheren Grades und vorzugsweise mindestens fünften Grades und beispielsgemäß siebten Grades beschrieben. Die Polynomfunktion K2(z) ist so vorgegeben, dass sie an den Übergangsstellen 46, 47 zweimal stetig differenzierbar ist. Außerdem definiert die Polynomfunktion K2(z) einen Radius r(z), der an den Übergangsstellen 46, 47 gegen Unendlich geht (5). Der Radius r(z), der an den Übergangsstellen 46, 47 gegen Unendlich geht hat eine Krümmung, die gegen null geht (Radius r(z) entspricht dem Kehrwert der Krümmung).
Zu der Steueranordnung 38 gehört außerdem wenigstens ein Führungselement 50. Jedem vorhandenen Steuerelement 44 ist genau ein Führungselement 50 zugeordnet. Das Steuerelement 44 und das zugeordnete Führungselement 50 sind derart miteinander in Eingriff, dass sie sich entlang der Kurvenbahn K geführt relativ zueinander bewegen. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind zwei Führungselemente 50 vorhanden, für jeweils ein Steuerelement 44. Da die Steuerelemente 44 als Steuernuten 45 ausgebildet sind, sind die Führungselemente 50 durch jeweils einen in die Steuernut 45 eingreifenden Führungsvorsprung und beispielsgemäß eine Kugel 51 gebildet.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel könnte das wenigstens eine Steuerelement 44 auch als sich entlang der Kurvenbahn K erstreckender Steuervorsprung und das jeweils zugeordnete Führungselement 50 als Führungsaussparung ausgebildet sein.
Zur Lagerung des wenigstens einen Führungselements 50 und beispielsgemäß der beiden Kugeln 51 ist im Innenraum 37 eine koaxial zur Längsachse L angeordnete Hülse 52 vorhanden. Die Hülse 52 ist unbeweglich mit dem Zylindergehäuse 20 und beispielsgemäß dem ersten Gehäuseteil 21 verbunden. Beim Ausführungsbeispiel sind die Hülse 52 und das Zylindergehäuse 20 bzw. der erste Gehäuseteil 21 monolithisch und bilden somit einen gemeinsamen Körper.
Beim Ausführungsbeispiel umschließt die Hülse 52 einen Endabschnitt des Steuerzapfens 39 in Umfangsrichtung U. Der Innendurchmesser der Hülse 52 ist größer als der Außendurchmesser des Steuerzapfens 39 zumindest in diesem Endabschnitt, in dem die Steuerelemente 44 bzw. Steuernuten 45 angeordnet sind. An diesen Endabschnitt 53 des Steuerzapfens 39 schließt sich ein Verbindungsabschnitt 54 des Steuerzapfens 39 an, der beim Ausführungsbeispiel ein Außengewinde aufweist, das mit einem Innengewinde der Kolbenstange 33 in Schraubverbindung steht. Das Innengewinde der Kolbenstange 33 ist im Bereich im Anschluss an das freie Ende 34 angeordnet. Im Übergang zwischen dem Verbindungsabschnitt 54 und dem Endabschnitt 53 des Steuerzapfens 39 ist eine Ringschulter 55 gebildet.
Zur Lagerung jeder Kugel 51 weist die Hülse 52 jeweils eine Lageraussparung 56 auf. Jede Lageraussparung 56 ist beispielsgemäß durch einen sich in Axialrichtung A erstreckenden Schlitz in der Hülsenwand der Hülse 52 gebildet. Die Lageraussparungen 56 sind an einem dem Boden 23 entgegengesetzten oberen Rand der Hülse 52 offen. Die schlitzförmigen Lageraussparungen 56 weisen vorzugsweise sich in Umfangsrichtung U um die Längsachse L gegenüberliegende konkav gekrümmte Flanken 57 auf (6). Die Krümmung der Flanken 57 entspricht im Wesentlichen der Krümmung der Kugeln 51. Beim Einsetzen der Kugeln 51 in Axialrichtung in die Lageraussparungen 56 sind die Kugeln 51 daher für eine weitere Montage zwischen den Flanken 57 positioniert, was die Montage der Steueranordnung 38 vereinfacht. Die schlitzförmigen Lageraussparungen 56 können durch ein spanabhebendes rotierendes Werkzeug hergestellt werden, dessen Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Kugeln 51, beispielsweise mittels eines Fräsers oder Bohrers. Vorzugsweise handelt es sich um gebohrte schlitzförmige Lageraussparungen 56.
