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Die Erfindung betrifft einen Spanndorn
zur Innen-Spannbefestigung von Werkstücken, bspw. Zahnrädern, wobei
der Spanndorn einen Spannzylinder aufweist mit in dem Spannzylinder
radial verstellbar ausgebildeten Spannelementen und einer Beaufschlagungseinheit
für die
Spannelemente.
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Spanndorne der in Rede stehenden
Art sind bekannt. Diese weisen in der Regel hydraulisch, pneumatisch
oder mechanisch wirkende Beaufschlagungseinheiten für die Spannelemente
auf, welch letztere über
die Beaufschlagungseinheit zur Spannbefestigung eines auf dem Spanndorn
aufgeschobenen Werkstückes
mit einer Zentralbohrung radial nach außen verlagert werden. Die bekannten
Spanndorne haben den Nachteil, dass sie entweder eine zu lange Ansprechzeit
benötigen
oder bei kürzeren
Zeiten durch die erzeugte Dynamik das Werkstück nicht gleichmäßig genau
spannen.
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Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand
der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin
gesehen, einen Spanndorn der in Rede stehenden Art verbessert auszugestalten,
dies unter Berücksichtigung
verbesserter Spannzyklen, insbesondere verkürzter Betätigungszeiten von Bruchteilen
einer Sekunde und bei gleichbleibend hoher Spanngenauigkeit, womit
insbesondere eine geringe Exzentrizität des gespannten Werkstückes gemeint
ist.
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Diese Problematik ist zunächst und
im Wesentlichen dadurch gelöst,
dass die Beaufschlagungseinheit eine Verstelleinrichtung auf Basis
von Piezoelementen aufweist. Hierbei wird der für sich bekannte piezoelektrische
Effekt genutzt, bei welchem elektrische in mechanische Energie umgewandelt
wird. Bei dem piezoelektrischen Effekt handelt es sich um eine Eigenschaft
von bestimmten Werkstoffen, die in ihren Dimensionen durch das Anlegen
einer elektrischen Spannung verändert
werden. Als spröder,
mechanisch fester Werkstoff sind die Änderungen der Dimensionen sehr
klein, wobei die durch entsprechende Vorkehrungen erreichten Änderungen
jedoch ausreichend sind zur Beaufschlagung und Auslenkung der Spannelemente.
Beim Betrieb der als Aktoren wirkenden Piezoelemente wird die elektrische
Spannung in mechanische Deformation umgesetzt, wobei die erreichbaren
Dehnungen etwa 1 bis 3 Promille bezogen auf die Länge jedes
Piezoelements betragen, dies bei sehr großen Kräften. So werden Dehnungswege
im μm-Bereich
erreicht. Zufolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein Spanndorn
angegeben, welcher hinsichtlich der Spannzyklen bzw. der Zeit für das Spannen
und Lösen
sowie der Genauigkeit der Werkstückaufnahme verbessert
ist. Um den aus der Dehnung resultierenden Verstellweg zu vergrößern, ist
bevorzugt eine Reihenanordnung, insbesondere eine Übereinanderanordnung
von Einzel-Piezoelementen vorgesehen. Diese werden bei einem zweckmäßig senkrechten Spanndorn
bevorzugt kaskadenartig übereinander angeordnet,
so dass die Einzel-Dehnungsmaße
addiert den gesamten Verstellweg angeben. So können bspw. fünf bis fünfzehn Piezoelemente übereinander angeordnet
werden, so bspw. zehn oder zwölf
Piezoelemente, darüber
hinaus auch jede weitere ganzzahlige Anzahl von Piezoelemente zwischen
fünf und fünfzehn.
