DE19803500A1

DE19803500A1 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE19803500A1
Application number: DE1998103500
Authority: DE
Inventors: Paul Rinderknecht
Original assignee: KLOPFER ALBERT GmbH
Current assignee: KLOPFER ALBERT GmbH
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-05

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für außen- oder innenverzahnte Werkstücke, insbesondere schräg verzahnte Zahnräder, mit einem Gehäuse und drei daran auf ein gemeinsames Zentrum hin oder von einem gemeinsamen Zentrum aus beweglich angeordneten Bac ken mit in die Verzahnung des Werkstücks eingreifenden Eingreifmitteln.

Derartige nach innen oder nach außen spannende Spannvorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die als Spannbacken aus gebildeten Backen weisen dabei üblicherweise jeweils einen Spannstift auf, der in die Verzahnung der einzuspannenden Werkstücke eingreift. Für eine feste Einspannung sind bei diesen Spannvorrichtungen hohe Spannkräfte erforderlich, da die einzuspannenden Werkstücke nur an drei Punkten ergriffen werden. Insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken kann es daher zu Verformungen während des Einspannens kommen, die zu einer ungenügenden Bearbeitung des Werkstücks führen.

Es sind daher auch Spannvorrichtungen mit mehr als drei Spannbacken bekannt geworden. Diese Spannvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die Zentrierung gegenüber Spannvorrichtungen mit drei Spannbacken schwieriger oder schlechter ist. Bei Verwendung von nur drei Spannbac ken ergibt sich nämlich automatisch eine optimale Zentrierung auf das gemeinsame Zentrum der drei Spannbacken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll eine Spannvorrichtung zur Verfügung ge stellt werden, die auch bei hohen Spannkräften oder dünnwandigen Werkstücken eine Einspannung ohne Verformung gewährleistet, wobei dennoch eine gute und einfache Zentrierung gegeben sein soll.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Backen als Pendelbacken mit senkrecht auf der Backenebene stehender Pendelachse ausgebildet sind und jeweils mindestens zwei voneinander beabstandete Eingreifmittel aufweisen.

Durch die Verwendung von Pendelbacken mit jeweils mindestens zwei Eingreifmitteln wird die Zahl der Angriffspunkte der Spannvorrichtung an dem Werkstück zumindest verdoppelt, ohne die Anzahl der Backen selbst zu erhöhen. Es können daher nur drei Backen verwendet werden, die eine einfache und gute Zentrierung des Werkstückes gewährleisten. Zugleich kann bei radialer Einspannung des Werkstückes über die Backen die Ein spannkraft vergrößert werden, ohne die Gefahr einer Verformung des Werkstückes in gleichem Maße zu vergrößern. Eine genaue Bearbeitung der Werkstücke kann dadurch sichergestellt werden. In diesem Fall sind also die Backen als Spannbacken und die Eingreifmittel als Spannmittel ausgebildet.

