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Die Erfindung betrifft ein fluidisches Spannsystem, insbesondere pneumatisches Spannsystem, insbesondere zum Außenspannen von Werkstücken mit einem quaderförmigen Gehäuse, das zwei Längsseiten, zwei Querseiten, eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, mit wenigstens einer entlang einer Führungsachse verschieblich gelagerten Backe, mit wenigstens einer entlang der Führungsachse verlaufenden Führungsfläche und/oder Gleitfläche, mit einem Kolbenraum, in dem ein senkrecht zur Führungsachse, entlang einer Kolbenachse verlagerbarer Kolben vorgesehen ist, mit einem zwischen dem Kolben und der Backe bzw. den Backen vorgesehenen Keilhakengetriebe, und mit wenigstens einem im Gehäuse vorgesehenen Fluidkanal mit einem wenigstens an einer Querseite bzw. Längsseite vorgesehenen Einlass und wenigstens einem an der wenigstens einen Führungsfläche und/oder Gleitfläche vorgesehenen Auslass.
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Solche fluidischen Spannsysteme sind beispielsweise mit dem Kraftspannblock TANDEM KSP plus der Fa. SCHUNK GmbH & Co. KG bekannt, umfassen ein quaderförmiges Gehäuse mit zwei Längsseiten, zwei Querseiten, einer Unterseite und eine Oberseite. Parallel zu den Längsseiten sind entlang einer Führungsachse verlaufende Führungsflächen und parallel zur Unterseite sind entlang einer Gleitachse verlaufende Gleitflächen vorgesehen, wobei zwei entlang der Führungsflächen und/oder entlang der Gleitflächen an der Oberseite verschieblich gelagerte Backen vorgesehen sind. An den Backen sind Spann-/Greifelemente zum Außenspannen von Werkstücken anbringbar. Zudem ist ein Kolbenraum vorgesehen, in dem ein senkrecht zur Führungsachse, entlang einer Kolbenachse verlagerbarer Kolben angeordnet ist, wobei der Kolben durch Einbringen von Druckluft in das Spannsystem bidirektional bewegt werden kann. Zwischen dem Kolben und der Backe bzw. den Backen ist ein Getriebe, insbesondere Keilhakengetriebe, vorgesehen, wobei ein Verlagern des Kolbens bzw. des Getriebes nach oben zu einem Verlagern der Backen nach außen und ein Verlagern nach unten zu einem Verlagern der Backen nach innen führt. Ferner sind im Gehäuse zwei parallel zur Längsseite verlaufende Fluidkanäle mit jeweils einem Einlass an jeder Querseite angeordnet. Zudem sind jeweils zwei Auslässe an der Gleitfläche vorgesehen.
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Derartige fluidische Spannsysteme sollen bei einer hohen Spannkraft möglichst kompakt bauen, sodass der Maschinenraum maximal ausgenutzt werden kann. Folglich steht nur ein begrenzter Raum zum Anordnen der erforderlichen Spannkomponenten zur Verfügung. Dazu zählen neben den Backen, dem Getriebe und dem Kolben unter anderem Kanäle zum Durchführen von Schmiermittel, welche für eine optimale Schmierung der Backen, des Kolbens und des Getriebes erforderlich sind.