In Axialrichtung A zum Boden 23 des ersten Gehäuseteils 21 hin sind die Kugeln 51 durch eine Kante 58 der Hülse 52 abgestützt, die an die Lageraussparungen 56 angrenzt. Die Kante 58 ist bevorzugt konkav oder mit einer Vertiefung für die Kugel 51 versehen. Die Kante 58 kann durch V-förmig aneinander anschließende Kantenabschnitte gebildet sein. Die Länge jeder Lageraussparung 56 in Axialrichtung A entspricht im Wesentlichen dem Kugeldurchmesser, so dass die eingesetzte Kugel 51 im Wesentlichen bündig mit dem oberen Rand der Hülse 52 abschließt.
Auf der inneren Seite, radial zur Längsachse L betrachtet, sind die Kugeln 51 durch den Steuerzapfen 39 abgestützt und mit jeweils einer zugeordneten Steuernut 45 in Eingriff.
Zur Abstützung der Kugeln 51 an der in Axialrichtung A offenen Seite der Lageraussparungen 56 sowie radial zur Längsachse L nach außen ist im Innenraum 37 eine mit der Hülse 52 verbundene Kappe 60 angeordnet. Die Kappe 60 ist koaxial zur Längsachse L angeordnet und umschließt die Hülse 52, zumindest in dem Abschnitt der Lageraussparungen 56. Beispielsweise kann die Kappe 60 ein Innengewinde aufweisen, das in Eingriff steht mit einem Außengewinde der Hülse 52.
Die Kappe 60 hat an einem Ende einen Ringteil 61, der radial nach innen zur Längsachse L hineinragt und einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Hülse 52 und vorzugsweise höchstens so groß ist wie der Innendurchmesser der Hülse 52. Der Ringteil 61 überragt den oberen Rand der Hülse 52 bzw. die Lageraussparungen 56. Dadurch werden die Kugeln 51 in den Lageraussparungen 56 in Axialrichtung A zwischen dem Ringteil 61 und der Kante 58 der Hülse 52 gehalten.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Hydraulikschaltplans einer Hydraulikschaltung 63 zur Bewegungssteuerung einer Schwenkspanneinrichtung 11 veranschaulicht. Die Hydraulikschaltung 63 hat eine Druckquelle 64 mittels der unter Druck stehendes Hydraulikmedium bereitgestellt wird. Außerdem ist ein Reservoir 65 für Hydraulikmedium vorhanden. Die Druckquelle 64 und das Reservoir 65 sind über ein umschaltbares Steuerventil 66 an eine erste Leitung 67 und eine zweite Leitung 68 angeschlossen. Die erste Leitung 67 ist über ein erstes Rückschlagventil 68 mit der ersten Arbeitskammer 28 fluidisch verbunden. Die zweite Leitung 69 ist über ein zweites Rückschlagventil 70 mit der zweiten Arbeitskammer 29 fluidisch verbunden. In einer Schaltstellung des Steuerventils ist die erste Leitung 67 mit dem Reservoir 65 und die zweite Leitung 69 mit der Druckquelle 64 verbunden, während in der anderen Schaltstellung des Steuerventils 66 die erste Leitung 67 mit dem Reservoir 65 und die zweite Leitung 69 mit der Druckquelle 64 verbunden ist.
Die Rückschlagventile 68, 70 sind dazu eingerichtet, einen Hydraulikdruck in der jeweils fluidisch verbundenen Arbeitskammer 28 bzw. 29 aufrechtzuerhalten. Die Rückschlagventile 68, 70 sind entsperrbar, um Hydraulikmedium aus der betreffenden Arbeitskammer 28 bzw. 29 in das Reservoir 65 abzuführen.
Um die Spannklaue 14 in die Freigabeposition zu bewegen, wird die erste Arbeitskammer 28 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und die zweite Arbeitskammer 29 wird mit dem Reservoir 65 verbunden, so dass Hydraulikmedium abfließen kann. Umgekehrt wird die zweite Arbeitskammer 29 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, wenn die Spannklaue 14 in die Spannposition S bewegt werden soll, wobei die erste Arbeitskammer 28 mit dem Reservoir 65 verbunden wird, so dass Hydraulikmedium abfließen kann.
