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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung und insbesondere
eine Spannvorrichtung, die einen stabilen eingespannten Zustand aufrechterhalten
kann, selbst wenn eine Arbeitspalette oder Werkzeugform wiederholt
verwendet wird.
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Stand der
Technik
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Herkömmlicherweise
werden Spannvorrichtungen verschiedener Arten eingesetzt, um eine
Arbeitspalette oder Werkzeugform an einem auf einem Tisch oder dergleichen
einer Werkzeugmaschine vorgesehenen Grundelement zu befestigen.
Die vorliegenden Anmelder haben zum Beispiel die folgende Art von
Spannvorrichtung für
den praktischen Einsatz entwickelt.
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Bei
dieser Spannvorrichtung ist ein zylinderförmiger Halteabschnitt in dem
oberen halben Teil des Spannhauptkörpers ausgebildet und mehrere Stahlkugeln
sind in beweglicher Weise in der radialen Richtung in diesem Halteabschnitt
gehalten. Ein ein Abgabeelement bildendes Kolbenelement zum Abgeben
einer Spannkraft und einer Spannfreigabekraft ist in diesen Halteabschnitt
beweglich eingesetzt. Dieses Kolbenelement wird zum Beispiel durch
Tellerfedern nach unten gedrückt
und wird bei Freigabe des Spannens durch einen Hydraulikzylinder
nach oben getrieben. In dem oberen Endabschnitt des Kolbenelements
sind mehrere geneigte Abschnitte zum Drücken der mehreren Stahlkugeln
in eine Auswärtsrichtung
vorgesehen, und in der unteren Seite jedes geneigten Abschnitts
sind jeweils mehrere Aussparungsabschnitte vorgesehen, in die die
mehreren Stahlkugeln zurückweichen
können.
An der Arbeitspalette ist dagegen eine ringförmige Buchse befestigt, und
an dem Teil der oberen Endseite der Buchse ist eine ringförmige Konusfläche ausgebildet, die
mit den mehreren Stahlkugeln greifen kann.
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Bei
Freigabe der Spannwirkung wird das Kolbenelement durch den Hydraulikzylinder
gegen die elastische Vorspannkraft der Tellerfeder nach oben geschoben.
Wenn der Hydraulikdruck in dem Hydraulikzylinder abgelassen wird,
dann wird das Kolbenelement aus diesem Zustand durch die elastische Vorspannkraft
der Tellerfeder nach unten getrieben, und in Verbindung damit werden
die mehreren Stahlkugeln mittels der mehreren geneigten Abschnitte
in einer radialen Richtung nach außen geschoben. Der äußere Teil
jeder Stahlkugel greift mit der ringförmigen Konusfläche, und
eine Spannkraft wird auf die Buchse übertragen, wodurch die Arbeitspalette
eingespannt wird.
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Wenn
bei diesem eingespannten Zustand dem Hydraulikzylinder Hydraulikdruck
zugeführt wird,
dann wird das Kolbenelement durch den Hydraulikzylinder nach oben
getrieben, und in Verbindung damit weichen die Stahlkugeln jeweils
hin zur Innenseite zurück,
und der innere Abschnitt jeder Stahlkugel wird in einem Aussparungsabschnitt
aufgenommen, wodurch das Einrücken
zwischen den Stahlkugeln und der ringförmigen Konusfläche aufgehoben
wird und die Befestigung der Arbeitspalette aufgehoben wird. Eine
solche Spannvorrichtung wird in
EP 1 078 713 A1 (Kabushiki Kaisha Kosmek)
beschrieben, und die Merkmale dieser Spannvorrichtung werden in
den Oberbegriff von Anspruch 1 aufgenommen.
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Als
Nächstes
werden die durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Probleme beschrieben.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung wird eine Arbeitspalette
mittels mehrerer Stahlkugeln eingespannt, die mit der ringförmigen Konusfläche der
Buchse greifen, da aber die Berührungsfläche zwischen
den jeweiligen Stahlkugeln und der ringförmigen Konusfläche klein
ist, wirkt die Spannkraft in örtlich
begrenzter Weise in der ringförmigen
Konusfläche.
Insbesondere wenn die Spannkraft groß ist, hinterlassen daher die
Stahlkugeln Kontaktspuren auf der ringförmigen Konusfläche, und
wenn die Arbeitspalette wiederholt verwendet wird, beginnt die Spannkraft
ungleichmäßig auf
die ringförmige
Konusfläche
zu wirken und es besteht daher ein Risiko, dass das Aufrechterhalten
eines stabilen eingespannten Zustands schwierig wird.
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Zwar
ist es möglich,
das Hinterlassen von Kontaktspuren aufgrund der Stahlkugeln durch
Verringern der lokal auf die ringförmige Konusfläche wirkenden
Kraft zu vermeiden, doch zur Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen
den Stahlkugeln und der ringförmigen
Konusfläche
müssen
die Stahlkugeln größer ausgelegt
werden oder die Anzahl an Stahlkugeln muss erhöht werden, und somit nimmt die
Spannvorrichtung an Größe zu und
es kommt zu Nachteilen bei den Herstellungskosten.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spannvorrichtung
an die Hand zu geben, wodurch ein stabiler Spannzustand aufrechterhalten
werden kann, selbst wenn eine Arbeitspalette oder Werkzeugform wiederholt
verwendet wird, und eine Spannvorrichtung an die Hand zu geben, die
von kompakter Größer ist
und eine Arbeitspalette oder Werkzeugform durch eine große Spannkraft
einspannen kann. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen
aus der Beschreibung der Vorteile der Erfindung und der Beschreibung
der Ausführungen
hervor.
