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Die Erfindung betrifft ein Abstützelement, umfassend eine Klemmeinheit mit einer Klemmhülse und einem in der Klemmhülse axial verschiebbaren und fixierbaren Stützbolzen, insbesondere zum Abstützen von mindestens einem Werkstück, zum Beispiel in einer Bearbeitungsmaschine. Es wird auch ein Verfahren zum Abstützen eines Werkstücks in einer Bearbeitungsmaschine beschrieben.
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Abstützelemente zum Abstützen eines zu bearbeitenden Werkstücks, zum Beispiel beim Einspannen des Werkstücks in einer Bearbeitungsmaschine, sind beispielsweise aus
DE 1 901 283 und
DE 10 2006 053 490 A1 bekannt. Die Abstützelemente weisen eine Klemmeinheit mit einer Klemmhülse und einem Stützbolzen auf. Der Stützbolzen ist in der Klemmhülse axial verschiebbar, so dass er von einer Rückzugstellung in eine Anlagestellung, in welcher ein freies Ende des Stützbolzens das Werkstück berührt, ausgefahren und von der Anlagestellung in die Rückzugstellung zurückgezogen werden kann. Bei Beaufschlagung der Klemmeinheit mit einem Arbeitsdruck kann der Innendurchmesser der Klemmhülse derart verringert werden, dass der Stützbolzen in der Anlagestellung fixiert ist.
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Die mit dem Abstützelement erreichbare Stützkraft hängt von dem Druck, der von der Klemmhülse auf den Stützbolzen ausgeübt werden kann, und insbesondere der mit dem Druck beaufschlagten Fläche an der Klemmhülse ab. Bei einer gegebenen Baulänge der Klemmhülse und gegebenen Betriebsparametern eines Hydrauliksystems zur Erzeugung des Arbeitsdrucks kann die Stützkraft somit erhöht werden, wenn der Durchmesser des Stützbolzens bzw. der Klemmhülse vergrößert wird.
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Beim Abstützen von Werkstücken mit komplexen Formen besteht jedoch ein Interesse, dass das Abstützelement möglichst schlank aufgebaut ist, beispielsweise um in enge Ausnehmungen am Werkstück ragen zu können. Eine Vergrößerung der Stützkraft über eine Vergrößerung des Durchmessers der Klemmeinheit kann daher bei herkömmlichen Abstützelementen zu einem Platzproblem führen. Mit anderen Worten, die Anwendung herkömmlicher Abstützelemente ist zur Abstützung von Werkstücken insbesondere mit komplexen Formen auf die Ausübung relativ geringer Stützkräfte beschränkt.
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Ein weiteres Problem der herkömmlichen Abstützelemente besteht darin, dass diese wegen der geringen Wandstärke der Klemmhülse und der geforderten Leichtgängigkeit des Stützbolzens sowie einer relativ kurzen Bauform keine Querkräfte aufnehmen können. Anwendungen der herkömmlichen Abstützelemente sind daher auf die Ausübung von Stützkräften in Axialrichtung des Stützbolzens beschränkt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Abstützelement bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Abstützelemente vermieden werden. Das Abstützelement soll insbesondere ein Abstützen, zum Beispiel eines Werkstücks, mit erhöhten Stützkräften ermöglichen, eine Bauform mit einem im Bereich des Werkstücks verringerten Außendurchmesser ermöglichen, Querkräfte aufnehmen können und/oder einen erweiterten Anwendungsbereich haben. Mit dem Abstützelement sollen insbesondere, wenn das Abstützelement für eine erhöhte Stützkraft ausgelegt wird, Platzprobleme beim Abstützen des Werkstücks vermieden, bzw. wenn das Abstützelement für einen verringerten Platzbedarf ausgelegt wird, eine Verminderung der Stützkraft vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Abstützelement mit den Merkmalen von Schutzanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die obige Aufgabe durch ein Abstützelement, insbesondere zum Abstützen eines zu bearbeitenden Werkstücks, gelöst, die eine Klemmeinheit mit einer Klemmhülse und einem Stützbolzen (oder: Stützstempel) aufweist. Ein Bereich des Stützbolzens, der als Bolzenklemmabschnitt bezeichnet wird, ist in der Klemmhülse axial verschiebbar gelagert.
