DE202014001743U1

DE202014001743U1 - Spanneinrichtung

Info

Publication number: DE202014001743U1
Application number: DE202014001743.3U
Authority: DE
Original assignee: INNOTOOL AUSTRIA & CO KG GmbH; INNOTOOL-AUSTRIA & Co KG GmbH
Current assignee: Heinz Dieter Schunk GmbH and Co Spanntechnik KG
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2014-04-01
Anticipated expiration: 2024-02-18

Abstract

Spanneinrichtung (1), mit einem Spannfutter (2), welches insbesondere an einer Drehspindel (3) einer Maschine befestigbar ist, mit einem lösbar an dem Spannfutter (2) fixierbaren Werkstückträger (4), welcher in radialer Richtung verschiebliche Spannelemente (5) zum Festlegen eines Werkstücks aufweist, mit einem mit den Spannelementen (5) gekoppelten Kopplungselement (7), welches zur Betätigung der Spannelemente (5) in axialer Richtung verschieblich ist, und mit einem lösbar mit dem Kopplungselement (7) verbindbaren Zugelement (9), welches mittels eines Linearantriebs in axialer Richtung verschieblich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) und das Kopplungselement (7) korrespondierende Rastelemente (11, 12) aufweisen, welche durch eine Verschiebung des Zugelementes (9) und/oder des Kopplungselements (7) in axialer Richtung miteinander verrastbar sind, wobei das Zugelement (9) und das Kopplungselement (7) im verrasteten Zustand der Rastelemente (11, 12) gemeinsam in axialer Richtung verschieblich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung, mit einem Spannfutter, welches insbesondere an einer Drehspindel einer Maschine befestigbar ist, mit einem lösbar an dem Spannfutter fixierbaren Werkstückträger, welcher in radialer Richtung verschiebliche Spannelemente zum Festlegen eines Werkstücks aufweist, mit einem mit den Spannelementen gekoppelten Kopplungselement, welches zur Betätigung der Spannelemente in axialer Richtung verschieblich ist, und mit einem lösbar mit dem Kopplungselement verbindbaren Zugelement, welches mittels eines Linearantriebs in axialer Richtung verschieblich ist.
Eine solche Befestigungs- bzw. Spanneinrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2010 041 055 A1 bekannt. Die Befestigungseinrichtung dient zur Befestigung eines kraftbetätigbaren Spannfutters an einer Drehspindel einer Maschine. Das Spannfutter weist einen mit Futterbacken bewegungsgekoppelten Zugadapter auf, welcher mit einem maschinenseitigen Zugrohr verbindbar ist. Über das Zugrohr wird ein Futterkolben in axialer Richtung bewegt, der über eine geeignete Mechanik mit den Futterbacken derart bewegungsgekoppelt ist, dass beim axialen Bewegen des Zugrohrs bzw. des Futterkolbens die Futterbacken in radialer Richtung bewegt werden.
Bisher wurde das Zugrohr vielfach über ein Gewinde mit dem Zugrohr lösbar verschraubt. Als Nachteil dieses Mechanismus wurde in der DE 10 2010 041 055 A1 erkannt, dass der Austausch des Spannfutters an einer entsprechenden Maschine mit vergleichsweise hohem Aufwand verbunden ist. In der Regel sind zunächst Befestigungsschrauben zu lösen, welche das Spannfutter mit einem Spindelflansch verbinden. Zudem ist der Zugadapter vom Zugrohr abzuschrauben. Insgesamt ist dies vergleichsweise zeitaufwändig.
Gemäß der DE 10 2010 041 055 A1 sind in einem Grundkörper ein Drehglied und Spannschieber derart vorgesehen, dass beim Verdrehen des Drehglieds die Spannschieber ihre radiale Lage ändern. Zur Verdrehung des Drehglieds ist ein Steuerkolben vorgesehen, der in tangentialer Richtung entlang einer Verstellschraube verlagerbar ist. Der Zugadapter weist auf der dem Zugrohr zugewandten Seite Koppelabschnitte in Form von einstückig mit dem Zugadapter ausgebildeten, in radialer Richtung elastisch nachgiebigen Zungenabschnitten auf. Die Zungenabschnitte erstrecken sich dabei in axialer Richtung und sind in radialer Richtung elastisch nachgiebig. Die Zungenabschnitte weisen im Bereich ihres freien Endes nach radial außen weisende Nasen auf. Diese Nasen 84 greifen in einen zugrohrseitigen Gegenabschnitt ein, der als umlaufende Nut ausgebildet ist. Die Zungenabschnitte sind dabei am Zugadapter derart angeordnet, dass sie in der radial inneren Freigabelage der Spannschieber nach radial innen elastisch verformt werden. Die Verformung geht soweit, dass die Nasen aus den Gegenabschnitten ausrücken und der Zugadapter samt Spannfutter dann in axialer Richtung abgenommen werden kann.
Um den Zugadapter von dem Zugrohr zu trennen, ist daher gemäß der DE 10 2010 041 055 A1 ein Drehglied erforderlich, welches zum Ausrücken der Nasen an dem Zugadapter aus den Gegenabschnitten des Zugrohres verdreht wird.
Die Anordnung des Drehgliedes ist jedoch nachteiligerweise sehr aufwendig, wobei zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Zugadapter und dem Zugrohr einerseits eine axiale Verschiebung zueinander und andererseits eine Verdrehung des Drehgliedes erforderlich ist.
