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Präzisionsspannvorrichtunq
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Präzisionsspannvorrichtung
zum schnellen und sicheren Einspannen von Werkstücken, die zwecks Bearbeitung festzuspannen
sind.
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Üblicherweise werden zu bearbeitende Werkstücke in Schraubstözken
eingespannt, und zwar zwischen einer feststehenden Einspannbacke und einer mittels
einer Schraubspindel gegen die feste Einspannbacke herandrückbaren beweglichen Einspannbacke.
Diese altbekannte Spannvorrichtung genügt im Allgemeinen den durchschnittlichen
Erfordernissen. Sobald es aber darum geht, eine unverrückbare genaue Einspannung
von Werkstücken komplizierterer Gestalt zu erstellen, weist sie einige erhebliche
ISachteile auf. In neuester Zeit treten diese liachteile immer mehr in den Vordergrund,
weil praktisch jede Werkstatt heute oft Präzisionswerkstücke oder Werkstücke mit
komplizierten Profilen zu bearbeiten hat, die in einem herkömmlichen Scnraubstock
nicht ausreichend genau und unverrückbar eingespannt werden können. Vor allem fehlt
die seitliche Abstützung des Werkstücks. Da die Abstützung nur an zwei einander
gegenüberliegenden Flächen stattfindet, d.h. nur an einer einzigen Aufspannachse,
nämlich an der Spindelachse, können selbst kleinere Fremdkörper (grobe Staubkörner,
Feilspäne u.ä.) Auflagepunkte bilden, über welche die für die Einspannung entscheidenden
Berührungsflächen Werkstück-Einspannbacken praktisch zu Berührungspunkten reduziert
werden;
im Extremfall, wenn sich zwischen einer Einspannbacke und
dem Werkstück nur ein einziger solcher Fremdkörper eingeschlichen hat, entsteht
ein Drehpunkt, der die Einspannung mehr oder weniger wirkungslos macht. Als Gegenmaßnahme
sind die Einspannbacken oft mit Einsatzbacken aus einem weicheren Metall (z.B. aus
Blei) versehen, die sich unter dem Einspanndruck plastisch verformen. Mit solchen
Einspannflächen, die stets von dem vorhergehenden Werkstück her eine andere Oberfläche
aufweisen, kann man jedoch keine Präzisionseinspannung vornehmen.
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Will man Rundkörper in einen Schraubstock einspannen, werden die Einspannbacken
theoretisch nur über Mantellinien, praktisch allerdings über sehr schmale Berührungsstreifen
an dem Werkstück anliegen. Eine solche Einspannung genügt meist nicht einmal einfachen
Ansprüchen, so daß man entweder Prismen oder besondere Rohrspannbacken mit einspannen
oder einen besonderen Rohrschraubstock verwenden muß, um die erforderliche Abstützung
zu erreichen.
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Solche Werkstücke, die wegen ihrer Gestalt nicht satt an beiden Einspannbacken
anliegen, können im herkömmlichen Schraubstock nicht zuverlässig eingespannt werden,
es sei denn, daß man entsprechende Zwischenstücke schafft, mit welchen die erforderlichen
ausreichenden Auflageflächen zustande gebracht werden können. Dieses gilt insbesondere
für unregelmäßige Profile. Die Erstellung und das Heranbringen geeigneter Zwischenstücke,
die von Fall zu Fall anders gestaltet werden müssen, kostet Zeit und Geld. Zudem
leiert der herkömmliche Schraubstock beim Gebrauch allmählich aus, indem die Backen
sich verformen und die
Spindel verschleißt. Hieraus ergibt sich
eine Unsicherheit in der ohnehin kritischen Seitenführung. Beim herkömmlichen Schraubstock
erfolgt die Einspannung über eine einzige Achse, nämlich die Führungsachse der Druckspindel.
Der feste Sitz des eingespannten Werkstücks hängt bei einem gegebenen Spanndruck
von der Größe der Auflageflächen Einspannbacks-n-UIerkstück ab; wie vorhin beschrieben,
können einzelne Fremdkörper (Feilspäne usw.), die sich zwischen Einspannbacke und
Werkstück eingenistet haben, die Effektivität der Einspannung radikal herabsetzen
und sogar illusorisch machen.
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Eine höhere Effektivität der Einspannung läßt sich dadurch erreichen,
daß die Einspannung über zwei Achsen stattfindet. Mit diesem Problem hat sich die
Fachwelt schon lange beschäftigt. Neuerdings ist es vorgeschlagen worden, auf die
seitenunsichere Spindel zu verzichten und eine das Werkstück umgreifende Gabel derart
an das Werkstück heranzuführen, daß das mit einer kurzen Auflagezunge versehene
erste Gabelende an der Frontseite des Werkstücks und das ebenfalls mit einer Auflage
zunge ausgerüstete zweite Gabelende an der Längs seite des Werkstücks in Anschlag
gebracht wird, wobei das Werkstück an seiner Vorderseite und an seiner Rückseite
sowie an seiner dem zweiten Gabelende gegenüberliegenden Längsseite abgestützt ist.