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Die Klemmhülse weist einen Innendurchmesser auf, der durch eine Beaufschlagung der Klemmeinheit mit einem Arbeitsdruck veränderlich ist. Der Arbeitsdruck kann ein Hydraulikdruck sein, der direkt (Hochdruckbetrieb) oder indirekt, über einen konischen Hydraulikkolben vermittelt (Niederdruckbetrieb) auf die Klemmhülse wirkt. Die Klemmhülse ist zwischen einem Freigabezustand und einem Klemmzustand verstellbar. Im Freigabezustand ist der Innendurchmesser der Klemmhülse so groß, dass der Stützbolzen zu einer Anlagestellung am Werkstück axial verschiebbar ist. Im Klemmzustand ist der Innendurchmesser der Klemmhülse derart verringert, dass der Bolzenklemmabschnitt des Stützbolzens in der Klemmhülse fixiert ist. Die Fixierung des Stützbolzens ist in der Anlagestellung, in der ein freies Ende des Stützbolzens das Werkstück berührt, vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung umfasst das Abstützelement eine Führungseinheit, die mit der Klemmeinheit verbunden ist und eine Bolzenführung aufweist, in welcher der Stützbolzen gelagert und axial verschiebbar ist. Die Führungseinheit ist auf einer zum Werkstück weisenden Seite der Klemmeinheit angeordnet, und die Bolzenführung nimmt einen Bereich des Stützbolzens auf, der als Bolzenführungsabschnitt bezeichnet wird.
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Vorteilhafterweise ermöglicht die Führungseinheit im Vergleich zu herkömmlichen Abstützelementen eine Verlängerung des Stützbolzens über die Klemmeinheit hinaus, ohne dass die Funktion des Abstützelements eingeschränkt wird. Die Erfindung ermöglicht insbesondere, dass einerseits die Klemmeinheit in Abhängigkeit von der gewünschten Stützkraft und davon unabhängig die Führungseinheit in Abhängigkeit von dem verfügbaren Platz am Werkstück dimensioniert werden können.
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Die Führungseinheit kann mit einer geringeren Querschnittsdimension, insbesondere einem geringeren Außendurchmesser, als die Klemmeinheit gebildet sein, wodurch eine Einführung des Abstützelements in enge Räume am Werkstück, zum Beispiel enge Durchgangsöffnungen an einem Gussstück, ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Bolzenführung Querkräfte, das heißt Komponenten der Stützkraft senkrecht zur Axialrichtung (Längsrichtung) des Stützbolzens, aufnehmen kann. Eine Belastung oder etwa Beschädigung der Klemmhülse durch Querkräfte wird vermieden.
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Die Bolzenführung ist eine gerade Führung, die sich vorzugsweise über eine Länge in Axialrichtung erstreckt, die mindestens gleich dem doppelten Außendurchmesser des Stützbolzens, insbesondere des Bolzenführungsabschnitts des Stützbolzens ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine wirksame Aufnahme der in der Praxis typischerweise auftretenden Querkräfte.
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Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Stützbolzen über seine Länge einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist, können sich Vorteile für einen einfachen Aufbau der aneinander grenzenden Klemm- und Führungseinheiten mit einer koaxialen Ausrichtung der Klemmhülse und der Bolzenführung ergeben. Der Stützbolzen kann insbesondere einen über seine Länge durchgehend konstanten Durchmesser aufweisen. Alternativ kann der Stützbolzen in einem von den Bolzenklemm- und Bolzenführungsabschnitten einen geringfügig geringeren Durchmesser als in dem jeweils anderen Abschnitt aufweisen. Letztere Variante kann Vorteile für die Leichtgängigkeit des Stützbolzens haben.
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Gemäß einer alternativen, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Bolzenführungsabschnitt einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Bolzenklemmabschnitt aufweisen. Das Verhältnis der Durchmesser des Bolzenführungsabschnitts und des Bolzenklemmabschnitts ist vorzugsweise kleiner oder gleich 2/3. Damit wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass die Führungseinheit mit einem geringeren Außendurchmesser ausgeführt wird als die Klemmeinheit. In der Klemmeinheit kann der Außendurchmesser des Bolzenklemmabschnitts für die Erzielung großer Stützkräfte dimensioniert sein, während in der Führungseinheit der Bolzenführungsabschnitt mit einem geringeren Durchmesser eine schlanke Ausführung der Führungseinheit vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann der Stützbolzen als einheitliches Bauteil hergestellt sein. Die Bolzenklemm- und Bolzenführungsabschnitte sind in diesem Fall einstückig miteinander verbunden. Diese Ausführungsform der Erfindung kann Vorteile für die Herstellung des Stützbolzens haben. Beispielsweise wird die einheitliche Härtung eines aus Stahl hergestellten Stützbolzens vereinfacht.
