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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen
eines abgesetzten Werkstücks
in einer Drehmaschine, insbesondere Mittenantriebs-Drehmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Unter
einem abgesetzten Werkstück
ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Werkstück zu verstehen,
welches einen Absatz und damit zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche
aufweist. Das Spannen derartiger Werkstücke ist insofern problematisch,
als diese mit bekannten Spannvorrichtungen, wie sie z. B. aus
DE 32 47 586 C2 ,
DE 38 29 886 A1 und
DE 199 12 869 A1 hervorgehen,
nur auf einem der beiden Durchmesserbereiche gespannt werden können. Das
hat den Nachteil, dass die pro Flächeneinheit des Werkstücks auftretenden
Spannkräfte
recht groß sind,
was zu unerwünschten
Spannmarken auf der Werkstückoberfläche führen kann. Eine
naheliegende Möglichkeit,
diesen Mangel zu beseitigen, könnte
darin bestehen, zwei getrennte Spannvorrichtungen einzusetzen, wobei
jede Spannvorrichtung einen der Durchmesser des Werkstücks spannt.
Nachteilig an dieser Lösung
wären die durch die
zweite Spannvorrichtung erforderlichen zusätzlichen Kosten sowie der zusätzliche
Raum- und Technikbedarf.
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Eine
weitere, naheliegende Maßnahme könnte darin
bestehen, die Spannelemente der Spannvorrichtung entsprechend dem
Werkstück
abzusetzen, wobei dann jeweils eine Spannfläche der Spannelemente einem
Durchmesserbereich des Werkstücks
zugeordnet ist. Eine derartige Lösung kann
aber nicht zu befriedigenden Einspannergebnissen führen, da
die beiden Durchmesserbereiche des Werkstücks immer unterschiedliche
Fertigungstoleranzen aufweisen. Es würde daher in der Praxis bei
einer derartigen Lösung
so sein, dass eine der Spannflächen
der Spannelemente schon spannt, während die andere Spannfläche noch
nicht bzw. noch nicht befriedigend spannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen, die einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist, und dennoch
ein sicheres Spannen beider Durchmesserbereiche eines abgesetzten
Werkstücks
bei geringster Spannlänge
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
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Dadurch,
dass eine der beiden Spannflächen
jedes der Spannelemente erfindungsgemäß radial einfederbar ausgeführt ist,
kann der Toleranzunterschied zwischen den beiden Durchmesserbereichen
des abgesetzten Werkstücks
beim Spannen sozusagen „herausgedrückt" werden. Im Ergebnis
liegen beide Spannflächen
mit einer ausreichenden Spannkraft am Werkstück an. Es ist dabei nur eine Spannvorrichtung
erforderlich und die Spannelemente sind jeweils einstückig, d.h.
einfach ausgeführt. Dieser
einfache Aufbau reduziert die Herstellungskosten für die Spannvorrichtung
und erhöht
die Zuverlässigkeit.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die einfederbare Spannfläche der
Spannelemente auf einer durch einen Hinterschnitt in Form einer
axialen Nut gebildeten Zunge ausgebildet. Durch die Tiefe der Nut
und die Stärke
der Zunge lässt
sich die Einfederungscharakteristik der Spannfläche konstruktiv einstellen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, eine Übergangssteg zwischen der Zunge
und dem Grundkörper
des Spannelementes vorzusehen, wobei dann die Einfederungscharakteristik
der Spannfläche
durch die Länge
und Stärke
dieses Übergangssteges
festlegbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind zur Verstärkung der Spannkraft der federnden
Zungen die Freiräume,
insbesondere die axialen Nuten, mit elastischem Kunststoff ausgegossen.
Diese Möglichkeit
gewährleistet gleichzeitig
einen Schutz gegen eindringende Späne. Alternativ oder auch zusätzlich können in
die axialen Nuten Federelemente, wie z.B. O-Ringe oder Plattfederelemente
eingesetzt sein.
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Die
Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Spannzange eines Mittenantriebs-Spannkopfes
einer Mittenantriebs-Drehmaschine näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung
zeigt:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine Mittenantriebs-Drehmaschine,
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2 einen
Blick in Richtung des Pfeils A im vergrößerten Maßstab auf die zu einem Spannring
einer Spannzange des Mittenantriebs-Spannkopfes zusammengesetzten
Spannelemente, wobei die übrigen
Bauteile der Spannzange und des Mittenantriebs-Spannkopfes weggelassen
worden sind, und
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3 einen
Schnitt III-III gemäß 2,
wobei in diesem Schnitt ein in die Spannzange eingeführtes Werkstück und weitere
Bauteile der Spannzange sowie des Mittenantriebs-Spannkopfes dargestellt
sind.
