DE10220054A1 - Einspannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung (1) für ein Werkstück (3), wobei die Einspannvorrichtung (1) eine Mehrzahl von Spannelementen (5, 6, 7, 8) und zwischen diesen einen Werkstückaufnahmebereich (2) aufweist, ein Spannelement (5, 6, 7, 8) einen dem Werkstückaufnahmebereich (2) zuweisenden Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) ausbildet, der zu dem Werkstückaufnahmebereich (2) verlagerbar ist, und dass die Werkstückkontaktbereiche (9, 10, 11, 12) eines ersten und zweiten Spannelements (5, 6, 7, 8) mittels einer ersten Bewegungskoppeleinrichtung synchronisiert verlagerbar sind. Die Erfindung schlägt vor, dass der Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) zumindest eines dritten Spannelements (5, 6, 7, 8) unabhängig von dem ersten und zweiten Spannelement (5, 6, 7, 8) verlagerbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung für ein Werkstück, wie beispielsweise Metallproben, wobei die Einspannvorrichtung eine Mehrzahl von Spannelementen und zwischen diesen einen Werkstückaufnahmebereich aufweist, ein Spannelement einen dem Werkstückaufnahmebereich zuweisenden Werkstückkontaktbereich ausbildet, der zu dem Werkstückaufnahmebereich verlagerbar ist, und dass die Werkstückkontaktbereiche eines ersten und zweiten Spannelements mittels einer ersten Bewegungskoppeleinrichtung synchronisiert verlagerbar sind.
• Derartige Spannvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Verwiesen wird dazu zum Beispiel auf die durch die GB 1447 643 offenbarte Rahmenklemme zur Herstellung von Bilderrahmen. Diese umfaßt vier L-förmige Spannelemente mit rechtwinkligem Werkstückkontaktbereich, wobei je ein Spannelement in einer Längsführung aufgenommen ist und die vier Längsführungen in einer gemeinsamen Ebene sternförmig an eine Bewegungskoppeleinrichtung zur synchronisierten Verlagerung der Spannelemente angeschlossen sind, so dass ein aus vier Rahmenteilen gebildeter Rahmen mittels der vier Spannelemente zu Montagezwecken zusammengespannt werden kann. Während es dabei im Hinblick auf die beschriebene Anwendung ebenso wie bei den bekannten Mehrbacken-Spannfuttern Vorteile bietet, dass zur Einspannung symmetrischer Werkstücke stets eine abhängige synchronisierte Verlagerung sämtlicher Spannelemente durch die Bewegungskoppeleinrichtung erhalten wird, besteht insbesondere zur Halterung zu bearbeitender unsymmetrischer Werkstücke Bedarf an einer Einspannvorrichtung, bei der diese Einschränkung nicht gegeben ist.
• Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einspannvorrichtung mit einer verbesserten Vielseitigkeit hinsichtlich der damit halterbaren Werkstückformen anzugeben.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einspannvorrichtung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1, wobei darauf abgestellt wird, dass der Werkstückkontaktbereich zumindest eines dritten Spannelements unabhängig von den Werkstückkontaktbereichen des ersten und zweiten Spannelements verlagerbar ist. Durch diese Maßnahme eignet sich die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung nicht nur zur Aufnahme und sicheren Halterung von Werkstücken, die in der Einspannebene einen symmetrischen (bspw. rotations- oder achsensymmetrischen) Querschnitt aufweisen, sondern darüber hinaus auch für solche Werkstücke, insbesondere Probenkörper wie bspw. zu bearbeitende Metallproben, die in der Einspannebene eine praktisch beliebige Querschnittsform besitzen. Von Vorteil ist dabei eine Anordnung, bei der sich durch die synchronisierte Verlagerung des ersten und zweiten Spannelements zugleich eine Verkleinerung oder Vergrößerung ihres Zwischenabstands ergibt, so dass eine Anpassung an unterschiedliche Größen von Werkstücken möglich ist. Zur Einspannung vielseitiger Querschnittsformen ist weiter bevorzugt, dass innerhalb der Einspannebene zumindest zwei Spannelemente in zueinander linear unabhängige Richtungen verlagerbar sind, bzw. dass nicht die Verlagerungsrichtungen sämtlicher Spannelemente parallel zueinander sind. Insbesondere ist hier an die Möglichkeit gedacht, dass die Bahnkurven, entlang derer die Spannelemente verlagerbar sind, einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen können. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale eine praktisch unbegrenzte Vielseitigkeit hinsichtlich einspannbarer Querschnittsformen erreicht, wobei bereits bei einer Einspannvorrichtung mit beispielsweise drei Spannelementen, von denen zumindest eines unabhängig von den beiden übrigen verlagerbar ist, eine geometrisch bestimmte Einspannung von Werkstücken mit vielfältigem Einspannquerschnitt möglich ist.
