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Spannvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zum Spannen von
zylindrischen Werkstücken.
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Es ist bekannt, zylindrische Werkstücke durch Prismen zu spannen.
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Dazu ist es nötig, die Prismen so weit voneinander wegzubewegen, daß
das Werkstück eingelegt werden kann, worauf die Prismen wieder auf das Werkstück
zubewegt werden müssen, um dieses zu spannen. Dieser Vorgang ist umständlich und
zeitraubend.
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VS ist Aufgabe cr vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung zu
erstellen, welche möglichst schnell und einfach zu bedienen ist, eine hohe Spanngenauigkeit
aufweist, auch mit geringem Kraftaufwand eine hohe Spannkraft erzeugt und beim Einlegen
des Werkstückes eine selbständige Zentrierung durchführt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in zwei Gruppen
einander gegenüberliegende Prismen vorgesehen sind, welche zum Werkstückwechsel
um jeweils eine zugehörige Drehachse parallel zur Mittelachse des Werkstückes auf
Schwenkbolzen schwenkbar gelagert sind, im Spannzustand die Prismen durch Federkraft
an einem festen Anschlag anliegen und eine Ebene durch die beiden Drehachsen einen
größeren Abstand vom festen Anschlag aufweisen als die Mittelachse des Werkstückes.
Durch die schwenkbare Anordnung von zwei Gruppen einander gegenüberliegender Prismen
und Ausnutzung des Kniehebelprinzips zum Spannen ergibt sich sowohl eine sehr hohe
Spanngenauigkeit bei jedem neuen Spannvorgang als auch eine hohe Spannkraft bei
geringer Einlegekraft. Dabei erfolgt sowohl der Spannvorgang als auch der Zentriervorgang
automatisch beim Einlegen des Werkstückes. Durch die schwenkbare Anordnung der Prismen
und das Ausnutzen des Kniehebelprinzips ergibt sich eine automatische Spannung durch
das Einlegen des Werkstückes.
Dadurch vereinfacht sich der Spannvorgang
so weit, daß auch Handhabungsgeräte dafür eingesetzt werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus
den Unteransprüchen 2 bis 9. So ist beispielsweise gem. Merkmal von Anspruch 2 mit
einem Minimum an Aufwand von Einzelteilen sichergestellt, daß bei jedem Spannvorgang
die Mittelachse des Werkstückes exakt ausgerichtet ist. Dies ist vor allem dann
von Vorteil, wenn die Spannvorrichtung zur weiteren Bearbeitung der Werkstücke verwendet
werden soll.
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Eine weitere Vereinfachung der Spannvorrichtung ist gem. Anspruch
3 dadurch zu erzielen, daß die zum Halten des Werkstückes notwendige Federkraft
im Spannzustand durch die elastische Verformung der die Schwenkbolzen aufnehmenden
Tragelemente erfolgt. Damit sind ansonsten notwendige Federn entbehrlich und die
Vorrichtung wird vom Aufbau her einfacher und preisgünsStiger.
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Durch die Maßnahme gem. Anspruch 4 wird erreicht, daß auch beim Spannen
von zylindrischen Werkstücken mit unterschiedlichem Durchmesser die Mittelachse
dieser Werkstücke immer an der gleichen Stelle angeordnet ist. Die Werkstücke sind
also, unabhängig von ihrem Durchmesser, jeweils an der gleichen Stelle zentrisch
gespannt. womit eignet sich die vorgeschlagene Spanneinrichtung in hohem Maße für
die Verwendung mit automatischen Handhabungsgeräten.
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Durch die Maßnahmen gem. den Ansprüchen 5, 6 und 7 wird erreicht,
daß ohne Auswechseln von Teilen Werkstücke verschiedenen Durchmessers in der gleichen
Spannvorrichtung zentrisch gespannt erden können, wobei die Führung der Schlitten
durch Führungsbolzen und die Verstellbarkeit der Schlitten durch eine Gewindespindel
mit einem Rechts- und einem Linksgewinde sichergestellt ist. Dabei dienen die Führungsbolzen
gleichzeitig als Federelemente zum Aufrechterhalten der Spannkraft des eingespannten
Werkstückes.