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Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung können der Bolzenklemmabschnitt und der Bolzenführungsabschnitt zwei über eine Bolzenkopplung verbundene Bauteile sein. Ein Vorteil der zweiteiligen Ausführung des Stützbolzens besteht darin, dass die Herstellung eines Bolzenführungsabschnitts mit einem wesentlich geringeren Durchmesser als der Bolzenklemmabschnitt vereinfacht wird. Die Bolzenkopplung ist für eine spielfreie Verbindung in Axialrichtung des Stützbolzens ausgelegt.
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Vorzugsweise kann die Bolzenkopplung für eine gegenseitige Verschiebung des Bolzenklemmabschnitts und des Bolzenführungsabschnitts in mindestens einer Radialrichtung ausgelegt sein. Die Bolzenkopplung ermöglicht vorteilhafterweise einen Radialausgleich des Bolzenklemmabschnitts und des Bolzenführungsabschnitts, wodurch ein eventueller Koaxialitätsfehler zwischen der Klemmeinheit und der Führungseinheit kompensiert wird. Wenn die Achse der Klemmhülse nicht mit der Achse der Bolzenführung fluchtet, ermöglicht der Radialausgleich der Bolzenkopplung eine optimale Lage der Abschnitte des Stützbolzens in der Klemmhülse beziehungsweise der Bolzenführung. Die für den Radialausgleich konfigurierte Bolzenkopplung kann zum Beispiel eine Bajonettkopplung umfassen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Stützbolzen, insbesondere der Bolzenführungsabschnitt mit einer Verdrehsicherung ausgestattet sein. Die Verdrehsicherung umfasst eine Konfiguration des Bolzenführungsabschnitts und der Bolzenführung, die eine leichtgängige axiale Verschiebung des Stützbolzens ermöglicht, eine Drehung um die Achse des Stützbolzens jedoch blockiert. Die Verdrehsicherung kann zum Beispiel als eine Kombination aus einer Nut und einer Passfeder gebildet sein, die zueinander passend jeweils auf einer Außenfläche des Stützbolzens und einer Innenfläche der Bolzenführung angeordnet sind. Alternativ kann die Verdrehsicherung durch ein unrundes Innenprofil der Bolzenführung und ein dazu passendes Außenprofil des Stützbolzens, insbesondere des Bolzenführungsabschnitts, gebildet sein.
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Besondere Vorteile für das Abstützen komplexer Werkstücke ergeben sich, wenn die Bolzenführung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner oder gleich 20 mm, insbesondere kleiner oder gleich 16 mm ist. Vorteilhafterweise wird damit eine schlanke Bauform des Abstützelements ohne eine Beeinträchtigung der erzielbaren Stützkräfte ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Abstützelement ein Gehäuse mit zwei Gehäuseabschnitten. Ein erster Gehäuseabschnitt enthält die Klemmeinheit und ein zweiter Gehäuseabschnitt enthält die Führungseinheit. Besonders bevorzugt wird die Bolzenführung durch den zweiten Gehäuseabschnitt gebildet. Das Gehäuse nimmt vorteilhafterweise die mechanischen Komponenten und hydraulischen Komponenten zur Betätigung des Abstützelements auf. Das Gehäuse bildet insbesondere einen Raum zur Beaufschlagung mit einem Hydraulikdruck für die Betätigung der Klemmhülse. Vorteilhafterweise wird dadurch die unmittelbare Kopplung des Abstützelements mit einem Hydrauliksystem, zum Beispiel einer Bearbeitungsmaschine, vereinfacht.
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Besonders bevorzugt weist der zweite Gehäuseabschnitt einen deutlich geringeren Außendurchmesser auf als der erste Gehäuseabschnitt. Dies bedeutet, dass das Verhältnis des Durchmessers des zweiten Gehäuseabschnitts zum Durchmesser des ersten Gehäuseabschnitts zum Beispiel gleich oder kleiner 2/3 ist.