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Zur optimalen Schmierung sind Kanäle einsatznah an den erforderlichen Komponenten des Spannsystems angeordnet. Dies bedingt eine geringere Flexibilität bei der Ausgestaltung des Spannsystems. Beispielsweise ist der Kolbenraum kleiner auszulegen, da Kanäle von einem Einlass im Gehäuse zu den Backenführungen verlaufen und den Kolbenraum begrenzen. Ein kleinerer Kolbenraum kann bei einem pneumatischen Spannsystem zu einer geringeren Spannkraft führen.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein fluidisches Spannsystem mit einer einfach herzustellenden Schmiermittelführung für eine höhere Flexibilität bei der Auslegung des Spannsystems bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein fluidisches Spannsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Folglich sieht das Spannsystem wenigstens einen Fluidkanal, insbesondere einen Fluidkanal je Seite der Backe bzw. der Backen, zum Durchführen von Schmiermittel vor, wobei der wenigstens eine Fluidkanal einen entlang einer ersten Kanalabschnittsachse verlaufenden ersten Kanalabschnitt aufweist. Dabei schneidet die erste Kanalabschnittsachse eine Querseite und eine Längsseite des Gehäuses. Somit ist der Kanalabschnitt im Wesentlichen entlang einer Geraden ausgebildet. Eine derartige Anordnung des Kanalabschnitts bzw. der Kanalabschnittsachse hat gegenüber einer Anordnung parallel zu den Querseiten bzw. Längsseiten den Vorteil einer höheren Flexibilität in der Ausgestaltung des Gehäuses bzw. des Gehäuseinneren. Insbesondere der Kolbenraum kann flexibler gestaltet werden, da zumindest der Fluidkanal weiter von der Kolbenachse beabstandet ist. Je nach Anwendungsfall kann der Kanalabschnitt folglich in nicht für die Funktion des Spannens relevante Bereiche des Gehäuses angeordnet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die erste Kolbenabschnittsachse in einer senkrecht zur Kolbenachse verlaufenden Kanalebene liegt. Dies begünstigt eine einfache Herstellbarkeit des Kanalabschnitts.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Kanalebene entlang der Kolbenachse vom Kolbenraum beabstandet ist. Ein vertikaler Abstand zwischen der Kolbenachse und dem Kolbenraum ermöglicht eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung des Kolbenraums, da die Kanalabschnitte möglichst wenig Raum im Gehäuse einnehmen.
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Ferner weist der Fluidkanal vorteilhafterweise einen weiteren Kanalabschnitt auf, wobei der Kanalabschnitt entlang einer in der Kanalebene verlaufenden Kanalabschnittsachse verläuft. Es ist denkbar, dass die weitere Kanalabschnittsachse ebenfalls die Querseite und die Längsseite des Gehäuses schneidet. Folglich ist zum Schmieren der Führungsflächen und/oder der Gleitfläche je Seite ein Fluidkanal vorgesehen, wobei jeder Fluidkanal einen ersten Kanalabschnitt und einen weiteren Kanalabschnitt aufweist. Die erste und die weitere Kanalabschnittsachse schließen vorteilhafterweise in der Kanalebene auf der der Kolbenachse zugewandten Seite einen stumpfen Winkel ein. Der stumpfe Winkel liegt in einem Bereich zwischen 90° und 180°, insbesondere in einem Bereich zwischen 120° und 150°. Dadurch ist eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung des Spannsystems bzw. des Gehäuses insbesondere im mittigen Bereich zwischen den beiden Querseiten möglich. Der mittige Bereich erstreckt sich zwischen zwei parallel zu den Querseiten angeordneten Referenzebenen, wobei die eine Referenzebene einen horizontalen Abstand von 1/3 der Systemlänge zur einen Querseite und die zweite Referenzebene einen horizontalen Abstand von 1/3 der Systemlänge zur zweiten Querseite aufweist. Die Systemlänge entspricht dem horizontalen Abstand zwischen den beiden Querseiten.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass an der ersten Querseite ein Einlass vorgesehen ist, der in den ersten Kanalabschnitt mündet und alternativ oder zusätzlich an der zweiten Querseite ein weiterer Einlass in einen weiteren Kanalabschnitt mündet. In die Einlässe können Schmiernippel und/oder Stopfen eingebracht werden. Die Zugänglichkeit des ersten und des weiteren Kanalabschnitts über den Einlass in den beiden Querseiten ermöglicht ein einfaches Einbringen der Kanalabschnitte in das Gehäuse beispielsweise mittels eines Bohrers. Zusätzlich kann von einer Querseite oder von beiden Querseiten Schmiermittel in das Spannsystem eingebracht werden. Es ist denkbar, dass ein Einlass oder beide Einlässe in den Querseiten temporär oder dauerhaft verschließbar sind. Alternativ können die Kanalabschnitte in einem additiven Fertigungsverfahren bereits im Gehäuse vorgesehen sein, wobei dann auch komplexere Geometrien neben der geraden Ausgestaltung einfach herstellbar sind.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn die Querseite eine Systembreite aufweist. Die Systembreite erstreckt sich horizontal von der ersten zur zweiten Längsseite. Dabei ist der Einlass in der ersten Querseite und/oder der Einlass in der zweiten Querseite mit einem horizontalen Abstand im Bereich zwischen 1/6 bis 1/2 der Systembreite zur ersten Längsseite vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann jeweils ein zweiter Einlass in der ersten und/oder zweiten Querseite vorgesehen sein, wobei diese einen horizontalen Abstand im Bereich zwischen 1/6 bis 1/2 der Systembreite zur zweiten Längsseite aufweisen.
