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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zentrumsspannsystem mit zwei zentrisch aufeinander zu bewegbaren Spannblöcken, insbesondere für die niederziehende Einspannung von Werkstücken zur Bearbeitung mittels 5-Achs-Fräs- oder allgemeiner 5-Achs-Bearbeitungsmaschinen, mithin einen entsprechenden Maschinenschraubstock.
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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 in einen Maschinenschraubstock eingespannt werden, bzw. eine Vielzahl an Maschinentischen mit darauf montierten Maschinenschraubstöcken und eingespannten Werkstücken zur Aufnahme und Bearbeitung durch eine automatisierte 5-Achs-Bearbeitungsmaschine bereitgestellt werden, ohne dass jedes Mal eine zusätzliche Kontrolle der Einspannung erfolgen kann.
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In Maschinenschraubstöcke 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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Nachteilig ist ebenfalls, dass der Fräs- bzw. Bearbeitungsmaschinentisch, auf dem das Spannsystem angeordnet ist, aufgrund der aufgebrachten Spannkraft mit Drehmomenten belastet wird.
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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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Ein die vom Werkstück eingebrachten, resultierenden Kräfte besonders effektiv in Richtung einer Auflageplatte ableitender Niederzugspannblock für Maschinenschraubstöcke ist aus der
DE 10 2018 122 045 A1 bekannt. Der dort beschriebene Maschinenschraubstock weist zwei auf einem Grundkörper angeordnete und einander gegenüberliegende Spannblöcke auf sowie eine im oberen Bereich der Spannblöcke angebrachte Spindel zum Einbringen einer Spannkraft und zur Veränderung eines Abstandes der Spannblöcke zueinander. Hierbei ist wenigstens ein Spannblock zweigeteilt in ein am Grundkörper angeordnetes Spannelement und ein an diesem angelenktes Werkstückauflageelement. Bei Aufbringung einer Spannkraft wirkt das Spannelement auf das Werkstückauflageelement und dieses wiederum auf das Werkstück. Die Spannkraft wird dabei durch eine am Spannelement befestigte und das Werkstückauflageelement durchsetzende Spindel aufgebracht, die wesentlich dichter am Werkstück als am Grundkörper angeordnet ist.
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Die
US 7 490 881 B2 offenbart einen Zentrumsspanner, der 2 aufeinander zufahrbare Spannblöcke aufweist, zwischen denen ein Werkstückauflage Element angeordnet ist.
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Die
DE 20 2005 018 193 U1 offenbart eine Spannvorrichtung, die einen feststehenden Spannblock und einen beweglichen Spannblock aufweist, sowie eine Spindel zur Verstellung des beweglichen Spannblocks. Bei dieser bekannten Spannvorrichtung erfolgt die Einleitung einer Spannkraft durch die Spindel die in einem oberen Bereich der Spannblöcke angeordnet ist. Jedem Spannblock ist eine Werkstückauflage zugeordnet, die von der Spindel jeweils durchsetzt ist.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe mindestens unter Beibehaltung der zuvor geschilderten Spannblockgestaltung, ein Zentrumsspannsystem anzugeben, das die auftretenden Spannkräfte effektiv ableitet, einfach in der Handhabung und variabel ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Zentrumsspannsystem gelöst, das die folgenden Merkmale aufweist: zwei, auf einem Grundkörper angeordnete, bewegliche Spannblöcke, wobei wenigstens ein Spannblock ein am Grundkörper angeordnetes Werkstückauflageelement und ein an diesem angelenktes und auf dieses wirkendes Spannelement aufweist, wobei das Werkstückauflageelement eine zum Spannelement gerichtete und von diesem kontaktierte Spannkraftfläche und eine von der Spannkraftfläche weg gerichtete Werkstückkontaktfläche aufweist, wobei ein Werkstück im Benutzungsfall nur vom Werkstückauflageelement kontaktiert ist, eine zwischen den Spannblöcken wirkende Spannkraftspindel, wobei die Spannkraftspindel am Spannelement befestigt und das Werkstückauflageelement durchsetzend ist, eine zwischen den Spannblöcken wirkende Verstellspindel zur Verstellung eines Abstandes der beiden Spannblöcke zueinander, wobei Grundkörper und Verstellspindel jeweils mindestens zweigeteilt ausgebildet sind und Mittel zur Verbindung der jeweiligen Teile aufweisen.