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Vorzugsweise ist der Stützbolzen an seinem freien Ende, das heißt an seinem zum Werkstück weisenden Ende, mit einem Druckstück ausgestattet. Das Druckstück ist zur Anlage am Werkstück in der Anlagestellung des Stützbolzens ausgelegt.
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Vorteilhafterweise bestehen verschiedene, einzeln oder in Kombination realisierbare Möglichkeiten, das Druckstück in Abhängigkeit von den Anforderungen einer konkreten Anwendung des Abstützelements zu gestalten. Gemäß einer ersten Variante kann das Druckstück vom Stützbolzen trennbar sein. Dies ermöglicht vorteilhafterweise einen Wechsel des Druckstücks, zum Beispiel zur Anpassung des Abstützelements an eine konkrete Abstützaufgabe oder zum Wechsel des Druckstücks nach dessen Verschleiß.
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Gemäß einer weiteren Variante kann das Druckstück eine gewölbte, insbesondere ballige oder stark gewölbte Form aufweisen, wodurch vorteilhafterweise die Anlage des Stützbolzens an das Werkstück vereinfacht wird.
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Gemäß einer zusätzlichen Variante kann das Druckstück eine Oberflächenkontur aufweisen, die an die Form des abzustützenden Werkstücks angepasst ist. Das Druckstück hat in diesem Fall eine zur Außenform des Werkstücks passende Negativform. Damit wird vorteilhafterweise eine Verteilung externer Kräfte, insbesondere der Auflagekraft, auf der Auflagefläche am Werkstück erzielt.
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Aufgrund der Fähigkeit des erfindungsgemäßen Abstützelements, Querkräfte aufzunehmen, können vorteilhafterweise auch andere Formen des Druckstücks verwendet werden, wie zum Beispiel eine auskragende Form oder die Gestalt eines schwenkbaren Pendeldruckstücks. Ein auskragendes Druckstück kann beispielsweise in einer radialen Richtung über den Außendurchmesser der Führungseinheit vorstehen, um in eine Nut im zu stützenden Werkstück zu greifen. Es kann alternativ eine in alle Radialrichtungen überkragende Form vorgesehen sein, bei der somit der Außendurchmesser des Druckstücks größer als der Außendurchmesser der Führungseinheit ist.
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Weitere Varianten bestehen bei der Wahl des Materials des Druckstücks. Dieses kann zum Beispiel aus gehärtetem Stahl hergestellt sein, wodurch sich Vorteile für eine hohe Verschleißfestigkeit und/oder die Ausübung hoher Stützkräfte ergeben.
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Alternativ kann das Druckstück aus Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, hergestellt sein. In diesem Fall ergeben sich insbesondere Vorteile beim Abstützen empfindlicher Werkstückoberflächen. Des Weiteren kann ein Kunststoff-basiertes Druckstück eine Schwingungsdämpfung bewirken. Ein weiterer Vorteil besteht in der vereinfachten Herstellung von Kunststoff-basierten Druckstücken, zum Beispiel mit einem 3D-Drucker.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stützbolzen für die axiale Verschiebung zur Anlagestellung mittels eines Anlegekolbens und für einen Rückzug aus der Anlagestellung mittels einer Anlegekolben-Rückstellfeder ausgelegt. Im Freigabezustand der Klemmeinheit ist der Stützbolzen mit der Anlegekolben-Rückstellfeder zu der Klemmeinheit zurückgezogen. Bei Ausübung eines Hydraulikdrucks oder eines Pneumatikdrucks auf den Anlegekolben wird der Stützbolzen aus der Klemmeinheit in die Anlagestellung ausgefahren.
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Alternativ ist der Stützbolzen für eine axiale Verschiebung zur Anlagestellung mittels einer Bolzenfeder ausgelegt. Im Freigabezustand der Klemmeinheit ist der Stützbolzen mit der Bolzenfeder aus der Klemmeinheit ausgefahren. Die Anlagestellung wird durch ein Drücken des Werkstücks gegen den Stützbolzen entgegen der Wirkung der Bolzenfeder erreicht.
