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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederzugspanner, insbesondere für die Einspannung von Werkstücken zur Bearbeitung mittels 5-Achs-Fräs- oder allgemeiner 5-Achs-Bearbeitungsmaschinen.
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Im Unterschied zur Bearbeitung von Rohwerkstücken ist es insbesondere bei der Bearbeitung von bereits teilgefertigten Werkstücken erforderlich, diese in exakt definierter Lage zu spannen, um die üblicherweise sehr engen Fertigungstoleranzen einzuhalten. Dies gilt insbesondere bei einer Serienfertigung, bei der eine Vielzahl gleicher Werkstücke hintereinander eingespannt wird, ohne dass jedes Mal eine zusätzliche Kontrolle erfolgen kann. In Spanner eingespannte Werkstücke neigen bei Aufbringung der Spannkraft von bis zu 40kN und mehr dazu, vom Spannboden, bzw. vom Grundkörper weg abgehoben zu werden. Diese Hubbewegung kann durchaus mehrere Hundertstel Millimeter betragen. Eine mögliche Ursache für diese Bewegung ist ein geringer Fluchtungsfehler der backenparallelen Seitenflanken des Werkstücks, so dass die Spannkraft zu unterschiedlichen Anpresskräften an die Backen und damit zu einem erheblichen Drehmoment und zu Verkantungen führt. Eine weitere Ursache kann der Abstand zwischen den parallelen Ebenen von zur Einbringung der Spannkraft dienender Spindel und der Einspannung liegen, die zu einem Abheben des Werkstücks führen.
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Aus diesem Grund werden Niederzugspannbacken eingesetzt, die das zu bearbeitende Werkstück beim Aufbringen der Spannkraft in Richtung des Grundkörpers ziehen sollen.
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Aus der
DE 10 2018 122 045 B3 ist ein Niederzugspanner bekannt, bei dem auf die Spannblöcke wirkende Spannkraft derart zerlegt wird, dass sie auf den Grundkörper gerichtete Komponenten aufweist. Dies gelingt durch Verdrehung eines das Werkstück kontaktierenden Spannabschnitts gefolgt von einem Verformungsschritt des Spannabschnitts, wobei beide Schritte eine Niederzugkraft in Richtung des Grundkörpers bewirken.
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Aus der
EP 1 762 339 A1 offenbart eine flexible Spannbacke für einen Schraubstock, bei der eine Ausnehmung derart vorgesehen ist, dass sich eine innere und äußere Brücke zwischen einer zum Werkstück gerichteten Oberfläche und dem Spannbackenkörper ausbilden.
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Aus der
DD 54 958 A1 ist eine Niederzugbacke für Werkstückspanner bekannt, bei der drei Funktionselemente durch biegeelastische einander gegenüberliegende Stege einstückig ausgebildet sind und die durch parallele Schlitze abgeteilt sind.
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Aus der
DE 38 22 408 A1 ist Schraubstock mit Klemmbacken bekannt, bei dem die Klemmbacken eine zu einem Werkstück gerichtete Seite aufweisen, die eine nach unten verlaufende Hinterschneidungsfläche aufweisen.
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Schließlich ist aus der
DE 38 33 742 A1 eine Einspannvorrichtung bekannt, bei der ein Niederzugeffekt durch einen Schlitz in der Spannbacke erreicht wird, in dem ein federndes und schräg zur Werkstückauflage weisendes, leistenförmiges Niederzugelement aufgenommen ist.
