-
P A T E N T B E S C H R E I B U N G "V e r f a h r e n z u m S p
a n n e n v o n W e r k s t ü c k e n " 1. Problemstellung Spannwerkzeuge haben
die Aufgabe,ein Werkstück während seiner Bearbeitung in der dazu erforderlichen
Lage zu halte und die auf das Werkstück einwirkenden Bearbeitungskräfte aufzunehmen.
-
Für jeden Bearbeitungsvorgang ist eine bestimmte Mindestspannkraft
erforderlich,die vor der Bearbeitung von Hand, durch Drucköl oder durch Druckluft
aufzubringen ist und die während der Bearbeitung nicht unterscritten werden darf.
-
In herkömmlichen,mechanischen Spannwerkzeugen,wie z.B. dem Maschinenschraubstock,wird
die Spannkraft bei jedem Spannvorgang von einer handbetätigten Spannschraube einmalig
erzeugt.Nach dem Einspannen muß die einmal erzeugte Spannkraft während des gesamten
Bearbeitungsvorgangs durch die Selbsthemmung der Spannschraube aufrecht erhalten
bleiben.
-
Beim Bearbeiten des eingespannten Werkstücks,z.B.durch Fräsen oder
Hobeln,entstehen Schwingungen und Stöße,die vom Werkstück über die Spannbacken auf
die Spannschraube übertragen werden und diese somit schrittweise lockern,ähnlich
wie sich eine ungesicherte Schraube unter schwingender Belastung langsam löst.iie
Spannkraft mechanischer Spannwerkzeuge kann sich ferner dadurch. verringern,daß
die Spannzähne oder die Spitzen einer gerieften Spannfläche unter dem Einfluß der
aufzunehmenden Bearbeitungskräfte langsam in das Werkstück eindringen, Das Nachlassen
der Spannkraft ist beim Bearbeiten eines Werkstücks äußerst unerwünscht und kann
zur Folge haben, daß sich das Werkstück verschiebt,verdreht oder fortgeschleudert
wird,wobei erheblicher Schaden an Werkstück und Werkzeug entstehen kann.Aus diesen
Gründen muß beim mechanischen bzw.starren Spannen mit ausreichendem
Sicherheitsmaß,d.h.
~mit wesentlich höherer Spannkraft, als eigentlich notwendig wäre,gespannt werden.
-
Es ist bekannt,daß hydraulische oder pneumatische Spannwerkzeuge beim
gleichen Bearbeitungsvorgang ei Werkstück wesentlich zuverlässiger spannen als mechanische
Spannwerkzeuge.Der Grund hierfür ist,da# die Spannkraft hydraulischer oder pneumatischer
Spannwerkzeuge während der gesamten Spanndauer ohne Kraft~erlls-t auf dem eingestellten
Wert verbleibt und auch bei größeren Verschiebungen des Werkstücks durch die Bearbeitungskräfte
nicht nachläßt.
-
Hydraulische oder pneumatische Spannwerkzeuge haben somit im Gegensatz
zu herkömmlichen, starren Spannwerkzeugen die Fähigkeit, jederzeit ohne Spanrikraftveriust
verzögerungsfrei nachzuspannen,Um verzögerungsfrei nachzuspannen,muß ein Spannwerkzeug
die hierzu notwendige Spannarbeit speichern.
-
Herkömmliche mechanische Spannwerkzeuge können aber selbst bei sehr
großen Spannkräfte@ rur sehr wenig Spannarbeit speichern,d.h.,die Spannkraft verz-sgert
sich bereits bei kleinsten Verschiebungen des Werkstücks » ehen den Spannbacken.Da
hydraulische oder pneumatische Spannwerkzeuge bereits bei geringen Spannkräften
die für das selbsttätige Nachspannen notwendige Spannarbeit speichern,genügen in
diesem Fall auch geringere Spannkräfte als bei einem starren Spannwerkzeug.Die Belastungen
von Werkstück und Bedienungsperson unterscheiden sich entsprechend.
-
Ein weiterer Nachteil herkömmlicher,mechanischer Spannwerkzeuge ist,daß
die wirksame Spannkraft beim Einspannen des Werkstücks nicht angezeigt wird und
daher auch nicht kontrolliert werden kann bzw.auf den jeweils günstigsten Wert eingestellt
werden kann.Die Spannkraft muß somi beim Spannen von Hand bei jedem Einspannen nach
dem persönlichen Ermessen der jeweiligen Bedienungsperson eingestellt werden und
unterliegt daher entsprechend großen Streuungen.Aus Sicherheitsgründen wird beim
mechanischen Spannen von Hand meistens mit der größten verfügbaren Handkraft gespannt,
auch wenn eine geringere Spannkraft in Wahrheit bereits ausreichend wäre.Werkstück
und Bedienungsperson werden somit unnötig hoch beansprucht.
-
Obwohl sich hydraulische oder pnev#atische Spannwerkzeuge für die
meisten Spannaufgaben wesentlich besser eignen als herkömmliche mechanische Spannwerkzeuge,wird
in der Einzelfertigung. wegen der geringeren Anschaffungskosten meistens mit mechanischen
Spannwerkzeugen gespannt,wobei die Nachteile des mechanischen Spannens in Kauf genommen
werden.