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Die
in 1 dargestellte Mittenantriebs-Drehmaschine besitzt
ein Maschinengehäuse 1,
in dem ein Bett 2 mit zwei Führungsbahnen 3 und 3.1 angeordnet
ist. Auf der Führungsbahn 3 sind
zwei Kreuzschlitten 4 und 5 in Maschinenlängsrichtung verfahrbar.
Zwischen den Kreuzschlitten 4 und 5 ist ein Mittenantriebs-Spannkopf 6 angeordnet.
Dieser dient dem Einspannen und dem Drehantrieb eines kurzen Werkstücks 7,
welches mit seinen beiden Enden aus dem Mittenantriebs-Spannkopf 6 hinausragt und
mit den Werkzeugen 8 der Kreuzschlitten 4 und 5 gleichzeitig
in beiden Enden bearbeitet werden kann. Der Mittenantriebs-Spannkopf 6 kann
stationär angeordnet,
aber auch in Maschinenlängsrichtung verfahrbar
sein. Im letzteren Fall ist eine weitere Führungsbahn 9 vorgesehen,
so dass insgesamt ein Sechs-Bahnen-Bett 2 vorliegt.
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Das
Maschinengehäuse 1 ist
mit Türen 10 ausgestattet,
die einen Zugang zur eigentlichen Bearbeitungseinheit gestatten.
Die Türen 10 dienen dem
Spritzschutz gegen Kühl-
und Schmierflüssigkeit
sowie gegen Späne
und sollen eine Berührung des
Bedieners mit bewegten Teilen der Maschine verhindern. An einer
der Stirnseiten des Maschinengehäuses 1 ragt
ein Tragarm 11 vom Maschinengehäuse 1 ab, der ein
Bedienpult 12 trägt.
Auf der gegenüberliegenden
Stirnseite ist die Mittenantriebs-Drehmaschine mit einem Schaltschrank 13 mit drei
Klapptüren 14 ausgestattet.
An dieser Stirnseite erfolgt auch eine Abfuhr der bei der Bearbeitung
von Werkstücken 7 erzeugten
Späne.
Dazu ist ein Späneförderer 15 vorgesehen.
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Aus 3 geht
hervor, dass es sich bei dem Werkstück 7 um ein kurzes,
abgesetztes Wellenstück handelt,
d.h. das Werkstück 7 besitzt
zwei Bereiche a und b, die unterschiedliche Durchmesser und Toleranzfelder
aufweisen und durch einen Absatz 7.1 voneinander getrennt
sind. 3 zeigt das Werkstück 7 bereits in eine
Spannzange 16 eingesetzt.
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Wie
aus 3 in Verbindung mit 2 hervorgeht,
ist die Spannzange 16 aus kreissektor-abschnittförmigen Spannelementen 16.1 zusammengesetzt.
Diese Spannelemente 16 liegen an ihren radialen Seitenflächen aneinander,
wobei in diesem Ausführungsbeispiel
nach jeweils drei Spannelementen 16 eine Gummifeder 17 zwischengefügt ist.
Die Spannelemente 16.1 sind auf ihrer Außenseite
von einer Konusbuchse 18 umfasst (3). Diese
Konusbuchse 18 besitzt eine Innenkonusfläche, die
auf einer ansprechenden Außenkonusfläche der
Spannelemente 16.1 aufliegt. Die Gummifedern 17 spannen
die Spannelemente gegen die Konusbuchse 18 vor, so dass
die Spannelemente 16.1 einen stabilen Spannring der Spannzange 16 bilden.
Die Konusbuchse 18 ist z. B. durch einen hydraulischen,
pneumatischen oder mechanischen Antrieb in Richtung des Doppelpfeils 19 verschiebbar.
Bei Verschiebung der Konusbuchse 18 in Richtung 19.2 wird
Druck auf die Spannelemente 16.1 ausgeübt, so dass sich diese in Richtung
des Pfeils 20 radial einwärts verschieben; d.h., der
durch die Spannelemente 16.1 gebildete Spannring verengt
sich unter Zusammendrücken der
zwischengefügten
Gummifedern 17. Bei Verschiebung der Konusbuchse 18 in
Richtung 19.1 wird der radiale Druck auf die Spannelemente 16.1 aufgehoben,
so dass diese durch die sich entspannenden Gummifedern 17 radial
nach außen
gedrückt
werden; d.h., der durch die Spannelemente 16.1 gebildete
Spannring weitet sich.