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Nachteilig an den beschriebenen Niederzugspannern ist deren teilweise aufwendige Herstellung.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Niederzugspanner vorzuschlagen, der einen vereinfachten Aufbau aufweist, dabei jedoch einen mindestens gleichwertigen Niederzugeffekt bewirkt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Niederzugspanner, aufweisend einen Grundkörper und wenigstens zwei am Grundkörper angeordnete Spannblöcke, wobei der Grundkörper eine zu den Spannblöcken weisende Oberseite aufweist, eine zwischen den Spannblöcken wirkende Spindel zur Veränderung eines Abstandes der Spannblöcke zueinander, wobei wenigstens ein Spannblock ein am Grundkörper angeordnetes Spannelement und ein an diesem angelenktes Werkstückauflageelement aufweist, wobei das Spannelement auf das Werkstückauflageelement wirkend ist, wobei die Spindel am Spannelement befestigt und das Werkstückauflageelement durchsetzend ist, wobei das Werkstückauflageelement in einem vom Grundkörper entferntesten Bereich einen gegen den Grundkörper verdrehbaren Spannabschnitt aufweist, der eine zum Spannelement gerichtete und von diesem im Benutzungszustand kontaktierte Spannfläche und eine der Spannfläche gegenüberliegende, nicht parallel zu dieser ausgebildete Werkstückkontaktfläche aufweist, wobei eine Spannkraft im Benutzungsfall nur über das Werkstückauflageelement auf ein von diesem kontaktiertes Werkstück wirkend ist und wobei der Spannabschnitt eine Ausnehmung aufweist, welche diesen in Richtung senkrecht zur Spindel durchsetzend ist, dadurch gelöst, dass die Ausnehmung in Form einer Bohrung mit rundem Querschnitt ausgebildet ist, und dass der Spannabschnitt eine Werkstückauflagefläche aufweist, auf welcher das Werkstück im Benutzungsfall aufliegt, wobei die Bohrung in Richtung der Werkstückkontaktfläche eine Öffnung aufweist, welche die Werkstückauflagefläche kontaktierend ist.
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Die Ausgestaltung der Ausnehmung als Bohrung ermöglicht die einfache Herstellung des Werkstückauflageelementes, bei dem zudem keine aufwendige Geometrie des Spannabschnitts bei der Fertigung zu beachten ist. Die aus der
DE 10 2018 122 045 B3 bekannten Schritte zur Erzeugung des Niederzugeffektes: Verdrehung des Spannabschnittes entlang einer Drehachse senkrecht zum Spannabschnitt und bei weiterer Spannkrafteinbringung: anschließende Verformung des Spannabschnittes, bleiben erhalten. Die genannte Drehachse liegt bei der Erfindung im Bereich der Ausnehmung, da dort das Material entsprechend geschwächt ist. Die Drehung um diese Achse bewirkt in bekannter Weise die Aufspaltung der eingebrachten Spannkraft und damit eine von Null verschiedene Kraftkomponente in Richtung einer Oberseitennormale.
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Bei der Verformung des Spannabschnittes - die bei weiterer Spannkrafteinbringung durch das Spannelement aufgrund der Nicht-Parallelität von Werkstückkontaktfläche und Spannfläche auftritt - hat die runde Form der Ausnehmung den Vorteil, dass die innerhalb des Materials wirkenden Verformungskräfte gleichmäßiger verteilt sind: Sprungstellen der Kräfte, wie sie an Ecken auftreteten, werden vermieden. Diese sind insbesondere im Hinblick auf die erwünschte Reversibilität der Verformung nachteilig. Die Bohrung hingegen entlastet das Material und sorgt damit für eine bessere Haltbarkeit des Werkstückauflageelementes und damit des gesamten Niederzugspanners.
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Die am Werkstückauflageelement ausgebildete Werkstückauflagefläche ermöglicht die einfache Platzierung des Werkstücks am Spannblock, ohne dass zusätzliche Halterungen oder Positionierungshilfen notwendig wären. Zudem kann die Spannkraft auf eine vergleichsweise große Fläche des Werkstückes einwirken.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Werkstückauflagefläche in einem von der Bohrung entfernten Bereich einen grundkörperparallelen Bereich aufweist. Dieser ermöglicht eine einfache und präzise Positionierung des Werkstückes im Niederzugspanner.