Es können aber auch senkrecht zur Backenebene wirkende Axialspann mittel vorgesehen sein, mit welchen die Werkstücke in der Spannvorrich tung eingespannt werden. In diesem Fall weisen die Backen mit den Ein greifmitteln im wesentlichen nur eine Zentrierfunktion auf. Die Gefahr ei ner Verformung der Werkstücke wird hierdurch noch weiter reduziert. Die Werkstücke können aber auch sowohl axial und radial eingespannt wer den.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Eingreifmittel als um eine senkrecht auf der Backenebene stehende Achse zumindest um einen kleinen Winkel drehbar in der Pendelbacke gelagerte Zahnräder mit zu dem einzuspannenden Werkstück reziproker Verzahnung ausgebil det. Durch die Verwendung derartiger Zahnräder wird das Einlegen und Positionieren der Werkstücke in der Spannvorrichtung vereinfacht. Die Zahnräder greifen in die Verzahnung der Werkstücke, wobei durch Ver drehen der Zahnräder und Pendeln der Pendelbacken ein Angreifen aller Zahnräder an dem Werkstück bewirkt wird. Damit erhält man ein allseiti ges und zentriertes Angreifen der Eingreifmittel an dem Werkstück und damit eine feste und sichere Einspannung bei geringer Verformungsge fahr.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, an jeder Pendelbacke zwei Zahn räder vorzusehen. Dies ist konstruktiv unaufwendig und ausreichend, um hohe Einspannkräfte mit geringer Verformungsgefahr anzuwenden. Es können aber auch mehr Zahnräder, beispielsweise vier pro Pendelbacke, vorgesehen sein, wenn diese jeweils verdrehbar und pendelnd gelagert sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Eingreifmittel als um eine senkrecht auf der Backenebene stehende Achse zumindest um einen kleinen Winkel drehbar in der Pendelbacke gelagerte Teilhohlrä der mit einem zum gemeinsamen Zentrum weisenden Bogenabschnitt mit zu dem jeweils einzuspannenden Werkstück reziproker Innenverzahnung und entsprechendem Bogenradius ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung wird die Verformungsgefahr weiter verringert, da die Eingreifmittel zu sammen zumindest im wesentlichen ein zu dem einzuspannenden Werk stück reziprokes Hohlrad bilden und dadurch einer Verformung zusätzlich entgegenwirken. Diese Ausgestaltung ist daher für besonders dünnwandi ge Werkstücke oder besonders hohe Spannkräfte geeignet. Auch hier hat sich die Verwendung von zwei Teilhohlrädern je Pendelbacke als beson ders geeignet herausgestellt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Teilhohlrad zwei voneinander beabstandete Bogenabschnitte auf, die an einem in dem Teilhohlrad um eine zur Backenebene senkrechte Achse drehbar gelager ten Einsatz vorgesehen sind. Anstelle von sechs Bogenabschnitten erge ben sich somit zwölf Bogenabschnitte, die sich jeweils individuell auf das Werkstück einstellen können. Die Einspannkräfte werden dadurch noch weiter verteilt, so daß die Verformungsgefahr noch weiter verringert ist. Diese Variante ist für noch dünnwandigere Werkstücke oder noch höhere Spannkräfte geeignet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Pendelbacken jeweils zwischen einer Aufnahmebuchse und einem Aufnahmebolzen gela gert und zu jeder Pendelbacke zwei sich an der Aufnahmebuchse abstüt zende, verstellbar gelagerte Kunststoffederstifte vorgesehen, gegen welche die Pendelbacken je nach Pendelrichtung anschlagen. Nach Lösen der Einspannung werden die Pendelbacken dadurch in ihre Grundstellung zurückgestellt, so daß das nächste Werkstück problemlos eingelegt wer den kann. Über die Einstellbarkeit kann die Rückstellkraft auf die Pendel backe variiert werden. Bevorzugt ist in der Grundstellung zwischen den Kunststoffederstiften und den Pendelbacken ein freies Spiel vorgesehen, um eine ungehinderte Pendelbewegung zu gestatten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Pendelbacken jeweils über Schrägspannbolzen gegeneinander beweglich. Diese Ausge staltung bewirkt vorteilhafterweise ein zusätzliches Heranziehen des Werkstückes an einen am Gehäuse der Spannvorrichtung vorgesehenen Anschlag und dadurch eine stets gleichbleibende Positionierung des ein gespannten Werkstückes.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Federn zur Erzeu gung der Spannkraft vorgesehen, die herausnehmbar in entsprechende Aufnahmen des Gehäuses einsetzbar sind. Die Verwendung von Federn ist konstruktiv unaufwendig und sicher in der Funktion. Durch das heraus nehmbare Einsetzen in Aufnahmen kann die Anzahl der Federn entspre chend der gewünschten Spannkraft ausgewählt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Pendelbacken lösbar mit dem Gehäuse, insbesondere über die Schrägspannbolzen, ver bunden. Dies ermöglicht einen einfachen Austausch der Pendelbacken und damit die Verwendung der Spannvorrichtung für verschiedenartige Werkstücke.

