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Die Erfindung betrifft einen System-Niederzugspanner
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
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An- und aufeinanderliegende Bauteile
der Werkzeugmaschinen, der Werkstückspanneinrichtungen sowie
an- und aufeinander liegend angeordnete Werkstücke auf Adapterplatten, Spannpaletten oder
Aufspannkörpern
werden in der Regel so miteinander verbunden, positioniert und gespannt,
dass die dafür
verwendeten Elemente und Komponenten in Rand- und Ecklagen der genannten
Bauteile, einander gegenüber
liegend, angeordnet sind.
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Die benötigten Elemente, Pass-Systembolzen
und Spann-Komponenten gemeinsam ein Positionier- und Spannsystem
bildend, sind dabei weitestgehend kleinräumig zu dimensionieren, um
für die
eigentlichen Funktions-Komponenten der Werkstückspannung und der spanenden
Werkstück-Bearbeitung
und Maschinen-Werkzeuge
einen anteiligen großen
Fertigungsraum frei zu halten. Damit wird der Forderung entsprochen,
für eine
effektive spanende Fertigung jeweils fünf Seiten des Werkstückes vollflächig frei
zu halten und die Werkstückspannung
von der sechsten unteren Seite des Werkstückes aus, mit entsprechend
gestalteten Spann-Komponenten,
zu realisieren.
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Dabei ist es auch notwendig, die
Lagen der Spannstellung und der Entspann- und Lösestellung der unmittelbar
an der Spannstelle wirkenden Druck- und Klemmelemente in oder an
den Spann-Komponenten voreinzustellen und vorher zu justieren und
zu positionieren. Allgemein bekannt ist es, hochfeste Kugeln als Übertragungs-,
Richtungsumlenk- und als Spannelemente für Stellbewegungen in kraftschlüssigen lösbaren Verbindungen
und damit auch als Spannelemente für die Werkstückspannung
einzusetzen.
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So ist beispielhaft aus
DE 197 39 460 C1 ein Schnell-Pass-System
für ein
wiederholbares Fügen von
plan aneinander liegenden Bauteilen von Werkzeugmaschinen, Werkstückspannvorrichtungen
oder Werkstücken,
in definierter Lage zueinander angeordnet, bekannt, bei der die
zwei für
die Positionierung der Fügestellung
verwendeten Pass-Systembolzen neben Passführungsstegen auch mit mindestens
einer Druckkugel ausgestattet sind. Die über einen axialen Stellantrieb
im Pass-Systembolzen bewegten Druckkugeln liegen in Spannschrägen-Ausnehmungen
der gegenüberliegenden
Bohrungswände
der Passbuchsen mindestens eines der zu verbindenden Bauteile oder
Werkstückes
selbst an. Die zwei Pass-Systembolzen, einer als Zentrierbolzen und
einer als Richtbolzen ausgebildet, sind in sich gegenüberliegend
Eck- und Randlagen der zu verbindenden und zu spannenden flach aufeinander
liegenden Bauteile, Grundplatte einer Werkstückspannvorrichtung auf einer
Maschinenpalette einer Werkzeugmaschine oder Werkstück auf einer
Spannpalette, angeordnet. Ergänzend
zu den beiden als Positionierelemente eingesetzten Pass-Systembolzen ist ein,
mit den in den anderen Eck- oder Randlagen der benannten zu verbindenden
Bauteile angeordneter, als Verbindungs- und Spannelement einsetzbarer, Spannsystembolzen
eine Dreieckslage bildend, angeordnet.
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In der Praxis sind derartige rechteckige,
flächig
an- oder aufeinander liegende Bauteile in ihren Ecklagen mit zwei
Verbindungs- und Spannelementen, häufig als Schraubverbindung
ausgebildet, jeweils kleinräumig
dimensioniert, und gemeinsam mit zwei Pass-Systembolzen, in den
zwei anderen Ecklagen positioniert, wiederholbar genau justiert,
positioniert und gespannt.