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Die Spannkraftspindel kann erfindungsgemäß sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Mittel zur Verbindung als männliche und weibliche Verbindungselemente ausgebildet sind. Dies stellt eine einfache Verbindung zur Verfügung, die Kräfte sicher übertragen kann. Hierbei ist es erfindungsgemäß, wenn die männlichen Verbindungselemente als in Bohrungen einsetzbare Stifte ausgebildet sind. Dies erleichtert die Herstellung der Spannblöcke, die in diesem Fall nur relativ einfach einzubringende Bohrungen aufweisen müssen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass beide Spannblöcke identisch ausgebildet sind und beide auf je einem Teil des Grundkörpers angeordnet sind. Dies vermindert den konstruktiven Aufwand. Unter identisch wird dabei erfindungsgemäß vor allem verstanden, dass sie vom Grundaufbau her gleich ausgebildet sind. Sie können sich demgemäß in Details der Spannkraftspindelhalterung und der Verstellspindelhalterung unterscheiden, insbesondere wegen des erforderlichen Rechts/Linksgewindes. In einem streng mathematischen Sinne sind die Spannblöcke daher nicht identisch.
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Weist das Zentrumspannsystem einen Mittelkörper auf, der eine Verstellspindel und zweite Mittel zur Verbindung mit den ersten Mitteln aufweist, so ist mit ganz großem Vorteil erreicht, dass das erfindungsgemäße Zentrumsspannsystem alle Werkstücke von sehr kleinen bis sehr großen bzw. langen sicher einspannen kann. Aufgrund der Bauweise der Spannbacken, die keine Kräfte auf einen Maschinentisch übertragen, kann dabei auf ein Mittelteil des Grundkörpers mit großem Vorteil verzichtet werden. Die Erfindung ermöglicht also, die beiden, jeweils auf einem Teil des Grundkörpers verschieblich angeordneten Spannbacken getrennt voneinander auf einem Maschinentisch anzuordnen und lösbar zu befestigen und zwischen beiden den erfindungsgemäßen Mittelkörper einzufügen, der seinerseits keinen Grundkörper benötigt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannkraftspindel mindestens zweigeteilt ausgebildet ist, insbesondere eine Zugspindel und eine Zugmutter aufweist. Vorzugsweise ist zwischen Zugspindel und Zugmutter eine Verlängerung der Spannkraftspindel angeordnet, die insbesondere als Gewindehülse ausgebildet ist. Dies ergänzt und vervollständigt den zuvor beschriebenen Mittelkörper und ermöglicht so die Beabstandung der beiden Spannbacken über einen weiten Abstandsbereich und damit auch die Einspannung von Werkstücken über einen weiten Werkstücklängenbereich.
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Schließlich ist noch vorgesehen, dass erste und zweite Mittel als männliche und weibliche Verbindungselemente ausgebildet sind, insbesondere als Stäbe und Aufnahmehülsen, wobei Arretiermittel zur lösbaren Verbindung der Verbindungselemente vorgesehen sind.
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Mit großem Vorteil erlaubt der besondere Aufbau des erfindungsgemäßen Spannblocks aus einem Werkstückauflageelement und einem auf dieses wirkenden Spannelements, welches die eigentliche Spannkraft aufbringend, jedoch nur mittelbar - über das Werkstückauflageelement - das Werkstück spannend ist, einen Niederzugeffekt auf das Werkstück. Aufgrund dieses Aufbaus, der dazu führt, dass keine Kräfte auf einen Maschinentisch übertragen werden, ist es auch möglich, einfach Verlängerungen der Verstellspindel und der Spannkraftspindel zur Verlängerung der Einspannlänge vorzusehen. Diese benötigen keinen eigenen Grundkörper, sie werden zwischen die beiden voneinander trennbaren Teile des Spannsystems eingefügt, wodurch sich ein hochvariables Spannsystem ergibt.
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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.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
- 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zentrumsspannsystems,
- 2: eine perspektivische Ansicht auf eine zweite Ausführungsform mit einem Mittelkörper,
- 3: eine geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform der 2 und
- 4: eine außermittige Schnittansicht.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zentrumsspannsystem 1. Dieses weist einen zweitgeteilten Grundkörper 2 auf, auf dem zwei aufeinander zu und voneinander weg bewegliche Spannblöcke 3 angeordnet sind, wobei jeder Spannblock 3 auf je einem Teil des Grundkörpers 2 beweglich angeordnet ist. Der Grundkörper 2 ist im Benutzungsfall üblicherweise auf einem Maschinentisch einer Bearbeitungsmaschine, wie einer 5-Achs-Fräsmaschine, angeordnet. Hierzu weist er entsprechende Befestigungsmittel auf. Diese sind insbesondere in 3 dargestellt und werden dort erläutert. Jeder Spannblock 3 weist einen Umgriff 23 auf, der in eine zugeordnete und entsprechend geformte Führungsnut 24 des jeweiligen Grundkörpers 2 eingreift.
