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Aus der DE-OS 32 01891 ist eine hydraulische Spannvorrichtung bekannt,
bei der die zueinander gehörigen Spannbacken an einer Spannstelle an verschiedene
hyhydraulische Syslemc angeschlossen sind. Während der eine Spannbacken mit Spannzylindern
ausgestattet ist, die an eine hydraulische Leitung mit entsprechendem Steuerventil
anschließbar sind, sind die Spannzylinder der anderen Spannbacke an ein geschlossenes
Hydrauliksystem angeschlossen, so daß sie ihre mittlere Lage
nicht
verändern. Es wird halt also hier gleichsam einseitig gegen einen hydraulisch abgestützten
Anschlag gespannt. Auch bei dieser Art und Weise besteht die Gefahr, das Werkstück
durch die Spannvorrichtung zu deformieren, so daß hierdurch die Genauigkeit der
Bearbeitung leidet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung der
eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß sich mit ihr auch dünnwandige
Werkstücke fest spannen lassen, ohne daß die Gefahr besteht das Werkstück dabei
zu deformieren. Unabhängig von einer Verankerung des Grundkörpers der Spannvorrichtung
auf einer Grundplatte soll es möglich sein, das Werkstück deformationsfrei mit der
Spannvorrichtung dort festzuhalten, wo sich das Werkstück relativ zur Spannvorrichtung
gerade befindet.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Kraftantrieb
bzw. wesentliche Teile davon zusammen mit den Spannbacken frei gegenüber dem Grundkörper
verschiebbar sind, und daß Blockiermittel zum Festlegen der Spannbacken an dem Grundkörper
vorgesehen sind. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Kraftantrieb ausschließlich
zwischen den Spannbacken und unabhängig von dem Grundkörper so wirksam werden zu
lassen, daß zunächst keine Verankerung der Spannbacken an dem Grundkörper der Spannvorrichtung
stattfindet, so lange auch nur ein Spannbacken noch nicht an dem Werkstück zur Anlage
gekommen ist.
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Wenn beide Spannbacken noch nicht in Anlage an dem zu spannenden Werkstück
sind, führt eine Betätigung des Kraftangriffes in Richtung des Spannens in der Regel
dazu, daß sich die beiden Spannbacken gleichförmig einander nähern. In der Regel
wird ein Spannbacken zuerst an dem Werkstück zur Anlage kommen, so daß er seinen
Weg nicht fortsetzen kann. Der andere Spannbacken wird dann mit doppelter Geschwindigkeit
- bei gleichförmigem Antrieb - auf das Werkstück zubewegt, bis auch er an dem Werkstück
zur Anlage kommt.
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Erst wenn beide Spannbacken gegeneinander gestellt an dem Werkstück
angreifen, wird durch weitere Betätigung des Kraftantriebes die Spannkraft aufgebracht,
wobei gleichzeitig eine Verankerung der Spannbacken relativ zum Grundkörper der
Spannvorrichtung eintritt.
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Mit einer derartigen Spannvorrichtung läßt sich somit ein Werkstück
an jeder beliebigen Stelle der Spannvorrichtung - über ihren Wirkbereich gesehen
- fest spannen, ohne daß die Verbindung des Grundkörpers der Spannvorrichtung beispielsweise
zur Grundplatte einer Werkzeugmaschine geändert werden muß. Dies hat zur Folge,
daß auch im Bereich der Spannstelle mit Toleranzen behaftete Werkstücke deformationsfrei
gespannt werden können. Werden mehrere Spanneinrichtungen zum Festspannen eines
Werkstückes benutzt, so beeinträchtigen sich die Spannkräfte nicht gegenseitig.