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Schließt die der Spannfläche gegenüberliegende, nicht parallel zu dieser ausgebildete Werkstückkontaktfläche einen Winkel ein, der vorzugsweise zum Grundkörper hin geöffnet ist, so ist mit großem Vorteil ein besonders starker Niederzugeffekt erreicht. Sobald die Spannkraft aufgebracht wird, wird die Werkstückkontaktfläche in Richtung auf den Grundkörper gezwungen, so dass sie sich mit ihrem oberen Ende an das Werkstück anlegt und dieses in Richtung auf den Grundkörper niederzieht. Mit anderen Worten wird die in Richtung der Oberseitennormale entstehende Spannkraftkomponente, die einen Niederzugeffekt bewirkt, mit großem Vorteil vergrößert.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Bohrung eine Füllung aufweist. Das in der Bohrung befindliche Füllmaterial setzt der Verformung des Spannabschnitts zumindest ab einem gewissen Verformungsgrad einen Widerstand entgegen, was die weitere Verformung reduziert, so dass der Spannabschnitt vor irreversiblen, zu starken Verformungen geschützt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Füllung die Bohrung ausfüllend ist, oder dass die Füllung zu einem Rand der Bohrung zumindest teilweise beabstandet ist. Ist die Füllung beabstandet zur Bohrung, so wirkt sich die Verformungsdämpfung erst ab einer vergleichsweise stärkeren Verformung aus, bis dahin kann sich der Spannabschnitt frei verformen und die gewünschte und für den Niederzugeffekt notwendige Verformung kann ohne erhöhte Spannkraft erreicht werden.
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Außerdem ist in Ausgestaltung der Erfindung noch vorgesehen, dass die Füllung aus einem metallischen Material gebildet ist, insbesondere aus Messing, insbesondere als Messingstab. Dieses eher weiche Material ist aufgrund der großen Flächenpressung hervorragend dazu geeignet, die Verformung des Spannabschnitts zu begrenzen und bietet damit einen erhöhten Schutz des Spannabschnittes vor irreversibler Verformung.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Dabei zeigen:
- 1: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederzugspanner in Frontansicht;
- 2: Werkstückauflageelement eines erfindungsgemäßen Niederzugspanners in Seitenansicht;
- 3: Werkstückauflageelement eines erfindungsgemäßen Niederzugspanners nach 2 in perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Niederzugspanner 1 mit einem vorgespannten Werkstück 17 in einer frontalen Ansicht. Auf einem Grundkörper 2 sind an dessen Oberseite 4 zwei zueinander beabstandete Spannblöcke 3 angebracht, die jeweils ein Werkstückauflageelement 6 und ein Spannelement 7 aufweisen. Dabei ist das jeweilige Werkstückauflageelement 6 am Grundkörper 2 verschieblich angeordnet, wobei ein Spannelement 7 am Werkstückauflageelement 6 angelenkt ist. Die Werkstückauflageelemente 6 sind jeweils mittels jeweils eines Abstützelementes 15 im Spannbetrieb am Grundkörper 2 gestützt und gefestigt. Die Abstützelemente 15 erleichtern weiterhin ein Einstellen einer Werkstückbreite zum Vorspannen eines Werkstücks 17. Mittels der Spannelemente 7 wird im Betriebszustand mittelbar eine Spannkraft in das Werkstück 17 eingebracht. Zwischen den beiden dargestellten Spannblöcken 3 ist eine Spindel 5, mit der ein Abstand der Spannblöcke 3 zueinander einstellbar ist, derart angebracht, dass sie die Werkstückauflageelemente 6 an einer hier nicht