Zur Aufrechterhaltung des Drucks in der zweiten Arbeitskammer 29 in der Spannposition S dient das zweite Rückschlagventil 70. Dadurch kann die Betriebssicherheit erhöht werden. Das erste Rückschlagventil 68 zur Aufrechterhaltung des Drucks in der ersten Arbeitskammer 28 kann bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der Hydraulikschaltung 63 entfallen.
Mehrere Baugruppen aus jeweils einer Schwenkspanneinrichtung 11 und den Rückschlagventilen 68, 70 können fluidisch parallel zueinander zwischen die erste Leitung 67 und die zweite Leitung 69 geschaltet sein.
In 7 ist außerdem eine Ausgestaltungsmöglichkeit veranschaulicht, bei der ein Entlüftungsventil 71 vorhanden ist. Mittels dem Entlüftungsventil 71 kann Luft, die sich in der Schwenkspanneinrichtung 11 innerhalb des Hydraulikmediums führenden Kammern und Leitungen angesammelt hat, entfernt werden. Das Entlüftungsventil 71 ist manuell betätigbar und fluidisch mit dem Innenraum 37 verbunden. Der Innenraum 37 ist wiederum fluidisch mit der ersten Arbeitskammer 28 verbunden.
Das Entlüftungsventil 71 kann Bestandteil der Schwenkspanneinrichtung 11 sein. In 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Entlüftungsventils 71 veranschaulicht. Entlang der Längsachse L ist im Klauenkörper 40 eine Aussparung 72, beispielsweise eine Bohrung, für einen Ventilkörper 73 vorhanden. Der Ventilkörper 73 ist beispielsweise in ein Innengewinde der Aussparung 72 eingeschraubt. Ein Ende des Ventilkörpers 73 bildet einen vorzugsweise konischen Dichtabschnitt 78 und liegt fluiddicht an einem Ventilsitz 74 an, wenn das Entlüftungsventil 71 geschlossen ist. Die Anlage zwischen dem Ventilkörper 73 und dem Ventilsitz 74 kann in Umfangsrichtung U um die Längsachse L linienförmig bzw. kreisförmig sein.
Der Ventilsitz 74 ist durch eine Kante einer Ringschulter gebildet, die die Aussparung 72 mit einem Fluidkanal 75 verbindet. Der Fluidkanal 75 erstreckt sich ausgehend vom Ventilsitz 74 in Axialrichtung A von der Aussparung 72 weg und ist fluidisch über einen Querkanal 76 mit dem Innenraum 37 verbunden. Der Querkanal 76 ist in etwa im Übergangsbereich zwischen dem Verbindungsabschnitt 54 und dem Endabschnitt 53 des Steuerzapfens 39 angeordnet und erstreckt sich insbesondere radial zur Längsachse L durch den Steuerzapfen 39.
Der Ventilkörper 73 sitzt fluiddicht in der Aussparung 72 und begrenzt im Anschluss an den Dichtabschnitt 78 einen Ringraum innerhalb der Aussparung 72, in den ein Entlüftungskanal 77 mündet. Der Entlüftungskanal 77 erstreckt sich durch den Ventilkörper 73 und verbindet den Ringraum fluidisch mit einem von außen zugänglichen Anschluss des Ventilkörpers 73.
Bei geschlossenem Entlüftungsventil 71 liegt der Ventilkörper 73 mit dem Dichtabschnitt 78 am Ventilsitz 74 an und dichtet den Entlüftungskanal 77 gegenüber dem Fluidkanal 75 ab. Wird der Ventilkörper 73 vom Ventilsitz 74 entfernt und das Entlüftungsventil 71 dadurch geöffnet, kann ein Fluid aus dem Fluidkanal 75 zwischen dem Ventilsitz 74 und dem Dichtabschnitt 78 über den Ringraum in den Entlüftungskanal 77 und durch den Anschluss des Ventilkörpers 73 nach außen strömen. Der Fluidkanal 75 ist wiederum fluidisch mit dem Innenraum 37 und der ersten Arbeitskammer 28 verbunden. Der ersten Arbeitskammer 28 kann während des Entlüftens unter Druck stehendes Hydraulikmedium zugeführt werden, so dass eventuell vorhandene Luft mitgeführt und durch das Entlüftungsventil 71 nach außen transportiert wird.