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Insbesondere wird auch eine Deformation des Werkstückes durch verschiedene
Spanneinrichtungen gegenzueinander vermieden. Das Werkstück kann bei der Bearbeitung
positionsgenau, beispielsweise gegen Anschläge, auf der Grundplatte einer Werkzeugmaschine
abgestellt werden. Durch das nachfolgende Festspannen des Werkstückes mit Hilfe
der Spannvorrichtungen wird die Lage des Werkstückes nicht mehr verändert. Ein weiterer
Vorteil der Spannvorrichtung neben dem zwangsweisen formengetreuen Spannen ist darin
zu sehen, daß damit auch weitgehend ein schwingungsfreies Spannen erreicht wird.
Die Erfindung läßt sich mit mechanischen Mitteln, mit hydraulischen oder pneumatischen
Mitteln oder auch in Mischbauweise verwirklichen. In einer er-
sten Ausführungsform
kann der Grundkörper U-förmigen Querschnitt aufweisen und mit zwei Schenkeln ein
Führungsbett für die beiden Spannbacken bilden. Dabei ist als Blockiermittel mit
jeder Spannbacke ein Klemmbacken gelenkig begrenzt schwenkbar verbunden, der im
Verschwenkbercich eines sich am Grundkörper abstiitzcndc Keilfläche aufweist und
an dem jeweils der Kraftantrieb angreift. Der Kraftantrieb dient dabei lum Verschieben
der Spannbacken aufeinander zu bzw. auseinander, wobei die Keilfläche der Klemmbacken
außer Wirkung ist. Diese tritt erst dann in Funktion, wenn beide Spannbacken an
dem Werkstück zur Anlage gekommen sind. Es findet dann die Verankerung zwischen
den Spannbacken und dem Grundkörper der Spannvorrichtung statt.
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Der Klemmbacken kann dem Spannbacken zugekehrt einen bei der Auseinanderbewegung
wirksamen Anschlag aufweisen, so daß bei der Auseinanderbewegung Klemmbacken über
den Anschlag die Spannbakken mitnehmen. Dabei ist es wichtig, die Ausbildung so
vorzunehmen, daß auch tatsächlich sich beide Klemmbacken aus der Verankerungsposition
beim Spannen heraus lösen, so daß beide Spannbacken relativ zu einer Symmetrieebene
auseinanderbewegt werden können.
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Dies läßt sich aber verwirklichen. Im einfachsten Falle ist es lediglich
erforderlich, der Auseinanderbewegung der Spannbacken wiederum Anschläge zuzuordnen,
so daß für den Fall, daß sich nur ein Spannbacken aus der Klemmstellung heraus löst,
dies dazu führt, daß der Spannbacken bei der Auseinanderbewegung von einem Anschlag
in der weitesten geöffneten Stellung festgehalten wird, so daß dann zwangsläufig
auch der andere Spannbacken gelöst wird.
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Der Klemmbacken kann U-förmige Gestalt aufweisen, wobei an den freien
Enden seiner Schenkel in Führungsbahnen im Grundkörper eingreifende Verbreite rungen
vorgesehen sind, die die Keilflächen tragen. Diese U-förmige Bügelgestalt der Klemmbacken
wirkt sich in kraftmäßiger Hinsicht besonders günstig aus und gestattet es, die
entsprechenden Lagerstellen für die schwenkbare Anlenkung der Klemmbacken an den
Spannbacken einerseits und an dem Kraftantrieb andererseits zu verwirklichen. Durch
die geometrische Lage der Lager zueinander kann die Aufteilung der vom Kraftantrieb
übertragenen Kraft und damit auch die Höhe der Spannkraft festgelegt werden. Der
Kraftantrieb - ist somit gelenkig mit den beiden Klemmbacken verbunden. Als Kraftantrieb
kann eine mit Rechts-/Links-Gewinde versehene Spindel, eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit
oder dgl. vorgesehen sein. Auch die Anordnung von zwei Kolben-Zylinder-Einheiten
ist möglich, wobei die eine Kolben-Zylinder-Einheit dazu dient, die Spannbacken
aufeinander zuzubewegen, während die andere Kolben-Zylinder-Einheit zum Auseinanderfahren
der Spannbacken vorgesehen ist.