dargestellten Spindelöffnung 19 durchsetzend und an den Spannelementen 7 befestigt ist. Die Spannelemente 7 sind dabei derart am jeweiligen Werkstückauflageelement 6 angelenkt, dass bei Einbringung einer Spannkraft durch ein Bedienen der Spindel 5 das Spannelement 7 relativ zum Werkstückauflageelement 6, an dem es angelenkt ist, beweglich ist. Dadurch ist die Spannkraft vom Spannelement 7 auf das Werkstückauflageelement 6 wirkend. Im vom Grundkörper 2 am weitesten entfernten Teil des Werkstückauflageelements 6 befindet sich jeweils ein sich vertikal erstreckender Spannabschnitt 12, wobei dieser einteilig in das Werkstückauflageelement 6 integriert ist wie dargestellt oder alternativ und bevorzugt, als eigenes Bauteil ausgebildet ist, das mit dem Werkstückauflagelement 6 lösbar verbunden ist. Dieser ist vom jeweils angelenkten Spannelement 7 an einer Spannfläche 8 kontaktiert. An einer der Spannfläche 8 gegenüberliegenden Seite weist der Spannabschnitt 12 eine Werkstückkontaktfläche 9 auf. Eine Spannkraft F ist im Benutzungsfall über die Werkstückkontaktflächen 9 einbringbar. Werkstückkontaktfläche 9 und Spannfläche 8 sind bei einem erfindungsgemäßen Niederzugspanner 1 nicht parallel zueinander, wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist. Insbesondere sind Werkstückkontaktfläche 9 und Spannfläche 8 jeweils nicht orthogonal zur Oberseite 4. In der insbesondere in 2 dargestellten Form ist ein in Richtung auf den Grundkörper geöffneter Winkel zwischen Werkstückanlagefläche 9 und Spannfläche 8 vorhanden, der wie mit dem gebogenen Pfeil angedeutet, zu einem Niederzugeffekt auf das Werkstück 17 führt:
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Bei Einbringung der Spannkraft F über das Spannelement 7 auf den Spannabschnitt 12 wird der Spannabschnitt 12 relativ zum Werkstück 17 gedreht. Die Drehachse ist dabei senkrecht zu sowohl einer Längsachse des Grundkörpers 2 als auch zur Oberseitennormalen 18 und liegt dabei innerhalb einer Ausnehmung 13 des Werkstückauflageelements 6. Die von der Werkstückkontaktfläche 9 auf das Werkstück 17 wirkende Kraft ist durch die Drehung in eine parallele, in Richtung der ursprünglich eingebrachten Spannkraft gerichtete und in eine senkrechte, in Oberseitennormalenrichtung weisende Komponente aufgeteilt. Die senkrechte Komponente bewirkt dabei einen ersten Niederzugeffekt am Werkstück 17. Durch die Drehung ist der Winkel zwischen Werkstückkontaktfläche 9 und Oberflächennormale 18 minimiert - Werkstückkontaktfläche 9 und Oberflächennormale 18 sind parallel zueinander, zumindest, bei einer von der Werkstückkontaktfläche 9 kontaktierten Fläche des Werkstücks 17, die parallel zur Oberseitennormale 18 ausgerichtet ist. Das Werkstückauflageelement 6 wird durch die Verdrehung des Spannabschnitts 12 im Bereich der Drehachse verformt. Diese Verformung ist durch die in diesem Bereich geschwächte Breite erleichtert. Die Spannkraft ist nunmehr nur durch Verformung des Spannabschnitt 12 ableitbar, das heißt, durch Verkippung der Spannfläche 8 relativ zur Oberflächennormale 18 und zur Werkstückkontaktfläche 9. Dadurch wird die zusätzlich eingebrachte Spannkraft wieder in zur Oberflächennormale 18 parallele und orthogonale Komponenten aufgeteilt, was gleichbedeutend ist mit einen zweiten Niederzugeffekt auf das Werkstück 17. Erfindungsgemäß ist die Verformung des Spannabschnittes 12 dabei insbesondere reversibel.