• In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung kann diese noch weitere Spannelemente aufweisen, vorzugsweise zusätzlich ein viertes Spannelement, dessen Werkstückkontaktbereich mit demjenigen des dritten Spannelements mittels einer zweiten Bewegungskoppeleinrichtung synchronisiert verlagerbar ist. Ganz allgemein besteht dabei die Möglichkeit, dass an die erste und/oder zweite Bewegungskoppeleinrichtung noch weitere Spannelemente zur synchronisierten Verlagerung anschließbar bzw. angeschlossen sind. Auch kann eine dritte und ggf. weitere Bewegungskoppeleinrichtungen vorgesehen sein, durch die bedarfsgerecht weitere Spannelemente verlagerbar sind, wobei bspw. die Verlagerungsrichtungen von Spannelementen (bzw. deren Werkstückkontaktbereichen) der ersten und der zweiten Bewegungskoppeleinrichtung in einer gemeinsamen Ebene liegen, während die Verlagerung von Spannelementen einer dritten Bewegungskoppeleinrichtung nicht in dieser Ebene erfolgt. Hinsichtlich zweier mit einer gemeinsamen Bewegungskoppeleinrichtung zusammenwirkender Spannelemente ist bevorzugt daran gedacht, dass deren Werkstückkontaktbereiche bei einer Betätigung der gemeinsamen Bewegungskoppeleinrichtung in entgegengesetzte Richtungen verlagert werden, so dass auch bezüglich einer den kleinsten Zwischenabstand durchlaufenden Verbindungslinie eine entgegengesetzte Verlagerung erfolgt. In diesem Zusammenhang können das einer ersten Bewegungskoppeleinrichtung zugeordnete erste und zweite Spannelement dem einer zweiten Bewegungskoppeleinrichtung zugeordneten dritten und vierten Spannelement kreuzweise gegenüberliegen, insbesondere unter zueinander rechtwinkliger Lage der Linien, die den jeweils geringsten Abstand zweier synchronisiert verlagerbarer Spannelemente beschreiben. Vorteilhaft wird dadurch ein jeweils variabler zangenartiger Griff in zwei verschiedenen Richtungen erreicht, deren Weite voneinander unabhängig, wahlweise zeitversetzt oder zeitgleich, änderbar ist. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist eine Bewegungskoppeleinrichtung einen Zahnkranz mit einer Innenverzahnung und zwei damit in Eingriff stehende Zahnräder mit Außenverzahnung auf, wobei je eines der Zahnräder mit einem Spannelement verbunden ist. Vorteilhaft wird dadurch eine synchronisierte bzw. gekoppelte Verlagerung der Werkstückkontaktbereiche beider Spannelemente durch eine Verlagerung bzw. Drehung des Zahnkranzes durch Angriff an praktisch beliebiger Umfangsposition erreicht. Alternativ kann auch ein Eingriff der abtriebsseitigen Zahnräder mit einem antriebsseitigen außen verzahnten Zahnkranz bzw. Zahnrad vorgesehen sein, wobei sich je nach Durchmesserverhältnis von antriebs- zu abtriebsseitiger Verzahnung bedarfsgerecht verschiedene Über- bzw. Untersetzungen des Verlagerungswegs bzw. der Verlagerungskraft verwirklichen lassen.
• In einer zweckmäßigen Weiterbildung kann eines oder mehrere der Spannelemente, insbesondere das erste und zweite Spannelement, eine Welle und eine zu deren Drehachse exzentrisch verlaufende, den Werkstückkontaktbereich ausbildende Mantelfläche aufweisen, wobei je eine Welle mit je einem Zahnrad einer Bewegungskoppeleinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise ist ein rotationsunsymmetrischer Drehkeil verwirklicht, der bei platzsparender Anordnung zur Einleitung besonders hoher Spannkräfte geeignet ist. Während eine Verlagerung eines Spannelements durch dessen Drehung erfolgt, kann der Werkstückkontaktbereich, welcher von dem dem Werkstück am nächsten liegenden Abschnitt der Mantelfläche ausgebildet wird, zu oder von dem Werkstück verschoben werden. Alternativ oder kombinativ kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere der Spannelemente, insbesondere das dritte und vierte Spannelement, jeweils einen Schieber und eine Welle aufweist, wobei der Schieber in Richtung auf den Werkstückaufnahmebereich in einer Führung längsverschieblich aufgenommen ist, die Welle mit dem Schieber mittels eines Kurbelgetriebes verbunden ist und die Welle mit einem Zahnrad einer Bewegungskoppeleinrichtung verbunden ist. Je nach Form des einzuspannenden Werkstücks wirkt sich bei dieser Gestaltung vorteilhaft aus, dass zu einer normal zu dem Werkstück orientierten Verschiebung des Werkstückkontaktbereichs keine Relativbewegung des Spannelements zu dem Werkstück erforderlich ist, so dass eine unbeabsichtigte Verdrehung vermeidbar ist. Andererseits besteht auch hier, wie bei dem zuvor beschriebenen Drehkeil, die Möglichkeit, durch die der Verlagerung der Spannelemente zugrunde liegende Exzentrizität eine ggf. sogar von der gerade erreichten Verstellposition abhängige Über- bzw. Untersetzung von Verlagerungsweg bzw. -kraft zu erzielen. Hinsichtlich des Kurbelgetriebes ist weiter bevorzugt, dass dieses als Kreuzkurbelgetriebe oder als Geradschubkurbelgetriebe ausgebildet ist. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kurbelgetriebe einen mit der Welle verbundenen, exzentrisch zu deren Drehachse umlaufenden Mitnehmer aufweist, der in eine sich in dem Schieber quer zu dessen Verschieberichtung erstreckende Ausnehmung eingreift, wobei in Verbschieberichtung ein formschlüssiger Eingriff besteht.