Bevorzugt sind die Pendelbacken und die Zahnräder mittels leichtgängiger Lager, insbesondere spielfreier Nadellager, gelagert. Dasselbe gilt für die Teilhohlräder. Durch die Leichtgängigkeit wird ein optimales Zentrieren des Werkstückes sichergestellt und die Verformungsgefahr weiter verrin gert. Um trotz der Leichtgängigkeit der Spannvorrichtung ein axiales Ver schieben des eingespannten Werkstückes sicher zu verhindern, können axiale Arretierungsklauen zur Festlegung des eingespannten Werkstückes vorgesehen sein.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannvorrich tung, insbesondere die Nadellager, flüssigkeitsdicht ausgebildet. Die Leichtgängigkeit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung bleibt auf die se Weise trotz Einwirkens der bei der Bearbeitung des Werkstückes ver wendeten Kühlflüssigkeit gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II durch die Spannvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III durch einen Teil der Spann vorrichtung von Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer Variante der erfin dungsgemäßen Spannvorrichtung und

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 2 einer weiteren Variante.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Spannvorrichtung umfaßt ein Ge häuse 1, auf dessen Vorderseite 2 drei Pendelbacken 3 um ein gemeinsa mes Zentrum Z gleichmäßig verteilt angeordnet sind, von denen jedoch nur eine dargestellt ist, während von den beiden anderen nur ihre Position über die Pendelachse I gekennzeichnet ist. Die Pendelachsen I der drei Pendelbacken 3 sind untereinander parallel und stehen senkrecht auf der Vorderseite 2 des Gehäuses 1.

Jede Pendelbacke 3 umfaßt zwei Zahnräder 4, die an der Pendelbacke um eine Achse 11 um einen kleinen Winkel drehbar gelagert sind. Die Dreh achsen 11 sind dabei parallel zu den Pendelachsen I. In die Verzahnung 4a der Zahnräder 4 greift jeweils ein kegelstumpfförmiger Endabschnitt einer Schraube 5 ein, die an der Pendelbacke 3 hinsichtlich der Eingreiftiefe verstellbar angebracht ist. Über die Eingreiftiefe der Schrauben 5 wird der Drehausschlag der Zahnräder 4 eingestellt. Die Schraube 5 sitzt dabei auf einem Einstellschieber 22, der in der Ebene des Zahnrades 4 so gegenüber der Pendelbacke 3 verstellbar ist, daß die Schraube 5 auf eine Zahnaus nehmung des Zahnrades 4 zentriert werden kann.

Wie man Fig. 2 entnehmen kann, sind die Pendelbacken 3 zwischen einer Aufnahmebuchse 20 und einem Aufnahmebolzen 21 über Nadellager 8 gelagert, die spielfrei ausgebildet sind und eine große Leichtgängigkeit der Pendelbacken bewirken. Die Nadellager 8 sind dabei mittels V-Ring- Dichtungen 9 flüssigkeitsdicht abgedichtet, um eine Beeinträchtigung der Lager 8 durch die Kühlflüssigkeit bei der Bearbeitung des Werkstückes zu vermeiden.

Der Pendelausschlag der Pendelbacke 3 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, über zwei Anschlägflächen 6 der Pendelbacke 3 eingestellt, die jeweils gegen ei nen in der Aufnahmebuchse 20 gelagerten, federnden Kunststoffstift 7 an schlagen. Zwischen den Anschlagflächen 6 und den Kunststoffstiften 7 ist in Grundstellung der Pendelbacke 3 ein Spiel von ca. 0,05 bis 0,1 mm vorgesehen. Über eine axiale Verstellung der Kunststoffstifte 7 mittels Stiftschrauben 19 wird die Federkraft und damit die Leichtgängigkeit der Pendelbacke 3 eingestellt. Die Stiftschrauben sind dabei über an ihrer Mantelfläche angreifende Klemmschrauben 23 in der jeweiligen Stellung festlegbar.

Fig. 2 zeigt außerdem, daß die Pendelbacken 3 über Schrägspannbolzen 10 gegeneinander spannbar sind, in welchen die Aufnahmebuchsen 20 der Pendelbacken 3 gelagert sind. Das Werkstück wird hierdurch zusätz lich in Richtung auf einen Anschlag 11 am Gehäuse 1 gezogen. Die Spannkraft wird dabei über Druckfedern 12 ausgeübt, von denen eine in Fig. 2 dargestellt ist. Die Druckfedern 12 sitzen in entsprechenden Aus nehmungen 13 des Gehäuses 1, von denen eine möglichst große Zahl vor gesehen ist, so daß durch Auswahl der Anzahl von Druckfedern 12 die Spannkraft variiert werden kann.