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Einen unabhängigen Gegenstand der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Abstützen eines Werkstücks mit Abstützelementen gemäß der Erfindung dar. Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist das Abstützen eines Werkstücks vorgesehen, das mit einer Spannvorrichtung einer Bearbeitungsmaschine eingespannt ist. Das Verfahren umfasst bei dieser Anwendung die Bereitstellung von mindestens einem Abstützelement an der Bearbeitungsmaschine, das Ausfahren des Stützkolbens des mindestens einen Abstützelements bis in die Anlagestellung derart, dass das Werkstück stabil abgestützt ist, und das Fixieren des Stützkolbens durch die Einstellung des Klemmzustands der Klemmhülse.
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Das Ausfahren des Stützkolbens bis in die Anlagestellung kann unter der Wirkung eines Hydraulikdrucks, eines Pneumatikdrucks oder einer Federkraft erfolgen. Der Hydraulikdruck wird vorzugsweise mit dem Hydrauliksystem zur Erzeugung des Arbeitsdrucks für die Betätigung der Klemmhülse, insbesondere in einer ersten Phase des Druckaufbaus des Arbeitsdrucks, erzeugt.
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Im ausgefahrenen und fixierten Zustand des mindestens einen Abstützelements wird eine Stabilisierung und/oder mindestens ein Gegenpunkt für ein weiteres Verspannen des Werkstücks mit der Spanneinrichtung bereitgestellt. Anschließend erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks, zum Beispiel mit einem spanenden Bearbeitungsverfahren, insbesondere Bohren und/oder Fräsen. Nach der Bearbeitung erfolgen die Einstellung des Freigabezustands der Klemmhülse und die Entnahme des Werkstücks aus der Spannvorrichtung.
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Gemäß einer ersten Variante des Verfahrens kann ein Hochdruckbetrieb vorgesehen sein, bei dem die Verstellung der Klemmhülse durch einen direkt wirkenden Hydraulikdruck im Bereich oberhalb von z. B. 100 bar, erzielt wird. Gemäß einer alternativen Variante ist ein Niederdruckbetrieb vorgesehen, bei dem ein Hydraulikdruck im Bereich unterhalb von 100 bar, insbesondere im Bereich 70 bar bis 80 bar, auf einen konischen Hydraulikkolben wirkt, der die Klemmhülse betätigt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1A und 1B: Draufsichten einer ersten Ausführungsführungsform des erfindungsgemäßen Abschnittselements, das für einen Niederdruckbetrieb ausgelegt ist;
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2: einen Längsschnitt des Abstützelements gemäß 1A entlang der Linie II-II;
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3A und 3B: Draufsichten einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstützelements, das für einen Hochdruckbetrieb ausgelegt ist; und
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4: einen Längsschnitt des Abstützelements gemäß 3A entlang der Linie IV-IV.
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Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Abstützelements werden im Folgenden unter Bezug auf die Bereitstellung einer Führungseinheit mit einer Bolzenführung für einen Stützbolzen an einer Klemmeinheit beschrieben, die für einen Niederdruck- oder Hochdruckbetrieb ausgelegt ist. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht auf die gezeigten Varianten der Klemmeinheit und der Führungseinheit beschränkt ist.
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Einzelne Merkmale insbesondere der Klemmeinheit können alternativ konfiguriert sein, wie es von der Klemmeinheit eines herkömmlichen Abstützelements, zum Beispiel gemäß
DE 1 901 283 oder
DE 10 2006 053 490 A1 , an sich bekannt ist. Des Weiteren wird betont, dass die Anwendung der Erfindung in der Praxis nicht auf die beispielhaft genannten Strukturen, Materialien, Formen und Dimensionen des Abstützelements beschränkt ist. Vielmehr kann die Konfiguration des Abstützelements in Abhängigkeit von einer konkreten Stützaufgabe, insbesondere in Abhängigkeit von der Form, dem Gewicht und dem Material des abzustützenden Werkstücks, beispielsweise mit den oben beschriebenen Merkmalen, angepasst sein.
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Beispielhaft wird auf Abstützelemente mit einem rotationssymmetrischen, koaxialen Aufbau der mechanischen Teile Bezug genommen. Alternativ kann ein nicht-rotationssymmetrischer Aufbau, z. B. bei Bereitstellung einer Verdrehsicherung des Stützkolbens, vorgesehen sein.
