DE4307058A1

DE4307058A1 - Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf Maschinentischen oder Paletten

Info

Publication number: DE4307058A1
Application number: DE4307058A
Authority: DE
Inventors: David Fischer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-06
Filing date: 1993-03-06
Publication date: 1994-09-08
Also published as: DE59402576D1; EP0614729A1; EP0614729B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werk stücken auf Maschinentischen, Vorrichtungen oder Paletten mittels Spannhebel, die kippbar gelagert sind.

Es ist bekannt, Werkstücke auf Maschinentischen mittels sogenannter Spannpratzen in ihrer Arbeitslage festzuhalten. Wichtig ist, daß das zu spannende Werkstück einen genügend großen Freiraum hat, um auf dem Maschinentisch aufgelegt und wieder entnommen zu werden. Die Spannvorrichtungen werden daher so gestaltet, daß sich ihre Spannorgane aus dem Bereich des Werkstückes entfernen lassen. Neben bekannten Anordnungen, die seitlich aus der Spannebene herausgeschwenkt werden, sind auch Kippvorrichtungen bekannt, die hochgekippt das Werkstück zur Ent nahme frei geben. Die Spannorgane solcher Kippvorrichtungen führen beim Spannen des Werkstückes aber keine geradlinige Bewegung aus, sondern werden auf einer Kreisbahn dem Werkstück zugeführt. Damit kann zwangsläufig im Augenblick des Aufsetzens der Spannpratze auf das Werkstück eine Schiebebewegung auf dem Werkstück entstehen. Diese Bewegung ist aber unerwünscht. Zum Spannen von Werkstücken sind je nach Bearbeitungsgang hohe Kräfte zum Halten des Werkstückes aufzubringen. Damit spielen die Hebelarme und deren Bewegungs abläufe, die an der Kraftübertragung beteiligt sind, eine große Rolle. Kurze Hebel arme haben den Vorteil kleinerer Bauweisen. Kleine Schwenkwinkel der Hebel benötigen nur kurze Hübe am Spannkolben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Spannkraft senkrecht auf das Werk stück einzuleiten und in einem starren Gehäuse stabil gelagerte Spannhebel bei genügend großer Spann-Ausladung möglichst kurz auszuführen, sowie den den Schließ- und Öffnungswinkel der Spannhebel möglichst klein zu halten. Letzteres um mit kleinen Spannkolbenhüben auszukommen. Ferner ist die Schwenkbewegung der Hebel mit einer Schiebebewegung so zu verknüpfen, daß dadurch kleinere Bauweisen möglich werden. Die Spannvorrichtung ist so zu gestalten, daß das Werkstück ungehindert in die gewünschte Position gebracht werden kann und wieder entnehmbar ist.

Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, daß die Spannvorrichtung mit einem kippbaren Spannhebel versehen ist, dessen Gelenkbolzen in Schiebegelenknuten eines Gehäuses mit gabelkopfförmiger starrer Ausbildung gelagert ist und während seiner Kippbewegung gleichzeitig eine Schiebebewegung vollzieht und daß der Spannhebel von einem Kolben über einen Kugelbolzen zwangsläufig bewegt wird Der Vorteil der Erfindung liegt in der platzsparenden Anordnung in einem starren Grundkörper und in der geringeren Bauhöhe des ganzen Spannelementes und ferner in der senkrecht auf das Werkstück einwirkenden Kraft im Augenblick des Spannens. Ein weiterer Vorteil ist die seitenstabile Lagerung des Spannhebels, die durch die starre gabelkopfförmige Ausbildung des Grundkörpers entsteht. Die Anzahl der Bauelemente wird verringert, das gespannte Werkstück kann auch seitlichen Bearbeitungskräften besser stand halten.

Die Erfindung ist in den Fig. näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen Kipphebel im gespannten Zustand

Fig. 1a ist die Seitenansicht dazu

Fig. 1b ist die Draufsicht

Fig. 1c zeigt den Kipphebel im geöffneten Zustand

Fig. 2 zeigt den Kipphebel in einem Gehäuse, das an seinem unteren Abschnitt topfartig ausgebildet und mit Gewindebohrungen versehen ist.

Fig. 2a ist eine Seitenansicht dazu

Fig. 2b ist die Draufsicht

Fig. 2c zeigt ein Gehäuse mit Gewindezapfen im eingeschraubten Zustand

Fig. 3 zeigt den Kipphebel in einer Anordnung, bei der der Spannkolben und die Schiebegelenknut im Gehäuse eine Schräglage einnehmen, wobei der Kipphebel in Spannstellung liegt

Fig. 3a ist eine Seitenansicht dazu

Fig. 3b zeigt den Kipphebel in entspanntem Zustand

Fig. 4 zeigt eine Ausführung der Kugelverbindung mit der Kalotte im Spannkolben

Fig. 4a ist eine Seitenansicht dazu

Fig. 5 zeigt die Kugelverbindung mit der Kalotte im Spannhebel

Fig. 5a ist eine Seitenansicht dazu.