• Zur Verlagerung bzw. Verdrehung eines Zahnkranzes einer Bewegungskoppeleinrichtung besteht die Möglichkeit, dass der Zahnkranz eine Außenverzahnung aufweist und dass eine Zahnstange vorgesehen ist, die mit der Außenverzahnung des Zahnkranzes in Eingriff steht und die mit einer Linear-Verstell- oder Linear-Antriebseinrichtung bspw. über deren Kolben verbunden ist. Als solche kann bspw. ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, insbesondere ein zweiseitig wirkender Zylinder, vorgesehen sein. Alternativ kann zur Verlagerung des Zahnkranzes auch ein Motor, bspw. ein elektrischer Stell- oder Schrittmotor vorgesehen sein, der bspw. mittels eines Ritzels an einer Innen- oder Außenverzahnung des Zahnkranzes angreift. Eine zweckmäßige antriebstechnische Weiterbildung ist in der Weise möglich, dass die Linear-Verstell- oder Linear-Antriebseinrichtung bzw. der Antriebsmotor Steuerungs- und/oder Regelungsmittel aufweist, angepaßt an eine vorbestimmbare weg- oder kraftbetonte Verlagerung zumindest eines Spannelements.
• Im Sinne einer möglichst raumsparenden Anordnung kann vorgesehen sein, dass die Zahnkränze der ersten und zweiten Bewegungskoppeleinrichtung konzentrisch zueinander und/oder in Richtung einer Drehachse eines Zahnkranzes benachbart zueinander angeordnet sind. Zur Vereinfachung von Aufbau und Montage der Einspannvorrichtung können die Zahnkränze darüber hinaus im Wesentlichen gleiche Außenverzahnungsdurchmesser und/oder im Wesentlichen gleiche Innenverzahnungsdurchmesser aufweisen.
• Gemäß eines weiteren, auch eigenständige Bedeutung aufweisenden Aspekts der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, dass in dem Werkstückaufnahmebereich ein Stützelement vorgesehen ist zur unterseitigen Abstützung eines Werkstückes, wobei das Stützelement im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Werkstückkontaktbereiche verlaufenden Einspannungsebene verfahrbar ist. Durch diese Maßnahme wird ein weiterer, zu einer noch größeren räumlichen Vielfalt an einspannbaren Werkstückformen führender Freiheitsgrad erreicht. Das Stützelement kann dazu durch oder gegen eine pneumatische, hydraulische oder elastische federartige Kraft relativ zu der Einspannungsebene verfahrbar, d. h. bspw. absenkbar sein.
• Ein weiterer, ebenfalls eigenständiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Möglichkeit, dass eine Fluidzufuhreinrichtung vorgesehen ist, die eine Fluidzuleitung mit einer dem Werkstückaufnahmebereich zuweisenden Fluidaustrittsöffnung aufweist, zur Umströmung des Werkstücks, insbesondere von dessen Unterseite, mit dem Fluid. Zur Fluidversorgung kann vorgesehen sein, dass die Fluidzufuhreinrichtung mit einer Fluidversorgungseinrichtung, insbesondere einer Kühlmittel- und/oder Inertgas-Versorgungseinrichtung verbunden ist. Während durch die Zufuhr von Kühlmittel, bspw. von gekühlter Luft, eine zu starke Aufwärmung des Werkstücks bei dessen bspw. spanender Bearbeitung vermieden werden kann, läßt sich mittels eines zugeleiteten Inertgases, bspw. Argon, eine Anlagerung von den Bestandteilen der Luft - O₂, N₂, CO_{2 -} vermeiden und unterbinden.
• Nachstehend wird die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung mit vier Spannelementen im ungespannten Zustand,
• Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1,
• Fig. 3 eine Schnittansicht entlang Linie III-III in Fig. 1,
• Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung in teilweise gespanntem Zustand und
• Fig. 5 eine Draufsicht vergleichbar Fig. 4, wobei ein Werkstück durch sämtliche Spannelemente eingespannt ist.
• Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung, in deren mittigen Werkstückaufnahmebereich 2 ein Werkstück 3 zur bspw. spanenden oberseitigen Bearbeitung durch eine zeichnerisch nicht wiedergegebene Bearbeitungseinrichtung eingesetzt ist. Innerhalb einer sich zur Zeichenebene parallel erstreckenden Einspannebene weist das Werkstück lediglich beispielhaft einen länglich ovalen Querschnitt mit abgerundeten Enden auf, wobei durch die erfindungsgemäßen Merkmale auch Werkstücke mit praktisch beliebigem anderen Querschnitt einspannbar sind. Das Werkstück 3 ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsposition zunächst nur lose und in grober Ausrichtung auf einem Stützelement 4 abgelegt. Um das Stützelement 4 herum sind vier Spannelemente 5, 6, 7, 8 mit dem Werkstückaufnahmebereich 2 zuweisenden Werkstückkontaktbereichen 9, 10, 11, 12 angeordnet. Die Spannelemente 5 und 7 stellen in den Längsrichtungen L1 und L2 hin- und herverschiebliche Schlitten dar, denen, wie sich aus Nachstehendem ergibt, zur synchronisierten Verlagerung in entgegengesetzte Richtungen entlang der Längsrichtungen L1 und L2 gemeinsam eine erste Bewegungskoppeleinrichtung zugeordnet ist. Die beiden weiteren, einander hierzu kreuzweise gegenüberliegenden Spannelemente 6, 8 sind als Drehkeile ausgebildet, denen