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Offenbarung
der Erfindung
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Eine
Spannvorrichtung zum Befestigen eines an einem Grundkörper zu
befestigenden Gegenstands, wobei der Gegenstand entweder eine Arbeitspalette
zum Anbringen eines zu bearbeitenden Werkstücks oder eine Werkzeugform
ist, wobei die Spannvorrichtung umfasst:
eine an dem zu befestigenden
Gegenstand befestigte und mit einem ringförmig angeordneten Einrückabschnitt
versehene ringförmige
Buchse;
einen Spannmechanismus mit einem Haltekörper mit einem
rohrförmigen
Halteabschnitt, der in die Buchse eingeführt werden kann, mit mehreren
Stahlkugeln, die in der radialen Richtung in dem Halteabschnitt
beweglich gehalten sind, so dass sie dem Einrückabschnitt zugewandt sind,
und mit einem Spannabgabeelement, das in eine Achsenöffnung des
Halteabschnitts beweglich eingesetzt ist;
Spannbetriebsmittel
zum Bewegen des Spannabgabeelements in Richtung der Mittelachse
desselben, wodurch die mehreren Stahlkugeln veranlasst werden, mit
dem Einrückabschnitt
zu greifen; und
Spannfreigabemittel zum Bewegen des Spannabgabeelements
in Richtung der Mittelachse desselben, wodurch es den mehreren Stahlkugeln
ermöglicht wird,
von den Einrückabschnitten
zurückzuweichen; dadurch
gekennzeichnet, dass:
der Einrückabschnitt mit mehreren einrückenden Aussparungsabschnitten
in Teilkugelform versehen ist, die so geformt sind, dass sie die
Stahlkugeln aufnehmen und eine verhältnismäßig große Berührungsfläche mit diesen haben, so dass
ein stabiler eingespannter Zustand gehalten werden kann; und dass
die
mehreren Stahlkugeln so in dem Halteabschnitt gehalten werden, dass
sie den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten zugewandt sind und jeweils mit den mehreren
einrückenden
Aussparungsabschnitten greifen können.
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Bei
dieser Spannvorrichtung ist ein zu bearbeitendes Werkstück an einer
Arbeitsplatte angebracht, die den zu befestigenden Gegenstand bildet, woraufhin
die Arbeitspalette zu einer Werkzeugmaschine befördert und auf einen an dem
Tisch der Werkzeugmaschine befestigten Grundkörper oder auf einen durch den
tatsächlichen
Tisch der Werkzeugmaschine gebildeten Grundkörper gesetzt wird. Aus diesem
Zustand heraus wird das Spannabgabeelement durch das Spannbetriebsmittel
veranlasst, sich in axialer Richtung zu bewegen, wodurch die mehreren
Stahlkugeln veranlasst werden, sich in radialen Richtungen in den
Halteabschnitten zu bewegen, und die mehreren Stahlkugeln somit
veranlasst werden, jeweils mit den mehreren einrückenden Aussparungsabschnitten
zu greifen, wodurch die Arbeitspalette am Grundkörper befestigt wird. Da hier die
mehreren Stahlkugeln jeweils mit den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten greifen, wodurch die Spannkraft auf die Buchse übertragen
wird, ist die Berührungsfläche zwischen
der Buchse und den Stahlkugeln verhältnismäßig groß, und die Stahlkugeln hinterlassen
somit keine Kontaktspuren an der Buchse und es kann ein stabiler
eingespannter Zustand aufrechterhalten werden.
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Wenn
das Spannabgabeelement mittels des Spannfreigabemittels aus diesem
eingespannten Zustand in axialer Richtung bewegt wird, wobei dies
die Gegenrichtung zu der bei Bewegen in den eingespannten Zustand
zurückgelegten
Richtung ist, dann werden die mehreren Stahlkugeln veranlasst, sich
in dem Halteabschnitt in der Gegenrichtung zu der bei Bewegen in
den eingespannten Zustand zurückgelegten
Richtung zu bewegen, und somit werden die mehreren Stahlkugeln aus
den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten verdrängt
und die Befestigung der Arbeitspalette wird gelöst. Die Wirkung bei Befestigung
einer Werkzeugform mittels der Spannvorrichtung ähnelt der bei Befestigung einer Arbeitspalette
und daher wird auf deren Beschreibung verzichtet.
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Da
erfindungsgemäß ein zu
befestigender Gegenstand, der eine Arbeitspalette oder Werkzeugform
ist, durch Veranlassen mehrerer Stahlkugeln, jeweils mit mehreren
einrückenden
Aussparungsabschnitten zu greifen, eingespannt werden kann, wird die
Berührungsfläche zwischen
der Buchse und den Stahlkugeln verhältnismäßig groß und somit hinterlassen die
Stahlkugeln keine Kontaktspuren an der Buchse und es gibt keine Änderung
der Position des Eingriffs zwischen den Stahlkugeln und der Buchse, selbst
nach wiederholtem Einspannen des zu befestigenden Gegenstands, was
bedeutet, dass die Spannkraft immer gleichmäßig auf die Buchse wirkt und
jederzeit ein stabiler eingespannter Zustand aufrechterhalten werden
kann. Selbst wenn zudem eine große Spannkraft erforderlich
ist, da die Berührungsfläche zwischen
den Stahlkugeln und der Buchse verhältnismäßig groß ist, besteht keine Notwendigkeit,
die Größe der Stahlkugeln
oder die Anzahl der Stahlkugeln zu erhöhen, um diese Berührungsfläche zu vergrößern, und
somit kann die Spannvorrichtung in kompakter Größe gefertigt werden.
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Als
Nächstes
werden bevorzugte Arten des Aufbaus der vorliegenden Erfindung beschrieben.