Bevorzugt wird weiter, dass die Einzel-Piezoelemente in Achsrichtung des Spanndorns übereinander
angeordnet sind. Entsprechend erfolgt die Dehnung der Piezoelemente
bei Spannungsbeaufschlagung in Achsrichtung des Spanndorns. In vorteilhafter
Weise sind die Piezoelemente in Reihenanordnung bzw. in Übereinanderanordnung
gleitbeweglich in einer Führung
aufgenommen, wobei weiter auch vorgesehen sein kann, dass die Führung zugleich
als Stromschiene zur Elektroversorgung der einzelnen Piezoelemente
ausgebildet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung ist bei Dehnung aller
in der Kaskade in Reihenanordnung bzw. übereinander befindlichen Piezoelemente
die Strombeaufschlagung ständig
sichergestellt. Eine Stromschiene kann hierbei als Zinnlegierungsstreifen
ausgebildet sein. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Stromversorgung durch
eine zick-zack-förmig
durchlaufende Metallfolie erbracht ist, welche fest verbunden mit
den einzel nen Piezoelementen der Kaskade die Dehnungsbewegung der
Einzelelemente mit vollziehen kann. Die Piezoelemente wirken über eine
mechanische Umlenkung auf die Spannelemente ein, wobei die Einwirkung
direkt über
das in der Kaskade zugewandte bzw. obere, d.h. den Spannelementen
nächste
Piezoelement oder über
einen von diesem Piezoelement insbesondere unterseitig beaufschlagten
Beaufschlagungskörper,
vorzugsweise auch in Funktion eines Ausgleichskörpers, in Form einer Platte,
einer Kugel, eines topfförmigen
Elements oder dergleichen erfolgt. Zur zentrischen Spannung eines
Werkstückes
in seiner Bohrung sind bevorzugt in dem Spanndorn mehrere Spannelemente
vorgesehen, so bevorzugt drei, vier, fünf oder sechs im Grundriß winkelgleichmäßig zueinander
beabstandete Spannelemente, welche gemeinsam und bevorzugt gleichzeitig
und gleichmäßig beaufschlagt
werden. Hierbei wird bevorzugt, dass eines oder sämtliche
Spannelemente aus jeweils einem bzw. als jeweils ein Festkörpergelenk-Element
ausgebildet sind, damit die kleinen Dehnungswege der Piezoelemente
vollständig genutzt
werden können,
ohne erst Spiel in Gelenken überbrücken zu
müssen.
Dieses Festkörpergelenk-Element,
welches aus Metall, Kunststoff, Keramikwerkstoff oder Verbundwerkstoff
hergestellt sein kann, kann bevorzugt weiter einen einseitig starr
an dem Spannzylinder befestigten ersten Hebelabschnitt und einen
zweiten Hebelabschnitt, insbesondere Klemmhebelabschnitt, aufweisen
oder aus dem ersten Hebelabschnitt und dem zweiten Klemmhebelabschnitt
bestehen, wobei die Relativbewegung zwischen den Hebelabschnitten
bei Betätigung,
vorzugsweise durch die Beaufschlagungseinheit, von zumindest einem
die Hebelabschnitte verbindenden, zur elastischen Verformung ausgelegten
Gelenkabschnitt aufnehmbar ist, wobei es sich bei diesem Gelenkabschnitt
vorzugsweise um ein Festkörpergelenk handeln
kann. Dieser Gelenkabschnitt ist in einfachster Weise durch eine
Materialverjüngung
zwischen dem ersten Hebelabschnitt und dem zweiten Hebelabschnitt
(bzw. Klemmhebelabschnitt) gebildet, wodurch weiter durch diese
Ausgestaltung die elastische Rückstellfähigkeit
der Spannelemente in ihre Grundstellung gegeben ist. In einer Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem
zweiten Hebelabschnitt (bzw. Klemmhebelabschnitt) und dem ersten
Hebelabschnitt ein Zwischenhebelabschnitt ausgebildet ist, wobei
weiter sowohl zwischen dem ersten Hebelabschnitt und dem Zwischenhebelabschnitt
ein elastischer Gelenkabschnitt sowie zwischen dem Zwischenhebelabschnitt
und dem Klemmabschnitt ein elastischer Gelenkabschnitt ausgebildet
sein kann, wobei letzterer bevorzugt eine größere Steifigkeit aufweist als
ersterer bzw. das Festkörpergelenk.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Festkörpergelenk
zwischen dem ersten Hebelabschnitt und dem Zwischenhebelabschnitt
angeordnet ist und dass ein elastischer Gelenkabschnitt zwischen
dem Zwischenhebelabschnitt und dem zweiten Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt
ausgebildet ist. In einfachster Weise können die die Beaufschlagungseinheit
bildenden Piezoelemente zentral auf alle vorgesehenen Spannelemente
gleichzeitig einwirken, so bspw. durch direkte Beaufschlagung der
zweiten Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitte, die das Werkstück unmittelbar