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Vorteilhafterweise schneiden sich der erste Kanalabschnitt und der weitere Kanalabschnitt in einem Schnittpunkt. Der Schnittpunkt ist dabei im mittigen Bereich zwischen den Querseiten bzw. Längsseiten angeordnet. Der Schnittpunkt kann dabei auf einer parallel zu den Querseiten und durch die Kolbenachse verlaufenden Mittelebene oder außermittig hin zu einer Querseite zwischen den beiden Referenzebenen liegen.
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Eine vorteilhafte Weiterentwicklung sieht einen entlang einer Schmierkanalachse verlaufenden Schmierkanalabschnitt vor, der einerends in den ersten oder weiteren Kanalabschnitt und andererends in den an den Führungsflächen und/oder an den Gleitflächen angeordneten Auslass mündet. Die Schmierkanalachse und die die Schmierkanalachse schneidende Kanalabschnittsachse spannen eine Schmierebene auf, die mit der Kanalebene auf der der Führungsachse zugewandten Seite einen spitzen Winkel einschließen. Der spitze Winkel liegt in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere in einem Bereich von 15° bis 40°. Über den Schmierkanalabschnitt kann die Schmierung der Führungsflächen und der Gleitflächen bzw. der Backe erfolgen. Durch die Ausbildung entlang der Schmierkanalachse ist der Schmierkanalabschnitt besonders einfach herzustellen, z.B. durch eine von schräg oben eingebrachte Bohrung. Zudem ermöglicht die Anordnung der Schmierebene gegenüber der Kanalebene eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung des Gehäuses im Bereich oberhalb der Kanalebene.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn ein weiterer entlang einer weiteren Schmierkanalachse verlaufender Schmierkanalabschnitt vorgesehen ist. Der weitere Schmierkanalabschnitt mündet ebenfalls einerends in den ersten oder weiteren Kanalabschnitt und andererends in den an den Führungsflächen und/oder an den Gleitflächen angeordneten Auslass. Die weitere Schmierkanalachse und die die Schmierkanalachse schneidende Kanalabschnittsachse spannen eine weitere Schmierebene auf, die mit der Kanalebene auf der der Führungssachse zugewandten Seite ein spitzen Winkel einschließen. Die Ausbildung des spitzen Winkels ist analog zur ersten Schmierebene in einem Bereich von 0° bis 90°, insbesondere in einem Bereich von 15° bis 40° vorgesehen. Der weitere Schmierkanalabschnitt geht mit einer besseren Verteilung des Schmiermittels an den Backen bzw. an den Führungsflächen und/oder Gleitflächen einher. Es ist denkbar, dass die Schmierkanalabschnitte beidseitig jeweils an den Fluidkanälen vorgesehen sein können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung sieht wenigstens einen entlang einer Zuführkanalachse verlaufenden Zuführkanalabschnitt vor, der einerends in den ersten oder weiteren Kanalabschnitt und andererends in einen weiteren Einlass an der Unterseite mündet. Die Zuführkanalachse ist parallel zur Kolbenachse ausgebildet. Dadurch kann zusätzlich über die Unterseite in einfacher Art und Weise Schmiermittel in das Spannsystem eingebracht werden. Durch die Ausbildung des Zuführkanalabschnitts entlang der Zuführkanalachse kann der Zuführkanalabschnitt besonders einfach beispielsweise mittels einer Bohrung in das Gehäuse eingebracht werden. Durch die verschiedenen Einlässe zu den Fluidkanälen bzw. den Abschnitten kann das Spannsystem über ein automatisches und/oder ein manuelles Zuführsystem mit Schmiermittel versorgt werden.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, zur Verstärkung der Spannkraft der wenigstens einen Backe vorgesehen. In Ansicht entlang der Kolbenachse kann die Feder zwischen zum einen dem ersten und weiteren Kanalabschnitten und zum anderen dem Kolben und dem Keilhakengetriebe vorgesehen sein. Dabei kann die wenigstens eine Feder gegen die Backen unmittelbar wirken. Alternativ kann die Feder gegen die Backe mittelbar wirken, indem die Feder gegen den Kolben, gegen das Keilhakengetriebe oder gegen einen mit dem Kolben zusammenwirkenden Druckteller beaufschlagt ist. Folglich kann der zur flexiblen Ausgestaltung des Gehäuses vorgesehene Raum durch das Vorsehen einer Federkraft ausgenutzt werden. Dies ermöglicht die Verstärkung der Spannkraft des pneumatischen Spannsystems ohne Vergrößerung des Gehäuses.