In einem Grundkörper 6 sind die Spannorgane mit allen ihren beweglichen Teilen gelagert. Der Grundkörper 6 ist mit Befestigungselementen 8 versehen und kann somit auf Werktischen, Paletten, Vorrichtungen usw. aufgebaut werden. In dem Grundkörper 6 ist ein Kolbenraum 5 vorhanden, in dem der Spannkolben 2 axial bewegt wird. Die Bewegung des Spannkolben 2 erfolgt hydraulisch in beiden Richtungen über den doppelt wirkenden Hydraulikkolben 10. Der Spannkolben 2 trägt an seinem aus dem Grundkörper herausragenden Ende einen Kugelbolzen 3, der drehbar gelagert ist. Der Kugelbolzen 3 ist mit einem Zapfen 14 versehen.

Im Grundkörper 6 ist gleichzeitig der Spannhebel 1 angeordnet. Dieser Spannhebel 1 hat einen Schiebegelenkbolzen 4 um dessen Mittelpunkt der Spannhebel kippbar ist. Der Schiebegelenkbolzen 4 ist seinerseits in einer Schiebegelenknut 12 geführt. In dieser Schiebegelenknut 12 ist der Schiebegelenkbolzen verschiebbar gelagert. Diese Verschieblichkeit kann dadurch erfolgen, daß der Schiebegelenkbolzen an seinen Enden abgeflacht ist oder im Vierkant ausgeführt ist, so daß er mit seinen Enden in je einer Nut ge führt werden kann. Zweckmäßig wird dazu, wie Fig. 1a zeigt, der Grundkörper zur Aufnahme des Schiebegelenkbolzen 4 gabelförmig ausgebildet und zweck mäßig an der Innenfläche der Gabeln mit je einer Nut 12 versehen.

Der Kipphebel 1 besitzt eine Spannfläche 11 auf der einen Seite und ist auf der anderen Seite mit einer Bohrung 13 versehen. In dieser Bohrung 13 ist der Zapfen 14 des Kugelgelenkbolzen 3 befestigt. Die Bohrung 13 ist so in den Spannhebel 1 eingebracht, daß ihre Mittellinie zur Achse des Kolben 2 in Spannsteilung des Hebels eine Neigung aufweist, vorzugsweise von 23°. Durch die Schräglage des Kugelbolzens 3 wird erreicht, daß in der zurück gezogenen Entspannstellung eine ähnliche Winkellage des Kugelbolzens, jedoch in der umgekehrten Richtung, entsteht und somit trotz des notwendigen, dicken Kugelhalses eine große Kugeldrehbewegung und auch die notwendige Schwenk bewegung des Spannhebels ermöglicht wird. Durch die in den Spannkolben ein gelassene Kugelbohrung wird ihre Führungslänge nicht verkürzt und der Spann kolben sowie die Spannvorrichtung kann kleiner ausgebildet werden. Im ge spannten Zustand des Spannhebels bildet der Mittelpunkt des Kugelbolzens 3 mit der Mittellinie durch die Schiebegelenknut 12 und damit mit dem Mittelpunkt des Schiebegelenkbolzen 4 und der Spannfläche 11 eine Gerade. Dieses ist für die Kraftübertragung von Vorteil, da in dieser Spannstellung keine Längs verschiebung des Spannhebels stattfindet und dadurch Querkräfte von Kolben stange und Werkstück ferngehalten werden.

Wie Fig. 1 zeigt, liegt der Spannhebel 1 mit seiner Spannfläche 11 plan auf dem zu spannenden Werkstück 9 auf. Die Bewegung, die der Spannhebel 1 und seine Drehpunkte während des Spannvorganges vollziehen, ergibt sich aus dem in Fig. 1c eingezeichneten Dreieck A-B-C. Dieses Dreieck bleibt in seiner Größe in allen Lagen immer gleich. Damit ist sicher, daß der Schiebegelenkbolzen in der Nut 12 in dem Maße in Papierebene nach rechts gleiten muß, wie der Spannkolben 2 axial nach oben geführt wird. Ferner ist daraus erkenntlich, daß die Spannfläche 11 eine parallele Lage zum Werkstück 9 eingenommen hat, wenn der Spannvorgang beendet ist. Im Grundkörper 6 ist ein Kanal 7 eingebracht für den Anschluß der Hydraulik.