- a) Das Spannbetriebsmittel weist mehrere geneigte
Abschnitte auf, die in dem Spannabgabemittel ausgebildet und im
Verhältnis
zur Richtung der Mittelachse bei einem vorgegebenen Winkel geneigt
sind, wobei diese geneigten Abschnitte die
mehreren Stahlkugeln
veranlassen, sich jeweils in einer radialen Richtung nach außen zu bewegen. Wird
bei Bewegen in den eingespannten Zustand das Spannabgabeelement
in die axiale Richtung bewegt, dann liegen die mehreren geneigten
Abschnitte, die an dem Spannabgabeelement ausgebildet sind, jeweils
an den mehreren Stahlkugeln an, und mit der Bewegung des Spannabgabeelements
bewegen sich die mehreren geneigten Abschnitte ebenfalls in die
axiale Richtung, wodurch die mehreren Stahlkugeln veranlasst werden,
sich jeweils in einer radialen Richtung nach außen zu bewegen. Die mehreren Stahlkugeln,
die sich in einer radialen Richtung nach außen bewegt haben, greifen jeweils
mit den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten, die in der Buchse ausgebildet sind, wodurch
der zu befestigende Gegenstand an dem Grundkörper befestigt wird.
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Bei
Bewegen in den eingespannten Zustand wird daher das Spannabgabeelement
in die axiale Richtung bewegt, wodurch die mehreren geneigten Abschnitte,
die an dem Spannabgabeelement ausgebildet sind, veranlasst werden,
jeweils an den mehreren Stahlkugeln anzuliegen, und die mehreren
Stahlkugeln werden durch die mehreren geneigten Abschnitte jeweils
veranlasst, sich in einer radialen Richtung nach außen zu bewegen,
wodurch die mehreren Stahlkugeln veranlasst werden können, jeweils mit
den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten zu greifen.
- b) Das Spannfreigabemittel
umfasst mehrere halbkugelförmige
Aussparungsabschnitte, die in dem Spannabgabeelement jeweils benachbart
zu den geneigten Abschnitten ausgebildet sind, wobei die mehreren
Aussparungsabschnitte es den mehreren Stahlkugeln ermöglichen,
jeweils in einer radialen Richtung nach innen zurückzuweichen.
Wenn bei Bewegen von dem eingespannten Zustand zu dem nicht eingespannten
Zustand das Spannabgabeelement in die axiale Richtung in Gegenrichtung
zu der bei Bewegen in den eingespannten Zustand zurückgelegten
Richtung bewegt wird, bewegen sich auch die geneigten Abschnitte
aufgrund der Bewegung des Spannabgabeelements in die gleiche Richtung,
und daher bewegen sich die mehreren Stahlkugeln, die durch die geneigten
Abschnitte in radiale Richtungen nach außen geschoben wurden, zurück nach innen
und weichen jeweils in die mehreren Aussparungsabschnitte zurück, die
benachbart zu den geneigten Abschnitten ausgebildet sind. Daher
wird die Befestigung des zu befestigenden Gegenstands mittels des
Zurückweichens
der Stahlkugeln aus den einrückenden
Aussparungsabschnitten gelöst.
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Bei
Bewegen von einem eingespannten Zustand zu einem nicht eingespannten
Zustand werden daher durch Veranlassen der geneigten Abschnitte, sich
aufgrund der Bewegung des Spannabgabeelements in die gleiche Richtung
wie das Spannabgabeelement zu bewegen, die mehreren Stahlkugeln
veranlasst, sich nach innen zu bewegen und jeweils in die mehreren
Aussparungsabschnitte zurückzuweichen,
die benachbart zu den geneigten Abschnitten ausgebildet sind, und
somit werden die mehreren Stahlkugeln jeweils von den mehreren einrückenden Aussparungsabschnitten
getrennt und die Befestigung des zu befestigenden Gegenstands wird
gelöst.
- c) Das Spannbetriebsmittel umfasst eine ringförmige Konusfläche, die
in dem Spannabgabemittel ausgebildet ist, wobei die ringförmige Konusfläche die
mehreren Stahlkugeln veranlasst, sich in einer radialen Richtung
nach außen
zu bewegen.
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Wenn
bei Bewegen in den eingespannten Zustand das Spannabgabeelement
in die axiale Richtung bewegt wird, dann liegt die ringförmige Konusfläche, die
an dem Spannabgabeelement ausgebildet ist, jeweils an den mehreren
Stahlkugeln an, und bei Bewegung des Spannabgabeelements bewegt
sich die ringförmige
Konusfläche
ebenfalls in die axiale Richtung, wodurch die mehreren Stahlkugeln
jeweils veranlasst werden, sich in einer radialen Richtung nach
außen
zu bewegen. Die mehreren Stahlkugeln, die sich in einer radialen
Richtung nach außen
bewegt haben, greifen jeweils mit den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten, die in der Buchse ausgebildet sind, wodurch
der zu befestigende Gegenstand an dem Grundkörper befestigt wird.
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Bei
Bewegen in den eingespannten Zustand wird daher das Spannabgabeelement
in die axiale Richtung bewegt, wodurch die auf dem Spannabgabeelement
ausgebildete ringförmige
Konusfläche veranlasst
wird, jeweils an den mehreren Stahlkugeln anzuliegen, und die mehreren
Stahlkugeln werden jeweils durch die ringförmige Konusfläche veranlasst, sich
in einer radialen Richtung nach außen zu bewegen, wodurch die
mehreren Stahlkugeln veranlasst werden können, jeweils mit den mehreren
einrückenden
Aussparungsabschnitten zu greifen.
- d) Das Spannfreigabemittel
umfasst eine ringförmige
Aussparung, die in dem Spannabgabeelement in einer benachbarten
Position zu der ringförmigen
Konusfläche
ausgebildet ist, wobei die ringförmige
Aussparung es den mehreren Stahlkugeln ermöglicht, in einer radialen Richtung
nach innen zurückzuweichen.
Wenn bei Bewegen aus dem eingespannten Zustand in den nicht eingespannten
Zustand das Spannabgabeelement in die axiale Richtung in die Gegenrichtung
zu der bei Bewegen in den eingespannten Zustand zurückgelegten
Richtung bewegt wird, dann bewegt sich auch die ringförmige Konusfläche aufgrund der
Bewegung des Spannabgabeelements in die gleiche Richtung, und somit
bewegen sich die mehreren Stahlkugeln, die durch die ringförmige Konusfläche in radiale
Richtungen nach außen geschoben
wurden, zurück
nach innen und weichen jeweils in die ringförmige Aussparung zurück, die
benachbart zu der ringförmigen
Konusfläche
ausgebildet ist. Daher wird die Befestigung des zu befestigenden
Gegenstands mittels Zurückweichen
der Stahlkugeln aus den einrückenden
Aussparungsabschnitten gelöst.