Die EP 0 244 667 beschreibt weiters eine Vorrichtung zur auswechselbaren Befestigung eines als Kraftspannfutter ausgebildeten Werkstückhalters an einer Drehspindel. Das Kraftspannfutter weist Spannbacken auf, die mit einem Antriebsglied verbunden sind. Das Antriebsglied ist bei diesem Stand der Technik über Klauenverzahnungen mit einer ebenfalls mit Klauenverzahnungen ausgestatteten Zugstange gekoppelt, um eine Axialverschiebung in eine radiale Verstellbewegung der Spannbacken umzulenken. Auch dieser Kupplungsmechanismus ist nachteiligerweise sehr aufwändig.
Die DE 0 339 282 A2 offenbart eine weitere Vorrichtung zum Aufspannen eines Spannzeuges auf einer hohlen Spindel, wobei in der Spindel eine mit einem Antriebsglied des Spannzeuges kuppelbare Spannstange angeordnet ist. Um eine Verbindung zwischen dem Antriebsglied mit der Spannstange herzustellen, ist ein Kupplungsstück vorgesehen. Am freien Ende ist dieses Kupplungsstück mit einem Bajonettflansch versehen, der eine Zentrierschräge aufweist. Dieser Bajonettflansch wirkt mit einem Bajonettring zusammen, der ebenfalls eine Zentrierschräge aufweist. Bajonettring und Bajonettflansch besitzen sich in radialer Richtung erstreckende Nocken und Aussparungen, so dass diese beiden Teile und in einer bestimmten Stellung in axialer Richtung übereinanderschiebbar sind, nach einer Verdrehung um die Breite einer Nocke bzw. Aussparung jedoch in axialer Richtung formschlüssig aneinander anliegen. Auf diese Weise ist ein Kuppeln und Entkuppeln zwischen dem Bajonettring und dem Bajonettflansch möglich. Dieser Stand der Technik sieht ebenfalls einen aufwändigen Kupplungsvorgang vor.
Die DE 10 2006 009 201 A1 beschreibt eine Spanneinrichtung, bei welcher ein Spannkopf mit einem Werkstückanschlag gekoppelt wird, um als gemeinsame Baugruppe in ein Spannfutter eingesetzt zu werden. Zu diesem Zweck wird eine Wechseleinrichtung eingesetzt, die Deformationskräfte in Spannbacken des Spannkopfs einleitet. Durch die Deformation wird eine äußere Gestalt des Spannkopfs verändert, so dass dieser in das Spannfutter aufgenommen werden kann. Beim Einsetzvorgang wird in einem ersten Schritt eine Veränderung der äußeren Gestalt des Spannkopfs durch Deformation der elastischen Verbindungselemente des Spannkopfs in Richtung einer Wechselstellung vorgenommen. Zu diesem Zweck werden die Spannbacken durch die Wechseleinrichtung zueinander verkippt.
Der somit hergestellte Verbund aus Spannkopf und Werkstückanschlag wird in das Spannfutter eingeschoben, bis eine axial ausgerichtete Stirnfläche eines hülsenförmigen Kupplungskörpers des Spannkopfes auf einen von einer Kippfeder in einer Freigabestellung gehaltenen Spannkörper des Spannfutters aufläuft. Durch Ausübung einer axial gerichteten Druckkraft wird der Spannkörper zunächst entgegen der Druckkraft der Kippfeder axial verschoben. Dabei werden Riegelkugeln durch die Axialbewegung des Spannkörpers aus Vertiefungen zwangsweise herausgedrängt und führen eine kombinierte axiale und radial nach innen gerichtete Bewegung durch, wobei sie in eine Riegelnut eines Kupplungskörpers eingreifen und eine formschlüssige Kopplung zwischen Spannkörper und Kupplungskörper bewirken.
Gemäß der DE 10 2006 009 201 A1 wird also ein hülsenförmiger Kupplungskörper des Spannkopfes, d. h. des Werkstückträgers, mit einem entsprechenden Spannkörper des Spannfutters in axialer Richtung verriegelt. In der verriegelten Stellung sind der Spannkörper und das Kupplungselement jedoch axial unverschieblich angeordnet.
Demgegenüber wird bei diesem Stand der Technik der Werkstückanschlag durch die Reduzierung der Verkippung der Spannbacken freigegeben, so dass der Spannkopf, der am Betätigungsbund des Betätigungsrings verriegelt wurde, in axialer Richtung bewegt werden kann, ohne dabei den Werkstückanschlag zu beeinflussen. Durch Ausübung einer Zugkraft auf den Kupplungsring wird der Spannkopf in axialer Richtung in die konusförmige Aufnahmeöffnung des Grundkörpers hineingezogen und erfährt durch die dabei auftretende Keilwirkung eine im Wesentlichen gleichförmige Deformation der nicht dargestellten elastischen Verbindungselemente, die zu einer radialen Annäherung der Spannbacken führt. Für die Betätigung des Spannfutters wird daher der Kupplungsring verwendet.