Die Gabel selbst ist an dem einen Gabelschenkel wippenartig an einer Führungsstange
angelenkt.
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Gegenüber dem bisher bekannten Standes der Technik bringt diese Vorrichtung
insoweit einen Fortschritt, weil die Einspannung über zwei Achsen erfolgt, einmal
in Führungsrichtung und einmal quer auf die Führungsrichtung.
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Die Einspannung findet zwischen den Auflageflächen an der Einspannvorrichtung
statt, an welchen das Werkstück mit
seiner Rückseite und mit seiner
zweiten Längsseite aufliegt, und den schmalen Auflageflächen (theoretisch eigentlich
nur Linien), mit welchen die Auflagezungen an der Frontseite und an der ersten Längsseite
aufliegen.
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Die Einspannung erfolgt in einer einzigen Einspannebene, die horizontal
bzw. parallel zur Grundplatte der Vorrichtung verläuft. Insbesondere bei komplizierten
Werkstücken fehlt die Abstützung in einer Ebene quer auf dieser Ebene: während der
Bearbeitung ist die Gefahr des Ausrutschens gegeben, z.B. wenn man aus Verformungs-oder
Materialgründen nur eine begrenzte Spannkraft einsetzen kann.
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Um die Gefahr eines Ausrutschens zu verringern, muß die Gestalt des
Werkstücks neben den Auflagelinien oder -streifen an den Gabelenden ausreichende
Nebenflächen bieten. Daher ist nicht jedes Werkstückprofil geeignet, um in dieser
Vorrichtung eingespannt zu werden. Bei den kleinen Auflageflächen ist ein entsprechend
hoher Einspanndruck erforderlich, um ein Ausrutschen quer auf die Einspannebene
zu verhindern. Viele Werkstückprofile vertragen aber einen hohen spezifischen Einspanndruck
nicht, weil sie sich dann verformen. Eine weitere Schwäche der bekannten Einspannvorrichtung
liegt darin, daß die Aufspanngabel seitlich sehr genau eingestellt werden muß, weil
sie sonst nicht immer zuverlässig greift. Daß zum Einspannen keine Spindel verwendet
wird, ist verständlich, erstens, weil die Seitenführung der Gabel sehr genau sein
muß, und zum anderen, weil ein starker Druck die wippenartige Anlenkung der Gabel
schnell beeinträchtigen würde.
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Gerade dieses Beispiel aus dem Stand der Technik lehrt, daß Präzisionswerkstücke,
die wegen Formänderungen nur
mit begrenztem Spanndruck eingespannt
werden können, selbst in einer zweiachsigen Einspannung nicht unverrückbar sicher
festgespannt sind : sie können der dritten Koordinatenachse entlang ausrutschen.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Präzisionsspannvorrichtung
zu schaffen, welche die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile beseitigt und
es ermöglicht, ein Werkstück beliebiger Gestalt ohne weitere Hilfmittel und ohne
vorherige besondere Einstellung unverrückbar genau einzuspannen, grundsätzlich über
mindestens zwei Einspannungsachsen, bei Bedarf aber auch über drei Achsen, wodurch
die absolute Unverrückbarkeit gesichert ist, und zwar auch dann, wenn das Werkstück
nur geringe Einspanndrücke verträgt. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Präzisionsspannvorrichtung
aus nur wenigen Einzelteilen bestehen und unbeeinflußbar durch Schmutz, Feilspäne
usw. sein.
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Anhand der Figuren wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt und erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Präzisionsspannvorrichtung gemäß
der Erfindung, mit auswechselbarer und um die Verschiebeachse drehbarer verschiebbarer
Einspannbacke, in einer Seitenansicht, Figur 2 die Präzisionsspannvorrichtung Figur
1 in einer Draufsicht, Figur 3 den Schnitt X - X der Figur 2, jedoch mit seitlich
verschobener verschiebbarer Einspannbacke (die Situation der um die Längsverschiebeachse
gedrehte Einspannbacke ist gestrichelt angedeutet) und
Figur 4
eine Teilansicht der Darstellung Figur 1, bei welcher hier die verschiebbare Einspannbacke
sowohl drehbar als auch ausschwenkbar gestaltet ist, teilweise in einem Längsschnitt
durch die Längsverschiebeachse.
