EP0701882A2 - Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. - Google Patents

Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. Download PDF

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EP0701882A2
EP0701882A2 EP95113442A EP95113442A EP0701882A2 EP 0701882 A2 EP0701882 A2 EP 0701882A2 EP 95113442 A EP95113442 A EP 95113442A EP 95113442 A EP95113442 A EP 95113442A EP 0701882 A2 EP0701882 A2 EP 0701882A2
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EP
European Patent Office
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slide
clamping
workpiece
counter
legs
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EP95113442A
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EP0701882A3 (de
EP0701882B1 (de
Inventor
Hans Klingel
Markus Hessbrüggen
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Trumpf SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf SE and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B5/00—Clamps
    • B25B5/06—Arrangements for positively actuating jaws
    • B25B5/061—Arrangements for positively actuating jaws with fluid drive

Definitions

  • the invention relates to a device for clamping workpieces or the like.
  • a workpiece holder with two clamping bodies arranged on opposite sides of the workpiece and displaceable relative to one another, the one clamping body being displaceable in the clamping direction on at least one slide that can be acted upon by a source for a pressure medium and the slide (s) is (are) connected via a deflection gear to at least one counter slide, on which the other tensioning body can be displaced in the opposite direction of the tensioning body on the slide side.
  • the invention relates in particular to a device of the type mentioned, on which the counter slide is acted upon by the deflecting gear outside of its central axis in the direction of displacement.
  • Devices of this type are used, for example, on machine tools and serve to fix the workpiece to be machined in the machining position in a defined manner.
  • the slide With a clamping jaw attached to it, is moved as a clamping body with force applied in the direction of the workpiece arranged between the clamping bodies. Coupled with the slide via the deflection gear, the counter slide is also moved with a clamping jaw in the direction of the workpiece.
  • the slide and counter slide move in the clamping direction the same distance until they are supported with their full and opposing clamping forces via the clamping jaws on opposite sides of the workpiece. Accordingly, the workpiece is automatically centered between the clamping jaws of the workpiece holder.
  • the workpiece is fixed in the clamping position by means of a single workpiece holder with two clamping bodies. Accordingly, the known devices disadvantageously result in a single-axis workpiece centering, namely centering in the direction of the common movement axis of the clamping bodies displaced relative to one another, unless additional centering takes place through the shape of the clamping bodies.
  • a further disadvantage is that, in the known devices, only two clamping or holding forces are introduced into the workpiece over the circumference thereof.
  • the known devices for clamping workpieces Danger of inaccurate workpiece centering, especially under the influence of the workpiece loads associated with workpiece machining.
  • the invention is based on the object of providing a device for clamping workpieces or the like, on which an improved or simplified position fixing of the clamped workpiece is ensured compared to the known devices.
  • At least one further workpiece holder is provided on a device of the type mentioned at the outset and that the slider of different workpiece holders can be acted upon in parallel by means of the source for the pressure medium.
  • the device according to the invention can be used in particular for clamping workpieces whose surface areas acted upon by the clamping bodies on the slide and counter slide have different distances from one another in the clamping position in the direction of the centering axes of the different workpiece holders, and on which slide and counter slide of the different workpiece holders each have to travel different path lengths until the assigned clamping bodies come to rest on the workpiece to be clamped.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that two workpiece holders are provided with clamping bodies lying opposite one another in pairs, the clamping directions of the pairs of clamping bodies enclosing an angle, preferably an approximately right angle.
  • the forces for clamping the workpiece are introduced in a manner distributed over its circumference. As a result, secure all-round support of the workpiece in the clamping position is to be ensured.
  • the use of an embodiment with clamping directions running at right angles to one another is particularly recommended for workpieces with a rectangular cross section.
  • the shape of the clamping jaws which are adapted to the cross section of the workpiece is held on the sides facing the workpiece.
  • the clamping bodies can be formed in one piece with the slides or counter slides of the workpiece holder.
  • a complementary gear symmetrical with respect to the central axis of the counter slide, is provided on a device of the type mentioned at the beginning, on which the counter slide is acted upon by the deflection gear outside of its central axis in the direction of displacement, via which the slide (s) is connected to the counter slide.
  • a complementary gear symmetrical with respect to the central axis of the counter slide
  • the symmetrical application of force to the counter slide in the direction of displacement takes place in that the slide (s) is (are) displaceably connected to two legs which cross over the workpiece on opposite sides and on one leg via the deflection gear and is connected to the other leg via the complementary gear with the counter slide.
  • the deflecting gear and the complementary gear each have a two-armed lever which can be rotated about an axis of rotation extending transversely to the direction of displacement of the slide (s) and the counter slide, the levers on one Support the lever arm on the slide (s), if necessary on the legs connected to the slide (s), and on the other lever arm on the counter slide.