Diese Vorrichtung ist nachteiligerweise ebenfalls sehr aufwändig, da für die Kupplung zwischen dem Spannkopf und dem Spannfutter einerseits und für die Betätigung des Spannfutters jeweils eigene Baugruppen erforderlich sind.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spanneinrichtung der eingangs angeführten Art zu schaffen, mit welcher die Nachteile des Standes der Technik überwunden bzw. zumindest gelindert werden. Die Erfindung setzt sich daher insbesondere zum Ziel, die Verbindung zwischen dem maschinenseitigen Zugelement und dem Kopplungselement des Werkstückträgers für den Bediener möglichst einfach und zudem mit geringem baulichen Aufwand zu bewerkstelligen.
Erfindungsgemäß weisen das Zugelement und das Kopplungselement korrespondierende Rastelemente auf, welche durch eine Verschiebung des Zugelementes und/oder des Kopplungselements in axialer Richtung miteinander verrastbar sind, wobei das Zugelement und das Kopplungselement im verrasteten Zustand der Rastelemente gemeinsam in axialer Richtung verschieblich sind.
Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung ist daher eine Rastverbindung mit jeweils zumindest einem Rastelement am Zugelement und zumindest einem Rastelement am Kopplungselement vorgesehen, welche ausschließlich durch eine Verschiebung des Zugelements bzw. des Kopplungselements in axialer Richtung herstellbar ist. Für die Zwecke dieser Offenbarung beziehen sich die axiale und die radiale Richtung auf die Längsachse des Zugelements, welche in einer bevorzugten Ausführung mit der Drehachse der Drehspindel zusammenfällt. Vorteilhafterweise kann daher auf die beim Stand der Technik erforderlichen Drehglieder, Gewindeelemente oder Bajonettverschlüsse verzichtet werden, welche eine umständliche Handhabung beim Verbinden des Werkstückträgers mit dem Spannfutter vorausgesetzt haben. Weiters ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Spanneinrichtung zur lösbaren Verbindung des Kupplungselements mit dem Zugelement einerseits und zur Betätigung der Spannelemente andererseits eingerichtet ist, so dass für diese beiden Funktionen im Unterschied zum Stand der Technik eine einzige Baugruppe vorgesehen ist. Erfindungsgemäß sind daher das Kopplungselement und das Zugelement im verriegelten Zustand der Rast- bzw. Riegelelemente in axialer Richtung gemeinsam zwischen einer Spannstellung mit in radialer Richtung nach innen verschobenen Spannelementen und einer Freigabestellung mit in radialer Richtung nach außen verschobenen Spannelementen verschieblich. Als Spannelemente können einerseits Futterbacken und andererseits Spannzangen vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann mit der Erfindung der bauliche Aufwand für die Spanneinrichtung reduziert werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung liegt zudem darin, dass die bei Spannfuttern, insbesondere Drehfuttern, bereits vorhandenen Komponenten, wie das Zugelement und das Kopplungselement, mit geringem baulichen Aufwand für die in axialer Richtung herstellbare Rastverbindung ausgelegt werden können. Bevorzugt sind die Rastelemente dadurch in den verrasteten Zustand überführbar, dass das Zugelement von einer zum Werkstückträger hin ausgefahrenen Entkopplungsstellung zusammen mit dem am Zugelement angeschlagenen Kopplungselement in axialer Richtung weg von dem Werkstückträger in eine eingefahrene Spannstellung verschoben wird. Sobald die Verbindung zwischen dem Zugelement und dem Kopplungselement hergestellt ist, kann der Werkstückträger in an sich bekannter Weise mit dem Spannfutter verspannt werden. Dafür können der Werkstückträger und das Spannfutter an einander zugewandten Befestigungsflanschen zusammenarbeitende Spann- bzw. Befestigungsmittel (beispielsweise Spannbolzen mit entsprechenden Aufnahmen) aufweisen, welche aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind. Zur Betätigung des Spannfutters kann das Zugelement in dem mit dem Kopplungselement verbundenen Zustand in axialer Richtung zwischen der eingefahrenen Spannstellung, in welcher die Spannelemente über das Kopplungselement in radialer Richtung nach innen verschoben sind, und einer zum Werkstückträger hin teilweise ausgefahrenen Freigabestellung, in welcher die Spannelemente über das Kopplungselement in radialer Richtung nach außen verschoben sind, die Rastelemente jedoch weiter im verrasteten Zustand vorliegen, bewegt werden. Zwischen dem Kopplungselement und den Spannelementen kann ein an sich bekanntes Verbindungselement vorgesehen sein, mit welchem die axiale Verschiebung des Kopplungselements in die radiale Bewegung der Spannelemente umgewandelt wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass die am Zugelement und am Kopplungselement vorgesehenen Rastelemente dadurch in den unverrasteten Zustand gebracht werden können, dass das Zugelement aus der Spann- bzw. Freigabestellung in axialer Richtung in die vollständig zum Werkstückträger hin ausgefahrene Entkopplungsstellung verschoben wird. In der Entkopplungsstellung kann das Kopplungselement in axialer Richtung von dem Zugelement getrennt werden.