-
2. Zweck der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein
mechanisches handbetätigtes Spannwerkzeug zu schaffen,das beim Einspannen eines
Werkstücks die an den Spannbacken wirksame mamkraft anzeigt und nach dem Einspannen
während der gesamten Spanndauer selbsttätig nachspannt und somt einen 4lnkraftverlust
verhindert.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst'daß das Drehmoment
beim Einspannen des Werkstücks über eine Drehfeder auf das Getriebe des Spannwerkzeugs
, z B .die Spannschraube und die Spannmutter,übertragen wird.Die Drehfeder ist so
bemese sen,daß sie sich beim Einspannen um einen der Einspannkraft entsprechenden
WInkel elastisch verdreht und nach dem Einspannen durch ein zwischen Spannhebel
und Gehäuse befindliches Gesperre während der gesamten Bearbeltungs zeit des Werkstücks
in gespanntem Zustand verbleibt.Die Drehfeder hat erfindungsgemäß die Aufgabe,die
für das selbsttätige Nachspannen notwendige Spannarbeit zu speichern und anhand
ihres Verdrehungswinkels die wirksame Spannkraft anzuzeigen.Die gespannte Drehfeder
verhindert das beim starren Spannen unerwünschte Nachlassen der Spannkraft,indem
sie auf die Spannschraube fortwährend ein in Spannrichtung wirkendes Drehmoment
ausübt.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile gegenüber herkömmlichen,starren
Spannwerkzeugen sind hauptsächlich folgende: 1. Selbsttätiges Nachspannen eines
Werkstücks während seiner Bearbeitmig,2#inhalten der erforderlichen Spannkraft während
der gesamten Spanndauer.
-
2. Genaue und zuverlässige Anzeige bzw. Kontrolle der eingestellten
Spannkraft während des Einspannens von Hand.
-
3. Höhere Betriebssicherheit,verminderter Ausschuß und geringere Unfallgefahr
im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Spannwerkzeugen.
-
4.Verminderung der erforderlichen Spannkraft im Vergleich zur erforderlichen
Spannkraft beim Spannen mit herkömmlichen mechanischen Spannwerkzeugen.
-
5.Schonendes Spannen Druckempfindlicher Werkstücke durch die geringen
erforderlichen Spannkräfte.
-
6. Geringere Anstrengung bzw. Ermüdung der Bedienungsperson im Vergleich
zur Anstrengung beim Bedienen herkömmlicher mechanischer Spannwerkzeuge.
-
7. Geringerer Herstellungsaufwand im Vergleich zum Herstellungaufwand
hydraulischer oder pneumatischer Spannwerkzeuge gleicher Leistungsfähigkeit.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig.1 und wird im folgenden
näher beschrieben: Fig.1. zeigt einen handbetätigten Naschinenschraubstock mit einer
hohlen Spannschraube (i),in der sich eine Drehstabfeder (2) befindet.Beim Einspannen
eines Werkstücks zwischen der feststehenden Spannbacke (3) und der beweglichen Spannbacke
(4) durch Drehung des Handkurbelzapfens (5) wird die Drehbewegung des Handkurbelzapfens
(5) über die Drehstabfeder (2) auf das mit Drehstabfeder (2) fest verbundene hintere
Ende der Spannschraube (1) übertragen.Das Außengewinde von Spannschraube (1) wirkt
wie bei einem herkömmlichen Schraubstock auf das Innengewinde der beweglichen Spannbacke
(4) und erzeugt somit die gewünschte Spannkraft.Bei zunehmender Spannkraft verdreht
sich das vordere,mit Handkurbelzapfen (5) fest verbundene Ende der Drehstabfeder
(2) elastisch gegen das mit dem hinteren Ende von Spannschraube (1) fest verbundene
Ende der Drehstabfeder (2).Der elastische Verdrehungswinkel der Drehstabfeder (2)
ist ein Naß für die jeweils wirksame Spannkraft.Die Drehstabfeder (2) verbleibt
nach dem Einspannen für beliebig lange Zeit in dem jeweils eingestellten gespannten
Zustand.Die bleibende Spannung von
Drehstabfeder (2) wird durch
ein Gesperre ermöglicht, welches den Handkurbelzapfen (5) nach dem Einspannen mit
dem Gehäuse (6) des Maschinenschraubstocks verbindet.
-
Das Gesperre besteht aus einem mit Handkurbelzapfen (5) verbundenen
Zahnrad (7),welches durch Sperrklinke (8) während der gewünschten Spanndauer mit
dem Gehäuse (6) verbunden ist.Die Sperrklinke (8) läßt sich beim Ausspannen des
Werkstücks von Hand lösen.
-
Eine mit Handkurbelzapfen (5) verbundene Skalenteilung zeigt den elastischen
Verdrehungswinkel von Drehstabfeder (2) gegenüber dem Gehäuse (6) an,wodurch sich
beim Aufbringen der Spannkraft mühelos die eingestellte Spannkraft ablesen läßt.
-
Das Verfahren zum Spannen von Werkstücken läßt sich außer an einem
Maschinenschraubstock auch an anderen mechanischen Spannwerkzeugen anwenden,bei
denen die Spannkraft von Hand aufgebracht wird,wie z.B. das Drehbankfutter.
-
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens zum Spannen von Werkstücken ist,daß
sich die erforderliche Drehfeder raumsparend in einer Hohlspindel anordnen läßt
~die auch nachträglich in vorhandene Spannwerkzeuge eingebaut werden kann.