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Bei
Bewegen aus dem eingespannten Zustand in einen nicht eingespannten
Zustand werden daher durch Veranlassen der ringförmigen Konusfläche, sich
aufgrund der Bewegung des Spannabgabeelements in die gleiche Richtung
wie das Spannabgabeelement zu bewegen, die mehreren Stahlkugeln veranlasst,
sich nach innen zu bewegen und jeweils in die ringförmige Aussparung
zurückzuweichen,
die benachbart zu der ringförmigen
Konusfläche
ausgebildet ist, und somit werden die mehreren Stahlkugeln jeweils
von den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten getrennt und die Befestigung des zu befestigenden
Gegenstands wird gelöst.
- e) Das Spannbetriebsmittel umfasst mehrere
Tellerfedern für
das Vorspannen des Spannabgabeelements in die Richtung der Mittelachse
desselben. Bei Bewegen in den eingespannten Zustand wird daher das
Spannabgabeelement durch die Tellerfedern in die axiale Richtung
getrieben, wodurch die mehreren Stahlkugeln in
radiale
Richtungen bewegt werden und veranlasst werden können, jeweils mit den mehreren
einrückenden
Aussparungsabschnitten zu greifen. - f) Das Spannfreigabemittel
umfasst einen Hydraulikzylinder, der das Spannabgabeelement gegen die
elastische Vorspannkraft der Tellerfedern in die Richtung der Mittelachse
desselben treiben kann. Bei Bewegen aus einem eingespannten Zustand
in einen nicht eingespannten Zustand wird daher das Spannabgabeelement
durch den Hydraulikzylinder gegen die elastische Vorspannkraft der
Tellerfedern in eine Gegenrichtung zu der bei Bewegen in den eingespannten
Zustand durchlaufenen Richtung getrieben, und somit können die
mehreren Stahlkugeln jeweils von den mehreren einrückenden
Aussparungsabschnitten gelöst
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine zerlegte perspektivische Ansicht des allgemeinen Aufbaus einer
Arbeitspalette, eines Grundelements und einer Spannvorrichtung bezüglich einer
erfindungsgemäßen Ausführung;
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2 ist
eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung;
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3 ist
eine vertikale Querschnittansicht der Spannvorrichtung (in nicht
eingespanntem Zustand);
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4 ist
eine vertikale Querschnittansicht der Spannvorrichtung (in eingespanntem
Zustand);
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5 ist
eine vergrößerte Teilansicht
von 3;
-
6 ist
eine vergrößerte Teilansicht
von 4;
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7 ist
eine Draufsicht auf eine Buchse;
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8 ist
eine vertikale Querschnittansicht der Buchse;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kolbenelements;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines konusförmigen Klemmrings;
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11 ist
eine vertikale Querschnittansicht des konusförmigen Klemmrings; und
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12 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kolbenelements gemäß einer
Abwandlung.
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Bevorzugteste
Ausführung
der Erfindung
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Als
Nächstes
wird eine höchst
bevorzugte Ausführung
der Erfindung beschrieben.
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Diese
Ausführung
ist ein Beispiel für
den Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Spannvorrichtung
zum Befestigen einer Arbeitspalette zum lösbaren Anbringen eines zu bearbeitenden Werkstücks an einem
an dem Tisch einer Werkzeugmaschine befestigten Grundelement.
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In 1 wird
die Arbeitspalette 1 gezeigt, die mittels vier Spannvorrichtungen 3 an
dem Grundelement 2 zu befestigen ist. Diese vier Spannvorrichtungen 3 positionieren
die Arbeitspalette 1 bezüglich des Grundelements 2 in
der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung und befestigen
die Arbeitspalette 1 an dem Grundelement 2.
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Die
Arbeitspalette 1 weist eine dicke Plattenform auf, die
in Draufsicht in etwa quadratisch ist, und das Grundelement 2 weist
ebenfalls eine ähnliche quadratische
dicke Plattenform auf. Das Grundelement 2 kann durch den
tatsächlichen
Tisch der Werkzeugmaschine gebildet werden. Die vier Spannvorrichtungen 3 sind
jeweils in den vier Ecken des Quadrats der Arbeitsplatte 1 und
des Grundelements 2 angeordnet.
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Als
Nächstes
wird die Spannvorrichtung 3 beschrieben. Die vier Spannvorrichtungen 3 haben hier
jeweils einen ähnlichen
Aufbau, und daher wird nachstehend nur eine der Spannvorrichtungen 3 beschrieben.
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Wie
in 2 bis 4 gezeigt wird, hat die Spannvorrichtung 3 eine
ringförmige
Buchse 10, die an der Arbeitspalette 1 befestigt
ist, einen Spannmechanismus 11, der die Buchse 10 an
dem Grundelement 2 befestigt, Spannbetriebsmittel 12 zum
Betreiben des Spannmechanismus 11 in einer Spannrichtung,
Spannfreigabemittel 13 zum Betreiben des Spannmechanismus 11 in
einer Spannfreigaberichtung, einen Positionierungsmechanismus 14,
der die Arbeitspalette 1 bezüglich des Grundelements 2 in der
horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung positionieren
kann, sowie einen Luftzufuhrmechanismus 15 zum Zuführen von
Druckluft zum Entfernen von Staub und dergleichen.