spannen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Zwischenhebelabschnitt
durch die Piezoelemente zur Verstellung beaufschlagt ist, wobei
hier der zwischen dem ersten, starr mit der Spannvorrichtung befestigten
Hebelabschnitt und dem Zwischenhebelabschnitt ausgebildete Gelenkabschnitt
bzw. das Festkörpergelenk
dazu dient, den zweiten Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt
zusammen mit dem Zwischenhebelabschnitt in die Spannstellung zu
verlagern. Der zwischen dem Zwischenhebelabschnitt und dem zweiten
Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt vorgesehene elastische Gelenkabschnitt
dient hierbei als Überlastsicherung
und als Ausgleich von Bohrungstoleranzen der Werkstücke. Der
zweite Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt kann durch mechanische
Federkraft in die Klemmstellung vorgespannt sein. Bei dieser Lösung bewirkt
die Strombeaufschlagung der Piezoelemente und die damit einhergehende
Dehnung der Kaskade eine Rückführung der
Spannelemente in ihre Grundstellung, in welcher das Werkstück vom Spanndorn
abgezogen werden kann. Dies bedeutet, dass die stromunbelastete
Stellung des Spanndorns die Spannstellung ist. Al- ternativ kann auch
vorgesehen sein, dass der zweite Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt
bei Entspannung der Gelenkabschnitte sich in der Freigabestellung
befindet. Erst durch Aktivierung der Strombeaufschlagung der Piezoelemente
wird die radiale Spreizung der Spannelemente erreicht. Die vorzugsweise übereinander
angeordneten Piezoelemente betätigen
gemeinsam eine Mehrzahl von Spannelementen. Das Spannelement bzw.
der für die
Spannung zuständige
zweite Hebelabschnitt (Klemmhebelabschnitt) durchführt bei
Bewegung in die Spannstellung eine Drehbewegung um den Gelenkabschnitt,
bzw. um das Festkörpergelenk,
wobei in einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spanndorns
die Drehbewegung so gewählt
sein kann, dass der zweite Hebelabschnitt bzw. Klemmhebelabschnitt
sich beim Spannen tendenziell in Aufsteckrichtung des Werkstücks bewegt.
Hierzu besteht die Möglichkeit,
dass das Festkörpergelenk einen
kleineren radialen Abstand von einer Längsachse des Spanndorns aufweist
als ein insbesondere als Radialerweiterung ausgebildeter Bereich
des zweiten Hebelabschnittes, bzw. des Klemmhebelabschnittes, welcher
einem Werkstück
zur Anlage zugeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Werkstück gegen
einen Anlagebund gezogen wird, der eine eindeutige Position definiert.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand
der beigefügten
Zeichnungen, welche lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellen,
näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch einen Spanndorn einer ersten Ausführungsform;
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2 die
Herausvergrößerung des
Bereiches II-II in 1,
die entspannte Grundstellung betreffend;
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3 eine
der 2 entsprechende
Detaildarstellung, jedoch die übertrieben
dargestellte Spannstellung betreffend;
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4 eine
Schnittdarstellung gemäß 1, jedoch eine zweite Ausführungsform
betreffend;
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5 die
Herausvergrößerung des
Bereiches V-V in 4,
die übertrieben
dargestellte gespannte Grundstellung betreffend;
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6 eine
Herausvergrößerung gemäß 5, jedoch die entspannte
Stellung betreffend;
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7 eine
Schnittdarstellung gemäß 1, jedoch eine dritte Ausführungsform
betreffend;
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8 die
Herausvergrößerung des
Bereiches XIII–XIII
in 7, die entspannte
Grundstellung betreffend;
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9 eine
Herausvergrößerung gemäß 8, jedoch die übertrieben
dargestellte Spannstellung betreffend.
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Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug
zu 1 eine erste Ausführungsform
eines Spanndorns 1 zur Anordnung an einen drehbar gelagerten
Maschinentisch 2, welcher eine im Querschnitt kreisrunde
Aufnahme 3 aufweist.