  • the two two-armed levers arranged symmetrically with respect to the central axis of the counter slide allow the required deflection of the movement of the slide into a counter movement of the counter slide using structurally simple means.
  • a groove-like receptacle is provided on the sides facing the lever of the legs connected to the slide (s) and on the opposite sides of the counter slide, in which supports the associated end of the respective lever arm of the two-armed lever.
  • the two-armed levers are supported in a further advantageous embodiment of the invention by means of a rotatable support roller at the ends of the lever arms in the respectively associated receptacle with the the connected leg (s) and on the counter slide.
  • a rotatable support roller at the ends of the lever arms in the respectively associated receptacle with the the connected leg (s) and on the counter slide.
  • the symmetrical introduction of force into the counter slide is accomplished in that the counter slide and the legs connected to the slide (s) are formed on the opposite sides over at least a partial length in the direction of displacement as racks and that the reversing gear and the complementary gear each have a pinion rotatable about a rotational axis extending transversely to the direction of displacement of the legs and the counter-slide, which meshes with the racks on the legs and on the counter-slide.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the measures described above are provided both for the symmetrical introduction of force into the counter slide and for the exact multi-axis centering and reliable support of the workpiece in combination.
  • the clamping device shown in Fig. 1 is used on laser processing machines and serves to fix the workpieces to be machined.
  • the workpieces are fixed by means of two pairs of clamping bodies designed as clamping jaws, of which clamping jaws 1, 2 are shown in detail in FIG. 1.
  • the clamping jaws 1, 2 are guided in the direction of a double arrow 3 so as to be displaceable relative to one another on a housing 4 of the clamping device.
  • the clamping jaws of the second pair of clamping jaws, not shown in FIG. 1, are offset from the clamping jaws 1, 2 perpendicular to the plane of the drawing and arranged rotated by 90 ° and can be displaced relative to one another in the direction of a double arrow 5.
  • a jaw 28 of the second pair of jaws is shown in FIG. 2.
  • a circular arc 6 inside the clamping device marks its maximum opening width.
  • the clamping jaw 1 is screwed to sliders 7a, 7b, which are designed as piston rods of pneumatic piston-cylinder units 8a, 8b and by means of double-acting pistons 9a, 9b in pneumatic cylinders 10a, 10b are displaceable in the direction of the double arrow 3.
  • a guide rod 13 mounted in a sliding guide on the housing 4 serves to guide the clamping jaw 1 in the direction of displacement.
  • the slides 7a, 7b are connected via the clamping jaws 1 to legs 11, 12, which grip the interior of the clamping device in a fork-like manner.
  • the legs 11, 12 are guided by slide bearings on the housing 4 and have groove-like receptacles 14, 15 at their ends facing away from the clamping jaw 1.
  • two-armed levers 16, 17 are supported by support rollers 18, 19.
  • the two-armed levers 16, 17 are pivotally connected to the housing 4 of the clamping device about axes of rotation 20, 21. At their ends facing away from the legs 11, 12, the two-armed levers 16, 17 engage in groove-like receptacles in the form of fork pieces 24, 25 via support rollers 22, 23.
  • the fork pieces 24, 25 are secured against displacement on a counter slide 26 which is guided on the housing 4 of the clamping device so as to be displaceable in the direction of the double arrow 3 and carries the clamping jaws 2 at an end facing the clamping jaw 1.
  • a central axis 27 of the counter slide 26 is indicated by dash-dotted lines in FIG. 1.
  • the central axis 27 of the counter slide 26 coincides with the axis of symmetry of the slide 7a, 7b.
  • the two-armed levers 16, 17 form the essential components of a deflection gear and a complementary gear which is symmetrical with respect to the central axis 27 of the counter slide 26.
  • the counter slide 26 forms together with the slides 7a, 7b, the clamping jaws 1, 2 and the above-mentioned gear elements a workpiece holder for the workpiece to be machined.
  • a second workpiece holder of the clamping device shown comprises the pair of clamping jaws, not shown in FIG. 1, with the clamping jaws offset relative to the clamping jaws 1, 2 shown and is constructed according to the workpiece holder described above. 2 shows the clamping jaws 28, slides 29a, 29b designed as piston rods on double-acting pistons 30a, 30b and pneumatic cylinders 31a, 31b, pneumatic piston-cylinder units 32a, 32b.
  • Fig. 1 indicated by broken lines are two-armed levers 33, 34 of the second workpiece holder.
  • the pneumatic cylinders 10a, 10b, 31a, 31b are connected in parallel with a pneumatic pressure source, not shown, via a switching valve 35.
