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Stand der Technik
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Die
technische Lösung betrifft eine Spannvorrichtung zur Einspannung
von Werkzeugen, oder Werkstücken in Bearbeitungsmaschinen,
insbesondere in Drehmaschinen, Fräsen, CNC-Bearbeitungsmaschinen
usw.
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Der bisherige Stand der Technik
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Zur
Einspannung der Werkstücke an Bearbeitungsmaschinen werden
Spannvorrichtungen verwendet, die man auch (Spann)Futter genannt
werden, die es ermöglichen, Werkstücke in einer
Lage und mit einer zu deren Bearbeitung notwendigen Genauigkeit
einzuspannen. Ausser der manuell betätigten Spannvorrichtungen
sind auch hydraulisch, oder pneumatisch betätigte Spannvorrichtungen
bekannt, welche in der Regel mehrere Spannelemente haben (auch Backen
genannt), die bei der Einspannung auf das Werkstück aufsetzen.
Diese Spannvorrichtungen haben wesentliche Vor-, jedoch auch Nachteile
bestehend darin, dass sie relativ grosse Abmessungen haben, sie
sind kompliziert, und sie enthalten eine Aussenleitung mit Druckmedium,
einen Drehverteiler, Innenverteilung des Druckmediums, Filter, spezielle
Quelle und Behälter des Druckmediums etc... Das Prinzip
von diesen Spannvorrichtungen besteht darin, dass ein Druckmedium
auf einen mit Spannelementen verbundenen Kolben wirkt und damit
werden diese Spannelemente bedient.
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Ein
wesentlicher Nachteil solcher bekannten Spannvorrichtungen besteht
darin, dass sie vom ständigen Druck des Druckmediums abhängig
sind, der die Spannelemente während der Bearbeitung am Werkstück
im gespannten Zustand hält. Im Falle, dass es nicht möglich
ist, diesen ständigen Druck zu gewährleisten,
muss die Spannvorrichtung mit zusätzlichen Mitteln für
Erhaltung der gespannten Lage für die erforderliche Zeit
versehen werden, was weitere Komplikationen in der Konstruktion dieser Spannvorrichtungen
bringt.
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Aus
EP1762330 ist eine Spannvorrichtung bekannt,
welche einen gemeinsamen Kolben hat, verbunden mit einem Klemmkegel,
welcher auf die radialen Sicherungselemente (Backen) wirkt. Alle Bestandteile
verfügen über mitwirkende Steuerflächen,
die die Bewegung von Sicherungselementen regeln, und im oberen Teil
des Klemmkegels befindet sich eine steile Kegelfläche,
welche die selbstklemmende Eigenschaft der Sicherungselemente im
eingespannten Zustand gewährt. Die Nachteile dieser Lösung
beruhen in der Tatsache, dass der mechanische Teil relativ kompliziert
ist, es besteht aus einer grossen Menge von beweglichen Teilen,
die Herstellung ist kompliziert und potentiell störungsanfällig.
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Die
Aufgabe der technischen Lösung ist Schaffung einer solchen
Spannvorrichtung, welche einfach, zuverlässig im eingespannten
Zustand, selbstklemmend mit hoher Genauigkeit wäre, und welche
minimale Ansprüche auf das Druckmedium hätte,
d. h. es könnte zum Beispiel auch normale Druckluftverteilung
in einer Werkstatt für Beblasung benutzen, die es praktisch
bei jeder Bearbeitungsmaschine zur Verfügung gibt.
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Prinzip der technischen Lösung
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Diese
Aufgabe ist mit einer Spannvorrichtung für Bearbeitungsmaschinen
nach dieser Lösung gelöst.
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Ihr
Prinzip besteht darin, dass das Klemmmittel einen Käfig
bildet, der in der mittigen Bohrung im Basiskörper gelagert
ist. In die mittige Bohrung münden Rillen, und es ist gegenüber
jeder Rille mit mindestens einer Einfräsung mit Stift versehen,
wobei die Stifte kegelförmig in Richtung Spannfläche
zusammenlaufen und mit der mittigen Achse des Basiskörpers
einen Winkel von 7,5° ≤ α ≤ 12,5° einschliessen.
Die unteren Stiftnasen sind im Käfig unzerlegbar befestigt
und die oberen Stiftnasen sind mit einem Spiel in radialer Richtung
gelagert. Die Enden der unteren Spannbacken der Spannelemente (die
in die Bohrung gehen) sind in ihrer Form derartig geändert, dass
sie in die Käfig-Einfräsungen einrasten, und sie verfügen über Öffnungen,
deren Öse kegelförmig in Richtung Spannfläche
zusammenlaufen und mit der mittigen Achse des Basiskörpers
den gleichen Winkel von 7,5° ≤ α ≤ 12,5° einschliessen.