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Der Spanndorn 1 dient zur
Innen-Spannbefestigung von Werkstücken 4, wie bspw.
ein in den Darstellungen strichpunktiert dargestelltes Zahnrad, wobei
der Spanndorn 1 einen Spannzylinder 5 aufweist
mit in dem Spannzylinder 5 radial verstellbar ausgebildeten
Spannelementen 6. Des Weiteren ist in dem Spannzylinder
eine Beaufschlagungseinheit 7 für die Spannelemente 6 vorgesehen.
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Der Spannzylinder 5 setzt
sich im Wesentlichen zusammen aus einem in die Aufnahme 3 des Maschinentisches 2 einliegenden,
unterseitig eines Kragens 8 zentral abragenden Zylinderfortsatz 9 und einem
gegenüberliegend
von dem Zylinderfortsatz 9 von dem Kragen 8 fortweisenden,
gleichfalls zylinderförmigen
Spannbereich 10, welch letzterer sich stufenartig verjüngend in
einem Dornfortsatz 11 endet.
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Der Spanndorn 1 wird mittels
den Kragen 8 durchsetzenden Schrauben 12 mit dem
Maschinentisch 2 drehfest verbunden.
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In dem Spannbereich 10 des
Spannzylinders 5 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
drei winkelgleichmäßig um die
Rotations-/Körperachse
x des Spanndorns 1 gleichmäßig zueinander beabstandete
Spannelemente 6 angeordnet, welche als Festkörpergelenk-Elemente 13 ausgebildet
sind. Diese sind im Wesentlichen doppel-L-förmig ausgebildet, wobei ein
unteres freies Ende des Festkörpergelenk-Elements 13 im
Spannbereich 10 des Spannzylinders 5 starr mit
letzterem verbunden ist. Die Verbindungsstelle ist in der Darstellung
mit der Bezugsziffer 14 versehen.
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Von dieser starren Verbindungsstelle 14 ausgehend
weist das Festkörpergelenk-Element 13 zunächst einen
ersten Hebelabschnitt 15 und einen sich hieran anschließenden,
bezogen auf die Achse x radial verlaufenden Zwischenhebelabschnitt 16 auf, wobei
zwischen dem ersten Hebelabschnitt 15 und dem Zwischenhebelabschnitt 16 ein
zur elastischen Verformung ausgelegter Gelenkabschnitt 17 in
Ausgestaltung als Festkörpergelenk
vorgesehen ist. Dieser Gelenkabschnitt 17 ist durch Materialverjüngung des
Festkörpergelenk-Elements 13 gebildet.
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Der Zwischenhebelabschnitt 16 erstreckt sich
von dem ersten Hebelabschnitt 15 ausgehend radial einwärts, wobei
im Bereich des radial inneren Endes des Zwischenhebelabschnittes 16 sich
ein in Achsrichtung bis in den Dornfortsatz 11 des Spannzylinders 5 erstreckender
zweiter Hebelabschnitt 18 anschließt. Zwischen diesem Klemmhebelabschnitt 18 und
dem Zwischenhebelabschnitt 16 ist ein elastischer Gelenkabschnitt 19 durch
Materialverjüngung ausgeformt,
der allerdings in dem Beispiel steifer ist als das Festkörpergelenk.
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Das radiale Erstreckungsmaß und die
Anordnung des in einer entsprechend positionierten Ausnehmung 20 des
Dornfortsatzes 11 einliegenden zweiten Hebelabschnittes 18 ist
so gewählt,
dass in der wie in den 1 und 2 dargestellten Entspann-Situation
des Spanndornes 1 die radial äußere Flanke des zweiten Hebelabschnittes 18 radial
einwärts
versetzt ist zur Mantelfläche
des Dornfortsatzes 11. Eine im freien, oberen Endbereich
des zweiten Hebelabschnittes 18 ausgeformte, bauchige Radialerweiterung 21 hingegen
tangiert die Mantelfläche
des Dornfortsatzes 11. Diese Radialerweiterungen 21 sind
etwa auf halber Höhe
des Dornfortsatzes 11 positioniert.