Um das Kopplungselement des Werkstückträgers zuverlässig mit dem Zugelement des Spannfutters zu verbinden, ist es günstig, wenn ein in axialer Richtung unbewegliches Betätigungselement vorgesehen ist, mit welchem die Rastelemente beim Verschieben des Zugelements bzw. des Kopplungselements in den verrasteten Zustand überführbar sind. Vorteilhafterweise können das Zugelement und das Kopplungselement mittels des Betätigungselements auf besonders einfache, stabile Weise miteinander verbunden werden. Die Verschiebung des Zug- bzw. Kopplungselements wird über das unbewegliche Betätigungselement zur Verrastung der Rastelemente genutzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das Betätigungselement am Spannfutter unbeweglich angeordnet.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei welcher das Betätigungselement eine Auflauffläche aufweist, mit welcher das eine Rastelement in radialer Richtung in den mit dem anderen Rastelement verrasteten Zustand verschieblich ist. Vorzugsweise ist das eine Rastelement am Zugelement und das andere Rastelement am Kopplungselement angeordnet. Die Anordnung der Rastelemente kann jedoch auch vertauscht sein. Wenn das eine Rastelement beim Verschieben des Zugelements, je nach Ausführung auch des Kopplungselements, auf die Auflauffläche trifft, wird das eine Rastelement durch die Auflauffläche des Betätigungselements in radialer Richtung, bevorzugt nach innen, in den mit dem anderen Rastelement verrasteten Zustand gedrückt. Hierbei ist es günstig, wenn die Auflauffläche zur Längsachse des Zugelements geneigt angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Betätigungselement unbeweglich an dem Spannfutter angeordnet, wobei das Betätigungselement zur Betätigung des am Zugelement vorgesehenen Rastelement eingerichtet ist. Im verrasteten Zustand der Rastelemente ist das Zugelement mit dem Kopplungselement verbunden, so dass durch Betätigung des Zugelements über das Kopplungselement die Spannelemente betätigbar sind.
Aus konstruktiven Gründen ist es vorteilhaft, wenn als Betätigungselement ein das Zugelement umgebender Betätigungsring vorgesehen ist, mit welchem das am Zugelement vorgesehene Rastelement in radialer Richtung in den verrasteten Zustand verschieblich ist. Bevorzugt ist der Betätigungsring aus einem gehärteten Stahl gefertigt, um den hohen Kräften beim Verbinden der Rastelemente standhalten zu können.
Damit im verbundenen Zustand hohe Axialkräfte zwischen dem Zugelement und dem Kopplungselement übertragen werden können, ist es günstig, wenn die Rastelemente ringförmig um die Längsachse des Zugelements umlaufende Rastflächen aufweisen. Vorteilhafterweise kann das Zugelement durch die in axialer Richtung wirkende Rastverbindung zuverlässig an das Kopplungselement gekoppelt werden. Somit können hohe Zugkräfte von dem Zugelement auf das Kopplungselement übertragen werden.
Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das Zugelement und/oder das Kopplungselement eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Rastelementen aufweist, welche insbesondere in regelmäßigen Winkelabständen ringförmig um die Längsachse des Zugelements angeordnet sind. Demnach sind bevorzugt mehrere Rastelemente vorgesehen, mit welchen die Kraftübertragung in axialer Richtung bewerkstelligt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung weist das eine Rastelement zumindest ein Kugelelement und das andere Rastelement zumindest eine Rastausnehmung auf, wobei das Kugelelement in dem verrasteten Zustand zumindest teilweise innerhalb der Rastausnehmung aufgenommen ist. Bevorzugt ist das zumindest eine Kugelelement an dem Zugelement und die zumindest eine Rastausnehmung an dem Kopplungselement vorgesehen. Prinzipiell kann die Anordnung der Rastelemente jedoch auch vertauscht sein.
Um die lösbare Rastverbindung zwischen dem Zugelement und dem Kopplungselement herzustellen, ist es günstig, wenn das eine Rastelement eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Kugelelementen aufweist, welche vorzugsweise in regelmäßigen Winkelabständen ringförmig um die Längsachse des Zugelements angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführung sind die Kugelelemente an dem Zugelement in entsprechenden Bohrungen radialer Richtung beweglich angeordnet, wobei die Kugelelemente mittels des Betätigungselements in die Rastausnehmung gedrückt und dort fixiert werden. Um die Rastverbindung zu lösen, wird je nach Ausführung das Zugelement und/oder das Kopplungselement in axialer Richtung in die Entkopplungsstellung verschoben, in welcher das Betätigungselement die Kugelelemente freigibt. Im unverrasteten Zustand kann das Kopplungselement von dem Zugelement wegbewegt werden.
Gemäß einer alternativen Ausführung weisen die Rast- bzw. Riegelelemente zur Kraftübertragung zwischen dem Kupplungselement und dem Zugelement zusammenwirkende Segmentkeile auf, mit welchen das Kupplungselement mit dem Zugelement verbindbar ist. Auch bei dieser Ausführung ist das Kupplungselement im verbundenen Zustand gemeinsam mit dem Zugelement verschieblich, um die Spannelemente am Werkstückträger zu betätigen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das andere Rastelement als Rastausnehmung eine ringförmig umlaufende Rastrille aufweist, in welchen die Kugelelemente des einen Rastelements anordenbar sind. Bevorzugt ist die Rastrille an einem dem Spannfutter zugewandten Endbereich des Kopplungselements angeordnet.
Um die Rastelemente in einer definierten Stellung zueinander anzuordnen, bevor die Rastverbindung hergestellt wird, ist es günstig, wenn das Zugelement einen Anschlag zur Begrenzung der Verschiebung des Kopplungselements gegen das Zugelement auf eine Anschlagstellung aufweist. In der Anschlagsstellung liegt daher das Kopplungselement über den Anschlag an dem Zugelement an, wobei die Rastelemente in einer festgelegten Stellung zueinander positioniert sind. Danach kann die Rastverbindung durch eine Verschiebung vorzugsweise des Zugelements zusammen mit dem Kopplungselement hergestellt werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass der Werkstückträger und das Spannfutter mittels des Anschlags zwischen dem Zugelement und dem Kopplungselement zueinander zentriert werden.