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Anwendungen von Druckkugeln in Spannelementen
sind unter anderem aus
DE
197 57 430 C1 und
DE
101 23 271 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Gruppe
von Spanneinrichtungen, bei denen unterseitig an der zu spannenden
Baugruppe oder unter dem zu spannenden Werkstück Spannzapfen, häufig Einzugsnippel
genannt, angeordnet sind, in die eigentliche Spanneinrichtung eintauchen und
in der Endstellung spannfutterähnlich
mit Druckkugeln geklemmt wird. Die in einem topfförmigen Unterteil
angeordneten Druckkugeln werden dabei axial gerichtet, dabei wahlweise
mittels eines Druckmedienzylinders, mit Federn, Federpaketen oder
auch mittels spezieller Federelemente angehoben oder abgesenkt und
dabei radial gerichtet bewegt, so dass sie fest am Spannzapfen zur
Anlage kommen.
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Nachteilig ist neben einer relativ
großen
Ausbildung im Durchmesserbereich, dass beim Entspannen bzw. Lösen der
Spannstellung durch Anheben des Bauteiles oder Werkstückes die
ebenfalls angehobenen Spannzapfen nach Entsperren der Druckkugeln,
die Aufnahmebohrung in den topfförmigen Unterteilen,
auch für
einfallende Späne
und Schmutz, bis zum erneuten Spannen frei geben.
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Nachteilig ist weiterhin, dass die
Spannkraft über
punkt- oder linienförmige
Druckkugel-Kontaktlagen übertragen
wird, wobei die Kugeln käfigartig
gegeneinander positioniert sein müssen.
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Unter vorrangiger Beachtung der Praxis-Notwendigkeiten
- – einer
kleinräumig
dimensionierten Ausbildung der Verbindungs- und Spannelemente, insbesondere
im Durchmesserbereich
- – einer über die
Spannsäulen-Ausbildung
und -Anordnung optimierten bedienarmen voreinstellbaren, druckmedienunabhänigen, dauerhaft
stabilen Spannfunktion
- – einer
gegenüber
Bearbeitungsspänen
gekammerten oder weitestgehend abgeschirmten Ausbildung und Anordnung
der Druckkugeln
- – einer
zweckmäßigen Reinigungsmedien-Zuführung und
- – einer
Vermeidung von Verformungen bzw. Abplattungen an den Anlage- und
Druckflächen,
bei Anwendung von Druckkugeln
wird mit dem System-Niederzugspanner
eine Lösung
vorgeschlagen, die diesen Notwendigkeiten entspricht.
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Andere Lösungen für Spann-Komponenten mit Druckkugel-Anwendung,
beispielhaft sie hier
DE 200
09 521 U1 benannt, erfüllen
nur bei einem Teil der Merkmale die hier benannten Erwartungen der Praxis
im spanenden Fertigungsprozess.
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Nachteilig ist, dass die genannten
Lösungen des
Standes der Technik nicht über
Elemente verfügen,
um aufwendige Zusatzlösungen
zu vermeiden oder funktionelle Optimierungen sicher zu stellen. Nachteilig
sind beispielsweise die zu großräumig dimensionierten
Spannkomponenten. Da der anteilige Fertigungsraum nicht wirklich
freigehalten wird und für
die Anordnung der Spann-Komponenten selbst benötigt und genutzt wird, sind
werkstück-
oder funktionsspezifische Aufbauten auf Adapterplatten, Spannpaletten
und Aufspannkörpern
nicht anordenbar.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen
Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ergänzend zu
Positioniersystemen als Spann-Komponente einen modularen System-Niederzugspanner
vorzuschlagen, der ein Paket mehrerer funktionsoptimierender Einzelelemente
umfasst, durch die
- – eine kleinräumig dimensionierte
Ausbildung im Durchmesserbereich
- – eine über Spannsäulen optimierte
genau voreinstellbare Spannfunktion
- – eine
gegenüber
Bearbeitungsspänen
gekammerte oder weitestgehend abgeschirmte Spannstelle
- – eine
zweckmäßige Reinigungsmedien-Zuführung und
- – eine
Vermeidung von Anlage- und Druckflächen-Verformungen bei Druckkugel-Anwendung
realisiert
werden kann.