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Die Beaufschlagungseinheit 7 weist
eine Versteileinrichtung auf Basis von einzelnen in Achsrichtung
des Spanndornes 1 übereinander
angeordneten Piezoelementen 22 auf. Diese Piezoelement-Kaskade
ist koaxial zur Rotations-/ Körperachse
x des Spanndornes 1 ausgerichtet und erstreckt sich vom
Zylinderfortsatz 9 ausgehend bis in den Spannbereich 10,
wobei die Piezoelemente 22 gleitbeweglich in einer Führung 23 aufgenommen
sind. Letztere wird durch unterseitige Beaufschlagung eines Führungsbodens 24 mittels
einer Druckfeder 25 in Axialrichtung gegen einen spannzylinderseitig
befestigten Anschlag 26 vorgespannt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
zwölf Piezoelemente 22 in
der hülsenartigen Führung 23 übereinander
angeordnet, wobei die axiale Länge
der Führung 23 so
dimensioniert ist, dass das oberste, d.h. dem Führungsboden 24 abgewandte
Piezoelement 22 mit Abstand unterhalb des Anschlages 261iegt.
Von diesem letzten Piezoelement 22 der Kaskade geht ein,
den Anschlag 26 durchsetzender Beaufschlagungsdorn 27 aus,
zur Druckbeaufschlagung einer in dem Spannbereich 10 des Spannzylinders 5 angeordneten
Kuge128. Die Festkörpergelenk-Elemente 13 stützen sich
mit ihrem radial inneren Ende des Zwischenhebelabschnittes 16 mit
einem angefasten Randabschnitt ab.
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Die Führung 23 dient zugleich
der Elektroversorgung der einzelnen Piezoelemente 22, wozu die
Führung 23 innenwandig
mit Stromschienen 29 versehen ist. Letztere stehen über Leitungen 30 mit unterseitig
des Zylinderfortsatzes 9 des Spannzylinders 5 angeordneten
Schleifkontakten 31 in Verbindung. Der Stromanschluss erfolgt über den
Maschinentisch 2.
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Durch Strombeaufschlagung der Piezoelemente 22 werden
diese in Achsrichtung x gedehnt, was eine Axialverlagerung des Beaufschlagungsdornes 27 im μm-Bereich
zur Folge hat. Über
die Kugel 28 wird der Zwischenhebelabschnitt 16 des
Spannelements 6 zur Verstellung beaufschlagt, was die radiale
Auslenkung des Hebelabschnittes 18 durch elastische Verformung
des Festkörpergelenks 17 zur
Folge hat. Es erfolgt demnach eine Klemmung des auf den Spanndorn 1 bzw.
auf den Dornfortsatz 11 aufgeschobenen Werkstückes 4 im
Bereich der Radialerweiterungen 21 der Hebelabschnitte 18.
Der Gelenkabschnitt 19 zwischen dem Hebelabschnitt 18 und dem
Zwischenhebelabschnitt 16 wirkt hierbei als Überlastsicherung.
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Wie aus der in 3 übertrieben
dargestellten Spannstellung zu erkennen, vollzieht das Spannelement 6 bzw.
der Hebelabschnitt 18 im Bereich seiner Radialerweiterung 21 bei
der Bewegung in die Spannstellung eine Drehbewegung, wobei hierbei die
Drehbewegung (Pfeil a) so ist, dass der Hebelabschnitt 18 sich beim
Spannen tendenziell entgegen der Aufsteckrichtung (Pfeil r) des
Werkstückes 4 bewegt.
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Nach Abschalten der Stromversorgung
und dementsprechendem Nachlassen der Druckbeaufschlagung der Spannelemente 6,
erreicht der Hebelabschnitt 18 zufolge Entspannung des
Festkörpergelenks 17 und
des Gelenkabschnitts 19 die Freigabestellung des Werkstückes 4 gemäß den 1 und 2.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spanndorns 1, welcher
sich gegenüber
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
bezüglich
der Ausgestaltung und Anordnung der Spannelemente 6 sowie
hinsichtlich der Wirkungsweise im Zusammenwirkungsbereich zwischen
Beaufschlagungseinheit 7 und den Spannelementen 6 unterscheidet.