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Im Folgenden werden als Beispiele Abstützelemente beschrieben, bei denen der Stützbolzen unter der Wirkung eines Hydraulikdrucks in die Anlagestellung am Werkstück vorgeschoben wird. Alternativ sind andere, in den Figuren nicht dargestellte Ausführungsformen möglich, bei denen der Stützbolzen in an sich bekannter Weise z. B. unter der Wirkung eines Pneumatikdrucks zum Werkstück vorgeschoben und fixiert wird oder im Freigabezustand unter der Wirkung einer Bolzenfeder maximal ausgefahren ist und durch den Kontakt mit dem Werkstück in die gewünschte Anlagestellung zurückgeschoben und in dieser fixiert wird.
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Die erste Ausführungsform des für den Niederdruckbetrieb ausgelegten Abstützelements 100 ist in 1 mit zwei Draufsichten senkrecht zur Axialrichtung (1A) und in Axialrichtung (1B) gezeigt. 2 zeigt einen Längsschnitt des Abstützelements 100 entlang der Linie II-II in 1A.
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Das Abstützelement 100 umfasst die Klemmeinheit 10 und die Führungseinheit 15, die in einem Gehäuse 17 mit einem ersten Gehäuseabschnitt 18 und einem zweiten Gehäuseabschnitt 19 enthalten sind. Das Gehäuse 17 ist am Fuß der Klemmeinheit 10 zur druckdichten Kopplung mit einem Hydrauliksystem einer Bearbeitungsmaschine (Bearbeitungszentrum, z. B. Bohr- und/oder Fräsmaschine, nicht dargestellt) ausgelegt. Die Kopplung erfolgt zum Beispiel über eine Schraubverbindung, wobei ein O-Ring 31 zur Abdichtung eines Entlüftungsbereiches der Klemmeinheit 10 und ein O-Ring 33 zur Abdichtung der Kopplung mit dem Hydrauliksystem vorgesehen sind. Zur Herstellung der Schraubverbindung ist im Verbindungsbereich der ersten und zweiten Gehäuseabschnitte 18, 19, zum Beispiel am Fuß des zweiten Gehäuseabschnitts 19 eine Mehrkant-Eingriffsfläche 32 vorgesehen (siehe 1B)
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Ein Stützbolzen 12 ist mit einem Bolzenklemmabschnitt 13 in der Klemmeinheit 10 und mit einem Bolzenführungsabschnitt 14 in der Führungseinheit 15 axial verschiebbar gelagert.
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Die Klemmeinheit 10 im ersten Gehäuseabschnitt 18 umfasst eine geschlitzte Klemmhülse 11 und einen ringförmigen, konischen Hydraulikkolben 21, der über eine reibungsmindernd wirkende Lage von Stützkugeln 22 auf die Klemmhülse 11 wirkt.
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Bei Beaufschlagung des Hydraulikkolbens 21 mit einem Arbeitsdruck, zum Beispiel im Bereich von 70 bar bis 80 bar, wird dieser in Axialrichtung so verschoben, dass der Innendurchmesser der Klemmhülse 11 verringert und eine Klemmkraft auf den Stützbolzen 12 ausgeübt wird. Bei Entlastung des Hydraulikkolbens 21 (Wegfall des Arbeitsdrucks) bewirkt eine Klemmkolben-Rückstellfeder 23 eine Rückführung des Hydraulikkolbens 21 in umgekehrter Axialrichtung.
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Die Führungseinheit 15 wird durch den zweiten Gehäuseabschnitt 19 im Wesentlichen in Gestalt eines Hohlzylinders gebildet. Die innere Oberfläche des zweiten Gehäuseteils 19 bildet die Bolzenführung 16. An der zur Klemmeinheit 10 weisenden Seite ist die Bolzenführung 16 mit der Klemmhülse 11 koaxial ausgerichtet. Am freien, zum abzustützenden Werkstück weisenden Ende der Bolzenführung 16 ist eine Abdichtung 30 vorgesehen, die das Innere der Bolzenführung 16 gegenüber der Umgebung des Abstützelements 100 verschließt. Die Abdichtung 30 ist z. B. ein Abstreifer, der ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen in die Führungseinheit 15 verhindert.