Bei dieser Ausführung ist es günstig, wenn die Rastelemente in der Anschlagstellung zwischen dem Zugelement und dem Kopplungselement im unverrasteten Zustand vorliegen, wobei die Rastelemente durch eine Verschiebung des Zugelementes aus der Anschlagstellung in axialer Richtung weg von dem Werkstückträger in den verrasteten Zustand überführbar sind. Beim Verbinden des Zugelements mit dem Kopplungselement wird daher zunächst das Kopplungselement in der Anschlagsstellung am Zugelement angeordnet. Danach wird das Zugelement in die eingefahrene Spannstellung verlagert. Das Kopplungselement wird hierbei über die Rastelemente mitgenommen, wobei die Rastelemente arretiert werden. Dadurch können der Werkstückträger und das Spannfutter präzise zentriert werden, wobei zugleich die Rastverbindung auf besonders zuverlässige und leichtgängige Weise hergestellt wird.
Um herkömmliche Spanneinrichtungen mit der erfindungsgemäßen Rastverbindung ausstatten zu können, ist es günstig, wenn das Zugelement ein mit dem Linearantrieb verbindbares Zugrohr aufweist, das an einem dem Werkstückträger zugewandten Ende mit einem Adapterelement verbunden ist, welches das eine Rastelement zur lösbaren Verbindung mit dem Kopplungselement aufweist. Demnach kann das bei Spanneinrichtungen üblicherweise bereits vorhandene, hohle Zugrohr mittels des Adapterelements mit geringem Aufwand mit dem Rastelement versehen werden, welches ausschließlich durch eine axiale Verschiebung mit dem entsprechenden Rastelement des Kopplungselements verbindbar ist. Das Adapterelement ist vorzugsweise fest, insbesondere drehfest, mit dem Zugrohr verbunden. Das Kopplungselement am Werkstückträger ist bevorzugt entsprechend dem Zugrohr hülsenförmig ausgebildet.
Um die Bewegung des Kopplungselements relativ zu dem Zugelement zu begrenzen, ist es vorteilhaft, wenn das Adapterelement eine ringförmig um die Längsachse des Zugelements umlaufende Anschlagfläche für das Kopplungselement aufweist.
Bevorzugt weist das Adapterelement einen stufenförmig von einem mit dem Zugrohr verbundenen Verbindungsabschnitt nach außen abgesetzten Kopplungsring auf, an welchem das eine Rastelement, insbesondere in Form von Kugelelementen, angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels, auf das sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung:
1a einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung, mit einem Spannfutter zur Anordnung auf einer Drehspindel und einem damit verbindbaren Werkstückträger, wobei zwischen einem maschinenseitigen Zugelement und einem werkstückträgerseitigen Kopplungselement eine durch Axialverschiebung des Zugelements herstellbare Rastverbindung vorgesehen ist;
1b eine Vorderansicht des Werkstückträgers gemäß 1a;
1c eine Schnittansicht des Spannfutters gemäß 1a;
1d eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Spannfutters gemäß 1c;
2 einen Ausschnitt der Spanneinrichtung gemäß 1, wobei in der unteren Hälfte eine Positionierstellung und in der oberen Hälfte eine Vorzentrierstellung beim Verbinden des Werkstückhalters mit dem Spannfutter schematisch dargestellt ist;
3 einen Ausschnitt der Spanneinrichtung gemäß 1, 2 wobei in der oberen Hälfte das Verschieben des Kopplungselements in eine Anschlagstellung am Zugelement und in der unteren Hälfte das Einziehen des Zugelementes schematisch dargestellt ist;
4 einen Ausschnitt der Spanneinrichtung gemäß 1 bis 3, wobei in der unteren Hälfte das Verspannen des Werkstückhalters am Spannfutter und in der unteren Hälfte die Betätigung des Spannfutters durch Ausfahren des Zugelementes schematisch dargestellt ist; und
5 eine 1 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausführung der Spanneinrichtung, welche ein Spannzangenfutter aufweist.
1 zeigt eine Spanneinrichtung 1 mit einem Spannfutter 2 (d. h. mit einer Maschinenschnittstelle), welches an einer Drehspindel 3 einer (nicht gezeigten) Maschine befestigt ist. Weiters weist die Spanneinrichtung 1 einen lösbar an dem Spannfutter 2 fixierbaren Spannkopf bzw. Werkstückträger 4 auf, welcher in radialer Richtung verschiebliche Spannelemente 5 zum Festklemmen eines (nicht gezeigten) Werkstücks aufweist. Je nach Ausführung kann der Werkstückträger auch zur Aufnahme von Werkzeugen eingerichtet sein (nicht gezeigt).
In 1 sind schematisch Befestigungs- bzw. Spannmittel 6 ersichtlich, mit welchen ein Befestigungsflansch 6' des Werkstückträgers 4 an einem entsprechenden Spannflansch 6'' des Spannfutters 2 fixierbar sind. In der Zeichnung sind als Befestigungselemente 6 Spannbolzen 6a angedeutet, welche in Aufnahmen 6b des Spannfutters 2 anordenbar und verspannbar sind. Stattdessen kann auch eine manuelle Schraubverbindung zwischen dem Befestigungsflansch 6' des Werkstückträgers 4 und dem Spannflansch 6'' des Spannfutters 2 vorgesehen sein. Die Befestigungselemente 6 zwischen dem Befestigungsflansch 6' und dem Spannflansch 6'' sind gemäß dem Stand der Technik ausgebildet, so dass auf nähere Erläuterungen hierzu verzichtet werden kann.