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Wie
in 2 – 8 gezeigt,
ist die Buchse 10 intern in einer aufnehmenden Öffnung 1a aufgenommen,
die in dem unteren Teil der Arbeitspalette 1 ausgebildet
ist, und ist zum Beispiel durch vier Schrauben 1b in einem
Zustand an der Arbeitspalette 1 befestigt, in dem ihre
Höhe durch
Dazwischensetzen einer höhenjustierenden
Zwischenlegplatte 20 angepasst wurde. Eine an den mittleren
Teil des oberen Endes der aufnehmenden Öffnung 1a anschließende Aussparungsöffnung 1c ist
ebenfalls in der Arbeitspalette 1 ausgebildet.
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Wie
in 7 und 8 gezeigt, sind sechs teilkugelförmige einrückende Aussparungsabschnitte 21,
die zum Beispiel in einer Ringform angeordnet sind, in dem oberen
Endbereich der Buchse 10 ausgebildet. Wie nachstehend beschrieben
greifen mehrere Stahlkugeln 24 des Spannmechanismus 11 mit diesen
einrückenden
Aussparungsabschnitten 21, wodurch die Buchse 10 hin
zu dem Grundelement 2 gezogen wird und dieses ortsfest
befestigt wird.
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Wie
in 2 bis 6 gezeigt wird, umfasst der
Spannmechanismus 11 einen Haltekörper 23 mit einem
rohrförmigen
Halteabschnitt 23b, sechs Stahlkugeln 24, die
in der radialen Richtung an diesem Halteabschnitt 23b an
Stellen beweglich gehalten werden, die den sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 entsprechen, und ein Kolbenelement 25 (Spannabgabeelement),
das in eine Achsenöffnung 28 in
dem Halteabschnitt 23b beweglich eingesetzt ist, wobei
der Spannmechanismus 11 so aufgebaut ist, dass er die sechs
Stahlkugeln 24 veranlasst, jeweils mit den sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 zu greifen.
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Der
Haltekörper 23 umfasst
einen Abschnitt 23a großen Durchmessers in dem mittleren
Bereich in der vertikalen Richtung desselben, einen Halteabschnitt 23b,
der durch die Buchse 10 treten kann, wobei er sich von
diesem Abschnitt 23a großen Durchmessers nach oben
erstreckt, und einen ringförmigen Abschnitt 23c,
der von dem unteren Ende des Abschnitts 23a großen Durchmessers
nach außen
ragt. Der Haltekörper 23 ist
durch sechs Schrauben 26, die den Abschnitt 23a großen Durchmessers
durchsetzen, an dem Grundelement 2 in einem Zustand befestigt,
in dem der ringförmige
Abschnitt 23c im Inneren der aufnehmenden Öffnung 2a des
Grundelements 2 eingesetzt ist.
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An
der oberen Fläche
des Abschnitts 23a großen
Durchmessers ist eine ringförmige
aufnehmende Fläche 27 zum
Aufnehmen der Buchse 10 und zum Ermitteln der Position
der Arbeitspalette 1 in vertikaler Richtung ausgebildet.
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Eine
Achsenöffnung 28,
durch welche der Stangenabschnitt 25b des Kolbenelements 25 tritt, ist
in dem Halteabschnitt 23 ausgebildet. In der oberen Hälfte des
Halteabschnitts 23b sind sechs Durchgangsbohrungen 29 vorgesehen,
die den Halteabschnitt 23b in einer radialen Richtung durchsetzen. Eine
ringförmige
Konusfläche 30,
die in der Aufwärtsrichtung
an Durchmesser verliert, ist an dem Außenumfang der unteren Hälfte des
Halteabschnitts 23b ausgebildet. Ferner ist in dem ringförmigen Abschnitt 23c und
dem Grundelement 2 eine zylinderförmige Öffnung 31 ausgebildet.
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Sechs
Stahlkugeln 24 sind in der radialen Richtung in den sechs
Durchgangsbohrungen 29 des Halteabschnitts 23b beweglich
gehalten. Wie nachstehend beschrieben bewegen sich die sechs Stahlkugeln 24 bei
Bewegen der Vorrichtung in einen eingespannten Zustand in der radialen
Richtung auswärts
und greifen jeweils mit den einrückenden
Aussparungsabschnitten 21, und wenn die Vorrichtung zu
einem nicht eingespannten Zustand bewegt wird, bewegen sich die
sechs Stahlkugeln 24 in radiale Richtung nach innen und
weichen jeweils in Aussparungsabschnitte 34 in dem Kolbenelement 25 zurück.
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Wie
in 3 bis 6 sowie in 9 gezeigt
wird, umfasst das Kolbenelement 25 einen integral ausgebildeten
Kolbenabschnitt 25a und Stangenabschnitt 25b.
Der Kolbenabschnitt 25b passt innen in gleitender Weise
in die zylinderförmige Öffnung 31.
Der Stangenabschnitt 25b ist in die Achsenöffnung 38 – in axialer
Richtung 32 derselben beweglich – eingesetzt, und eine Staubdichtung 33 zum Verhindern
des Eindringens von Fremdkörpern,
wie Späne,
Schleifstaub oder dergleichen, in das Innere des Haltekörpers 23 ist
zwischen dem Stangenabschnitt 25b und der Achsenöffnung 28 eingebaut. Sechs
nutartige geneigte Abschnitte 33, die bei etwa 30° zur Mittelachse 32 so
geneigt sind, dass sie sich in Abwärtsrichtung hin zur Mittelachse 32 neigen, sind
in den umfangseitigen Bereichen des oberen Endes des Stangenabschnitts 25b ausgebildet,
und sechs halbkugelförmige
Aussparungsabschnitte 34, die sich jeweils neben den geneigten
Abschnitten 33 befinden, sind unter den sechs geneigten
Abschnitten 33 ausgebildet.
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Das
Spannbetriebsmittel 12 dient dazu, das Kolbenelement 25 zu
veranlassen, sich nach unten zu bewegen, wodurch die sechs Stahlkugeln 24 veranlasst
werden, jeweils mit den sechs einrückenden Aussparungsabschnitten 21 zu
greifen, und dieses Spannbetriebsmittel 12 umfasst mehrere
Tellerfedern 40, die das Kolbenelement 25 in Abwärtsrichtung
treiben, sowie die in dem Kolbenelement 25 ausgebildeten
sechs geneigten Abschnitte 33, die die sechs Stahlkugeln 24 veranlassen,
sich in radiale Richtungen nach außen zu bewegen.