Die Anordnung des Grundkörpers 6 nach Fig. 1 bedingt, daß die zu spannenden Werkstücke 9 immer gleiche Größe besitzen. Will man dagegen verschieden hohe Werkstücke spannen, so ist eine Anpassung an die Spannvorrichtung erforderlich. Neben den üblichen bekannten Ausführungen wird erfindungsgemäß, wie in Fig. 2c gezeigt, vorgesehen, den Grundkörper 6 mit einem Außengewinde 15 zu versehen und ihn in einer Platte oder dergleichen einschraubbar zu befestigen. Diese Platte kann Teil eines Maschinentisches, Vorrichtung oder einer Palette sein. Der Vorteil liegt darin, daß der Grundkörper nunmehr aus der Platte herausdrehbar ist und somit der Kipphebel in verschiedene Höhen gebracht werden kann. Nimmt die Platte zugleich das Werkstück auf, ist eine Anpassung an die einzelnen Werk stücke der Höhe nach möglich. Der ein- und ausdrehbare Grundkörper muß dazu nur in der jeweiligen Arbeitslage festgesetzt werden und muß so gestaltet sein, daß der Kipphebel stets seine Schiebe- und Kippbewegungen ausführen kann. Der Grundkörper kann außerdem noch mit einer Feststellvorrichtung gegenüber der Aufnahmeplatte versehen sein.

Eine weitere Variante zeigt Fig. 2: Hier ist der untere Teil des Gehäuses topf artig ausgebildet und kann in der Bohrung einer Vorrichtungsplatte durch Befesti gungselemente (Schrauben) fixiert werden. Das Maß x (Fig. 2) kann bei dieser Ausführung klein gehalten werden. Die Ausgestaltung der Schiebegelenkverbin dung 4, 12 kann auch dergestalt erfolgen, daß das Schiebegelenk aus einem zylindrischen Bolzen und zwei Kulissensteinen besteht.

Um den verschiedenen Anordnungen auf Maschinentischen, Vorrichtungen, Paletten und dergleichen entgegenzukommen, wird wie Fig. 3 zeigt, die Anord nung der Bewegungselemente untereinander so getroffen, daß sie zum Grund körper geneigte Lagen einnehmen. Damit lassen sich Bauweisen schaffen, die in der Höhe sehr gering gehalten werden können.

In dem Grundkörper 21 ist der Spannkolben 20 um einen Winkel gegenüber der Senkrechten durch den Grundkörper geneigt angeordnet. Da die Kraftübertragung auf das zu spannende Werkstück aber immer geradlinig zu vollziehen ist, muß die Spannfläche 25 die gleiche Lage einnehmen wie in Fig. 1 gezeigt. Das Kraftverhältnis zwischen den Elementen verändert sich somit hin sichtlich der Lage, die die Elemente zueinander einnehmen. So hat sich gezeigt, daß die Schiebegelenknut 22 ebenfalls gegenüber der Senkrechten durch den Grundkörper geneigt werden muß, um die aus den Kräften F1 und F2 resultierende Kraft F3 (Fig. 3) rechtwinklig zur Nutrichtung wirken zu lassen und somit Quer kräfte auf Kolbenstange und Werkstück auszuschließen.

Die Neigung dieser Nut 22 bezogen auf ihre Mittellinie ist vorgegeben durch den Winkel, der sich im gespannten Zustand zwischen dem Mittelpunkt des Kugelbolzen 23 und einem Punkt in der Ebene der Spannfläche 25 ergibt. Die Mittellinie durch die Nut 22 verläuft senkrecht zur Winkelhalbierenden des Winkels zwischen den Punkten A-B-C gemäß Fig. 3. Damit wird die beste Kraft übertragung des Spannhebels ohne Schiebebewegung auf Kolbenstange und Werk stück in Spannstellung erreicht. Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn die Achse x des Spannkolbens 2 (Fig. 3) und der Strahl durch Gelenkpunkte A-B in Spannstellung einen Winkel von annähernd 90° bilden sowie der Strahl durch den Gelenkpunkt B und Auflagepunkt C (in Zeichenebene) eine Waagerechte bilden. Es entstehen dann in Spannstellung am Spannhebel keine Schiebebewe gungen und es werden Querkräfte Vo Spannkolben und Werkstück ferngehalten.

Die Kugelkalotten 16, 18 dienen zur Aufnahme des Kugelbolzens 3. Die Kugel kalotten können jeweils dem Spannkolben 2 oder dem Spannhebel 1 zugeordnet werden. Die Kugelverbindung als solche hat den Vorteil, daß der Gelenkmittel punkt und das Ende der Kolbenlagerung eine Ebene bilden im eingefahrenen Zustand. Diese Kugelverbindung trägt große Spanndrücke auf Dauer.