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Durch die gleichzeitige Bewegung der Schlitten zum Anpassen an den
Durchmesser des Werksttekes aufeinander zu oder voneinander weg bleibt die Zentrierung
der Werkstücke bei jedem Spannvorgang, unabhängig vom Außendurchmesser, erhalten.
Gleichzeitig kann die Spannkraft konstant gehalten werden, und zwar dadurch, daß
beim
Einlegen eines Werkstückes mit einem anderen Durchmesser die
Gewindespindel mit einem drehmomentbegrenzenden Werkstück angezogen wird. Teile
müssen jedenfalls an der Spannvorrichtung zu diesem Zwecke nicht ausgewechselt werden.
Der Spannmechanismus wird durch Einlegen des Werkstückes betätigt und die Zentrierung
erfolgt automatisch von selbst. Durch die Spannung über die Elastizität vorzugsweise
der Führungsbolzen wird eine hohe Verschleißfestigkeit erzielt. Durch Verwendung
des Kniehebelprinzips kann auch bei geringer Einlegekraft eine hohe Spannkraft erzeugt
werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung ist gem. dem Merkmal des Anspruches
9 gegeben, da hier die einwandfreie Führung der beiden Schlitten durch die Führungsbolzen
erfolgt und die Gewindespindel lediglich die Aufgabe der Zustellung übernimmt.
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Durch die Maßnahme gem. Anspruch 10 ist dafür gesorgt, daß die Zustellung
der beiden Schlitten immer gleichmäßig erfolgt, somit die Zentrierung von Werkstücken
unterschiedlichen Durchmessers jeweils erhalten bleibt und eine unbeabsichtigte
Verstellung der Gewindespindel unterbleibt.
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Die Erfindung wird an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: Fig. 1 Ansicht mit Teilschnitt im geöffneten
Zustand der Spannvorrichtung; Fig. 2 Ansicht mit Teilschnitt im gespannten Zustand
der Spannvorrichtung; Fig. 3 den Schnitt III-III gem. Fig. 2 in gespanntem Zustand;
Fig. 4 den Schnitt IV-IV gem. Fig. 2.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen den Teilschnitt sowie die Ansicht der Spannvorrichtung
im geöffneten und geschlossenen Zustand. Der Grundkörper 11 ist über den Flansch
30 beispielsweise an einer automatischen Handhabungsmaschine befestigt. Im Grundkörper
11 sind, wie insbesondere aus den Figuren 3 und 14 ersichtlich, neben
der
Gewindespindel 21 die beiden Führungsbolzen 15 und 16 angeordnet. Während die beiden
Führungsbolzen 15 und 16 fest im Grundkörper 11 angeordnet sind, durchdringt die
Gewindespindel 21 den Grundkörper 11 in einer Bohrung 24 mit Spiel. Im Grundkörper
11 ist weiterhin senkrecht zur Längserstreckung der Gewindespindel 21 eine Bohrung
28 angeordnet, in welcher sich ein federbelasteter Arretierstift 26 befindet. Er
wird durch die Feder 27 in Richtung auf die Gewindespindel 21 belastet. Der Arretierstift
26 umfaßt einen im mittleren Bereich der Gewindespindel 21 angeordneten Bund 25
zu beiden Seiten zum Zwecke der axialen Fixierung und belastet die Gewindespindel
21 über eine Reibkraft zum Verhindern einer selbsttätigen Verdrehung der Gewindespindel
21. Die Gewindespindel 21 weist im Bereich außerhalb des Grundkörpers 11 jeweils
ein Rechts- bzw. Linksgewinde 22 und 23 auf Mit diesen beiden Gewinden 22 und 23
reicht die Gewindespindel 21 jeweils in einen Schlitten 13 bzw. 14 mit einem entsprechenden
Gegengewinde. Zum Verstellen des Abstandes zwischen den beiden Schlitten 13 und
14 ist die Gewindespindel 21 mit einem Sechskant 31 ausgerüstet. Die Führung der
beiden Schlitten 13 und 14 erfolgt über die beiden Führungsbolzen 15 und 16, welche
parallel zur Gewindespindel 21 verlaufen. Sie greifen über entsprechende Schiebesitze
in die Schlitten 13 und 14 ein. Die beiden Schlitten 13 und 14 erstrecken sich seitlich
neben dem Grundkörper 11 und ragen noch, vom Flansch 30 wegweisend, über das Stirnende
10 hinaus. In diesem Bereich weisen sie jeweils einen Schwenkbolzen 8 und 9 auf.