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Ferner ist vorteilhaft wenn mehrere Federn vorgesehen sind, die um die Kolbenachse entlang einer Kreisbahn angeordnet sind. Eine derartig symmetrische Anordnung bewirkt eine gute Lastverteilung.
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Vorteilhafterweise ist ferner an den Kolbenraum je Feder eine Federtasche angeschlossen, wobei jeweils ein Abschnitt der Feder innerhalb der Federtasche und ein weiterer Abschnitt innerhalb des Kolbenraums angeordnet ist. Die Führung der Feder in der Federtasche hat eine stabilisierende Wirkung und verringert das Risiko von ungewollter Verlagerung der Federn.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
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Es zeigen:
- 1 schematische Schnittdarstellung eines Spannsystems mit Schnitt teilweise durch den Kolbenraum und die Kanalebene;
- 2 schematische Darstellung des Spannsystems nach 1 mit transparenter Darstellung des Gehäuses;
- 3 schematische Darstellung des Spannsystems nach 1 ohne Druckteller, ohne Druckfedern, ohne Kolben, ohne Keilhakengetriebe;
- 4 schematische Schnittdarstellung des Spannsystems nach 1 ohne Backen und mit Schnitt teilweise durch die Kanalebene und zwei Schmierebenen;
- 5 schematische Darstellung des Spannsystems nach 1 mit Perspektive auf eine Querseite;
- 6 schematische Schnittdarstellung des Spannsystems nach 1 mit Schnitt des Spannsystems gemäß Linie VI-VI der 5;
- 7 schematische Schnittdarstellung des Spannsystems nach 1 mit Schnitt des Spannsystems gemäß Linie VII-VII der 6; und
- 8 schematische Schnittdarstellung des Spannsystems nach 1 mit Schnitt des Spannsystems gemäß Linie VIII-VIII der 6.
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In den 1 bis 8 ist ein pneumatisches Spannsystem 10 zum Außenspannen von Werkstücken gezeigt. Das Spannsystem 10 umfasst ein quaderförmiges Gehäuse 12 mit zwei Längsseiten 14, zwei Querseiten 16, einer Oberseite 18 und einer Unterseite 20. In 1 ist ersichtlich, dass an der Unterseite 20 vier Schrauben 22 bzw. Bolzen 22 zum Montieren des Spannsystem 10 auf einem Maschinentisch vorgesehen sind. Das Gehäuse 12 ist an der Unterseite 20 mit einem Gehäuseboden 24 verschlossen. Im Gehäuseboden 24 sind mehrere Bohrungen 26 zum Betätigen von Teilfunktionen vorgesehen.
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2 ist zu entnehmen, dass an der Oberseite 18 zwei Backen 28 entlang der Führungsflächen 30 und entlang der Gleitflächen 32 verschieblich gelagert sind. Die Backen 28 sind mit Spitzverzahnung an der Backenoberfläche 34 ausgebildet. In 4 ist das Spannsystem 10 ohne Backen 28 dargestellt, wodurch die Führungsflächen 30 und die Gleitflächen 32 sichtbar sind. Die Führungsflächen 30 sind parallel zu den Längsseiten 14 und entlang einer Führungsachse 36 ausgebildet.