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Sind in dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 bis 3 die Spannelemente 6 bzw. die diese
ausformenden Festkörpergelenk-Elemente 13 stehend
angeordnet, ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine hängende Anordnung
derselben vorgesehen. Jedes Festkörpergelenk-Element 13 ist
in einer Ausnehmung 20 des Dornfortsatzes 11 einliegend
mit seinem ersten Hebelabschnitt 15 an dem Deckenbereich
des Dornfortsatzes 11, d.h. im freien Endbereich desselben
starr angebunden. An diesem ersten Hebelabschnitt 15 schließt sich
unter Zwischenschaltung des Festkörpergelenkes 17 der zweite
Hebelabschnitt 18 an, welch letzterer gleich wie der erste
Hebelabschnitt 15 sich parallel zur Rotations-/Körperachse
x des Spanndornes 1 erstreckt. Die Länge des Hebelabschittes 18 ist
hierbei so gewählt,
dass dieser sich bis in den Spannbereich 10 des Spannzylinders 5 erstreckt
und hierbei etwa die fünf-
bis sechsfache Länge
des ersten Hebelabschnittes 15 aufweist. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind vier gleichmäßig um die
Rotations-/ Körperachse
x verteilt angeordnete Festkörpergelenk-Elemente 13 vorgesehen.
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Wie auch schon in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind auch hier die Festkörpergelenk-Elemente 13 so
positioniert, dass deren radial äußeren Randkanten
gegenüber
der Mantelfläche des
Dornfortsatzes 11 radial nach innen versetzt sind, mit
Ausnahme der sich etwa auf halber Höhe des Dornfortsatzes 11 befindlichen,
bauchigen Radialerweiterungen 21.
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Des Weiteren entspricht ein Radialmaß eines
ersten, von dem Festkörpergelenk 17 ausgehenden
Klemmhebelabschnitt-Bereichs etwa dem Radialmaß des ersten Hebelabschnittes 15,
wobei der radiale Abstand einer inneren Randkante zur Rotations--/Körperachse
x etwa doppelt so groß gewählt ist wie
der radiale Abstand eines sich unterhalb der Radialerweiterung 21 sich
nach innen erweiternden Klemmhebelabschnitt-Bereiches. Im Übergangsbereich
vom schmaleren Klemmhebelabschnitt zum sich nach radial innen verbreiternden
Klemmhebelabschnitt ist eine Schrägfläche 32 ausgeformt.
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Gegen die Schrägflächen 32 der Festkörpergelenk-Elemente 13 tritt
eine Kugel 33, welche die Hebelabschnitte 18 über eine
sich deckenseitig der Ausnehmung 20 des Dornfortsatzes 11 abstützende Druckfeder 34 in
die Klemmstellung drängt,
wobei durch die Anordnung der Festkörpergelenke 17 oberhalb
der Beaufschlagungsebene zwischen Kugel 33 und Schrägflächen 32 die
Hebelabschnitte 18 sich beim Spannen tendenziell entgegen
der Aufsteckrichtung (Pfeil r) des Werkstückes 4 bewegen (s.
Pfeil b).
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Die nach unten in den Spannbereich 10 des Spannzylinders 5 freiragenden
Enden der Hebelabschnitte 18 sind verrundet und wirken
mit der trichterförmigen
Wandung 35 eines an dem Beaufschlagungsdorn 27 der
Beaufschlagungseinheit 7 angeordneten Stempels 36 zusammen.
Bei einem Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kaskade einzelner
Piezoelemente 22 und damit einhergehender Dehnung dieser
Kaskade bewirkt die sich in μm-Bereich
bewegende Verla gerung des Stempels 36 eine Rückverlagerung
der Hebelabschnitte 18 um die Festkörpergelenke 17, dies
entgegen der über
die Druckfeder 34 und die Kugel 33 eingebrachte
Spannkraft.
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Der wesentliche Unterschied zwischen
den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen
besteht darin, dass in dem ersten Ausführungsbeispiel die stromlose
Grundstellung der Freigabestellung für das Werkstück 4 im
Bereich des Dornfortsatzes 11 entspricht. Durch Anlegen
einer Spannung erfolgt die Klemmung des Werkstückes 4. Bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel
hingegen ist in der stromlosen Grundstellung das Werkstück 4 gespannt.
Bei Anlegen einer Spannung führen
die Piezoelemente 22 die Spannelemente 6 zurück in den
Dornfortsatz 11 zur Freigabe des Werkstücks 4 bzw. zum Erreichen
einer Beladungsstellung.
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7 zeigt
in einer Schnittansicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spanndornes 1.