zur zueinander synchronisierten Verlagerung in den Drehrichtungen D1 und D2 bei gleicher Drehrichtung gemeinsam eine zweite Bewegungskoppeleinrichtung zugeordnet ist. Aus einem Vergleich von Fig. 1 mit den Fig. 4 und 5 geht hervor, dass bei der gewählten Anordnung der rotationsunsymmetrischen Spannelemente 6 und 8 durch deren gleichgerichtete Drehung eine gegenläufige Verlagerung der in jeder Drehlage dem Werkstück 3 zugewandten Werkstückkontaktbereiche 10,12 in Richtung von oder zu dem Werkstück 3 erzielbar ist. Damit sind bei der gezeigten Ausführungsform zwei kreuzweise angeordnete Spannelementpaare verwirklicht, wobei Spannelemente eines gleiches Paares synchronisiert, dagegen Spannelemente verschiedener Paare voneinander unabhängig verlagerbar sind.
• Fig. 2 zeigt in einem Teilschnitt entlang der Schnittlinie II-II aus Fig. 1 eine an den Spannelementen 5, 7 jeweils paarweise verwirklichte Längsführung 13, die bezüglich der zu der Zeichenebene von Fig. 1 senkrechten Richtung zugleich eine Fixierung der Spannelemente 5, 7 an der Oberseite 14 des Gehäuses 15 bildet. Die Spannelemente 5, 7 sind mit den Längsführungen 13 auf Deckelplatten 16, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel kreissegmentartige Form aufweisen, in Richtung der Längsrichtungen L1, L2 längsverschieblich angeordnet. Die Deckelplatten 16 dienen dabei einerseits zum Abdecken von Gehäuseöffnungen, wie bspw. Senkbohrungen für Schrauben. Andererseits verringern sie zur Einsparung von Kosten gegenüber der Gesamtoberfläche des Gehäuses 14 die durch Feinbearbeitung, wie bspw. Schleifen, für eine leichtgängige Gleitbewegung der Spannelemente 5, 7 zu bearbeitende Oberfläche, so dass eine preiswerte Herstellung und ein einfacher Austausch der Gleitflächen, die zudem aus einem von dem Gehäuse 14 abweichenden Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen können, möglich ist. Eine Längsführung 13 weist eine in ein Spannelement 5, 7 eingebrachte, in Längsverschiebungsrichtung L1, L2 orientierte, sich nach unten T-förmig verjüngende Längsnut 17 auf. In diese ist ein Einsatzelement 18 in Querrichtung formschlüssig und in Längsrichtung verschiebbar eingepaßt. Ein Einsatzelement 18 weist zwei beabstandete Senkbohrungen 19 auf zur Aufnahme von Schrauben 20 auf, welche durch einen Durchgang in der Deckelplatte 16 in das Oberteil 14 des Gehäuses 15 eingeschraubt sind. Der Außenquerschnitt des Einsatzelements 18 stützt sich mit seinem unteren Ende gegen die Deckelplatte 16 ab, wobei durch geeignete Maßtoleranzen der Abmessungen "t" des Spannelements 5, 7 und "T" des Einsatzelements 18 eine gewünschte Gleitführung in Längsrichtung verwirklicht wird. Die Längsnut 17 und das Einsatzelement 18 weisen unterschiedliche Längen auf, so dass zur Verwirklichung der Gleitführung in Längsrichtung L1, L2 ein gewünschter Verlagerungsweg V zur Verfügung steht. Die Längsnut 17 weist des Weiteren eine Abdeckung 21 zum Schutz gegen Verschmutzung auf. Der Werkstückkontaktbereich 9, 11 der Spannelemente 5, 7 kann eine Vielzahl verschiedener Formen besitzen. Zur Verdeutlichung dessen sind in Fig. 1 - lediglich beispielhaft - zwei abweichende bevorzugte Geometrien angegeben. Deren Gemeinsamkeit bildet eine konkave Kontur, die in ihrem Mittenbereich von einer senkrechten Nut unterbrochen wird. Eine Unterscheidung liegt darin, dass die Nut von Spannelement 5 einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweist, während sie bei Spannelement 7 im Wesentlichen rechteckig ist. Von dieser exemplarischen Darstellung abweichend ist bevorzugt auch daran gedacht, dass die Spannelemente 5, 7 identische Werkstückkontaktbereiche 9, 11 besitzen, wobei grundsätzlich anstelle einer konkaven Kontur bspw. auch eine konvexe abgerundete, oder drei- oder mehreckige, zugespitzte usw. Formgebung möglich ist. Auch die in Draufsicht der Fig. 1 erkennbare Kontur der Spannelemente 6, 8 ist nicht auf die dargestellte spezielle rotationsunsymmetrische Form mit spiralförmiger Aufweitung und einseitiger Abflachung beschränkt. Zum Beispiel wäre ein Spannelement 6, 8 mit einem kreisförmigen Querschnitt denkbar, dessen Kreismittelpunkt exzentrisch zur Drehachse der Drehrichtung D1 bzw. D2 liegt.
• Fig. 3 stellt eine Schnittansicht entlang Schnittlinie III-III in Fig. 1 dar, anhand der die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung im Hinblick auf die synchronisierte bzw. voneinander unabhängige Verlagerbarkeit einzelner Spannelemente deutlich wird. Die Schnittansicht zeigt, dass ein Gehäuse 15 das schon erwähnte Oberteil 14, ein Unterteil 22 und ein mit diesen verschraubtes Zwischenteil 23 aufweist. Das Unterteil 22 ist unterseitig mit einer Fußplatte 24 verschraubt. Diese weist ihrerseits aus Fig. 1 zu ersehende Durchgangsbohrungen 25 für (nicht dargestellte) Schrauben zur Befestigung der Einspannvorrichtung 1 bspw. auf dem Tisch einer Werkzeugmaschine auf. In dem Gehäuse 15 ist eine nach oben hin offene Mittenöffnung 26 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen. Darin ist das Stützelement 4 in der Schnittansicht in vertikaler Richtung verfahrbar aufgenommen, so dass das Werkstück 3 in einer für das Einspannen zwischen den Spannelementen 5, 6, 7, 8 bevorzugte Höhenlage gebracht werden kann. Durch den abgeknickten Verlauf der Schnittlinie III-III in Fig. 1 ist in Fig. 3 von den funktionsmäßig paarweise gleichen Spannelementen 5, 7 und 6, 8 jeweils eines dargestellt.