Wie aus 1 ersichtlich, weist die Spanneinrichtung 1 weiters ein insbesondere rohrförmiges Kopplungselement 7 auf, welches mit den Spannelementen 5 gekoppelt ist. Das Kopplungselement 7 ist in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Drehachse 3', verschieblich gelagert, wobei eine axiale Verschiebung des Kopplungselements 7 über gemäß Stand der Technik ausgebildete Verbindungselemente 8, 8a in eine radiale Bewegung der Spannelemente 5 umgewandelt wird. Gemäß der Ausführung der 1 bis 4 sind als Spannelemente 5 mehrere Futterbacken vorgesehen.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weist die Spanneinrichtung 1 auf der Seite der Drehspindel 3 zudem ein Zugelement 9 auf, welches mittels eines (nicht gezeigten) Linearantriebs, insbesondere eines Hydraulikantriebs, in axialer Richtung verschieblich ist. In 1 ist schematisch die Längsachse 3' des Zugelements 9 ersichtlich, welche mit der Drehachse der Drehspindel 3 zusammenfällt. Das Zugelement 9 ist mit dem Kopplungselement 7 lösbar verbindbar, so dass im verbundenen Zustand eine am Zugelement 9 aufgebrachte Kraft auf das Kopplungselement 7 übertragen wird, welches dadurch zusammen mit dem Zugelement 9 in axialer Richtung verschoben wird. Das Zugelement 9 weist ein Zugrohr 10 auf, welches mit dem (nicht gezeigten) Linearantrieb betätigbar ist.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weisen das Zugelement 9 und das Kopplungselement 7 korrespondierende Rastelemente 11, 12 auf, mit welchen das Kopplungselement 7 lösbar an dem Zugelement 9 festlegbar ist. In der gezeigten Ausführung ist das am Zugelement 9 vorgesehene Rastelement 11 durch eine ausschließlich axiale Bewegung des Zugelementes 9 mit dem am Kopplungselement 7 vorgesehenen Rastelement 12 verrastbar. Im verrasteten Zustand der Rastelemente 11, 12 sind das Zugelement 9 und das Kopplungselement 7 gemeinsam in axialer Richtung verschieblich, um die Spannelemente 5 des Werkstückträgers 4 anzuziehen bzw. zu lösen.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weist das Spannfutter 2 ein in axialer Richtung unbewegliches Betätigungselement 13 auf, um das am Zugelement 9 vorgesehene Rastelement 11 beim Verschieben des Zugelements 9 mit dem am Kopplungselement 7 vorgesehenen Rastelement 12 zu verrasten. Als Betätigungselement 13 ist in der gezeigten Ausführung ein Betätigungsring 13' vorgesehen, welcher konzentrisch zu dem Zugelement 9, in radialer Richtung außerhalb des Zugelements 9 angeordnet ist. Das ringförmige Betätigungselement 13 weist an der Stirnseite eine geneigte Auflauffläche 14 auf, mit welcher das am Zugelement 9 vorgesehene Rastelement 11 in radialer Richtung nach innen verschieblich ist, um das Rastelement 11 mit dem entsprechenden Rastelement 12 des Kopplungselements 7 zu verrasten.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weist das am Zugelement 9 vorgesehene Rastelement 11 eine Vielzahl von Kugelelementen 15 auf, welche mittels des Betätigungselements 13 in radialer Richtung verschieblich sind. Die Kugelelemente 15 sind in regelmäßigen Winkelabständen entlang einer ringförmigen Fläche um die Längsachse 3' des Zugelements 9 angeordnet. Das Rastelement 12 am Kopplungselement 9 weist andererseits eine Rastausnehmung 16 auf, in welche die Kugelelemente 15 des Rastelements 11 am Zugelement 9 einrasten können. Als Rastausnehmung 16 ist in der gezeigten Ausführung eine Rastrille 16' vorgesehen, welche ringförmig um die Längsachse 3' des Zugelements 9 angeordnet ist. Beim Herstellen der Rastverbindung werden die Kugelelemente 15 in der Rastrille 16' arretiert. Die Kugelelemente 15 am Zugelement 9 einerseits und die Rastrille 16' am Kopplungselement 7 andererseits bilden ringförmig um die Längsachse 3' des Zugelements 9 umlaufende Rastflächen aus, welche für eine stabile Verrastung des Zugelements 9 mit dem Kopplungselement 7 sorgen.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weist das Zugelement 9 einen Anschlag 17 auf, mit welchem die Verschiebung des Kopplungselementes 9 in axialer Richtung begrenzt wird. Durch Verschieben des Kopplungselements 7 in Richtung des Spannfutters 2 wird die Stirnseite des Kopplungselements 7 an dem Anschlag 17 des Zugelements 9 angeschlagen. Mit Erreichen der Anschlagstellung werden die Rastelemente 11, 12 in einer definierten Stellung zueinander angeordnet. Bei vollständig ausgefahrenem Zugelement 9 sind die Rastelemente 11, 12 in der Anschlagstellung zwischen dem Zugelement 9 und dem Kopplungselement 7 vorerst im unverrasteten Zustand angeordnet. Ausgehend von der in 1 gezeigten Stellung können die Rastelemente 11, 12 durch eine Verschiebung des Zugelementes 9 gemeinsam mit dem Werkstückträger 4 in axialer Richtung zur Maschinenschnittstelle hin in den verrasteten Zustand überführt werden.