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Der Stützbolzen 12 erstreckt sich in Axialrichtung des Abstützelements 100 von der Klemmeinheit 10 durch die Führungseinheit 15. Am freien Ende der Führungseinheit 15 ragt der Stützbolzen 12 aus dem zweiten Gehäuseabschnitt 19. Am vorragenden Ende des Stützbolzens 12 ist das Druckstück 20 angeordnet, das zum Anlegen an das abzustützende Werkstück ausgelegt ist.
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Im Stützbolzen 12 ist ein stabförmiges Betätigungselement 25 verschiebbar angeordnet. An dem zur Klemmeinheit 10 weisenden Ende des Betätigungselements 25 liegt ein Anlegekolben 26 an, der über eine Drosselscheibe 27 mit dem Arbeitsdruck des Hydrauliksystems beaufschlagt werden kann. Am entgegengesetzten Ende des Betätigungselements 25 im Führungsteil 15 ist eine Anlegefeder 28 vorgesehen, die eine flache Federkennlinie aufweist und über die das Betätigungselement 25 gegen das Druckstück 20 und mit diesem gegen den Stützbolzen 12 drückt.
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In einem konkreten Beispiel ist das Abstützelement 100 aus Stahl hergestellt. Der Stützbolzen 12 und das Druckstück 20 sind vorzugsweise aus gehärtetem Stahl hergestellt. Die Klemmhülse 11 hat zum Beispiel eine axiale Länge von 50 mm, während die Führungseinheit 15 zum Beispiel eine axiale Länge von 200 mm aufweist. Der Außendurchmesser der Klemmeinheit beträgt zum Beispiel 26 mm, während der Außendurchmesser der Führungseinheit zum Beispiel 16 mm und der Durchmesser des Stützbolzens 12 zum Beispiel 10 mm beträgt. Zum Abstützen großer, massereicher Werkstücke können der Durchmesser des Stützbolzens 12 (z. B. 50 mm oder mehr) und entsprechend die Außendurchmesser der Klemm- und Führungseinheiten 15 erheblich größer sein.
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Bei einer praktischen Anwendung der Erfindung ist mindestens ein Abstützelement 100 an einem Bearbeitungszentrum mit dem Hydrauliksystem gekoppelt. Das Bearbeitungszentrum weist des Weiteren eine Spanneinrichtung zum Spannen eines Werkstücks und Bearbeitungswerkzeuge auf. Mit dem mindestens einen Abstützelement 100 wird das mit der Spanneinrichtung eingespannte Werkstück (nicht dargestellt) zusätzlich stabilisiert und/oder an Gegenpunkten zum weiteren Spannen abgestützt.
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Die Einstellung des Abstützelements 100 umfasst bei einem Ausfahren des Stützbolzens 12 unter der Wirkung eines Hydraulikdrucks, der vorzugsweise ebenfalls mit dem Hydrauliksystem bereitgestellt wird, die folgenden Schritte. Bei abgewandelten Ausführungsformen, bei denen das Ausfahren des Stützbolzens 12 unter der Wirkung eines Pneumatikdrucks oder einer Federkraft erfolgt, werden die Teilschritte zur Erzielung der Anlagestellung entsprechend angepasst.
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Zunächst ist die Klemmeinheit 10 im druckfreien Zustand, so dass der Stützbolzen 12 frei axial verschiebbar ist (Freigabezustand). Bei Einschalten des Hydrauliksystems steigt, durch die Wirkung der Drosselscheibe 27 verlangsamt, zunächst der Arbeitsdruck am Anlegekolben 26 im Klemmteil 10, so dass das Betätigungselement 25 gegen die Wirkung der Anlegekolben-Rückstellfeder 29 vorgeschoben wird, bis das Druckstück 20 das abzustützende Werkstück berührt.
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Bei weiterem Vorschub wird durch die Wirkung der Anlegefeder 28 eine Anlegekraft derart aufgebaut, dass der Stützbolzen 12 am Werkstück anliegt (Anlagestellung des Stützbolzens 12).