• Das Spannelement 8 weist in näherer Einzelheit eine Kopfplatte 27 auf, deren mit einer Nut 28 versehene Mantelfläche 29 den zu Fig. 1 erläuterten rotationsunsymmetrischen Verlauf besitzt. Die Mantelfläche 29 verläuft somit exzentrisch zu einer mit der Kopfplatte 27 verbundenen Welle 30, die an ihrem unteren Ende ein mittels Paßfederverbindungen 31 verbundenes Zahnrad 32 trägt. Das Zahnrad 32 greift mit dessen Außenverzahnung 33 in eine Innenverzahnung 34 eines ersten Zahnkranzes 35 ein, der wie die Welle 30 in dem Gehäuse 15 drehbar wälzgelagert ist. Das Spannelement 6, das durch die Schnittführung in Fig. 3 nicht dargestellt ist, weist einen identischen Aufbau auf, so dass an dem gegenüberliegenden Innenumfang des ersten Zahnkranzes 35 ein entsprechender Zahneingriff besteht. Der Zahnkranz 35 weist zudem eine Außenverzahnung 36 auf, in die eine erste Zahnstange 37 mit ihrem Zahnprofil 38 greift. In Verbindung mit Fig. 1 wird deutlich, dass die Zahnstange 37 mit einer (zeichnerisch nur angedeuteten) pneumatischen Linear-Verstelleinrichtung 39 verbunden ist. Diese weist einen wahlweise von beiden Seiten mit Druck beaufschlagbaren (nicht näher wiedergegebenen) Kolben auf, so dass der Zahnkranz 35 mittels der Zahnstange 37 in wahlweise beiden Drehrichtungen unter jeweils synchroner Drehung der Spannelemente 6, 8 verdrehbar ist. Eine gewisse Führung der Zahnstange wird durch ein Profilteil 40 erreicht, welches in einem Umfangsabschnitt an die Stelle des Zwischenteils 23 tritt.
• Das Spannelement 7 weist einen kopfseitigen Schieber 41 mit der in der Draufsicht nach Fig. 1 erkennbaren Trapezform auf, in den die Längsführungen 13 eingebracht sind. Der Schieber 41 ist mit einer in dem Gehäuse 15 gelagerten Welle 42 mittels eines Kurbelgetriebes verbunden, so dass eine Drehung der Welle 42 eine Längsverschiebung des Schiebers 41 in Längsrichtung L2 bewirkt. Das Kurbelgetriebe weist einen Zapfen 43 mit rundem Querschnitt auf, der an dem oberen Ende der Welle 42 exzentrisch zu deren Mittelachse drehsteif angebracht ist. Der Zapfen 43 greift in eine Bohrung einer Gleitbuchse 44 ein, wobei ein zumindest für eine Drehung des Zapfens in der Bohrung erforderliches Toleranzspiel belassen ist. Die Gleitbuchse 44 ist unterseitig auf der Welle 42 abgestützt und weist, wie Fig. 1 zu entnehmen ist, einen länglichen äußeren Grundriss mit abgerundeten Enden auf. Mit diesem tritt die Gleitbuchse 44 innerhalb des Schiebers 41 in eine Quernut 45 ein, die sich in Fig. 1 senkrecht bzw. quer zu der Längsrichtung L2 erstreckt, wobei durch die jeweilige Formgebung und die gewählten Toleranzen eine merkliche Gleitbewegung der Gleitbuchse 44 nur in Längsrichtung der Quernut 45 möglich ist. Auf diese Weise ist ein Kurbelgetriebe vorgesehen, das eine Drehung der Welle 42 in eine gewünschte Längsverlagerung des Werkstückkontaktbereiches 11 in Längsrichtung L2 übersetzt. Ob eine Verlagerung in Richtung auf das entsprechende gegenüberliegende Spannelement 5 oder in entgegengesetzter Richtung erfolgt, hängt von der Drehwinkellage des Zapfens 43 bezüglich der Mitte der Welle 42 ab. Wie Fig. 3 weiter zu entnehmen ist, ist die Welle 42 an ihrem unteren Ende formschlüssig mit einem Zahnrad 46 verbunden, dessen Außenverzahnung 47 in eine Innenverzahnung 48 eines zweiten Zahnkranzes 49 der zweiten Bewegungskoppeleinrichtung greift. Der Zahnkranz 49 trägt an seiner Außenseite eine Außenverzahnung 50, welche mit einer Geradverzahnung 51 einer zweiten Zahnstange 52 in Eingriff steht. Die Zahnstange 52 ist ihrerseits mit einer pneumatisch zweiseitig wirkenden Linearverstelleinrichtung 53 verbunden, durch die der Zahnkranz 49 in beide Drehrichtungen verdreht werden kann. In der in den Figuren wiedergegebenen Ausführungsform ist hinsichtlich der relativen Drehwinkellage der den Spannelementen 5, 7 zugeordneten Zapfen eine Anordnung getroffen, bei der in jeder Drehrichtung des Zahnkranzes 49 eine zueinander gegenläufige Verlagerung der Spannelemente 5 und 7 gewährleistet ist. Entsprechend lassen die beiden Quernuten 45 Verlagerungen der beiden Zapfen in entgegengesetzte Richtungen zu.