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Die Gleitflächen 32 sind parallel zur Unterseite 20 und entlang der Führungsachse 36 ausgebildet.
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In den 6 bis 8 ist ein Kolbenraum 40 zu sehen, in dem ein entlang einer Kolbenachse 42 verlagerbarer Kolben 44 vorgesehen ist. Die Kolbenachse 42 ist senkrecht zur Führungsachse 36 ausgebildet. Zwischen dem Kolben 44 und den Backen 28 bzw. zwischen den Backen 28 ist ein Keilhakengetriebe 46 vorgesehen. Der Kolben 44 wirkt mit den Backen 28 über das Keilhakengetriebe 46 derart zusammen, dass eine Verlagerung des Kolbens 44 entlang der Kolbenachse 42 zu einer Verlagerung der Backen 28 entlang der Führungsachse 36 führt. Wenn der Kolben 44 nach oben, also in Richtung der Oberseite 18 des Gehäuses 12, verlagert wird, dann werden die Backen 28 nach außen, also weg von der Kolbenachse 42, gedrängt. Gleichermaßen wirkt die entgegengesetzte Richtung. Der Kolben 44 ist durch Einbringen von insbesondere Druckluft in das Spannsystem 10 nach oben oder nach unten verlagerbar.
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Die 1, 4 und 6 zeigen zwei Fluidkanäle 48 im Gehäuse 12. Die Fluidkanäle 48 weisen jeweils einen Einlass 50 an den beiden Querseiten 16, jeweils zwei Auslässe 51 an den Gleitflächen 32, jeweils einen Auslass 51 an den Führungsflächen 30, und jeweils zwei Kanalabschnitte 52 und 54 und jeweils zwei Schmierkanalabschnitte 68 und 70 auf. Die Einlässe 50 der in 6 unteren Querseite 16 und der in 7 linken Querseite 16 sind mittels Schalldämpfern verschlossen.
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Der erste Kanalabschnitt 52 verläuft entlang einer ersten Kanalabschnittsachse 58 und der weitere Kanalabschnitt 54 verläuft entlang einer weiteren Kanalabschnittsachse 60. Die Kanalabschnitte 52 und 54 bzw. deren Kanalabschnittsachsen 58 und 60 schneiden sich im Schnittpunkt 56. Die Kanalabschnittsachsen 58 und 60 schneiden zudem eine Längsseite 14 und jeweils eine gegenüberliegende Querseite 16. Zudem sind die Kanalabschnittsachsen 58 und 60 in einer senkrecht zur Kolbenachse verlaufenden Kanalebene 62 angeordnet, welche in 8 ersichtlich ist.
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Über die Einlässe 50 kann das Spannsystem mit Schmiermittel versorgt werden, wobei in die Einlässe 50 Schmiernippel und/oder Stopfen einbringbar sind. Durch die Anordnung der Kanalabschnitte 52 und 54 in einer Kanalebene 62 entlang einer Geraden ist eine einfache Herstellung durch Einbringen von Bohrungen von der Querseite 16 sichergestellt.
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Aus den 6, 7 und 8 ist ersichtlich, dass die Kanalebene 62 entlang der Kolbenachse 42 vom Kolbenraum 40 mit einem Abstand A beabstandet ist, wobei der Abstand A insbesondere in einem Bereich zwischen 0,5 cm und 10 cm liegt. Insbesondere in 7 und 8 ist die vertikale Anordnung der Einlässe 50 und damit einhergehend der Kanalebene 62 zu entnehmen. Der Abstand A ermöglicht eine flexiblere Gestaltung der Kolbenraums 40.