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Die
mehreren Tellerscheiben 40 sind in einem zusammengedrückten Zustand
in dem ringförmigen
Abschnitt 23c und dem Kolbenabschnitt 25a angeordnet,
wobei ein Teil der Tellerfedern 40 in einem ringförmigen federaufnehmenden
Abschnitt 41 aufgenommen sind, der in dem Abschnitt 23a großen Durchmessers
ausgebildet ist, und wobei der Rest der Tellerfedern 40 in
einem ringförmigen
federaufnehmenden Abschnitt 42 aufgenommen ist, der in dem
Kolbenabschnitt 25a ausgebildet ist.
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Diese
Tellerfedern 40 erzeugen eine Spannkraft, die das Kolbenelement 25 stark
nach unten treibt.
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Wenn
die Vorrichtung zu einem eingespannten Zustand getrieben wird, wird
das Kolbenelement 25 durch die Tellerfedern 40 nach
unten getrieben, und entsprechend dieser Abwärtsbewegung des Kolbenelements 25 liegen
die sechs geneigten Abschnitte 33 jeweils an den sechs
Stahlkugeln 24 an, wodurch die sechs Stahlkugeln 24 in
radialen Richtungen nach außen
geschoben werden, und somit bewegen sich die Stahlkugeln 24 in
radiale Richtungen nach außen
und greifen jeweils mit den sechs einrückenden Aussparungsabschnitten 21,
wie in 4 und 6 gezeigt wird.
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Das
Spannfreigabemittel 13 dient dazu, das Kolbenelement 25 zur
Aufwärtsbewegung
zu veranlassen, wodurch es den sechs Stahlkugeln ermöglicht wird,
jeweils von den sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 zurückzuweichen, und dieses Spannfreigabemittel 13 umfasst
einen Hydraulikzylinder 45, der das Kolbenelement 25 gegen
die elastische Vorspannkraft der Tellerfedern 40 nach oben
treiben kann, und die sechs Aussparungsabschnitte 34, in
die die sechs Stahlkugeln 24 jeweils in einer radialen
Einwärtsrichtung
zurückweichen
können.
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Der
Hydraulikzylinder 45 umfasst die Zylinderöffnung 31,
den Kolbenabschnitt 25a und eine Ölkammer 46 zum Erzeugen
einer Spannfreigabekraft zum Treiben des Kolbenelements 25 nach
oben und dergleichen. Wie vorstehend beschrieben passt der Kolbenabschnitt 25a innen
in gleitender Weise in die Zylinderöffnung 31, und ein
Abdichtelement 47 dichtet zwischen der Zylinderöffnung 31 und
dem Kolbenabschnitt 25a ab. Die Ölkammer 46 ist in
dem Grundelement 2 an der unteren Seite des Kolbenelements 25a vorgesehen,
und Hydraulikdruck kann mittels einer Ölleitung 48, die in
dem Grundelement 2 ausgebildet ist und an eine externe
Hydraulikdruckzufuhrvorrichtung angeschlossen ist, dieser Ölkammer 46 zugeführt und
von dieser abgelassen werden.
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Bei
Antreiben der Vorrichtung von einem eingespannten Zustand zu einem
nicht eingespannten Zustand wird der Ölkammer 46 Hydraulikdruck
zugeführt
und das Kolbenelement 25 wird gegen die elastische Vorspannkraft
der Tellerfedern 40 mittels der durch diese Ölkammer 46 erzeugten
Spannfreigabekraft nach oben getrieben. Entsprechend der Aufwärtsbewegung
des Kolbenelements 25 bewegen sich die sechs geneigten
Abschnitte 33 ebenfalls nach oben, und mit dieser Aufwärtsbewegung
der sechs geneigten Abschnitte 33 bewegen sich die sechs
Stahlkugeln 24 hin zum Inneren, wodurch die Stahlkugeln 24 jeweils
in die sechs Aussparungsabschnitte 34 zurückweichen,
wie in 4 und 5 gezeigt wird, wodurch die
Stahlkugeln 24 von den einrückenden Aussparungsabschnitten 21 getrennt werden.
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Wie
in 5 und 6 gezeigt umfasst der Positionierungsmechanismus 14 die
aufnehmende Fläche 27 zum
Ermitteln der Position der Arbeitspalette 1 in der vertikalen
Richtung sowie die ringförmige
Konusfläche 30 und
einen konusförmigen
Klemmring 50, der an der Buchse 10 vorgesehen
ist, zum Ermitteln der Position der Arbeitspalette 1 in
der horizontalen Richtung. Eine Anschlagsfläche 51 für ein Anliegen
mit der aufnehmenden Fläche 27 ist
an dem unteren Ende der Buchse 10 ausgebildet, und in einem
eingespannten Zustand liegt diese Anschlagsfläche 51 an der aufnehmenden
Fläche 27 an,
wodurch die Position der Arbeitspalette 1 in der vertikalen
Richtung mit einem hohen Maß an
Genauigkeit positioniert wird.
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Ein
konusförmiger
Klemmring 50, der sich in der radialen Auswärtsrichtung
elastisch verformen kann, ist in der vertikalen Richtung gleitend
an dem Seitenteil des Innenumfangs der Buchse 10 montiert. Der
Außenumfang
des konusförmigen
Klemmrings 50 ist mit einer runden zylindrischen Fläche ausgebildet,
und der Innenumfang des konusförmigen Klemmrings 50 ist
mit einer Konusfläche
ausgebildet, die in Abwärtsrichtung
an Durchmesser zunimmt und hermetisch mit der ringförmigen Konusfläche 30 greifen
kann. Wie in 10 und 11 gezeigt
wird, sind an vier gleich weit entfernten Stellen in Umfangsrichtung
des konusförmigen
Klemmrings 50 Schlitze 50a, 50b zum Fördern der
elastischen Verformung des konusförmigen Klemmrings 50 ausgebildet.