Die insoweit beschriebene Anordnung 10 bzw. Schwenkspanneinrichtung 11 arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, dass sich die Schwenkspanneinrichtung 11 in einem Lösezustand befindet, in dem die Spannklaue 14 die Freigabeposition F einnimmt. In dieser Freigabeposition F kann das Werkstückträgerteil 12 mit der Öffnung 13 über die Spannklaue 14 auf die Spannfläche 16 aufgelegt werden. Zum Spannen wird anschließend die zweite Arbeitskammer 29 mit Hydraulikdruck beaufschlagt und die erste Arbeitskammer 28 geöffnet, so dass der Kolben 26 in Axialrichtung A bewegt wird. Dadurch bewegt sich die Spannklaue 14 auf die Spannfläche 16 bzw. das Werkstückträgerteil 12 zu.

Die Spannklaue 14 führt allerdings keine rein axiale Bewegung durch. Die Bewegung der Spannklaue 14 wird vielmehr durch die Steueranordnung 38 und den Verlauf der Kurvenbahn K des Steuerelements 44 vorgegeben. In der Freigabeposition F ist das Führungselement 50 bzw. die Kugel 51 in Eingriff mit der Steuernut 45 im Bereich des dritten Bahnabschnitts K3 (4b). Deswegen bewegt sich die Spannklaue 14 zunächst entsprechend der axialen Länge des dritten Bahnabschnitts K3 ausschließlich in Axialrichtung A. Nachdem das Führungselement 50 die zweite Übergangsstelle 47 erreicht hat und in den zweiten Bahnabschnitt K2 übergeht, findet zusätzlich zu der axialen Bewegung der Spannklaue 14 außerdem eine Schwenkbewegung in Umfangsrichtung um die Längsachse L statt. Die Spannklaue wird durch den Verlauf des zweiten Bahnabschnitts K2 um den Schwenkwinkel α geschwenkt. Die Schwenkbewegung stoppt, sobald das Führungselement 50 die erste Übergangsstelle 46 zwischen dem zweiten Bahnabschnitt K2 und dem ersten Bahnabschnitt K1 erreicht hat. Im Anschluss daran wird die Spannklaue 14 ausschließlich in Axialrichtung A bewegt, ohne um die Längsachse L geschwenkt zu werden. Schließlich gelangt die Spannklaue 14 mit ihrer Unterseite 15 in Anlage mit dem Werkstückträgerteil 12 und spannt das Werkstückträgerteil 12 zwischen der Spannklaue 14 und der Spannfläche 16 ein. Die Position des Führungselements 50 in der Spannposition S der Spannklaue 14 ist in 3b dargestellt.
Aus den 1 und 3a geht die Spannposition S der Spannklaue 14 hervor. Es ist zu erkennen, dass die Spannklaue 14 bei der bevorzugten Ausführungsform an ihrer Unterseite 15 wenigstens einen Drehanschlag 80 aufweist. Der Drehanschlag 80 ist beim Ausführungsbeispiel durch einen Vorsprung 81 gebildet. Der Vorsprung 81 greift in der Spannposition S der Spannklaue 14 in die Öffnung ein, so dass Seitenkanten des Vorsprungs 81 benachbart zu den die Öffnung 13 begrenzenden Seitenflächen des Werkstückträgerteils 12 angeordnet sind.
Solange das Werkstückträgerteil 12 in Kontakt mit der Unterseite 15 der Spannklaue 14 ist, kann die Spannklaue 14 nicht in Umfangsrichtung U um die Längsachse L gedreht werden, zumindest nicht in die Drehrichtung, die vom zweiten Bahnabschnitt K2 bei der Bewegung der Spannklaue 14 aus der Spannposition S heraus in die Freigabeposition F vorgegeben ist. Bei einer solchen Drehbewegung würde der Drehanschlag 80 an den die Öffnung 13 begrenzenden Seitenflächen des Werkstückträgerteils 12 anschlagen. Dadurch ist ein Lösen der Spannposition S auch dann vermieden, wenn ein ungewollter Druckabbau in der zweiten Arbeitskammer 29 der Schwenkspanneinrichtung 11 auftritt. Ein versehentliches Lösen der Spannposition S ist nur dann möglich, wenn die Anlage zwischen der Unterseite 15 der Spannklaue 14 und dem Werkstückträgerteil 12 aufgehoben wird.