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Der Kraftantrieb kann aus je einem mit jeweils einem Spannbacken
verbundenen Zylinder, einer Rückführfeder sowie einer sich verzweigenden Fluidleitung
bestehen. Im Bereich des Verzweigungspunktes der Fluidleitung ist als Blockiermittel
ein die drei Leitungen gegeneinander schließendes Sperrventil vorgesehen. Auch durch
einen solchen hydraulisch oder pneumatisch ausgebildeten Kraftantrieb ist es ohne
weiteres möglich, die Spannbacken unabhängig voneinander auf das Werkstück zu in
die Spannstellung zu bewegen und erst dann die Spannkraft aufzubauen, wenn beide
Spannbakken an dem Werkstück an der Spannstelle zur Anlage
gekommen
sind. Ist aber die Spannkraft aufgebaut, dann soll diese nicht mehr verändert, sondern
während der Bearbeitung des Werkstückes konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck
werden die Fluidleitungen gegeneinander abgeschlossen.
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Das Sperrventil, welches auch in jeder der Zuleitungen der jeweiligen
Kolben-Zylinder-Einheit vorgeschaltet vorgesehen sein kann, kann einen gegen Federdruck
in die Schließstellung überführbaren Schiebekolben aufweisen. Zweckmäßig ist es
natürlich, sämtliche Leitungen nur durch ein Sperrventil gegeneinander abzuschließen,
weil der eine Umschaltpunkt dieses Sperrventils dann den Abschluß sämtlicher Leitungen
bewirkt und damit sichergestellt ist, daß von jedem Spannbakken eine gleich große
Spannkraft aufgebracht wird.
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Der Kraftantrieb kann auch aus je einem mit jeweils einem Spannbacken
verbundenen doppelt wirkenden Zylinder bestehen, in dessen dem Spannen zugeordneten
Leitung als Blockiermittel ein Sperrventil vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter beschrieben.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die wesentlichen Teile einer mechanisch
ausgebildeten Spannvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 1Im11 in Fig.
1, F i g. 3 eine symbolhafte Darstellung einer weiteren Ausführungsform, F i g.
4 eine weitere Ausführungsmöglichkeit, F i g. 5 einen Schnitt durch eine hydraulische
Spannvorrichtung und F i g. 6 eine Darstellung des als Blockiermittel dienenden
Sperrventils der Spannvorrichtung gemäß F i g. 5.
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Die in F i g. 1 dargestellte Spannvorrichtung besitzt einen Grundkörper
11, mit dem er durch nicht dargestellte Verbindungsmittel beispielsweise auf der
Grundplatte einer Werkzeugmaschine befestigt werden kann. Der Grundkörper d besitzt
U-förmigen Querschnitt (F i g. 2) und somit zwei Schenkel 2, 3, die sich in Längsrichtung
der Spannvorrichtung erstrecken und Längsnuten 4 und Führungsbahnen 5 aufweisen.
Die freien Enden der Schenkel 2, 3 bilden ein Führungsbett 6, auf welchem zwei Spannbacken
7 und 8 getrennt und unabhängig voneinander gleitend geführt sind. Die Spannvorrichtung
ist symmetrisch zu einer Vertikalmittelebene 9 ausgebildet. Zwischen den Klemmbacken
7 und 8 wird ein Klemmspalt 10 gebildet, in dem das nicht dargestellte Werkstück
festgehalten wird.
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Auch die Spannbacken 7, 8 besitzen U-förmige Gestalt und greifen
mit Vorsprüngen Q 11 in die Längsnuten 4 des Grundkörpers 1 ein, so daß die Spannbacken
7, 8 an einem Abheben nach oben auch dann gesichert sind, wenn die Spannvorrichtung
sich nicht in spannendem Zustand befindet.
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Zwischen Grundkörper 1 und Spann backen 7, 8 ist ein Hohlraum 12
gebildet, in welchem dem Spannbakken 7 zugeordnet ein Klemmbacken 13 vorgesehen
ist.