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Über dem
konusförmigen
Klemmring 50 ist in dem Seitenteil des Innenumfangs der
Buchse 10 eine ringförmige
Nut 52 ausgebildet, und in dieser ringförmigen Nut 52 ist
eine Tellerfeder 53 vorgesehen, die den konusförmigen Klemmring 50 elastisch
in Abwärtsrichtung
treibt. Ein Haltering 54 zum Verhindern des Entfernens
des konfusförmigen
Klemmrings 50 ist unter dem konusförmigen Klemmring 50 eingebaut.
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In
einem Zustand, in dem der konusförmige Klemmring 50 außen über der
ringförmigen
Konusfläche 30 angebracht
ist, wird, wenn die sechs Stahlkugeln 24 jeweils mit den
sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 greifen und die Buchse 10 hin zu
dem Grundelement 2 gezogen wird, der konusförmige Klemmring 50 durch
die Tellerfedern 53 abwärts gedrückt, und
somit greift der konusförmige
Klemmring 50 hermetisch mit der ringförmigen Konusfläche 30 und
positioniert die Arbeitspalette 1 mit einem hohen Maß an Genauigkeit
in der horizontalen Richtung. Gleichzeitig liegt die Anschlagsfläche 51 der Buchse
an der aufnehmenden Fläche 27 an,
und die Arbeitspalette 1 wird dadurch ebenfalls mit einem
hohen Maß an
Genauigkeit in der vertikalen Richtung positioniert.
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Wie
in 3 und 5 gezeigt, umfasst der Luftzufuhrmechanismus 15 einen
in dem Grundelement 2 ausgebildeten und mit einer (nicht
dargestellten) externen Druckluftzufuhrvorrichtung verbundenen Luftdurchlass 60,
einen in dem Haltekörper 23 ausgebildeten
Luftdurchlass 61, in den Stangenabschnitten 25b ausgebildete
Luftdurchlässe 62, 63, ringförmige Nute 64, 65,
Abblasöffnungen 66, 67. Zum
Beispiel sind vier Sätze
von Abblasöffnungen 66, 67 jeweils
in abstrahlender Weise ausgebildet. Das obere Ende des Luftdurchlasses 63 ist
durch ein Verschlusselement 68 abgedichtet. Bei diesem
Luftzufuhrmechanismus 15 wird die von einer Druckluftzufuhrvorrichtung
zugeführte
Druckluft von den Abblasöffnungen 66 über den
Luftdurchlass 62 und die ringförmige Nut 64 ausgestoßen, wodurch
die Luft in die Nähe
der aufnehmenden Fläche 27 und
der Anschlagsfläche 51 abgeblasen
wird, wobei ferner die Druckluft auch über die Luftdurchlässe 62, 63 und
die ringförmige
Nut 65 aus den Abblasöffnungen 67 ausgestoßen wird,
wodurch Luft in die Nähe
der ringförmigen
Konusfläche 30 und
des konusförmigen Klemmrings 50 geblasen
wird.
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Als
Nächstes
wird die Wirkungsweise der Spannvorrichtung 3 beschrieben.
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Wie
in 3 und 5 gezeigt wird, wird vor Befördern der
Arbeitspalette 1 zu dem Grundelement 2 und deren
Anbringen darin der Ölkammer 46 Hydraulikdruck
zugeführt,
wodurch ein nicht eingespannter Zustand aufrechterhalten wird. In
diesem Fall drückt
die durch den Hydraulikzylinder 45 erzeugte Spannfreigabekraft
das Kolbenelement 25 gegen die Spannkraft der Tellerfedern 40 nach
oben und das obere Ende des Stangenabschnitts 25b liegt an
dem oberen Ende der Aussparungsöffnung 1c an. Die
sechs Stahlkugeln 24 befinden sich hier in einem Zustand,
in dem sie sich in eine radiale Einwärtsrichtung bewegt haben und
jeweils in die sechs Aussparungsabschnitte 34 zurückgewichen
sind.
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Von
diesem Zustand aus wirkt daraufhin nach Setzen der Arbeitsplatte 1 auf
das Grundelement 2 bei Ablassen des Hydraulikdrucks in
der Ölkammer 46,
wie in 4 und 6 veranschaulicht wird, die
von den Tellerfedern 40 erzeugte Spannkraft auf das Kolbenelement 25 und
schiebt das Kolbenelement 25 nach unten. In diesem Fall
bewegen sich die in dem Kolbenelement 25 ausgebildeten
sechs geneigten Abschnitte 33 ebenfalls abwärts, wodurch die
sechs Stahlkugeln 24 jeweils in radiale Richtungen nach
außen
geschoben werden, und somit bewegen sich die sechs Stahlkugeln 24 nach
außen und
greifen jeweils mit den sechs einrückenden Aussparungsabschnitten 21.
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Die
Spannkraft wird daher durch die Stahlkugeln 24 auf die
Buchse 10 übertragen
und somit wird die Buchse 10 hin zu dem Grundelement 2 gezogen. Gleichzeitig
greift der konusförmige
Klemmring 50 hermetisch mit der ringförmigen Konusfläche 30 des Halteabschnitts 23b,
wodurch die Arbeitspalette 1 in der horizontalen Richtung
positioniert wird, und die Anschlagsfläche 51 der Buchse 10 liegt
an der aufnehmenden Fläche 27 an,
wodurch die Arbeitspalette 1 in der vertikalen Richtung
positioniert wird. Daher wird die Arbeitspalette 1 in einem
sowohl in horizontaler Richtung als auch vertikaler Richtung höchst präzis positionierten
Zustand an dem Grundelement 2 befestigt.