Die Drehachsen 5 und 6 dieser Schwenkbolzen 8 und 9 verlaufen senkrecht zur Längsachse
der Gewindespindel 21, parallel zum Stirnende 10 des Grundkörpers 11 und im Abstand
X von diesem Stirnende 10 Auf dem Schwenkbolzen 8 des Schlittens 13 ist nun ein
Prisma 4 schwenkbar um die Drehachse 5 so angeordnet, daß die Winkelhalbierende
der beiden Schenkel 314 und 35 im Spannzustand der Spannvorrichtung gern. Fig. 2
mit der Linie 36 zusammenfällt, welche gegenüber dem Stirnende 10 den Abstand Y
aufweist. Dabei ist dieser Abstand Y kleiner als der Abstand X. Am gegenüberliegenden
Schlitten 14 sind nun zwei Prismen 2 und 3 so angeordnet, daß sie um den Schwenkbolzen
9 schwenkbar gelagert sind und in Blickrichtung gem. den Figuren 1 und 2 das eine
Prisma 2 oberhalb und das andere Prisma 3 unterhalb des vom Prisma 4 eingenommenen
Raumes verläuft.
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Die beiden Prismen 2 und 3 sind g ch dem Prisma 4 ausgefhrt, so daß
auch die Winkelhalbierenßen ihrer Schenkel 32 und 33 im Spanr.-Zustand auf der Linie
36 liegen. Damit ist gewährleistet, daß im
Spannzustand auch bei
unterschiedlich großen Werkstücken 1 deren Mittelachse 7 immer auf der Linie 36
und im gleichen Abstand von den Prismen liegt. Sämtliche Prismen sind durch außenliegende
Zugfedern 29 so vorgespannt, daß sie bei entnommenem Werkstück 1 in der Offenstellung
durch Anschlagen an den Anschlägen 37 und 38 stehen bleiben.
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Die Funktion des Spannvorganges und des Entnahmevorganges eines Werkstückes
ist folgende: Im ungespannten Zustand gem. Fig. 1 sind die Prismen 2, 3 und 4 durch
die Zugfedern 29 und die Anschläge 37 und 38 so gehalten, daß die vorzugsweise im
rechten Winkel zueinander stehenden Schenkel 32, 33, 34 und 35 ein offenes Viereck
bzw. Rechteck bilden.
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Das zu spannende Werkstück 1 wird in Pfeilrichtung F in diese Öffnung
hineinbewegt, so daß das Werkstück 1 über die Schenkel 33 und 314 die Prismen in
Richtung der Pfeile A um die Drehachsen 5 und 6 verschwenkt. Bei entsprechender
Einstellung der Gewindespindel 21 wird die höchste Spannkraft des Werkstückes 1
in dem Moment erreicht, in dem sich dessen Mittelachse 7 in der Ebene 12 befindet,
welche die beiden Drehachsen 5 und 6 der Schwenkbolzen 8 und 9 miteinander verbindet.
Die Prismen schlagen jedoch erst durch eine Weiterbewegung in Pfeilrichtung F am
Stirnende 10 des Grundkörpers 11 an, so daß im Spannzustand die Mittelachse 7 des
Werkstückes 1 näher am Stirnende 10 zu liegen kommt als die Ebene 12 (Differenz
des Abstandes X und Y). Dieses sog. Kniehebelprinzip verhindert ein ungewolltes
Ausstoßen des Werkstückes 1 durch die Spannkraft der Prismen. Dabei wird diese Spannkraft
durch elastische Verformung der beiden Führungsbolzen 15 und 16 erreicht.