Wie aus 1 weiters ersichtlich, weist das Zugelement 9 zur Verbindung mit dem Kopplungselement 7 ein Adapterelement 18 auf, welches drehfest auf einem dem Werkstückträger 4 zugewandten Ende des Zugrohrs 10 sitzt. Das Adapterelement 18 weist eine ringförmig um die Längsachse 3' des Zugelements 9 umlaufende Anschlagfläche 19 auf, an welcher die Stirnseite des Kopplungselements 7 anschlägt. Darüber hinaus weist das Adapterelement 18 einen Kopplungssring 20 auf, welcher stufenförmig von einem mit dem Zugrohr 19 verbundenen Verbindungsabschnitt 21 nach außen abgesetzt ist. An dem Kopplungsring 20 sind die Kugelelemente 15 des Rastelements 11 vorgesehen, welche mit der Rastrille 16' des Kopplungselementes 7 zusammenwirken. Der stufenförmige Übergang zwischen dem Verbindungsabschnitt 21 und dem Kopplungsring 20 weist die ringförmige Anschlagfläche 19 auf, mit welcher die Bewegung des Kopplungselements 7 hin zum Zugelement 9 begrenzt wird.
Die einzelnen Schritte beim Verbinden des Werkstückträgers 4 mit dem Spannfutter 2 sind in den 2 bis 4 veranschaulicht, wobei die 2 bis 4 in der unteren Hälfte und in der oberen Hälfte jeweils aufeinanderfolgende Stellungen während des Verbindungsvorgangs zeigen.
Gemäß Schritt 1 werden der Werkstückträger 4 und das Spannfutter 2 zu Beginn des Verbindungsvorgangs in einer voneinander beabstandeten Positionierstellung angeordnet (vgl. die untere Hälfte von 2). Der Werkstückträger 4 und das Spannfutter 2 liegen im unverbundenen Zustand vor.
Gemäß Schritt 2 wird das Kopplungselement 9 des Werkstückträgers 4 in eine Vorzentrierstellung am Zugelement 7 des Spannfutters 2 aufgeschoben (vgl. die obere Hälfte von 2). Sowohl in der Positionierstellung als auch in der Vorzentrierstellung ist das Zugelement 9 in Richtung des Werkstückträgers 4 in die Entkopplungsstellung verschoben, in welcher die Rastelemente 11, 12 außerhalb des Betätigungselements 13 angeordnet sind, so dass die Rastelemente 11, 12 im unverrasteten Zustand vorliegen. Dies ist vorzugsweise die Endstellung des ausgefahrenen Zugrohres 10.
Gemäß Schritt 3 wird das Kopplungselement 9 in Richtung des Spannfutters 2 in die Anschlagstellung am Adapterelement 18 des Zugelements 9 verschoben (vgl. die obere Hälfte von 3). In der Anschlagstellung ist die Stellung der Rastelemente 11, 12 zueinander festgelegt.
Gemäß Schritt 4 wird das Zugelement 9 von der Anschlagstellung gemeinsam mit dem Kopplungselement 7 in die eingefahrene Spannstellung verschoben, wobei die Rastelemente 11, 12 arretiert werden (vgl. die untere Hälfte von 3). Hierbei werden die Kugelelemente 15 mittels des Betätigungselementes 13 in ihren Lagerbohrungen am Zugelement 9 in radialer Richtung nach innen verschoben, wobei die Kugelelemente 15 in der Rastrille 16' des Kopplungselements fixiert werden.
Gemäß Schritt 5 werden die Befestigungs- bzw. Spannmittel 6 zwischen dem Werkstückträger 4 und dem Spannfutter 2 miteinander verspannt, womit die Spanneinrichtung 1 einsatzbereit gemacht wird (vgl. die untere Hälfte von 4).
Gemäß Schritt 6 wird das Zugelement 9 zur Betätigung des Spannfutters 2 in eine teilweise ausgefahrene Freigabestellung verschoben (vgl. die obere Hälfte von 4). Die Funktion wird dadurch gewährleistet, dass die Rastelemente 11, 12 in der teilweise ausgefahrenen Freigabestellung des Zugelementes 9 innerhalb der Kopplungsfläche des Betätigungselementes 13 angeordnet sind und daher im verrasteten Zustand vorliegen. Das Verschieben des Zugelementes 9 in die vollständig ausgefahrene Entkopplungsstellung ist erst dann möglich, wenn die Verbindung über die Befestigungs- bzw. Spannmittel 6 gelöst ist.
5 zeigt eine alternative Ausführung der Spanneinrichtung 1, bei welcher als Spannelemente 5 anstelle der in 1 bis 4 vorgesehenen Futterbacken Spannzangenelemente vorgesehen sind, welche mittels Keilflächen in radialer Richtung verschieblich gelagert sind. Die Spannzangenelemente sind über ein in axialer Richtung verschieblich gelagertes Verbindungselement 8' mit dem Kupplungselement 7 verbunden, welches, wie zuvor beschrieben, mit dem Zugelement 9 auf der Seite des Spannfutters 2 verbindbar ist.