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Die Bezugsziffern auf den Figuren zeigen an 1 die wannenförmige Grundplatte,
2,3 Führungsleisten, längsseitig auf der Grundplatte angeordnet, 4 die feststehende
Winspannbacke, 5 Nutenstein am Führungsblock 6, 6 in Führungsleisten 2,3 verschiebbarer
Führungsblock, 7 Führungsspindel, 8 Spindelgewinde im Spindelbock 9, 9 Spindelbock,
10 Handrad für die Spindel 7 11 quer auf die Führungsrichtung der Nutenführung 2,3
verlaufende Nutenführung des Fünrungsblocks 6 12 am Halteblock 13 ausgebildeter
Nutenstein 13 Halteblock als Träger der verschiebbaren Einspannbacke 23, 14 Führungsstange
mit Greifkopf, zum Querverschieben des Halteblocks 12 auf dem Führungsblock 6, 15
vertikale Nutenführung am Halteblock 12,
16 Nutenstein, an der
Abdeckplatte 17 ausgebildet, 17 auf einem Zwischenstück 18 aufgeschraubte Abdeckplatte,
18 Zwischenstück als Träger der verschiebbaren Einspannbacke 23, 19 erste Bohrung
im Zwischenstück 18, mit einem größerem Querschnitt und einem sphärischen Boden,
20 zweite Bohrung im Zwischenstück 18 gleichaxial mit der Bohrung 19 und mit einem
kleineren Querschnitt als diese, 21 Haltekugel, 22 Schaft an der Haltekugel 21,
23 am Schaft 22 befestigte verschiebbare Einspannbacke, 24 V-förmiger Einschnitt
an der Keilseite der verschiebbaren Einspannbacke 23, 25,26 Freinuten an den Innenkanten
der Einspannbacken 4,23, 27 kelchförmige Erweiterung der zweiten (engeren) Bohrung
20 im Zwischenstück 18.
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Auf einer wannenförmigen Grundplatte 1 sind längsseitig Führungsleisten
2,3 für eine Nutenführung aufgeschraubt.
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Am Ende der Führungsleisten 2,3 ist die feststehende Einspannbacke
4 befestigt. Diese ist mit einem V-förmigen Einschnitt versehen, dessen Wände einen
Winkel von 900 miteinander bilden.
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In die Nutenführung 2,3 greift der als Nutenstein 5 ausgebildete untere
Teil eines Führungsblocks 6 ein, der von einer Führungsspindel 7 verschoben wird.
Die Spindel 7 ist in ein entsprechendes Gewinde 8 eines an der Grundplatte 1 befestigten
Spindelbocks 9 eingeführt und trägt an ihrem freien Ende ein Handrad 10.
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Am Führungsblock 6 ist eine Nutenführung 11 ausgebildet, deren Führungsrichtung
quer auf die Fiihrungsrichtung der Nutenführung 2,3 verläuft. In die Nutenführung
11 greift der als Nutenstein 12 ausgebildete Unterteil eines Halteblocks 13 ein,
welcher mittels einer Führungsstange 14 seitlich im Verhältnis zu dem Führungsblock
6 verschiebbar ist.
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Der Halteblock 13 ist an seiner der feststehenden Einspannbacke 4
zugewandten Seite mit einer sich rechtwinklig auf die Grundplatte 1 erstreckenden
Nutenführung 15 versehen. In diese Nutenführung wird ein Nutenstein 16 aufgenommen,
der an einer Abdeckplat-te 17 ausgebildet ist. Die Abdeckplatte 17 ist an einem
Zwischenstück 18 aufgeschraubt und verdeckt dabei eine Bohrung 19, die innenseitig
einen sphärischen Boden aufweist.
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Durch den sphärischen Boden hindurch verläuft eine Bohrung 20 mit
kleinerem Querschnitt.
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In die größere Bohrung 19 ist eine dieser Bohrung ganz ausfüllende
Haltekugel 21 eingesteckt. Die Kugel 21 ist mit einem durch die kleinere Bohrung
20 hindurchtretenden Schaft 22 ausgerüstet, an dessen anderem Ende die verschiebbare
Einspannbacke 23 befestigt ist, welche keilförmig ausgebildet ist. Die Keilkante
zeigt gegen die feststehende Einspannbacke 4 hin und weist einen V-förmigen Einschnitt
24 auf, wodurch das Gesamtprofil
der verschiebbaren Einspannbacke
23 die Gestalt eines "M" darstellt. Der Winkel zwischen den Außenflächen der verstellbaren
Einspannbacke 23 ist deutlich kleiner als 900 (auf Figur 2: 700), während der von
dem V-förmigen Einschnitt 24 gebildete Winkel 900 einschließt. Der Sinn dieser maßnahme
wird weiter unten erläutert.
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Die beiden V-förmigen Einschnitte der feststehenden (4) und der verschiebbaren
Einspannbacke (23) sind je mit einer der jeweiligen Kante folgenden Freinut 25,26
ausgerüstet, zu dem Zweck Schmutz, Feilspäne u.ä. aufzunehmen und evtl. Gratbildungen
am Werkstück auszugleichen.