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Wenn der Stützbolzen 12 die Anlagestellung erreicht hat und das Werkstück berührt, steigt der Arbeitsdruck im ersten Gehäuseteil 18 weiter an, bis die Bewegung des konischen Hydraulikkolbens 21 und damit das Klemmen des Bolzenklemmabschnitts 13 vom Stützbolzen 12 in der Klemmhülse 11 bewirkt wird (Klemmzustand). In dieser Situation wird das eingespannte Werkstück durch das mindestens eine Abstützelement 100 zusätzlich abgestützt.
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Nach Beendigung der Bearbeitung des Werkstücks und dessen Entfernung vom Bearbeitungszentrum erfolgt das Abschalten des Arbeitsdrucks, woraufhin zunächst die Klemmkolben-Rückstellfeder 23 den konischen Hydraulikkolben 21 zurückführt, so dass die Klemmhülse 11 freigegeben wird, und anschließend der Stützbolzen 12 unter der Wirkung der Anlegekolben-Rückstellfeder 29 in die Rückzugsstellung zurückgezogen wird.
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In 3 ist die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstützelements 100 für den Hochdruckbetrieb in Draufsichten senkrecht zur Axialrichtung (3A) und in Axialrichtung (3B) gezeigt. 4 zeigt einen Längsschnitt des Abstützelements 100 entlang der Linie IV-IV in 3A.
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Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Abstützelement 100 die Klemmeinheit 10 und die Führungseinheit 15, die jeweils entsprechend durch die ersten und zweiten Gehäuseabschnitte 18, 19 des Gehäuses 17 gebildet werden. Des Weiteren sind wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung der Stützbolzen 12, ein Betätigungselement 25, ein Anlegekolben 26, eine Anlegekolben-Rückstellfeder 29 und eine Anlegefeder 28 vorgesehen. Die Bereiche des Stützbolzens 12 in der Klemmeinheit 10 und in der Bolzenführung 16 der Führungseinheit 15 werden jeweils als Bolzenklemmabschnitt 13 und Bolzenführungsabschnitt 14 bezeichnet. Die genannten Teile wirken zusammen, wie oben unter Bezug auf die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde.
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Abweichend von der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klemmeinheit 10, wie in 4 gezeigt ist, im ersten Gehäuseabschnitt 18 die Klemmhülse 11, welche direkt mit dem Arbeitsdruck vom Hydrauliksystem beaufschlagt wird.
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Das Abstützen eines Werkstücks erfolgt derart, dass ausgehend vom Freigabezustand (Klemmhülse 11 druckfrei) bei Einschalten des Hydrauliksystems der Arbeitsdruck zunächst über die Drosselscheibe 27 auf den Anlegekolben 26 wirkt, bis dieser gegen die Wirkung der Anlegekolben-Rückstellfeder 29 mit dem Betätigungselement 25 und der Anlegefeder 28 der Stützbolzen 12 mit dem Druckstück 20 gegen das Werkstück angelegt hat (Anlagestellung). Bei weiterem Anstieg des Hydraulikdrucks verringert sich der Durchmesser der Klemmhülse 11, bis diese den Stützbolzen 12 in der Anlagestellung klemmt (Klemmzustand). Der Hydraulikdruck wird beibehalten, bis das Werkstück im abgestützten Zustand verspannt ist.
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Die Freigabe des Werkstücks erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, in dem nach Abschalten des Hydraulikdrucks zunächst die Klemmhülse 11 in den Freigabezustand überführt wird. Unter der Wirkung der Anlegekolben-Rückstellfeder 29 wird der Stützkolben 12 zurückgezogen.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Abstützelement
- 10
- Klemmeinheit
- 11
- Klemmhülse
- 12
- Stützbolzen
- 13
- Bolzenklemmabschnitt
- 14
- Bolzenführungsabschnitt
- 15
- Führungseinheit
- 16
- Bolzenführung
- 17
- Gehäuse
- 18
- erster Gehäuseabschnitt
- 19
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 20
- Druckstück
- 21
- Hydraulikkolben
- 22
- Stützkugeln
- 23
- Klemmkolben-Rückstellfeder
- 25
- Betätigungselement
- 26
- Anlegekolben
- 27
- Drosselscheibe
- 28
- Anlegefeder
- 29
- Anlegekolben-Rückstellfeder
- 30
- Abdichtung
- 31
- O-Ring
- 32
- Mehrkant-Eingriffsfläche
- 33
- O-Ring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1901283 [0002, 0042]
- DE 102006053490 A1 [0002, 0042]