Die Schrägspannbolzen 10 weisen Führungsnuten 14 auf, in die im Ge häuse 1 gelagerte Verdrehsicherungen 15 eingreifen, um ein Verdrehen der Schrägspannbolzen 10 mit den darauf angeordneten Pendelbacken 3 zu verhindern. Des weiteren ist zwischen Schrägspannbolzen 10 und Auf nahmebuchse 20 jeweils eine Nut 25 vorgesehen, in welche eine Paßfeder 24 eingesetzt ist. Die Nuten 25 werden dabei erst nach vollständiger Montage der Schrägspannbolzen 10 in diese eingebracht, um eine hohe Wiederholgenauigkeit beim Auswechseln der Pendelbacken 3 zu gewähr leisten.

Zum Einspannen eines Werkstückes wird dieses zwischen die Zahnräder 4 der Pendelbacken 3 eingesetzt. Anschließend werden die Pendelbacken 3 über die Schrägspannbolzen 10 in Richtung auf die Vorderseite 2 des Ge häuses 1 gezogen und dadurch auf das gemeinsame Zentrum Z gegenein ander gespannt. Durch die Reibkraft zwischen den Zahnrädern 4 und dem Werkstück wird das Werkstück zusätzlich auf den Anschlag 11 am Ge häuse 1 der Spannvorrichtung gezogen und liegt dort satt an. Beim Ein spannen stellt sich die Spannvorrichtung automatisch auf die Form des Werkstückes ein, indem die Pendelbacken 3 um die Achse I und die Zahn räder 4 um die Achsen II verdreht werden. Das Werkstück wird dadurch automatisch auf das Zentrum Z zentriert, wobei es sich um eine Drei punktzentrierung handelt, obwohl das Werkstück an sechs Punkten von den Zahnrädern 4 ergriffen und festgespannt wird. Die Verformungsgefahr des Werkstückes wird dadurch auch bei großen Spannkräften und gerin gen Wandstärken des Werkstückes gering gehalten.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Variante sind anstelle der Zahnräder 4 an jeder Pendelbacke 3 zwei Teilhohlräder 16 vorgesehen, die ebenso wie die Zahnräder 4 der zuvor beschriebenen Variante gegenüber der Pendelbacke 3 jeweils um einen kleinen Winkel um eine Achse II verdrehbar sind. Die Teilhohlräder 16 weisen jeweils einen zum Einspannzentrum Z der Spannvorrichtung weisenden Bogenabschnitt 17 mit einer Verzahnung 18 auf, welche zu dem einzuspannenden, verzahnten Element reziprok ist. Auf diese Weise bilden die Teilhohlräder 16 zusammen im wesentlichen ein Hohlrad, welches das einzuspannende verzahnte Element umgibt und dadurch eine Verformung desselben beim Einspannen verhindert. Durch die Pendelbewegung der Pendelbacke 3 und die Verdrehmöglichkeit der Teilhohlräder 16 gegenüber der Pendelbacke 3 stellen sich die Teilhohlrä der 16 automatisch richtig zu dem einzuspannenden Werkstück ein und bewirken eine Zentrierung des Werkstücks im Zentrum Z der Spannvor richtung.

Die Bogenabschnitte 17 der Teilhohlräder 16 können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch jeweils zweiteilig ausgebildet sein, wo bei jeder Teil an einem separaten Einsatz angeordnet ist, der wiederum um eine zur Pendelachse I parallele Achse gegenüber dem Teilhohlrad 16 drehbar angeordnet ist. Anstelle von sechs Bogenabschnitten 17 ergeben sich somit zwölf unabhängig voneinander einstellbare Bogenabschnitte und entsprechend eine noch geringere Verformungsgefahr bei gleicher Spannkraft.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante ist zusätzlich eine axiale Spann klaue 26 vorgesehen, mit welcher das Werkstück gegen den Anschlag 11 am Gehäuse gespannt werden kann. Durch diese axiale Einspannung des Werkstückes ist das Werkstück zur Bearbeitung sicher festgelegt. Die Pen delbacken 3 können bei dieser Ausgestaltung daher allein zur Zentrierung des Werkstückes eingesetzt werden, so daß eine Verformung des Werk stückes bei der Einspannung nahezu ausgeschlossen ist. Die Pendelbac ken 3 und die axiale Spannklaue 26 können zur Einspannung des Werk stückes aber auch zusammenwirken.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Vorderseite von