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Auch der Spannbacken 8 weist in symmetrischer Anordnung einen derartigen
Klemmbacken 13 auf. Jeder Klemmbacken 13 ist mit Hilfe eines Lagers 14 an dem zugehörigen
Spannbacken 7 bzw. 8 schwenkbar gelagert. Der Klemmbacken 13 besitzt seinerseits
U-förmige Gestalt mit den beiden Schenkeln 15 und 16, an deren freien Enden Verbreiterungen
17 vorgesehen sind, die in die Führungsbahnen 5 der Schenkel 2 und 3 eingreifen.
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Auf ihrer Oberseite besitzt jede Verbreiterung 17 eine Keilfläche
18, mit der sich der Klemmbacken 13 in der Spannstellung an einer Gegenfläche d9
der Führungsbahn 5 abstützt. Auf der Oberseite besitzt jeder Klemm-
backen 13 einen
Anschlag 20, mit dem er sich an dem Spannbacken 7 bzw. 8 dann abstützt, wenn die
Spannbacken 7 und 8 unter Vergrößerung des Klemmspaltes 10 auseinanderbewegt werden.
Diese Stellung ist in F i g. 1 in durchgezogener Linienführung dargestellt.
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Die Verschwenkbarkeit des Klemmbackens 13 wird andererseits durch
die Keilfläche 18 in Verbindung mit der Gegenfläche 19 begrenzt, wie dies in Fig.
1 in gestrichelter Linienführung angedeutet ist. Beim Wechsel der Kraftrichtung
auf die Spann backen 7 und 8 findet eine Verschwenkung der Klemmbacken 13 um das
Lager 14 zwischen den durch den Anschlag 20 und die Gegenfläche 19 festgelegten
Grenzstellungen statt. In jedem Klemmbacken 13 ist ein Lagerstück 21 schwenkbar
gelagert, welches ein Gewinde 22 aufweist, welches von einer Spannspindel 23 mit
entsprechendem Gegengewinde 24 durchsetzt wird. Die Spannspindel 23 weist dem Spann
backen 8 zugekehrt ein weiteres Gegengewinde 25 auf, welches ebenso ein Lagerstück
21 in dem Klemmbacken 13 des Spannbackens 8 durchsetzt. Es versteht sich, daß die
Gegengewinde 24 und 25 gegenläufig angeordnet sind, also beispielsweise das Gegengewinde
24 als Links-Gewinde und das Gegengewinde 25 als Rechts-Gewinde oder umgekehrt.
Damit ist erkennbar, daß ein Verdrehvorgang an der Spannspindel 23 in der einen
Richtung dazu führt, daß beide Anschläge 20 der Klemmbacken 13 an den Spannbacken
7 und 8 zur Anlage kommen und somit sich die Spannbacken 7 und 8 unter Vergrößerung
des Klemmspaltes 10 auseinanderbewegen. Da die Spannspindel 23 mit dem Grundkörper
1 in keiner Verbindung steht, sondern lose mit den Spannbacken 7 und 8 und den übrigen
Teilen verschiebbar auf dem Führungsbett 6 gelagert ist, kann man die so gebildete
Einheit frei verschieben bzw. einen Spannbacken festhalten, wodurch bei Betätigung
der Spannspindel 23 der andere Spannbacken dann entsprechend schneller betätigt
wird. Nach dem Einbringen des Werkstückes in den Klemmspalt 10 wird die Spannspindel
23 in der umgekehrten Drehrichtung verdreht, so daß zunächst die Klemmbacken 13
um ihre Lager 14 so weit verschwenken, bis die Keilflächen 18 an den Gegenflächen
19 der Führungsbahnen 5 zur Anlage kommen. Die dabei auftretende Reibung ist jedoch
so gering bemessen, beispielsweise durch Wahl des Schrägwinkels der Keilflächen
118, daß dies nicht zu einem Festhalten der Klemmbacken 13 führen kann, sondern
die Spannbacken 7 und 8 unter Verringerung der Weite des Klemmspaltes 10 aufeinander
zu bewegt werden. Sobald einer der Klemmbacken 7 oder 8 an dem Werkstück an der
Spannstelle zur Anlage kommt, ist seine Bewegung beendet und der jeweils andere
Spannbakken 8 bzw. 7 setzt seine Annäherungsbewegung auf das Werkstück fort, bis
beide Spannbacken 7 und 8 an der Spannstelle an dem Werkstück anliegen. Ein weiteres
Verdrehen der Spannspindel 23 führt nun dazu, daß eine Verklemmung der Klemmbacken
13 an dem Grundkörper 1 eintritt, so daß die Spannbacken 7 und 8 ortsfest an dem
Grundkörper 1 abgestützt werden, wobei sie ihre Spannkraft auf das Werkstück ausüben.