Die Schwenkbewegung findet nur in einer Ebene statt und wird auch bei großem Lappenüberstand der Kugelkalottenlappen in keiner Weise behindert. Ein großer Lappenüberstand ergibt aber eine gute Umschließung der Kugelbolzen. Ferner werden dadurch die beim Entspannen des Spannhebels auftretenden Rückhol kräfte besser übernommen. Eine solche Ausführung gestattet eine starke Aus bildung des Kugel-Hals (vom Kugelbolzen) bezogen auf seinen Querschnitt.

Die Lappen der Kugelkalotten dürfen jedoch nur seitlich den Kugelbolzen umschließen, um den Schwenkhub nicht zu behindern. Daher ist es zweckmäßig, eine Arretierung zwischen Kugelkalotte und Kugelbolzen vorzusehen.

Fig. 4 zeigt eine solche Kugelausführung bei der die Kugelkalotte 16 am Ende des Spannkolben 2 angeordnet ist. Der Kugelbolzen 3 ist Teil des Spannhebels 1. Die Kugelkalotte 16 umschließt mit ihren Lappen den Kugelbolzen 3 weitest gehend (s. Fig. 4a).

Fig. 5 zeigt die Ausführung, bei der die Kugelkalotte 18 dem Spannhebel 1 zugeordnet ist und der Kugelbolzen 3 fest am Ende des Spannkolbens 2 ange ordnet ist. Am Ende der Kugelkalotte 18 sind zwei Lappen ausgebildet, die zentrisch zur Kugelkalottenmitte Stiftbohrungen zur Aufnahme des Stiftes 1 besitzen.

Die Herstellung einer solchen Verbindung ist einfach, insbesondere wenn Kugelbolzen und Spannkolben ein Ganzes bilden. Die Bauweise läßt sich insgesamt kürzer gestalten und die Kraftübertragung wird besser.

Claims

1. Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf Maschinentisch en, Vorrichtungen oder Paletten mittels Spannhebel, die kippbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannhebel (1) mit seinem Drehgelenk in einer Schiebegelenknut (12) eines starren Gehäuses mit seinem Schiebegelenkbolzen (4) verschiebbar gelagert ist, und daß die Kippbewegung des Spannhebels (1) über einen Spann kolben (2) erfolgt, der die Kraft auf den Spannhebel über einen Kugel bolzen (3) überträgt.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelbolzen (3) einen Zapfen (14) trägt, der in einer Bohrung (13) des Spannhebels (1) gelagert ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannhebel (1) und der Spannkolben (2) in einem starren Grundkörper (6) angeordnet sind.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bohrung (13) im Spannhebel (1) zur Spannfläche (11) um einen Winkel geneigt sind.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekenn zeichnet, daß der Mittelpunkt des Kugelbolzen (3) im Spannzustand annähernd auf der Mittellinie der Schiebegelenknut (12) liegt und eine Gerade mit dem Mittelpunkt des Schiebegelenkbolzens (4) und der Spannfläche (11) bildet.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (6) in seinem oberen Teil gabelkopfförmig ausgebildet ist und an den Innenseiten des Gabelkopfes Längsnuten (12) besitzt.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebegelenkbolzen (4) an beiden Enden so ausgebildet ist, daß er in den Längsnuten gleitet.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkolben (20) im Grundkörper (21) eine Schräglage einnimmt, und daß die Schiebegelenknut (22) ebenfalls zur Spannfläche (11) geneigt ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie durch die Schiebegelenknut (22) senkrecht zur Winkel halbierenden des Winkels zwischen der Spannfläche (11) des Schie begelenkmittelpunktes und des Mittelpunktes des Kugelbolzens (23) liegt.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (6, 21) mit einem Außengewinde versehen ist.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (6, 21) topfförmig und mit Befestigungsbohrungen ausgebildet ist.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spannhebel (1) mit einer Kugelkalotte (18) ver sehen ist, die seitlich zwei Lappen besitzt in die zentrisch zur Ka lottenmitte Stiftbohrungen eingebracht sind.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkolben (2) an seinem oberen Ende als Kugel ausgebildet ist.

14. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkolben (2) an seinem oberen Ende als Kalotte (16) ausgebildet ist.

15. Spannvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannhebel (1) an dem Ende, an dem die Kraft über Spannkolben (2) eingeleitet wird als Kugel ausgebildet ist.

16. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (6) auf der dem Werkstück zugewandten Seite einen Hohlraum für Befestigungselemente besitzt.