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Dieses Problem wird durch die im
Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist, dass die Spannsäule ausgebildet ist als
- – ein
nach oben vorstehender Pass-Systembolzen, der nach unten gerichtet
kegelstumpfartig verjüngt
ist und eine Niederzug-Spannfläche
als Anlage- und Druckfläche
für Druckkugeln
- – ein
Element für
eine optimierte Zufuhr von Reinigungsmedien an die Anlage- und Druckflächen der
Druckkugeln
- – ein
Element, welches in einer Aufnahme- und Grundbohrung von Bauteilen
geschlossen aufgenommen ist und über
- – eine
zweckmäßige und
verformungsstabile Ausbildung der Anlage- und Druckflächen für die Druckkugeln
in passenden bogenförmig
ausgebildeten Aufnahmesegmenten in Ausnehmungen oder Aufnahmebohrungen
des gespannten Bauteils oder Werkstücks verfügt.
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Weitergehende und ergänzende Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.
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Diese weitergehenden Ausgestaltungen
des Niederzug-Systemspanners umfassen die Anordnung der Airsensorik
und der Druckkugeln.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
und deren weitergehenden Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen
vereinfacht dargestellt und wird im folgenden Beschreibungsteil
näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
Vorderansicht eines Niederzug-Systemspanners im Mittenschnitt, in
gespannter Stellung,
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2 eine
Schnittdarstellung in Pfeilrichtung nach 1, in gespannter Stellung,
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3 eine
Schnittdarstellung in Pfeilrichtung nach 1, in entspannter und gelöster Stellung,
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4 eine
Teildarstellung der 1 im
Mittenschnitt, in entspannter und gelöster Stellung.
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Der in 1 dargestellte
Niederzug-Systemspanner besteht im wesentlichen aus einem deckelhaft
mit einem Gehäuse-Oberteil 9 verschlossenen flachen
topfförmigen
Druckmedien-Zylinder 20, der hier beispielhaft als einseitig
gerichteter von unten nach oben mit Drucköl betätigter Hydraulikzylinder ausgebildet.
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Der Kolben 4 ist mit einem
Führungszapfen in
der Bodenplatte 8 des Druckmedien-Zylinders 20 axialbeweglich
aufgenommen und geführt.
Er ist mit der Kolbenstange 6 einstückig verbunden. Die Spannsäule 2 ist
mit einem Gewindeansatz ausgestattet und achsgleich über eine
Gewindeverbindung mit der Kolbenstange 6 höhenvoreinstellbar
und justierbar funktionsverbunden.
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Die so voreingestellte Spannstellung
der Spannsäule 2 wird
gegenüber
der in unterer Endstellung des Kolbens 4 befindlichen Kolbenstange 6 mittels
Distanzscheiben 7, konstant bleibend, justiert. In dieser
Spannstellung liegt ein axial gerichtet stoffelastischer tonnenförmig ausgebildeter
Kunststoff-Hohlkörper 1,
zwischen der Kreisringfläche 5 des
Kolbens 6 und der Unterseite 10 des Gehäuse-Oberteils 9 flächig gepresst,
an, wobei die Vorspannung einer Presskraft als Spannkraft definierbar ist.
Mit einer durch Drucköl-Zuführung erzeugten Druckkraft
des Kolbens 4, die größer als
die Presskraft des Kunststoff Hohlkörpers 1 in der Spannstellung
ist, wird dieser in seinem Höhenmaß formelastisch
weiter durch Pressung reduziert und die Spannsäule 2 über die
Kolbenstange 6 angehoben. Die obere Endstellung der Kolbenbewegung
ist erreicht, wenn die Kolbenstange 6 mit ihrem stirnseitigen Ende
an der Unterseite 10 des Gehäuse-Oberteils 9 zur
Anlage kommt.
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Die obere Endstellung der Kolbenbewegung ist
als die Entspann- und Lösestellung
des Spannsäule 2 definiert.
Das Abstandsmaß zwischen
unterer und oberer Stellung der Spannsäule 2 ist das definierte
Maß des
Spann- und Entspannweges. Die Spannsäule 2 verfügt über ein
Kopfteil, der als ein Pass-Systembolzen ausgebildet ist und in einem
als Pass-Buchse 11 ausgebildeten Aufsatz des Gehäuse-Oberteils 9 passgenau
aufgenommen und dreh- sowie längsbeweglich
geführt
ist. In dieser Pass-Buchse 11 sind in radialgerichteten
sich nach außen
verjüngenden
Bohrungen die Druckkugeln 14 beweglich und unverlierbar
aufgenommen.