In diesen Öffnungen sind schiebeartig Stifte mit einem
Spiel von 0,005 bis 0,02 mm und mit Möglichkeit einer seitlichen
Stütze in den Öffnungen gelagert, und ferner bilden
die Mittel für die Zuleitung des Druckmediums ein Spannventil,
welches am Basiskörper angeordnet ist, ein im Basiskörper
zwischen dem Spannventil und dem Raum über dem Kolben gebildeter
Spannkanal, Lösungsventil am Basiskörper, und
Lösungskanal gebildet im Basiskörper zwischen
dem Lösungsventil und dem Raum über dem Kolben.
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In
der günstigen Ausführung haben die Enden der unteren
Backen der Spannelemente zwei parallele Öffnungen, und
in jeder der Käfigeinfräsungen sind zwei parallele
Stifte, welche in den Öffnungen gelagert sind.
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Ferner
ist es günstig, wenn der Käfig eine Walzenform
hat, die unteren Stiftnasen in den Öffnungen im Käfig-Gestell
eingepresst sind, und die oberen Stiftnasen in den Öffnungen
im oberen Käfig-Deckel mit einem Spiel gelagert sind.
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In
einer weiteren günstigen Ausführung der technischen
Lösung hat der Basiskörper eine Form von Kreisring,
im dessen unteren Teil eine innere Walzen-Einfassung mit eingebautem
Kolben, und der Basiskörper ist auf der Basis gelagert,
welche ebenfalls eine Kreisring-Form hat.
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Zum
Schluss ist es günstig, wenn die Form des Spannventils
und/oder des Lösungsventils derartig geändert
ist, dass man drauf eine Druckluft-Pistole für Beblasung
aufstecken kann.
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Die
Vorteile der Spannvorrichtung nach der technischen Lösung
beruhen vor allem darin, dass es konstruktiv und herstellungsmässig
sehr einfach ist, und sie kann für die Einspannung Druckluft
aus der werkstattüblichen Druckluftverteilung nutzen, diese Druckluftverteilung
kann mit der so genannten Beblasungspistole abgeschlossen sein,
d. h. es ist keine zusätzliche spezielle Druckluftverteilung
einzurichten. Die Spannkraft hängt von der Druckgrösse
der Druckluft ab. Die Grösse der Spannkraft kann man stufenlos
mittels der Druckluft regeln, so dass man auch dünnwandige
Werkstücke ohne Deformationsgefahr einspannen kann. Die
Spannvorrichtung verfügt über einen Spannschritt
von 2,46 mm so wie die Zangen-Spannvorrichtungen, und die Einspannung ist
sehr präzis in einer Toleranz von 0,002 mm bis 0,005 mm.
Die Spannvorrichtung dient sowohl für Einspannung auf Aussenformen,
als auch für Innenformen (Öffnungen).
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Übersicht der Abbildungen
auf den Zeichnungen
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Die
technische Lösung wird mittels von Zeichnungen erklärt,
auf den die 1 eine Perspektivansicht auf
die Zerlegung eines Satzes der Spannvorrichtung, 2 einen
Grundriss der Spannvorrichtung, 3 einen
Schnitt durch die Spannvorrichtung mittels der A-A-Ebene darstellen.
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Beispiele der Ausführung
der technischen Lösung
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Es
wird verstanden, dass die im Weiteren beschriebenen und dargestellten
konkreten Beispiele der Umsetzung der technischen Lösung
für eine Illustration dargestellt sind, nicht als eine
Einschränkung der Ausführungsbeispiele der technischen
Lösung auf die angeführten Beispiele. Die mit
dem Zustand der Technik vertrauten Fachleute werden imstande sein,
unter Verwendung der routinenmäßigen Experimente
eine grössere, oder kleinere Anzahl von Äquivalenten
zu den spezifischen Umsetzungen der technischen Lösung
zu finden, welche hier speziell beschrieben sind. Auch diese Äquivalente
werden in den Umfang der folgenden Schutzansprüche eingeschlossen
sein.
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Die
Spannvorrichtung 1 bildet einen Basiskörper 2 in
Kreisringform, mit einer mittigen Bohrung 9. Der Basiskörper 2 ist
auf der Basis 7 gelagert. In die mittige Bohrung 9 münden
drei radiale Profilrillen 5, in denen sich Spannelemente 4 bewegen.
Jedes Spannelement 4 besteht aus einem unteren Backen 23,
der schiebeartig in der Rille 5 gelagert ist, aus einem
Träger 6 des Spannbackens, der am unteren Backen 23 an
den Bolzen 24 gelagert ist, und aus einem Spannbacken 22,
der am Träger 6 mittels von Schrauben 25 befestigt
ist und über die Spannfläche 11 des Basiskörpers 2 herausragt.
In den Enden 14 der unteren Backen 23 der Spannelemente 4,
welche in die mittige Bohrung 9 eingreifen, sind Öffnungen 15, 15' gebohrt,
deren Öse kegelförmig in Richtung Spannfläche 11 zusammenlaufen
und mit der mittigen Achse 12 des Basiskörpers 2 einen
Winkel von α = 10° einschliessen.