Der Drehanschlag 80 ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Werkstückträger längere Zeit (beispielsweise über Nacht) hängend in einer Werkzeugmaschine gespannt wird. Durch Leckagen könnte dabei ein Druckverlust in der zweiten Arbeitskammer 29 auftreten. Aufgrund der Gewichtskraft des Werkstückträgers wird aber der Kontakt zwischen dem Werkstückträgerteil 12 und der Unterseite 15 der Spannklaue 14 aufrechterhalten. Somit kann selbst bei Druckverlust keine Drehbewegung der Spannklaue 14 in Umfangsrichtung U auftreten, so dass die Spannklaue 14 - abgesehen von einem gewissen Spiel - die Spannposition S nicht verlassen kann und der Werkstückträger zuverlässig gehalten wird, ohne herunterzufallen.
Die Erfindung betrifft eine Schwenkspanneinrichtung 11, die insbesondere zum Spannen eines Werkstückträgerteils 12 eingerichtet ist. Die Schwenkspanneinrichtung 11 hat ein Zylindergehäuse 20 mit einem Zylinderraum 25, in dem ein Kolben 26 in einer Axialrichtung A entlang einer Längsachse L verschiebbar und in Umfangsrichtung U um die Längsachse L drehbar gelagert ist. Die Kolbenstange 33 ist mit einer benachbart zum Zylindergehäuse 20 angeordneten Spannklaue 14 in Axialrichtung A und in Umfangsrichtung U fest verbunden. Die Spannklaue 14 hat einen Steuerzapfen 39, der in einen Innenraum 37 der Kolbenstange 33 hineinragt und an seiner Außenfläche wenigstens ein Steuerelement 44 aufweist. Das Steuerelement 44 erstreckt sich entlang einer Kurvenbahn K abschnittsweise axial und abschnittsweise schräg zur Axialrichtung A und schräg zur Umfangsrichtung U. Gegenüber dem Zylindergehäuse 20 unbeweglich ist ein Führungselement 50 im Innenraum 37 angeordnet und steht in Führungsverbindung mit dem zugeordneten Steuerelement 44. Bei einer Bewegung des Kolbens 26 im Zylinderraum 25 gibt der Verlauf der Kurvenbahn K die Bewegung der Spannklaue 14 vor. Die Anordnung gestattet eine einfache Montage und eine kompakte Bauform in Axialrichtung A.
Bezugszeichenliste

10: Anordnung
11: Schwenkspanneinrichtung
12: Werkstückträgerteil
13: Öffnung
14: Spannklaue
15: Unterseite der Spannklaue
16: Spannfläche
20: Zylindergehäuse
21: erster Gehäuseteil
22: zweiter Gehäuseteil
23: Boden
24: Wand
25: Zylinderraum
26: Kolben
27: Kolbendichtung
28: erste Arbeitskammer
29: zweite Arbeitskammer
33: Kolbenstange
34: freies Ende der Kolbenstange
35: Gehäuseöffnung
36: Gehäusedichtung
37: Innenraum
38: Steueranordnung
39: Steuerzapfen
40: Klauenkörper
44: Steuerelement
45: Steuernut
46: erste Übergangsstelle
47: zweite Übergangsstelle
50: Führungselement
51: Kugel
52: Hülse
53: Endabschnitt des Steuerzapfens
54: Verbindungsabschnitt des Steuerzapfens
55: Ringschulter
56: Lageraussparung
57: Flanke
58: Kante
60: Kappe
61: Ringteil der Kappe
63: Hydraulikschaltung
64: Druckquelle
65: Reservoir
66: Steuerventil
67: erste Leitung
68: erstes Rückschlagventil
69: zweite Leitung
70: zweites Rückschlagventil
71: Entlüftungsventil
72: Aussparung
73: Ventilkörper
74: Ventilsitz
75: Fluidkanal
76: Querkanal
77: Entlüftungskanal
78: Dichtabschnitt
80: Drehanschlag
81: Vorsprung
α: Schwenkwinkel
β: Steigungswinkel
A: Axialrichtung
E: Bezugsebene
F: Freigabeposition
K: Kurvenbahn
K1: erster Bahnabschnitt
K2: zweiter Bahnabschnitt
K3: dritter Bahnabschnitt
L: Längsachse
M: Mittellinie
r: Radius des zweiten Bahnabschnitts
S: Spannposition
U: Umfangsrichtung
x1: Öffnungsbreite
x2: Spannklauenbreite
y1: Öffnungslänge
y2: Spannklauenlänge
z: Positionsvariable in Axialrichtung

Claims