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Beide Spannblöcke 3 weisen jeweils ein am Grundkörper 2 angeordnetes Werkstückauflageelement 4 und ein an dem Werkstückauflageelement 4 an einem Ende angelenktes und auf dieses an einem anderen Ende wirkendes Spannelement 5 auf. Dieses andere Ende ist von der zur Spannkraftspindel 8 gerichteten Seite des Grundkörpers 2 weitestmöglich entfernt. Das Werkstückauflageelement 4 weist eine zum Spannelement 5 gerichtete und von diesem kontaktierte Spannkraftfläche 6 und eine von der Spannkraftfläche 6 weg gerichtete Werkstückkontaktfläche 7 in zwei Teilflächen auf. Die beiden Teilflächen kontaktieren im Benutzungsfall jeweils das Werkstück und sind in etwas orthogonal zueinander angeordnet. Zum einen liegt das Werkstück auf einer Teilfläche auf, zum anderen überträgt die zweite Teilfläche die Spannkraft auf das Werkstück.
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Das Spannelement 5 ist dabei oberhalb seiner gelenkigen Verbindung zum Werkstückauflageelement 4 entlang seiner vertikalen Achse von diesem beabstandet ausgebildet, bis es dieses an der Spannkraftfläche 6 erneut kontaktiert. Die Spannkraft des Spannelements 5 wird über die Spannkraftfläche 6 und die Werkstückkontaktfläche 7 in das Werkstück eingeleitet. Damit weist das Werkstückauflageelement 4 wie geschildert zwei Kontaktbereiche, bzw. -flächen, zum Werkstück auf, einmal diejenige, die der Einspannung und diejenige, die der definierten Auflage über dem Grundkörper 2 dient.
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Die Spannkraftspindel 8 ist im Spannelement 5 befestigt und durchsetzt das Werkstückauflageelement 4. Sie weist in dieser Ausführungsform eine Zugspindel 34 und eine Zugmutter 35 auf. Zur schnellen Verstellung der beiden Spannblöcke 3 zueinander ist unterhalb der Spannkraftspindel 8 eine Verstellspindel 9 vorgesehen. Im Gegensatz zur Spannkraftspindel 8 ist diese im Werkstückauflageelement 4 befestigt, siehe auch 3. Die Verstellspindel 9 bringt keine relevante Spannkraft auf, sie dient zur schnellen Positionierung des Werkstücks, bevor die Spannkraftspindel 8 angezogen wird und zur Abstützung der beiden Spannblöcke 3.
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Gut zu erkennen ist, dass Grundkörper 2 und Verstellspindel 9 zweigeteilt ausgebildet sind und erste Mittel 10 zur Verbindung der jeweiligen Teile vorgesehen sind.
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2 zeigt in perspektivischer teilweiser Explosionsdarstellung das erfindungsgemäße Zentrumsspannsystem 1 vor der Fixierung des Verstellspindelabschnittes 14 (siehe 3). Der rechts dargestellte Spannblock 3 ist auf einem ersten Teil des Grundkörpers 2 verschieblich angeordnet, zu erkennen ist die grundsätzliche Beabstandung von Spannelement 5 und Werkstückauflageelement 4, bis auf die Kontaktflächen der beiden Elemente, die durch die Spannkraftfläche 6 und die hier nicht sichtbare gelenkige Verbindung der beiden Elemente im Bereich des Grundkörpers 2 gebildet sind. Der erste Teil der Verstellspindel 9 endet in einer Verstellspindelaufnahme 25, die sich vertikal von der Oberfläche des Grundkörpers 2 weg erstreckt und die einen Teil der ersten Mittel 10 trägt. Die Verstellspindelaufnahme 25 ist am Grundkörper 2 befestigt. Die ersten Mittel 10 sind hier als männliche Verbindungselemente 11 ausgebildet, nämlich als abgeflachte Stäbe 26 mit jeweils einer Arretierbohrung 27, wobei die Stäbe 26 in den Grundkörper 2 eingeschoben und durch Befestigungsmittel 28 an diesem befestigt sind. Die Verstellspindel 9 weist eine Verdrehsicherung durch einen im Querschnitt kreissegmentartigen axialen Abschnitt 33 auf, der sowohl an der rechts dargestellten Verstellspindel 9 als auch am eingefügten Verstellspindelabschnitt 14 ausgebildet ist. Insgesamt ist der Mittelkörper 13 auf seiner linken Seite so ausgebildet, wie der rechts abgebildete Teil des Grundkörpers 2 auf seiner linken Seite (siehe auch 3). Zu erkennen sind auch Bohrungen im Grundkörper 2, die sich einwärts der beiden männlichen Verbindungselemente 11 befinden. Diese Bohrungen dienen zur Befestigung der Verstellspindelaufnahme 25 mittels nicht dargestellter Schrauben.
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Die Erfindung sieht unterschiedlich lange Verstellspindelabschnitte 14 vor, so dass ein Anwender stets die für seine Werkstücke passende Länge des Zentrumsspanners vorsehen kann. Dargestellt ist auch die Spannkraftspindelverlängerung 13 zur entsprechenden Verlängerung der Spannkraftspindel 8. Diese Verlängerung weist zur Zugspindel 34 und Zugmutter 35 komplementäre Verbindungsvorrichtungen auf, insbesondere Innen- und Außengewinde.