Die Spannelemente 6 weisen hier wiederumjeweils Verbindungsstellen 14 mit
dem Spannzylinder 5 auf, bzw. können diese auch zu dem spannzylinderseitig
befestigten, bspw. angeschraubten, Anschlag 26 besitzen.
Oberhalb des ersten Hebelabschnittes 15 ist ein auch in
diesem Beispiel wiederum als Festkörpergelenk ausgebildeter Gelenkabschnitt 17 vorgesehen,
an den sich oberhalb der zweite Hebelabschnitt 18 (Klemmhebelabschnitt)
anschließt.
An seinem freien Ende weist dieser radial außenseitig vorspringend eine
Radialerweiterung 21 auf, die zur Klemmung des Werkstückes, in
dem gewählten
Beispiel eines (gestrichelt dargestellten) Zahnrades, in Anlage
zu dessen Bohrung treten kann. Weiter ist dargestellt, dass die
unter Vorspannung eingebaute Druckfeder 25, in dem gezeigten Beispiel
eine Zylinderdruckfeder, mittels einer gelochten Distanzscheibe 38 auf
das ihr zugewandte bzw. an ihr anliegende Piezoelement 22 der
in Reihe angeordneten Piezoelemente 22 drückt, so
dass die Druckkraft über
die Reihenanordnung auch auf die übrigen Piezoelemente 22 übertragen
wird. Die Druckfeder
25 ermöglicht oder zumindest erleichtert dadurch
eine gewünschte
Volumenrückstellung
der Piezoelemente 22, nachdem eine für eine gewünschte vorübergehende Volumenzunahme in
Richtung der x-Achse angelegte elektrische Spannung wieder abgenommen
worden ist. Um ein hierfür
ausreichendes Bewegungsspiel zu gewährleisten, ist die Führung 23 im
Verhältnis
zur gesamten Längserstreckung
der Piezoelemente 22 kürzer
ausgeführt.
Eine derartige oder vergleichbare Druckbeaufschlagung der Piezoelemente 22 durch
eine Druckfeder 25 kann des Weiteren auch bei den in den 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispielen verwirklicht
sein, wenn auch dort eine entsprechend geeignete Kürzung der
Führung 23 vorgenommen
wird.
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8 verdeutlicht,
dass die Radialerweiterung 21 bei dort wiedergegebener
entspannter Grundstellung sich noch in einem radialen Abstand von
der (gestrichelt dargestellten) Innenbohrung des Werkstückes 4 befindet.
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Demgegenüber zeigt 9, dass bei einer Spannbetätigung des
Spanndornes ein Anheben der Kuge128 durch den Beaufschlagungsdorn 27 zu
einer Schwenkbewegung des zweiten Hebelabschnitts 18 führt, durch
die die Radialerweiterung 21 nach radial auswärts verlagert
wird. Die Besonderheit liegt hier darin, dass der Gelenkabschnitt 17 bzw.
das Festkörpergelenk
als Drehlager des zweiten Hebelabschnitts 18, d. h. des
Klemmhebelabschnittes, einen kleineren radialen Abstand von der
Längssymmetrieachse
(X-Achse) des Spanndornes als die Radialerweiterung 21,
d. h. als der Werkstück-Kontaktbereich,
aufweist. Vorteilhaft führt
dies dazu, dass das Werkstück 4 beim
Spannen tendenziell in Aufsteckrichtung bewegt wird, wie dies durch
den die Bewegungsrichtung der Radialerweiterung andeutenden Pfeil
b zu erkennen ist. Das Werkstück 4 wird dadurch
beim Spannen gegen den unteren Anlagebund des Spannzylinders 5 gezogen,
so dass durch den gebildeten Formschluss eine in Aufsteckrichtung eindeutige
Positionierung erhalten wird. Dabei besteht insbesondere auch die
Möglichkeit,
dass anstelle eines in den Figuren gezeigten umfangsmäßig durchlaufenden
Anlagebundes 37 eine Abstützung des Werkstückes nur
an einzelnen, umfangsmäßig beabstandeten
Stellen erfolgt. Bevorzugt kann bspw. eine Dreipunkt-Auflage für das Werkstück vorgesehen
sein, alternativ ist aber auch eine abweichende Anzahl von Auflagepunkten
möglich.
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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.