Durch die Anordnung der Klemmbacken 13 tritt auch ein gewisser Niederzugeffekt ein,
indem nämlich die Spannbacken 7 und 8 auf das Führungsbett 6 angepreßt werden. Durch
die frcic Vcrschiebbarkeit der Spannbacken 7 und 8 gegeneinander und miteinander
und infolge der Anordnung der Klemmbacken 13 ist die Spannvorrichtung in der Lage,
beim Spannvorgang gleichsam selbsttätig die Lage des Werkstückes zu ertasten und
die Spannstellung unter Aufbringung der Spannkraft einzunehmen,
ohne
daß dabei das Werkstück verrückt oder deformiert wird. Ist die Bearbeitung des Werkstückes
erfolgt, wird die Spannstelle gelöst. Zu diesem Zweck wird die Spannspindel 23 in
entgegengesetzter Drehrichtung bewegt, so daß nach dem Abbau der Spannkraft sich
die Klemmbacken 13 mit ihren Anschlägen 20 an den Spannbacken 7 und 8 anlegen und
bei weiterer Betätigung der Spannspindel 23 sich die Spannbacken 7 und 8 unter Vergrößerung
des Klemmspaltes 10 voneinander entfernen. Die Spannspindel 23 bildet in Verbindung
mit den Klemmbacken 13 einen Kraftantrieb, wobei die Klemmbacken 13 in Verbindung
mit dem Grundkörper 1 ein Blockiermittel in der Spannstellung darstellen.
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Fig.3 zeigt in symbolhafter Darstellung eine gemischte mechanisch-hydraulische
Bauweise. Zur Verdeutlichung sind nur die Spannbacken 7 und 8 mit ihren beiden Klemmbacken
13 angedeutet. Anstelle der Spannspindel 23 ist eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit
26 vorgesehen, die mit den Lagerstücken in der dargestellten Weise verbunden ist.
Auch mit Hilfe der Kolben-Zylinder-Einheit 26 können die Spannbakken 7 und 8 aufeinander
zu bzw. auseinanderbewegt werden. Es versteht sich, daß die Klemmbacken 13 auch
hier die Keilflächen 18 aufweisen, wie dies anhand des Ausführungsbeispieles der
F i g. 1 und 2 dargestellt wurde. Durch die geometrische Lage und die Bildung der
Hebelarme dabei zwischen der Drehachse der Lagerstücke 21 und dem Lager 14 wird
relativ zu den Keilflächen 18 eine Kraftaufteilung erreicht. Durch die geometrischen
Abmessungen lassen sich somit die erzielbaren Spannkräfte variieren. Die Spannkräfte
werden besonders groß, wenn die Drehachse der Lagerstücke 21 möglichst weit nach
oben, also in Richtung auf das Lager 14 verlagert wird.
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Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausbildungsform, bei der die
Klemmbacken 13 fehlen. Es sind zwei Kolben-Zylinder-Einheiten 27 und 28 vorgesehen,
die gegenläufig betätigbar sind und über entsprechende Leitungen mit einer hydraulischen
Kraftquelle in Verbindung stehen. Die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten 27 und 28
werden über ein nicht dargestelltes Steuerventil gesteuert bzw. geschaltet. In der
Zuleitung 29 zu der Kolben-Zylinder-Einheit 27 ist ein Sperrventil 30 vorgesehen,
welches die Zuleitung 29 dann absperrt, wenn ein gewisser Druckwert des Fluids in
der Zuleitung 29 überschritten wird. Die Kolben-Zylinder-Einheit 28 dient dem Auseinanderfahren
der Spannbacken 7 und 8.