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Zum Entnehmen des Werkstückes 1 aus der Spannvorrichtung wird dieses
entgegen der Richtung des Pfeiles F nach außen bewegt und die Prismen durch Schwenken
in Richtung der Pfeile B geöffnet.
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Zum Umstellen der Spannvorrichtung auf einen anderen Werkstückdurchmesser
ist lediglich die Gewindespindel 21 zu verdrehen. Diese Einstellung erfolgt beispielsweise
durch loses Einlegen eines Werkstückes 1 und Anziehen der Gewindespindel 21 mit
einem vorgegebenen Drehmoment. Weitere Umbauarbeiten sind hierbei nicht notwendig.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils den Schnitt III-III bzw. IV-IV
gem. Fig. 2. Aus Fig. 3 ist wesentlichen d die Anordnung der drei Prismen 2, 3 und
4 ersichtlich. Die eiden Prismen 2 und 3 weisen einen Abstand voneinander au?, der
wenigstens der Materialstärke des Prismas 4 entspricht. Durch diese Anordnung ist
sichergestellt daß die Mittelachse 7 des Werkstückes 1 immer die gleiche Stellung
relativ zur Spannvorrichtung einnehmen kann. Die Prismen sind schwenkbar um die
Drehachsen 5 und E der Schwenkbolzen 8 und 9 gelagert. Die relativ schwachen Zugfedern
29 halten die Prismen bei entnommenem Werkstück in Offenstellung. Das Prisma 4 ist
an einem Schlitten 3 angeordnet und die Prismen 2 und 3 an einem Schlitten 14. Beide
Schlitten sind in entsprechenden Schiebesitzen auf den beiden Führungsbolzen 15
und 16 verschiebbar gelagert.
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Die gezielte Verschiebung erfolgt über die Gewindespindel 21, welche
mit dem einen Schlittel ein Rechtsgewinde und mit dem anderen Schlitten ein Linksgewinde
gemeinsam hat (22, 23). Durch die in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Bauteile
e 25, 2C, 27 und 28 ist sichergestellt, da die Gewindesp r-u.; 21 immer eine zentrische
Lage gegenüber dem Grundkörper 11 Aufweist. Die Verstellung erfolgt über den Sechskant
Fig. 4 zeigt den Schnitt IV-IV mit der Anordnung der beiden Führungsbolzen 15 und
16 zu beiden Seiten der Gewindespindel 21 und parallel zu dieser. Die beiden Führungsbolzen
sind im Grundkörper 11 fest angeordnet. Sie ragen zu beiden Seiten dieses Grundkörpers
hinaus und tragen in diesem Bereich in den Bohrungen 17, 18, 19 und 20 die beiden
Schlitter 13 und 14. Die Gewindespindel 21 greift mit ihren Rechts- bzw. Linksgewinden
22 und 23 in entsprechende Gegengewinde der Schlitten 13 und 14 ein. In dem Bereich,
in welchem die Gewindespindel 21 den Grundkörper 11 in einer Bohrung 24 durchdringt,
ist die Gewindespindel 21 mit einen kleineren Durchmesser ausgeführt und trägt in
der Mitte einen Bund 25. Dieser Bund 25 dient der axialen Festlegung der Gewindespindel
21 zur exakten und gleichmäßigen Verstellung der beiden Schlitten 13 und 14 zueinander
oder voneinander eg.
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Die beschriebene Spannvorrichtung ermöglicht das Spannen von zylindrischen
Werkstücken verschiedenen Durchmessers ohne Auswechseln von Einzelteilen. Dabei
ist eine hohe Spanngenauigkeit gewährleistet und der Mittelpunkt der Werkstücke
verändert seine
relative Lage zur Spannvorrichtung nicht. Weiterhin
ist zur Betätigung der Spannvorrichtung lediglich das Werkstück einzulegen oder
zu entnehmen.