Schwenkspanneinrichtung (11) aufweisend: - ein Zylindergehäuse (20), das einen Zylinderraum (25) umgibt, - einen im Zylinderraum (25) angeordneten Kolben (26), der in einer Axialrichtung (A) verschiebbar und in einer Umfangsrichtung (U) drehbar gelagert ist und der mit einer einen Innenraum (37) umschließenden Kolbenstange (33) verbunden ist, - eine Spannklaue (14), die mit der Kolbenstange (33) verbunden ist und einen Steuerzapfen (39) aufweist, der in den Innenraum (37) hineinragt und an dessen Außenfläche wenigstens ein Steuerelement (44) angeordnet ist, das sich entlang einer Kurvenbahn (K) erstreckt, wobei die Spannklaue (14) an einer dem Zylindergehäuse (20) zugewandten Unterseite (15) einen Drehanschlag (80) aufweist, der dazu eingerichtet ist eine Drehung der Spannklaue (14) in Umfangsrichtung (U) zumindest in eine Drehrichtung zu blockieren, wenn sich die Spannklaue (14) in einer Spannposition (S) befindet, - wenigstens ein in Axialrichtung (A) und in Umfangsrichtung (U) stationär im Innenraum (37) angeordnetes Führungselement (50), das mit dem zugeordneten Steuerelement (44) derart in Verbindung steht, dass das Steuerelement (44) entlang der Kurvenbahn (K) relativ zum Führungselement (50) bewegbar geführt angeordnet ist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spannklaue (14) und der Steuerzapfen (39) einen gemeinsamen Klauenkörper (40) bilden.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kurvenbahn (K) einen sich ausschließlich in Axialrichtung (A) erstreckenden ersten Bahnabschnitt (K1) aufweist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 3, wobei jedes Führungselement (50) mit dem zugeordneten Steuerelement (44) im ersten Bahnabschnitt (K1) in Kontakt steht, wenn die Spannklaue eine Spannposition (S) einnimmt.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kurvenbahn (K) einen sich schräg zur Axialrichtung (A) und schräg zur Umfangsrichtung (U) erstreckenden zweiten Bahnabschnitt (K2) aufweist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweite Bahnabschnitt (K2) eine Übergangsstelle (46) zum ersten Bahnabschnitt (K1) aufweist, an der der zweite Bahnabschnitt (K2) einen zweimal stetig differenzierbaren Verlauf aufweist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kurvenbahn (K) einen sich ausschließlich in Axialrichtung (A) erstreckenden dritten Bahnabschnitt (K3) aufweist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweite Bahnabschnitt (K2) eine Übergangsstelle (47) zum dritten Bahnabschnitt (K3) aufweist, an der der zweite Bahnabschnitt (K2) einen zweimal stetig differenzierbaren Verlauf aufweist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei jedes Führungselement (50) mit dem zugeordneten Steuerelement (44) im dritten Bahnabschnitt (K3) in Kontakt steht, wenn die Spannklaue eine Freigabeposition (F) einnimmt.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 6 oder 8, wobei die Krümmung des zweiten Bahnabschnitts (K2) bei einer Annäherung an die Übergangsstellen (46, 47) gegen Null geht.
Schwenkspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der zweite Bahnabschnitt (K2) einen Steigungswinkel (β) von mindestens 30° aufweist, den eine Mittellinie (M) des zweiten Bahnabschnitts (K2) mit einer rechtwinkelig zur Axialrichtung (A) ausgerichteten Bezugsebene (E) einschließt.
Schwenkspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Führungselement (50) eine Kugel (51) ist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 12, wobei die wenigstens eine Kugel (51) in einer den Steuerzapfen (39) in Umfangsrichtung (U) umschließenden Hülse (52) angeordnet ist.
Schwenkspanneinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Hülse (52) und das Zylindergehäuse (20) durch einen gemeinsamen Körper gebildet sind.
Anordnung (10) aufweisend wenigstens eine Schwenkspanneinrichtung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einen Werkstückträgerteil (12) mit einer Öffnung (13).