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In den 1, 4 und 6 ist der Verlauf der ersten Kanalabschnittsachse 58 und der weiteren Kanalabschnittsachse 60 zu entnehmen, wobei beide Kanalabschnittsachsen 58 und 60 in der Kanalebene 62 auf der der Kolbenachse 42 zugewandten Seite einen stumpfen Winkel α mit ca. 135° einschließen. Zudem ist der Schnittpunkt 56 im mittigen Bereich 64 im Gehäuse 12 oberflächennah zur Längsseite 14 angeordnet. Der mittige Bereich 64 erstreckt sich dabei zwischen einer ersten Referenzebene 66, welche parallel zur Querseite 16 ausgebildet ist und einen horizontalen Abstand von 1/3 der Systemlänge zur ersten Querseite 16 aufweist und einer zweiten Referenzebene 67, welche parallel zur Querseite 16 ausgebildet ist und einen horizontalen Abstand von 1/3 der Systemlänge zur zweiten Querseite 16 aufweist. Die Systemlänge entspricht dem horizontalen Abstand zwischen den beiden Querseiten 16. Folglich ist eine flexiblere Ausgestaltung des Gehäuses 12 und dem Kolbenraums 40 insbesondere im mittigen Bereich 64 möglich.
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In 2 und 6 ist zu erkennen, dass die Einlässe 50 einen horizontalen Abstand zu einer Längsseite 14 von 1/3 der Systembreite aufweisen. Die Systembreite entspricht der dem horizontalen Abstand zwischen den Längsseiten 14.
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In 4 ist gezeigt, dass der Fluidkanal 48 neben den Kanalabschnitten 52 und 54 zwei Schmierkanalabschnitte 68 und 70 umfasst, welche jeweils entlang einer Schmierkanalachse 72 und 74 verlaufen. Die Schmierkanalabschnitte 68 und 70 schneiden die Gleitfläche 32 in den Auslässen 51. Andererends münden die Schmierkanalabschnitte 68 und 70 in den ersten Kanalabschnitt 52 oder in den weiteren Kanalabschnitt 54. Die Schmierkanalachsen 72 und 74 spannen jeweils mit der durch die Schmierkanalachse 72 und 74 geschnittenen Kanalabschnittsachse 58 bzw. 60 eine Schmierebene 76 und 78 auf. Die Schmierebenen 76 und 78 schließen mit der Kanalebene 62 einen spitzen Winkel β von ca. 60° ein. Eine derartige konturnahe Anordnung der Kanäle ermöglicht eine möglichst große Ausbildung des Kolbenraums 40.
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8 zeigt einen Zuführkanalabschnitt 80 des Fluidkanals 48, welcher entlang einer parallel zur Kolbenachse 42 ausgebildeten Zuführkanalachse 82 verläuft. Der Zuführkanalabschnitt 80 schneidet einerends die Unterseite 20 in einem Bodeneinlass 83 und mündet andererends in den ersten Kanalabschnitt 52 oder in den weiteren Kanalabschnitt 54. Je Seite ist ein Zuführkanalabschnitt 80 vorgesehen. Folglich ist beispielsweise eine manuelle Zuführung über einen der Einlässe 50 und eine automatische Zuführung von Schmiermitteln über die Bodeneinlässe 83 möglich.
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Den 1, 2, 6, 7 und 8 ist zu entnehmen, dass acht Druckfedern 84 zur Verstärkung der Spannkraft der Backen 28 auf einem Druckteller 86 vorgesehen sind. Die Druckfedern 84 sind dabei im mittigen Bereich 64 und in Ansicht entlang der Kolbenachse 42 zwischen den beiden gegenüberliegenden Fluidkanälen 48 angeordnet. Die Druckfedern 84 sind zusätzlich auf einer um die Kolbenachse 42 angeordneten Kreisbahn 88 vorgesehen. Die Druckfedern 84 befinden sich abschnittsweise im Kolbenraum 40 und, wie in 3 zu sehen, abschnittsweise in an den Kolbenraum 40 anschließenden Federtaschen 90, wobei je Druckfeder 84 eine Federtasche 90 entlang der Kreisbahn 88 vorgesehen ist.
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Somit kann durch die Ausbildung der Fluidkanäle 48 bzw. dessen Abschnitte der Kolbenraum 40 vergleichsweise groß ausgebildet werden, ohne das Spannsystem insgesamt zu vergrößern. Der geschaffene Raum kann insbesondere für möglichst große Druckfedern zur Verstärkung der Spannkraft genutzt werden.