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Während die
radiale Kammerung der Spannelemente 16.1, wie oben beschrieben,
durch die Konusbuchse 18 erfolgt, wird die axiale Kammerung
der Spannelemente 16.1 durch die Wände 6.1 des Gehäuses des
Mittenantriebs-Spannkopfes 6 übernommen.
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Jedes
Spannelement 16.1 ist mit zwei Spannflächen 21 und 22 ausgestattet,
die parallel zur Oberfläche
des zu spannenden Werkstücks 7 ausgerichtet
sind. Sie liegen, den Durchmesserbereichen a und b des Werkstücks 7 angepasst,
auf unterschiedlichen Innendurchmessern und sind über eine
konusförmige Übergangsfläche 23 miteinander
verbunden.
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Die
Spannflächen 21 liegen
jeweils auf einer einstückig
mit dem Grundkörper
der Spannelemente 16.1 verbundenen Zunge 24. Diese
Zungen 24 sind durch radial von der Stirnseite der Spannelemente 16.1 eingestochene
Nuten 25 gebildet, die – wie aus 2 hervorgeht – auf einem
Kreisabschnitt liegen. Wenn die Spannelemente 16.1 zu einem
Spannring zusammengesetzt sind (2), bilden
diese Nuten 25 eine Kreisnut. Die Nuten 25 gestatten
ein radiales Einfedern der Zungen 24, dessen Sinn und Zweck später noch
erläutert
wird. Die Einfederungscharakteristik der Zungen 24 kann
dabei insbesondere durch die Stärke
und Länge
eines Übergangssteges 26 eingestellt
werden, der die Zungen 24 mit dem Grundkörper der
Spannelemente 16.1 einstückig verbindet. Um die radiale
Einfederung der Zungen 24 nicht zu behindern, sind in ihren
Seitenbereichen Radialnuten 27 vorgesehen, die sich bis
in die Nuten 25 hinein erstrecken.
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Nachstehend
wird das Spannen eines abgesetzten Werkstückes 7 mit der beschriebenen Spannzange 16 beschrieben.
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Zum
Beladen des Mittenantriebs-Spannkopfes 6 mit einem Werkstück 7 wird
dieses über
ein Beladesystem, z. B. einen integrierten Ladegreifer oder Roboter
in die Spannzange 16 des Mittenantriebs-Spannkopfes 6 eingeführt. Zu
diesem Zweck ist die Spannzange 16 durch Verschieben der
Konusbuchse 18 in Richtung 19.1 in ihre geöffnete Stellung gefahren,
in der sie das Werkstück 7 ohne
radiale Zwängungen
aufnehmen kann. Das Werkstück 7 wird
dabei so eingesetzt, dass sein Durchmesserbereich a der Spannfläche 21 und
sein Durchmesserbereich b der Spannfläche 22 der Spannelemente 16.1 zugeordnet
ist. Die Spannzange 16 wird nun durch Verschieben der Konusbuchse 18 in
Richtung 19.2 zugefahren, d.h., die Spannelemente 16.1 werden radial
einwärts
verschoben. Dabei kommen zunächst die
Spannflächen 21 der
Zungen 24 in Anlage an die Oberfläche des Werkstücks 7,
wie das in 3 dargestellt ist. Zu diesem
Zeitpunkt liegen die Spannflächen 22 noch
nicht auf der Werkstückoberfläche auf, wie
das auch aus
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3 hervorgeht.
Beim weiteren Zufahren der Spannzange 16 federn die Zungen 24 radial
so weit ein, bis auch die Spannflächen 22 spannend auf der
Oberfläche
des Werkstücks 7 aufliegen.
Das Werkstück 7 ist
somit über
die Spannflächen 21 und 22 sicher
im Mittenantriebs-Spannkopf 6 gespannt. Bei abgesetzten
Werkstücken 7 immer
vorhandene Fertigungstoleranzen zwischen den Durchmesserbereichen
a und b spielen dabei keine Rolle, da das vorhandene „Spiel" aufgrund der radialen
Nachgiebigkeit der Spannflächen 21 beim
Spannen des Werkstücks 7 immer
herausgedrückt
wird.