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In
der mittigen Bohrung 9 des Basiskörpers ist axial
schiebeartig ein walzenförmiger Käfig 8 gelagert,
welcher gegenüber jeder Rille 5 eine Einfräsung 13 hat.
In jeder Einfräsung 13 sind zwei Stifte 10, 10', deren
untere Stiftnasen im Fundament des Käfigs 8 mit
einem Übergriff eingepresst sind und die oberen Stiftnasen
mit einem Spiel in den Öffnungen im oberen Käfig-Deckel 8 gelagert
sind. Die Enden 14 der unteren Backen 23 sind
derartig formgeändert, dass sie in die Einfräsungen 13 im
Käfig 8 einrasten, und die mittigen Stiftteile 10, 10' sind
in den Öffnungen 15, 15' fest gelagert.
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Die
Stifte 10, 10' sind im Käfig 8 so
gelagert, dass sie kegelförmig in Richtung Spannfläche 11 zusammenlaufen,
und deren Achsen schliessen mit der mittigen Achse 12 des
Basiskörpers 2 einen Winkel von α = 10° ein.
Die Stifte 10, 10' sind in den Öffnungen 15, 15' mit
einem Spiel von 0,01 mm gelagert. Infolge dieses Spieles, des Winkels α und
der freien Lagerung der oberen Stiftenden 10, 10' entsteht
bei der axialen Bewegung des Käfigs 8 zwischen
den Stiften 10, 10' und den unteren Backen 23 eine
Klemmverbindung, welche mittels der Träger 6 auf
die Spannbacken 22 übertragen werden, die das
nicht abgebildete Werkstück einspannen.
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Die
axiale Bewegung des Käfigs 8 ist von der axialen
Bewegung des Kolbens 3 abgeleitet, mit dem der Käfig 8 mechanisch
verbunden ist. Der Kolben 3 ist ein flacher Ringkolben,
gelagert in einer inneren Walzenlagerung 20 im unteren
Teil des Basiskörpers 2. Die Bewegung des Kolbens 3 wird
pneumatisch über das Spannventil 16 und Lösungsventil 18 umgesetzt,
welche am Umkreis des Basiskörpers 2 befestigt
sind. Das Spannventil 16 ist im Basiskörper 2 über
den Spannkanal 17 mit dem Raum über dem Kolben 3 verbunden,
das Lösungsventil 18 ist über das Lösungsventil 19 im
Basiskörper 2 mit dem Raum unter dem Kolben 3 verbunden.
Die Ventile 16, 18 sind so formgeändert,
dass man auf sie eine Druck-Beblasungspistole aufsetzen kann, welche
an der internen Druckluftleitung in der Werkstatt ist. Die Druckgrösse
kann zwischen 1–6 bar liegen, mittels der Ventile 16, 18 kann
man die Luft-Druck regulieren.
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Die
Spannvorrichtung 1 arbeitet nach der technischen Lösung
so, dass die Druckluft nach dem Aufsetzen des Werkstückes
auf die Spannfläche über das Spannventil 16 über
den Kolben 3 geführt wird. Durch axiale Bewegung
des Kolbens 3 zusammen mit dem Käfig 8 bewegen
sich die Stifte 10, 10' in den Öffnungen 15, 15',
ziehen die Enden 14 der unteren Backen 23 und
dadurch auch der Spannbacken 22 zu sich, bis das Werkstück
eingespannt und eine Klemmverbindung zwischen den Stiften 10, 10' und Öffnungen 15, 15' hergestellt
ist. Die Spannbacken 22 bleiben auch nach der Abschaltung
der Druckluft im eingespannten Zustand. Die Abspannung des Werkstückes
wird mittels der in umgekehrter Richtung wirkenden Druckluft durchgeführt,
d. h. über das Lösungsventil und 18 und
Lösungskanal 19 in den Raum unter den Kolben 3.
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Verwendbarkeit in der Industrie
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Die
Spannvorrichtung nach der technischen Lösung kann man zur
Einspannung von Werkzeugen, oder Werkstücken in Bearbeitungsmaschinen benutzen,
insbesondere in Drehbänke, Fräsen, CNC-Bearbeitungsmaschinen
etc...
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- 1
- Spannvorrichtung
- 2
- Basiskörper
- 3
- Kolben
- 4
- Spannelement
- 5
- Rille
- 6
- Träger
des Spannbackens
- 7
- Basis
- 8
- Käfig
- 9
- Mittige
Bohrung
- 10
- Stift
- 10'
- Stift
- 11
- Spannfläche
- 12
- Mittige
Achse
- 13
- Einfräsung
- 14
- Ende
des unteren Backens
- 15
- Öffnung
- 15'
- Öffnung
- 16
- Spannventil
- 17
- Spannkanal
- 18
- Lösungsventil
- 19
- Lösungskanal
- 20
- Innere
Walzenlagerung
- 21
- Deckel
- 22
- Spannbacke
- 23
- Untere
Backe
- 24
- Bolzen
- 25
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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