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Die weite Bohrung 19 des Zwischenstücks 18 mit ihrem sphärischen Boden
ist derart bemessen, daß die Haltekugel 21 knapp hineinpaßt und beim Festschrauben
der Abdeckplatte 17 am Zwischenstück 18 soweit eingeklemmt wird, daß jede Verdrehung
beziehungsweise jedes Ausschwenken der verschiebbaren Einspannbacke 23 gegen einen
gewissen beschränkten Widerstand erfolgt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß
die verschiebbare Einspannbacke 23 auch vor dem Einspannen in der jeweils gewünschten
Ausrichtung verbleibt.
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In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist der die ISaltekugel
23 und die verschiebbare Einspannbacke 23 verbindende Schaft 22 verlängert und die
im Zwischenstück 18 vorhandene engere Bohrung 20 mit einer kelch ähnlichen Offnung
27 versehen, vgl. Fig.4. Die keichähnliche öffnung 27 macht es möglich, die verschiebbare
Einspannbacke 23 nicht nur um die Achse des Schafts 22 zu verdrehen(auf Fig.3 gestrichelt
angedeutet), sondern darüber hinaus, wie oben erwähnt, auch um einen begrenzten
Winkel aus der Führungsachse heraus auszuschwenken, wodurch die Auflagemöglichkeiten
der verschiebbaren Einspannbacke
23 an einem Werkstück komplizierter
Gestaltung ganz erheblich erweitert werden.
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Die erfindungsgemäße Präzisionsspannvorrichtung funktioniert wie folyt
: das zu bearbeitende Werkstück wird zwischen den Einspannbacken 4,23 derart eingebracht,
daß eine Kante oder Fläche des Werkstücks über eine möglichst große Anlagefläche
an der feststehenden Einspannbacke 4 anliegt. Dann wird die verschiebbare Einspannbacke
23 mitsamt schaft 22 und Iraltekugel 21 soweit gedreht und gegebenenfalls ausgeschwenkt
(Figur 4), daß der V-förmige Einschnitt 24 an mindestens einer Stelle am Werkstück
anliegt. Je nach Gestalt des Werkstücks kann die verschiebbare Einspannbacke 23
im Verhältnis zu der feststehenden Einspannbacke 4 seitlich verschoben werden, indem
man die Führungsstange 14 betätlyt. Durch Drehen der verschiebbaren Einspannbacke
23 um die Führungsachse bzw. durch Ausschwenken der Einspannbacke kann die Einspannung
über drei Achsen, also unverrückbar, erfolgen.
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Der Sinn der Winkelunterschiede zwischen dem Winkel des V-förmigen
Einschnitts (Ausführungsbeispiel 900) der feststehenden Einspannbacke 4 und dem
von den Außenflächen der verschiebbaren Einspannbacke 23 gebildeten 0 kleineren
Winkel (Ausführungsbeispiel 70 ) ist es, zu vermeiden, daß in besonderen Fällen
eine Keilfläche der verschiebbaren Einspannbacke 23 noch vor Festspannung des Werkstücks
auf einer Keilfläche der feststehenden Einspannbacke 4 aufliegt, sondern daß die
Einspannung stets an den Vorderkanten der verschiebbaren Einspannbacke 23 erfolgt.
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Die vertikale Nutenführung 15 am Halteblock 2 dient dazu, die Einspannbacke
23 mit Zwischenstück 18 auswechselbar zu gestalten. Je nach Werkstück und Bearbeitungsaufgabe
kann man unterschiedliche Einspannbacken 23 auf Lager haben und bei Bedarf die optimale
Einspannbacke ohne Zeitverzug einsetzen. Außerdem kann man mühelos eingekerbte und
sonst beschädigte Einspannbacken austauschen.
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Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß man in der erfindungsgemäßen
Präzisionsspannvorrichtung Werkstücke jeder erdenklichen Gestalt zuverlässig unverrückbar
einspannen kann, und zwar mit jedem erforderlichen Spanndruck. Selbst komplizierte
Profile werden stets die für eine unverrückbare Einspannung notwendige drei Auflagen
an den Einspannbacken erhalten. Deswegen hat die mit der Zeit anfallende Seitenunsicherheit
der Spindelführung auf die Präzision der Einspannung überhaupt keinen Einfluß; auch
eine durch Verschleiß bedingte eventuelle Ungenauigkeit der Nutenführungen ist ohne
jede Bedeutung. Die Genauigkeit der Einspannung ist ausschließlich von dem in mehreren
Druckrichtungen aufgeteilten Anlagen des Werkstücks an den Einspannbacken bedingt,
und die sind stets gegeben.
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Zudem ist, wie bereits gesagt, ein Auswechseln der verschieblichen
Einspannbacke schnell vorgenommen.
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6 Ansprüche