• Aus Fig. 3 ist weiter zu entnehmen, dass die Mittenöffnung 26 an ihrem unteren Ende durch eine Anschlussplatte 54 abgeschlossen ist. Diese ist mit einem Steigrohr 58 verschraubt, das in einer Druckkammer 55 von einem Ringkolben 56 unter Ausbildung einer druckdichten Gleitführung umschlossen wird. Der Ringkolben 56 ist oberseitig mit einem Stützrohr 57 verbunden, an dessen oberem Ende das Stützelement 4 befestigt ist. Bei einer Auf- oder Abwärtsbewegung des Ringkolbens 56 ist das Stützrohr 57 zu dem Steigrohr 58 teleskopierbar, so dass das Stützelement 4 zwischen der ausgezogen dargestellten oberen Position und der gestrichelten unteren Position hin- und herbewegbar ist. Das Stützrohr 57, das Steigrohr 58 und die Druckkammer 55 können maßlich so abgestimmt sein, dass zusätzlich zu einer Absenkung des Stützelements 4 unter die Einspannebene auch eine Anhebung darüber hinaus ermöglicht ist. Der Ringkolben 56 kann dadurch verfahren werden, dass durch eine durch die Anschlussplatte 54 führende Druckleitung 59 ein Druckmedium, bspw. Druckluft, zugeführt bzw. wieder abgelassen wird. Um die Einstellung einer gewünschten Hubhöhe zu erleichtern, kann abweichend von der Darstellung in Fig. 3 bspw. zwischen Ringkolben 56 und der oberen Begrenzung der Druckkammer 55 eine Druckfeder angeordnet und je nach Federkennlinie verschiedenen Drucken über das Kräftegleichgewicht eine jeweilige Hubhöhe zugeordnet werden. In die Anschlussplatte 54 ist des Weiteren eine Fluidzufuhrleitung 60 integriert zur Zufuhr eines Fluids durch das Stützrohr 57, das Steigrohr 58 und eine damit verbundene Bohrung 61 im Stützelement 4 an die Unterseite des Werkstückes 3. Bei der in den Figuren beschriebenen Ausführungsform wird durch diese Fluidzuleitung gekühlte Luft geleitet, um eine Kühlung des Werkstücks 3 zu erreichen. Die Anschlussplatte 54 weist eine noch weitere Fluidzufuhrleitung 62 auf, durch die dem Werkstück 3 über den Ringraum der Mittenöffnung 26 ein Inertgas, wie bspw. Argon, zur Vermeidung von Kontamination an bearbeiteten Oberflächen zugeleitet wird.
• Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Draufsichten auf die Einspannvorrichtung 1, bei denen gegenüber Fig. 1 abweichende Verdreh- bzw. Verschiebestellungen der Spannelemente verwirklicht sind. Im Gegensatz zu Fig. 1, in der das Werkstück 3 nur lose und in grober Ausrichtung auf das Stützelement 4 aufgelegt ist, zeigt Fig. 4 eine Zwischenstellung, bei der die Spannelemente 5, 7 mit dem Werkstück 3 zu dessen Ausrichtung oder eindimensionaler Einspannung in Kontakt getreten sind. Die dazu notwendige Verlagerung der Werkstückkontaktbereiche 9, 11 wurde dadurch erreicht, dass die Zahnstange 52 durch Ausfahren der pneumatischen Linear-Verstelleinrichtung 53 in Fig. 1 bzw. 4 um eine Wegstrecke nach links verlagert wurde, wie dem Vergleich der Positionen des als verdeckte Kante, d. h. gestrichelt dargestellten Zahnstangenendes 52' in den Fig. 1 und 4 zu entnehmen ist. Der Zahnkranz 52 und die Zahnritzel der Spannelemente 5 und 7 werden dadurch ebenso wie die beiden Zapfen 43 im Gegen-Uhrzeigersinn verdreht, so dass die Schieber 41 linear aufeinander zugefahren werden und das Werkstück 3 zwischen den Werkstückkontaktbereichen 9 und 11 eingeklemmt wird. Fig. 5 zeigt darüber hinaus einen Betriebszustand, bei welchem das Werkstück 3 zusätzlich durch die Spannelemente 6 und 8 eingespannt wird. Dies ist durch eine Verschiebung der Zahnstange 37 mittels der pneumatischen Linear-Verstelleinrichtung 39 erreicht, die eine Drehung des Zahnkranzes 37 und darüber der Spannelemente, 6, 8 um ihre eigenen Drehachsen im Uhrzeigersinn bewirkt, so dass sich der wachsende Durchmesser der Drehkeile aufeinander zu bewegt und sich der Zwischenraum zwischen den Drehkeilen verringert. Das Werkstück zwischen den Drehkeilen wird somit eingeklemmt, wobei die Haltekraft übersetzt ist im Durchmesserverhältnis von Zahnkranz 37 zu Zahnrädern 32 multipliziert mit Zylinderkraft. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass das Werkstück je nach Werkstückform zuerst mit den Schiebern 41 oder den Drehkeilen ausgerichtet und anschließend mit dem anderen Paar eingeklemmt wird, wobei der Haltedruck in Abhängigkeit vom Werkstückmaterial mittels einer an die Linear-Verstelleinrichtung angeschlossenen Steuer- bzw. Regelungseinrichtung so einstellbar ist, dass eine Verformung des Werkstücks vermieden wird. Je nach Formgebung des Werkstückes 3 und der Werkstückkontaktbereiche kann bei den beiden Spannelementpaaren auch eine gleichwertige Aufgabenverteilung hinsichtlich des Ausrichtens bzw. Einspannens verwirklicht sein. Dabei können an einem Ausrichten mit einem noch niedrigen Haltedruck ebenso wie an einem Einspannen bei einem größeren Haltedruck sämtliche Spannelemente beteiligt sein, wodurch die Einspannvorrichtung zur Ausrichtung und Einspannung praktisch beliebig geformter Werkstücke geeignet ist. Des Weiteren kann je nach Anordnung und Ausgestaltung der Linear-Verstelleinrichtungen entweder ein Ausfahren oder ein Einfahren der mit einer Zahnstange verbundenen Zylinderstange die Annäherung gegenüberliegender Spannelemente bewirken.
• Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (18)