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Bei dem links abgebildeten Teil des Zentrumsspannsystems ist eine Bohrung 28 im Teil des Grundkörpers 2 zu erkennen, die der axialen Fixierung des männlichen Verbindungselementes 11 im Grundkörper 2 dient. Eine Öffnung 30 dient der Befestigung der Spannkraftspindel 8. Die Öffnung 29 dient zur Fixierung, insbesondere Klemmung, des Spannblockes 3 auf dem Grundkörper 2, falls eine solche erforderlich ist.
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3 verdeutlicht in einer Schnittansicht die erfindungsgemäße Ausführungsform mit eingesetzter Verstellspindelverlängerung 14 und Spannkraftspindelverlängerung 13. Die zuvor beschriebenen Bauteile wurden mit denselben Bezugszeichen versehen. Zu erkennen ist zum einen die Anordnung der Spannkraftspindel 8 im hier linken Spannblock 3 sowie die Spannkraftspindelverlängerung 13. Diese weist zwei Innengewinde-Endabschnitte 31 auf, von denen eines auf die Zugspindel 34 auf der rechten Seite aufgeschraubt wird. In den zweiten, hier links dargestellten Innengewinde-Endabschnitt 31 wird ein Adapter 32 eingeschraubt und mit einer Verdrehsicherung 37 versehen. Der Adapter 32 ist in die Zugmutter 35 eingeschraubt, so dass die Zugkraft bei eingespanntem Werkstück geschlossen ist.
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Zwischen den beiden beabstandeten Teilen des Grundkörpers 2 befindet sich außer der Verstellspindelverlängerung 14 kein weiteres Bauteil, insbesondere kein weiterer Teil des Grundkörper 2. Zu erkennen ist die verdrehsichere Verbindung der beiden Verstellspindelteile durch die Verstellspindelverlängerung 14. Zu erkennen ist auch, dass die beiden Verstellspindelaufnahmen 25 der beiden Teile des Spannsystems jeweils ein Ende der zweigeteilten Verstellspindel 9 haltend umgreifen.
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Als Befestigungsmittel 21 ist eine Befestigungsbohrung 22 vorgesehen, mit der das Zentrumspannsystem auf einem Maschinentisch befestigt wird. Führungsbolzen 36 dienen zur weiteren Fixierung des Zentrumspannsystems in den entsprechenden Ausnehmungen des Maschinentisches.
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4 zeigt in einer außermittigen Schnittansicht - vor und hinter der Zeichenebene von 3 - die jeweiligen gelenkigen Anbindungen 38 der Spannelemente 5 an die Werkstückauflageelemente 4 eines Spannblocks 3. Zu erkennen ist die Spannkraftfläche 6 des Spannelements 5, die auf den obersten Bereich des Werkstückauflageelements 4 wirkend ist. Das Werkstückauflageelement 4 weist hier einen oberen Bereich 4' auf, der eine Niederzugfunktion aufweist, wozu eine gefüllte Bohrung 39 mit spannblockdurchgehender und zum gegenüberliegenden Spannblock gerichteter Öffnung 40. Zu erkennen ist ebenfalls die zweigeteilte Fläche der Werkstückkontaktfläche 7 wie zuvor beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zentrumsspannsystem
- 2
- Grundkörper
- 3
- Spannblock
- 4
- Werkstückauflageelement
- 5
- Spannelement
- 6
- Spannkraftfläche
- 7
- Werkstückkontaktfläche
- 8
- Spannkraftspindel
- 9
- Verstellspindel
- 10
- erste Mittel
- 11
- Männliches Verbindungselement
- 12
- weibliches Verbindungselement
- 13
- Spannspindelverlängerung
- 14
- Verstellspindelabschnitt
- 15
- zweite Mittel
- 16
- Spannkraftspindelverlängerung
- 17
- Gewindehülse
- 18
- Stab
- 19
- Aufnahmehülse
- 20
- Arretiermittel
- 21
- Befestigungsmittel
- 22
- Befestigungsbohrungen
- 23
- Umgriff
- 24
- Führungsnut
- 25
- Verstellspindelaufnahme
- 26
- Abgeflachter Stab
- 27
- Arretierung
- 28
- Bohrung
- 29
- Öffnung
- 30
- Öffnung
- 31
- Innengewinde-Endbschnitt
- 32
- Adapter
- 33
- kreissegmentartiger axialer Abschnitt
- 34
- Zugspindel
- 35
- Zugmutter
- 36
- Führungsbolzen
- 37
- Verdrehsicherung
- 38
- Gelenkige Anbindung
- 39
- Gefüllte Bohrung
- 40
- Öffnung