Um den Werkstückträger 4 von dem Spannfutter 2 zu entkoppeln, werden die folgenden Schritte durchgeführt.
Im ersten Schritt wird das Zugelement 9 in Richtung der Maschine verschoben.
Im zweiten Schritt wird die Verbindung zwischen dem Werkstückträger (bzw. Spannkopf) 4 und dem Spannfutter (bzw. Maschinenschnittstelle) 2 über die Befestigungs- bzw. Spannmittel 6, 6a gelöst.
Im dritten Schritt wird das Zugelement 9 in die vollständig ausgefahrene Entkopplungsstellung (vgl. 3 oben) verschoben, wobei die Rastverbindung zwischen dem Zugelement 9 und dem Kopplungselement 7 gelöst wird.
Im vierten Schritt kann der Werkstückträger 4 von dem Spannfutter 2 abgenommen werden (vgl. 2 unten).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010041055 A1 [0002, 0003, 0004, 0005]
EP 0244667 [0007]
DE 0339282 A2 [0008]
DE 102006009201 A1 [0009, 0011]

Claims

Spanneinrichtung (1), mit einem Spannfutter (2), welches insbesondere an einer Drehspindel (3) einer Maschine befestigbar ist, mit einem lösbar an dem Spannfutter (2) fixierbaren Werkstückträger (4), welcher in radialer Richtung verschiebliche Spannelemente (5) zum Festlegen eines Werkstücks aufweist, mit einem mit den Spannelementen (5) gekoppelten Kopplungselement (7), welches zur Betätigung der Spannelemente (5) in axialer Richtung verschieblich ist, und mit einem lösbar mit dem Kopplungselement (7) verbindbaren Zugelement (9), welches mittels eines Linearantriebs in axialer Richtung verschieblich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) und das Kopplungselement (7) korrespondierende Rastelemente (11, 12) aufweisen, welche durch eine Verschiebung des Zugelementes (9) und/oder des Kopplungselements (7) in axialer Richtung miteinander verrastbar sind, wobei das Zugelement (9) und das Kopplungselement (7) im verrasteten Zustand der Rastelemente (11, 12) gemeinsam in axialer Richtung verschieblich sind.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in axialer Richtung unbewegliches Betätigungselement (13) vorgesehen ist, mit welchem die Rastelemente (11, 12) beim Verschieben des Zugelements (9) bzw. des Kopplungselements (7) in den verrasteten Zustand überführbar sind.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (13) eine Auflauffläche (14) aufweist, mit welcher das eine Rastelement (11) in radialer Richtung in den mit dem anderen Rastelement (12) verrasteten Zustand verschieblich ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betätigungselement (13) ein das Zugelement (9) umgebender Betätigungsring (13') vorgesehen ist, mit welchem das am Zugelement (9) vorgesehene Rastelement (11) in radialer Richtung in den verrasteten Zustand verschieblich ist.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (11, 12) ringförmig um die Längsachse (3') des Zugelements (9) umlaufende Rastflächen aufweisen.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) und/oder das Kopplungselement (7) eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Rastelementen (11, 12) aufweist, welche insbesondere in regelmäßigen Winkelabständen ringförmig um die Längsachse (3') des Zugelements (9) angeordnet sind.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Rastelement (11) zumindest ein Kugelelement (15) und das andere Rastelement (12) zumindest eine Rastausnehmung (16) aufweist, wobei das Kugelelement (15) in dem verrasteten Zustand zumindest teilweise innerhalb der Rastausnehmung (16) aufgenommen ist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Rastelement (11) eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Kugelelementen (15) aufweist, welche vorzugsweise in regelmäßigen Winkelabständen ringförmig um die Längsachse (3') des Zugelements (9) angeordnet sind.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Rastelement (12) als Rastausnehmung (16) eine ringförmig umlaufende Rastrille (16') aufweist, in welchen die Kugelelemente (15) des einen Rastelements (11) anordenbar sind.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) einen Anschlag (17) zur Begrenzung der Verschiebung des Kopplungselements (7) gegen das Zugelement (9) auf eine Anschlagstellung aufweist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastelemente (11, 12) in der Anschlagstellung zwischen dem Zugelement (9) und dem Kopplungselement (7) im unverrasteten Zustand vorliegen, wobei die Rastelemente (11, 12) durch eine Verschiebung des Zugelementes (9) aus der Anschlagstellung in axialer Richtung weg von dem Werkstückträger (4) in den verrasteten Zustand überführbar sind.
Spanneinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (9) ein mit dem Linearantrieb verbindbares Zugrohr (10) aufweist, das an einem dem Werkstückträger (4) zugewandten Ende mit einem Adapterelement (18) verbunden ist, welches das eine Rastelement (11) zur lösbaren Verbindung mit dem Kopplungselement (7) aufweist.
Spanneinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (18) eine ringförmig um die Längsachse (3') des Zugelements (9) umlaufende Anschlagfläche (19) für das Kopplungselement (7) aufweist.
Spanneinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (18) einen stufenförmig von einem mit dem Zugrohr verbundenen Verbindungsabschnitt (21) nach außen abgesetzten Kopplungsring (20) aufweist, an welchem das eine Rastelement (11), insbesondere in Form von Kugelelementen (15), angeordnet ist.