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Die Ausnehmung 13 ist im erfindungsgemäßen Niederzugspanner durch eine runde Bohrung gebildet, womit sowohl die mit dem Werkstückauflageelement 6 einteilige Geometrie des Spannabschnitts 12 als auch die Ausnehmung 13 als Schwächung der Breite des Spannabschnitts 12 zur Ausbildung der Drehachse in diesem Bereich besonders leicht herstellbar sind. Die Bohrung weist dabei in Richtung der Werkstückkontaktfläche 9 eine Öffnung 10 auf. Auf diese Weise ist kein zusätzliches Material des Spannabschnitts 12 im Bereich der Ausnehmung 13 die Ausbildung der Drehachse beeinflussend und die aus der Drehung resultierende Verkippung der Werkstückkontaktfläche 9 reduzierend. Das Werkstück 17 ist im dargestellten Benutzungszustand auf einer Werkstückauflagefläche 11 des Werkstückauflageelements 6 aufliegend, wobei die Werkstückauflagefläche 11 die Öffnung 10 kontaktierend ist. Auf diese Weise ist es besonders einfach am Niederzugspanner 1 zu positionieren und einzuspannen.
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Die 2 zeigt ein separates, mit dem restlichen Werkstückauflageelement 6 zu verbindendes oberes Ende des Werkstückauflageelements 6, dass die Bohrung und die zuvor beschriebenen Kontaktflächen näher beschreibt. Zu erkennen ist die Schwächung der Breite des Spannabschnitts 12 im Bereich der Ausnehmung 13, innerhalb der bei Verkippung des Spannabschnitts 12 die entsprechende Drehachse ausgebildet wird. Die Ausnehmung 13 wird durch einen Rand 20 begrenzt und weist in Richtung der Werkstückkontaktfläche 9 eine Öffnung 10 auf, die von der Werkstückauflagefläche 11 kontaktiert wird. Dabei ist auch eine nicht dargestellte Materialfüllung innerhalb der Öffnung 10 erfindungsgemäß, welche eine Verformung der Spannfläche 8 und des Spannabschnitts 12 begrenzend ist. Die Werkstückauflagefläche 11 weist in der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform einen grundkörperparallelen Bereich 14 auf, welcher in einem von der Öffnung 10 beabstandeten Bereich der Werkstückauflagefläche 11 ausgebildet ist. Auf diesem ist ein Werkstück 17 einfach und genau am Niederzugspanner 1 zu positionieren. Zudem weist die Werkstückauflagefläche 11 in einem die Öffnung 10 kontaktierenden Bereich einen schrägen Bereich 16 auf, welcher derart gewinkelt am grundkörperparallelen Bereich 14 angeordnet ist, dass ein Ende 21 der Öffnung 10 in Grundkörperrichtung unterhalb des grundkörperparallelen Bereichs 14 angeordnet ist. Auf diese Weise ist der schräge Bereich 16 einem eingespannten Werkstück 17 nicht im Weg, sodass dieses, ohne den schrägen Bereich 16 zu kontaktieren, oberhalb desgleichen angeordnet sein kann und von der Werkstückkontaktfläche 9 kontaktiert werden kann. Zugleich bewirkt eine Verkippung des Spannabschnitts 12 auch eine Verkippung des schrägen Bereichs 16, womit ein zusätzlicher Niederzugeffekt auf das Werkstück 17 bewirkt wird.
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In der 3 ist das gesonderte, obere Ende des Werkstückauflageelement 6 der 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, das die eigentliche Werkstückauflage bildet. Dabei ist insbesondere die Ausdehnung des Werkstückauflageelements 6 erkennbar sowie die innerhalb des Werkstückauflageelementes 6 ausgebildete Spindelöffnung 19, durch die im Aufbau des erfindungsgemäßen Niederzugspanners 1 eine Spindel 5 zur Einbringung der Spannkraft beweglich geführt ist. Erkennbar ist ebenfalls die Ausbildung des grundkörperparallelen Bereichs 14 der Werkstückauflagefläche 11 sowie des schrägen Bereichs 16 der Werkstückauflagefläche 11 jeweils entlang der Ausdehnung des Werkstückauflageelementes 6 bzw. entlang der dieses durchsetzenden Ausnehmung 13.