1

3

Pendelbacke

4

Zahnrad

4

a Verzahnung von

4

5

Schraube

6

Anschlag

7

Kunststoffstift

8

Nadellager

9

V-Ring-Dichtung

10

Schrägspannbolzen

11

Anschlag

12

Druckfeder

13

Ausnehmung

14

Führungsnut

15

Verdrehsicherung

16

Teilhohlrad

17

Bogenabschnitt

18

Verzahnung

19

Stiftschraube

20

Aufnahmebuchse

21

Aufnahmebolzen

22

Einstellschieber

23

Klemmschraube

24

Paßfeder

25

Nut

26

Spannklaue
A Pendelachse
B Drehachse
Z Zentrum

Claims

1. Spannvorrichtung für außen- oder innenverzahnte Werkstücke, ins besondere schräg verzahnte Zahnräder, mit einem Gehäuse (1) und drei daran auf ein gemeinsames Zentrum (Z) hin oder von einem gemeinsamen Zentrum aus beweglich angeordneten Backen (3) mit in die Verzahnung des Werkstücks eingreifenden Eingreifmitteln (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Backen als Pendelbacken (3) mit senkrecht auf der Backe nebene stehender Pendelachse (I) ausgebildet sind und jeweils min destens zwei voneinander beabstandete Eingreifmittel (4) aufweisen.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (3) als Spannbacken und die Eingreifmittel (4) als Spannmittel ausgebildet sind.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Backenebene wirkende Axialspannmittel (11, 26) vorgesehen sind.

4. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingreifmittel als um eine senkrecht auf der Backenebene stehende Achse (II) zumindest um einen kleinen Winkel drehbar in der Pendelbacke (3) gelagerte Zahnräder (4) mit zu dem einzuspan nenden Werkstück reziproker Verzahnung (4a) ausgebildet sind.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je Pendelbacke (3) zwei Zahnräder (4) vorgesehen sind.

6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingreifmittel als um eine senkrecht auf der Backenebene stehende Achse (II) zumindest um einen kleinen Winkel drehbar in der Pendelbacke (3) gelagerte Teilhohlräder (16) mit einem zum ge meinsamen Zentrum (Z) weisenden Bogenabschnitt (17) mit zu dem jeweils einzuspannenden Werkstück reziproker Innenverzahnung (18) und entsprechendem Bogenradius ausgebildet sind.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Pendelbacke (3) zwei Teilhohlräder (16) mit Bogenab schnitt (17) drehbar gelagert sind.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilhohlrad (16) zwei voneinander beabstandete Bogenab schnitte (17) aufweist, die an einem in dem Teilhohlrad (16) um eine zur Backenebene senkrechte Achse drehbar gelagerten Einsatz vor gesehen sind.

9. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbacken (3) jeweils zwischen einer Aufnahmebuchse (20) und einem Aufnahmebolzen (21) gelagert sind und daß zu jeder Pendelbacke (3) zwei sich an der Aufnahmebuchse (20) abstützende, bevorzugt verstellbar gelagerte Kunststoffederstifte (7) vorgesehen sind, die als Anschlag und Rückstelleinrichtung wirken.

10. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbacken (3) über Schrägspannbolzen (10) gegeneinan der beweglich sind.

11. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (12) zur Erzeugung der Spannkraft vorgesehen sind, die herausnehmbar in entsprechende Aufnahmen (13) des Gehäuses (1) einsetzbar sind.

12. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbacken (3) lösbar mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, insbesondere über die Schrägspannbolzen (10).

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbacken (3) zur Erzielung einer hohen Wechselgenau igkeit über Paßfedern (24) und Nuten (25) relativ zum Gehäuse (1) festgelegt sind, wobei die Nuten (25) in die bereits vollständig mon tierten Schrägspannbolzen (10) eingebracht werden.

14. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbacken (3) und/oder die Zahnräder (4) oder Teilhohl räder (16) mittels leichtgängiger Lager, insbesondere spielfreier Na dellager (8), gelagert sind.

15. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung, insbesondere die Nadellager (8), flüssig keitsdicht ausgebildet ist.