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In dem Gehäuse-Oberteil 9 sind
weiterhin Kanalbohrungen 12 für Airsensorik aufgenommen, deren
Austrittsöffnungen 13 gegenüber der
Auflagefläche
des jeweiligen gespannten Bauteils oder Werkstücks 15 angeordnet
sind. Mit Airsensorik ist so das Vorhandensein, die richtige Auflage
sowie Spannung und das Nichtvorhandensein des Bauteils oder Werkstückes 15 feststellbar.
Entlang der Mittenachse, durch eine Bohrung 19 in der Bodenplatte 8 des Druckmedien-Zylinders 20 geleitet,
in der Kolbenstange 6 und in der Spannsäule 2 verlaufend und
an den Anlage- und Druckflächen
der Druckkugeln 14 radialgerichtet austretend, ist ein
Reinigungsmedium zuleitbar, so dass während des Wechsels der Bauteile
oder Werkstücke 15 eine
Reinigung der Funktions- und
Spannflächen
durchführbar
ist.
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In 2 ist
der Spannzustand des Niederzug-Systemspanners dargestellt. Die Spannsäule 2 drückt mit
ihrer kegelstumpfartig verjüngten
Niederzug-Spannfläche 3 vier
in der Pass-Buchse 11 des Gewinde-Oberteils 9 aufgenommenen
Druckkugeln 14 in vier bogenförmig radialgerichtet eingearbeitete Aufnahmesegmente 17.
die Aufnahmesegmente 17 sind in der Wand einer Aufnahme-
und Grundbohrung 16 des Bauteils oder Werkstückes 15 angeordnet.
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Die Aufnahmesegmente 17 entsprechen
in ihrer Lage, Anordnung, Dimensionierung sowie geschlitzten Ausbildung
mit gewölbt
und schräg
liegenden Wandflächen 18 den
in Spannstellung befindlichen, in der Pass-Buchse 11 gehaltenen
Druckkugeln 14.
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Die Spannkraft des Niederzug-Säulenspanners
wird von der Spannsäule 2 über deren
Niederzug-Spannfläche 3,
jeder der vier Druckkugeln 14 auf die vier Wandflächen 18 in
den Aufnahmesegmenten 17 und damit auf das Bauteil oder
Werkstück 15 übertragen.
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In 3 und
in 4 befindet sich der
Niederzug-Systemspanner in Entspann- und Lösestellung. Die Spannsäule 2 ist
in angehobener Lösestellung,
so dass die Niederzug-Spannfläche 3 mit
verringertem Durchmessermaß,
gegenüber
den vier Druckkugeln 14 anliegend, die Spannkraftübertragung
beendet hat.
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Bei anhebender Entnahme des gelösten Bauteils
oder Werkstückes 15 werden
die vier Kugeln 14 durch die schrägen Nutwände 18 der Aufnahmesegmente 17 in
die Bohrungen der Pass-Buchse 11 des Gehäuse-Oberteils 9 zurückgeschoben
oder zurückgedrückt.
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Die Spannsäule 2 und die Pass-Buchse 11 in der
Aufnahme- und Grundbohrung 16 sind gegenüber dem
Arbeitsraum, in dem Bearbeitungsspäne entstehen, verschlossen,
gekammert oder abgeschirmt ausgebildet, angeordnet.
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- 1
- Kunststoff-Hohlkörper
- 2
- Spannsäule
- 3
- Niederzug-Spannfläche
- 4
- Kolben
- 5
- Kreisringfläche (am
Kolben)
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Distanzscheibe
- 8
- Bodenplatte
- 9
- Gehäuse-Oberteil
- 10
- Unterseite
(des Gehäuse-Oberteils)
- 11
- Pass-Buchse
- 12
- Kanalbohrung
- 13
- Austrittsöffnungen
- 14
- Druckkugeln
- 15
- Bauteil/Werkstück
- 16
- Aufnahme-
und Grundbohrung
- 17
- Aufnahmesegmente
(für Druckkugeln)
- 18
- Wandflächen (der
Aufnahmesegmente)
- 19
- Bohrung
(für Reinigungsmedium)
- 20
- Druckmedien-Zylinder