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Wenn
als Nächstes
der Ölkammer 46 Hydraulikdruck
zugeführt
wird, wenn sich die Vorrichtung in einem gespannten Zustand befindet,
dann wird das Kolbenelement 25 gegen die elastische Vorspannkraft
der Tellerfedern 40 durch die von der Ölkammer 46 erzeugte
Spannfreigabekraft nach oben getrieben. Dementsprechend bewegen
sich auch die geneigten Abschnitte 33 nach oben, die sechs
Stahlkugeln 24 bewegen sich in einer radialen Einwärtsrichtung,
und somit werden die sechs Stahlkugeln 24 jeweils von den
sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 gelöst und weichen jeweils in die
Aussparungsabschnitte 34 zurück, wodurch die Befestigung
der Arbeitspalette 1 gelöst wird.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Spannvorrichtung 3 werden die folgenden Vorteile
erhalten.
- 1) Da die Arbeitspalette 1 mittels
der sechs Stahlkugeln 24 eingespannt wird, die im eingespannten Zustand
jeweils mit den sechs einrückenden
Aussparungsabschnitten 21 greifen, wird die Berührungsfläche zwischen
der Buchse 10 und den Stahlkugeln 24 verhältnismäßig groß und somit hinterlassen
die Stahlkugeln 24 keine Kontaktspuren an der Buchse 10 und
die Position des Einrückens
zwischen den Stahlkugeln 24 und der Buchse 10 bleibt
unverändert,
selbst nach wiederholter Verwendung der Arbeitspalette 1,
wodurch die Spannkraft immer gleichmäßig auf die Buchse 10 wirkt,
und daher wird es möglich,
einen stabilen eingespannten Zustand zu wahren. Selbst wenn eine
große
Spannkraft erforderlich ist, besteht, da die Berührungsfläche zwischen den Stahlkugeln 24 und
der Buchse 10 verhältnismäßig groß ist, daher
keine Notwendigkeit, die Größe der Stahlkugeln 24 oder
die Anzahl der Stahlkugeln zu erhöhen, um diese Berührungsfläche zu vergrößern, und
somit kann die Spannvorrichtung 3 in kompakter Größe hergestellt
werden.
- 2) Da der konusförmige
Klemmring 50 hermetisch mit der ringförmigen Konusfläche 30 des
Halteabschnitts 23b greift, wobei ferner die Anschlagsfläche 51 der
Buchse 10 an der aufnehmenden Fläche 27 anliegt, ist
es möglich,
die Arbeitspalette 1 bezüglich des Grundelements 2 sowohl
in horizontaler als auch in vertikaler Richtung mit einem hohen
Maß an
Genauigkeit zu positionieren. Da zudem Schlitze 50a, 50b zum
Fördern
elastischer Verformung in dem konusförmigen Klemmring 50 ausgebildet
sind, ist es dem konusförmigen Klemmring 50 möglich, im
eingespannten Zustand die ringförmige
Konusfläche 30 eng
und zuverlässig
zu berühren,
und somit kann die Arbeitspalette 1 mit einem noch größeren Maß an Genauigkeit
in der horizontalen Richtung zu positionieren.
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Als
Nächstes
werden verschiedene Abwandlungen, die auf der oben erwähnten Ausführung beruhen,
beschrieben. Elemente, die denen der oben erwähnten Ausführung ähneln, werden mit den gleichen
Bezugsziffern bezeichnet und auf deren Beschreibung wird dementsprechend
verzichtet.
- A) Wie in 12 gezeigt,
umfasst das Spannbetriebsmittel 12A eine in einem Kolbenelement 25A ausgebildete
ringförmige
Konusfläche 33A,
die die mehreren Stahlkugeln 24 veranlasst, sich in radiale
Richtungen nach außen
zu bewegen. Das Spannfreigabemittel 13A umfasst dagegen
eine in dem Kolbenelement 25A neben der unteren Seite der
ringförmigen
Konusfläche 33A ausgebildete ringförmige Aussparung 34A,
in die die mehreren Stahlkugeln 25 in einer radialen Einwärtsrichtung zurückweichen
können.
Die Wirkung und die Vorteile dieser Spannvorrichtung sind praktisch
die gleichen wie bei der vorstehenden Ausführung und daher wird auf eine
Beschreibung derselben verzichtet.
- B) Auf den Positioniermechanismus 14 kann verzichtet
werden. Zum Beispiel können
zwischen der Arbeitspalette 1 und dem Grundelement 2 Positioniermechanismen
verschiedenster anderer Strukturen so an der Spannvorrichtung 3 vorgesehen
werden, dass die Arbeitspalette 1 bezüglich dem Grundelement 2 positioniert
wird.
- C) Die Anzahl der Stahlkugeln 24 ist nicht auf sechs
beschränkt
und deren Anzahl kann entsprechend der Größe der Spannvorrichtung 3 und der
Größenordnung
ihrer Spannkraft und dergleichen unterschiedlich gewählt werden.
- D) Die vorliegende Erfindung kann bei einer Spannvorrichtung
zum Befestigen einer Werkzeugform als zu befestigendem Gegenstand
angewendet werden. In diesem Fall sind die Wirkung und die Vorteile
gleich denen der vorstehenden Ausführung, und daher wird hier
auf deren Beschreibung verzichtet.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
und ein Fachmann kann verschiedene Abwandlungen der vorstehenden
Ausführung
innerhalb eines Schutzumfangs vornehmen, der nicht vom Wesensgehalt der
vorliegenden Erfindung abweichet, wobei alle diese Abwandlungen
von der durch die Ansprüche angegebenen
vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann
bei einer Spannvorrichtung zum Befestigen einer Arbeitspalette zum
Anbringen eines zu bearbeitenden Werkstücks, bei einer Spannvorrichtung
zum Befestigen einer Werkzeugform für einen Verarbeitungsprozess
oder bei einer Spannvorrichtung zum Befestigen einer Werkzeugform
zum Strangpressen oder dergleichen angewendet werden.