1. Einspannvorrichtung (1) für ein Werkstück (3), wobei die Einspannvorrichtung (1) eine Mehrzahl von Spannelementen (5, 6, 7, 8) und zwischen diesen einen Werkstückaufnahmebereich (2) aufweist, ein Spannelement (5, 6, 7, 8) einen dem Werkstückaufnahmebereich (2) zuweisenden Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) ausbildet, der zu dem Werkstückaufnahmebereich (2) verlagerbar ist, und dass die Werkstückkontaktbereiche (9, 10, 11, 12) eines ersten und zweiten Spannelements (5, 6, 7, 8) mittels einer ersten Bewegungskoppeleinrichtung synchronisiert verlagerbar sind, dadurch gekennzeichnet dass der Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) zumindest eines dritten Spannelements (5, 6, 7, 8) unabhängig von dem ersten und zweiten Spannelement (5, 6, 7, 8) verlagerbar ist.

2. Einspannvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet dass ein Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) eines vierten Spannelements (5, 6, 7, 8) mit dem Werkstückkontaktbereich (9, 10, 11, 12) des dritten Spannelements (5, 6, 7, 8) mittels einer zweiten Bewegungskoppeleinrichtung synchronisiert verlagerbar ist.

3. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste und zweite Spannelement (5, 6, 7, 8) mit dem dritten und vierten Spannelement (5, 6, 7, 8) kreuzweise gegenüberliegen.

4. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückkontaktbereiche (9, 10, 11, 12) zweier durch eine Bewegungskoppeleinrichtung gekoppelter Spannelemente (5, 6, 7, 8) durch Verlagerung der Bewegungskoppeleinrichtung zueinander gegenläufig verlagerbar sind.

5. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungskoppeleinrichtung einen Zahnkranz (35, 49) mit einer Innenverzahnung (34, 48) und zwei damit in Eingriff stehende Zahnräder (32) bzw. (46) mit Außenverzahnung (33, 47) aufweist, wobei je eines der Zahnräder (32, 46) mit einem Spannelement (5, 6, 7, 8) verbunden ist.

6. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das erste und zweite Spannelement (5, 6, 7, 8) eine Welle (30, 42) und eine zu deren Drehachse exzentrisch verlaufende, den Werkstückkontaktbereich ausbildende Mantelfläche (29) aufweist und dass die Welle (30, 42) mit einem Zahnrad (32, 46) einer Bewegungskoppeleinrichtung verbunden ist.

7. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das dritte und vierte Spannelement (5, 6, 7, 8) einen Schieber (41) und eine Welle (30, 42) aufweist, wobei der Schieber (41) in Richtung auf den Werkstückaufnahmebereich (2) in einer Führung längsverschieblich aufgenommen ist, die Welle (30, 42) mit dem Schieber (41) mittels eines Kurbelgetriebes verbunden ist und die Welle (30, 42) mit einem Zahnrad (32, 46) einer Bewegungskoppeleinrichtung verbunden ist.

8. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe als Kreuzkurbelgetriebe oder als Geradschubkurbelgetriebe ausgebildet ist.

9. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe einen mit der Welle (30, 42) verbundenen, exzentrisch zu deren Drehachse umlaufenden Mitnehmer insbesondere Zapfen (43) aufweist, der in eine sich in dem Schieber (41) quer zu dessen Verschieberichtung erstreckende Ausnehmung, insbesondere Quernut (45), eingreift, wobei in Verschieberichtung des Schiebers (41) ein formschlüssiger Eingriff besteht.

10. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (35, 49) eine Außenverzahnung (36, 50) aufweist und dass eine Zahnstange (37, 52) vorgesehen ist, die mit der Außenverzahnung (36, 50) des Zahnkranzes (35, 49) in Eingriff steht und die mit einer Linear- Verstell- oder Linear-Antriebseinrichtung (39, 53) verbunden ist.

11. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass als Linear-Verstelleinrichtung (39, 53) ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, insbesondere ein zweiseitig wirkender Zylinder, vorgesehen ist.

12. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkränze (35, 49) der ersten und zweiten Bewegungskoppeleinrichtung konzentrisch zueinander und/oder in Richtung einer Drehachse eines Zahnkranzes (35, 49) benachbart zueinander angeordnet sind.

13. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkränze (35, 49) im Wesentlichen gleiche Außenverzahnungsdurchmesser und/oder im Wesentlichen gleiche Innenverzahnungsdurchmesser aufweisen.

14. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Werkstückaufnahmebereich (2) ein Stützelement (4) vorgesehen ist zur unterseitigen Abstützung eines Werkstückes (3), wobei das Stützelement (4) im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Werkstückkontaktbereiche (9, 10, 11, 12) verlaufenden Einspannungsebene verfahrbar ist.

15. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) gegen eine pneumatische, hydraulische oder elastische Federkraft relativ zu der Einspannungsebene absenkbar ist.

16. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Linear-Verstell- oder Linear-Antriebseinrichtung (39, 53) Steuerungs- und/oder Regelungsmittel aufweist, angepaßt an eine vorbestimmbare weg- und/oder kraftbetonte Verlagerung zumindest eines Spannelements (5, 6, 7, 8).

17. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidzufuhreinrichtung vorgesehen ist, die eine Fluidzuleitung mit einer dem Werkstückaufnahmebereich (2) zuweisenden Fluidaustrittsöffnung aufweist, zur Umströmung des Werkstückes (3), insbesondere von dessen Unterseite, mit dem Fluid.

18. Einspannvorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhreinrichtung mit einer Fluidversorgungseinrichtung, insbesondere einer Kühlmittel- und/oder Inertgas-Versorgungseinrichtung, verbunden ist.