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Die Wirkungsweise ist hier analog. Zum Zusammenfahren der Spannbacken
7 und 8 unter Verringerung des Klemmspaltes 10 wird die Kolben-Zylinder-Einheit
27 beaufschlagt. Dabei wird in der Regel einer der beiden Spannbacken 7 und 8 als
erster an dem Werkstück anschlagen. Dieser Spannbacken wird damit stillgesetzt und
der jeweils andere Spannbacken setzt seine Bewegung fort, bis auch er an dem Werkstück
anliegt. Sodann erhöht sich der Druck in der Zuleitung 29 und damit auch in der
Kolben-Zylinder-Einheit 27.
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Das Sperrventil 30 spricht an und beendet einerseits die Zuleitung
von weiterem Fluid. Andererseits stellt das Sperrventil 30 ein Blockiermittel für
die Arretierung der Spannbacken 7 und 8 dar.
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Die in den F i g. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform ist weitgehend
hydraulisch aufgebaut. Der Grundkörper list hier gleichsam gehäuseartig ausgebildet,
wobei die beiden Spannbacken 7 und 8 auf dem Grundkörper 1 in Längsrichtung verschiebbar
gelagert sind. Innerhalb des Grundkörpers 1 sind in einer zylindrischen Bohrung
Kolben
31 verschiebbar gelagert, deren Zylinder 32 über eine Leitung 33 versorgt wird.
Eine Zuleitung.34 dient dem Anschluß einer nicht dargestellten hydraulischen Kraftquelle.
In dem Verzweigungspunkt zwischen der Zuleitung 34 und den Leitungen 33 ist ein
Sperrventil 30 eingeschaltet. Es ist auch möglich, in jeder der beiden Leitungen
33 ein solches Sperrventil 30 anzuordnen.
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F i g. 6 zeigt die Ausbildung des Sperrventils 30 im einzelnen. Das
Sperrventil 30 weist einen Schiebekolben 35 mit entsprechenden Dichtungen auf. Der
Schiebekolben 35 besitzt auf seiner einen Seite eine von einer Dichtung 36 abgeschlossenen
Wirkfläche 37. die von dem Druck in der Zuleitung 34 beaufschlagt ist. Zwischen
der Dichtung 36 und einer weiteren Dichtung 38 ist ein Kanal 39 vorgesehen, der
die Verbindung zwischen der Zuleitung 34 und der Leitung 33 unterhalb eines bestimmten
Grenzdruckes sicherstellt. Der Schiebekolben 35 ist gegen ein Federpaket 40 begrenzt
verschiebbar gelagert, und zwar derart. daß durch das Federpaket 40 eine Kraftschwelle
definiert wird, welche in Verbindung mit der Wirkfläche 37 einem bestimmten Druckwert
des Fluids entspricht. Wird dieser Druckwert überschritten, fährt der Schiebekolben
35 unter Zusammendrückung des Federpaketes 40 in seine Sperrstellung, so daß die
Dichtung 36 die Zuleitung 34 von der Leitung 33 absperrt. Damit wird gleichzeitig
auch die Spannkraft der Spannbacken 7 und 8 gegeneinander begrenzt. Die Spannbacken
7 und 8 (F i g. 5) reichen mit Fortsätzen 41 durch eine Durchbrechung 42 im Grundkörper
1 bis zu den Kolben 31 hinab, so daß damit die Spannkraft der Kolben 31 gegeneinander
auf die Spannbacken 7 und 8 übertragen wird. Eine Rückführfeder 43 dient der Auseinanderbewegung
der Spannbakken 7 und 8 nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges des Werkstückes
und zum Auseinanderbewegen der Spannbacken 7 und 8.
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