  • the switching valve 35 can be switched in two switching positions I, II. In the switching position I of the switching valve 35 shown in FIG. 2, the clamping device is open.
  • a workpiece If a workpiece is now to be fixed by means of the clamping device, it must first be inserted into the interior of the clamping device.
  • the switching valve 35 is then switched from the switching position I shown in FIG. 2 to the switching position II.
  • the double-acting pistons 9a, 9b, 30a, 30b of the piston-cylinder units 8a, 8b, 32a, 32b are pressurized on their piston surfaces facing away from the clamping jaws 1, 28. Under the effect of the pressurization, the slides 7a, 7b and the slides 29a, 29b move towards the center of the clamping device.
  • the displacement movement of the slides 7a, 7b is converted via the legs 11, 12 and the two-armed levers 16, 17 supported on them into a movement of the counter slide 26 opposite to the movement of the slides 7a, 7b.
  • Corresponding kinematics result from the displacement of the slides 31a, 31b for the counter slide, not shown, assigned to them.
  • the clamping jaws 1, 2 first run onto the workpiece on the surfaces facing them. Due to the coupling of the displacement movements of the two clamping jaws 1, 2 and the 1: 1 ratio when transmitting the displacement movement of the slide 7a, 7b to the counter slide 26, the workpiece is centered in the direction of their common movement axis by the clamping jaws 1, 2.
  • the clamping jaw 28 and the clamping jaw displaced coupled therewith run onto the surfaces assigned to them of the workpiece.
  • the offset arrangement of the pairs of jaws perpendicular to the plane of FIG. 1 enables the jaws to come into contact with the workpiece without interfering with each other during the displacement movement. Due to the parallel connection of the slide 7a, 7b; 29a, 29b, the clamping jaws 1, 2 initially rest on the workpiece almost without pressure. Accordingly, the workpiece can also be centered in the direction of the axis of movement thereof by the clamping jaws 28 and the clamping jaws coupled to the clamping jaws 1, 2.
  • the full clamping pressure builds up on all clamping jaws at the moment in which the centering in the direction of both movement axes, namely both in the direction of the movement axis of the clamping jaws 1, 2 and in the direction of the common movement axis of the clamping jaw 28 and the clamping jaw associated therewith, is completed is.
  • the rectangular profile shown in dashed lines in FIG. 1 is held symmetrically to the center of the clamping device.
  • the embodiment of a clamping device shown in FIG. 3 is used in particular for clamping workpieces whose cross section deviates from the rectangular shape.
  • shaped jaws in the form of pressure pieces 36, 37, 38, 39 are screwed onto the clamping jaws 1, 2 of the first pair of clamping jaws, as well as onto the clamping jaws, not shown, of the second pair of clamping jaws, which are rotated by 90 ° with respect to the first pair of clamping jaws.
  • the pressure pieces 36, 37, 38, 39 are adapted to the cross section of the workpiece to be clamped.
  • the pressure pieces 36, 37, 38, 39 as shown in Fig. 3, designed such that a large-area support of the assigned surface of the profile is guaranteed. 3
  • the pressure pieces 36, 37; 38, 39 and the associated pairs of clamping jaws are arranged in one and the same plane parallel to the drawing plane according to FIG. 3.

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Abstract

Vorrichtungen zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. mit einer Werkstückhalterung mit zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordneten und gegeneinander verschiebbaren Spannkörpern dienen dazu, zu bearbeitende Werkstücke in der Bearbeitungsstellung definiert zu fixieren. Dabei ist der eine Spannkörper an einem mittels einer Quelle für ein Druckmedium kraftbeaufschlagbaren Schieber in Einspannrichtung verschiebbar und der Schieber über ein Umlenkgetriebe mit wenigstens einem Gegenschieber verbunden. Nachteiligerweise ergibt sich an den bekannten Vorrichtungen eine lediglich einachsige Werkstückzentrierung, es sei denn, durch eine besondere Form der Spannkörper wird eine zusätzliche Zentrierung erreicht. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist an der neuen Vorrichtung wenigstens eine weitere Werkstückhalterung vorgesehen. Außerdem sind die Schieber (7a,7b,29a,29b) der verschiedenen Werkstückhalterungen in Parallelschaltung mittels der Quelle für das Druckmedium kraftbeaufschlagbar. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. mit einer Werkstückhalterung mit zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordneten und gegeneinander verschiebbaren Spannkörpern, wobei der eine Spannkörper an wenigstens einem, mittels einer Quelle für ein Druckmedium kraftbeaufschlagbaren Schieber in Einspannrichtung verschiebbar ist und der (die) Schieber über ein Umlenkgetriebe mit wenigstens einem Gegenschieber in Verbindung steht (stehen), an welchem der andere Spannkorper in Gegenrichtung des schieberseitigen Spannkorpers verschiebbar ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung der genannten Art, an welcher der Gegenschieber von dem Umlenkgetriebe außerhalb seiner Mittelachse in Verschieberichtung kraftbeaufschlagt ist.
  • Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise an Bearbeitungsmaschinen verwendet und dienen dazu, das zu bearbeitende Werkstück in der Bearbeitungsstellung definiert zu fixieren. Zum Einspannen des Werkstücks wird der Schieber mit einem daran angebrachten Spannbacken als Spannkörper kraftbeaufschlagt in Richtung auf das zwischen den Spannkörpern angeordnete Werkstück verschoben. Über das Umlenkgetriebe mit dem Schieber gekoppelt, wird dabei der Gegenschieber mit einem Spannbacken ebenfalls in Richtung auf das Werkstück bewegt. Im Falle einer 1:1 Übersetzung an dem Umlenkgetriebe legen Schieber und Gegenschieber in Einspannrichtung dieselbe Weglänge zurück, bis sie sich mit ihren vollen und einander entgegengerichteten Einspannkräften über die Spannbacken an einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks abstützen. Dementsprechend wird das Werkstück zwischen den Spannbacken der Werkstückhalterung selbsttätig zentriert.
  • An bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Gattung wird das Werkstück mittels einer einzigen Werkstückhalterung mit zwei Spannkörpern in der Einspannlage festgelegt. Nachteiligerweise ergibt sich dementsprechend an den bekannten Vorrichtungen eine lediglich einachsige Werkstückzentrierung, nämlich eine Zentrierung in Richtung der gemeinsamen Bewegungsachse der gegeneinander verschobenen Spannkörper, es sei denn, eine zusätzliche Zentrierung erfolgt durch die Form der Spannkörper. Des weiteren ist von Nachteil, daß an den bekannten Vorrichtungen lediglich zwei Einspann- bzw. Haltekräfte über den Umfang des Werkstücks in dieses eingeleitet werden. Infolge der genannten Nachteile besteht an den bekannten Vorrichtungen zum Einspannen von Werkstücken die Gefahr einer ungenauen Werkstückzentrierung insbesondere unter der Einwirkung der mit der Werkstückbearbeitung verbundenen Werkstückbelastungen.
  • An bekannten Vorrichtungen, an welchen der Gegenschieber von dem Umlenkgetriebe außerhalb seiner Mittelachse in Verschieberichtung kraftbeaufschlagt ist, wird diese Gefahr durch die exzentrische Einleitung der Einspannkraft in den Gegenschieber noch vergrößert. Die außerhalb der Mittelachse eingeleitete Kraft bewirkt an dem Gegenschieber nämlich ein auf diesen wirkendes Moment, das bestrebt ist, den Gegenschieber gegen seine Mittelachse zu verschwenken. Insbesondere bei ungenauer Führung des Gegenschiebers bzw. aufgrund von Verschleiß an der Gegenschieberführung nimmt die Wirkungslinie der von dem Gegenschieber ausgeübten, das Werkstück zentrierenden Einspannkraft einen undefinierten, sich verändernden Verlauf. Entsprechende Ungenauigkeiten ergeben sich im Hinblick auf die Zentrierung des in Einspannlage festgelegten Werkstücks.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. zu schaffen, an der eine gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbesserte bzw. vereinfachte Lagefixierung des eingespannten Werkstücks gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer Vorrichtung der eingangs erstgenannten Art wenigstens eine weitere Werkstückhalterung vorgesehen ist und daß die Schieber der verschiedenen Werkstückhalterungen in Parallelschaltung mittels der Quelle für das Druckmedium kraftbeaufschlagbar sind. Mit der Vermehrung der Werkstückhalterungen erhöht sich auch die Anzahl der Zentrierachsen sowie die Anzahl der in das Werkstück an seinem Umfang eingeleiteten Einspannkräfte. Das Werkstück ist in Einspannlage sicher fixiert und ändert auch unter der mit der Bearbeitung verbundenen Krafteinwirkung seine einmal eingestellte Lage nicht. Dazu, daß das Werkstück in der Einspannlage von vornherein exakt zentriert angeordnet ist, dient neben der mehrachsigen Zentrierung die Kraftbeaufschlagung der Schieber der verschiedenen Werkstückhalterungen in Parallelschaltung. Infolge der Parallelschaltung werden die Schieber sowie die damit über das jeweilige Umlenkgetriebe gekoppelten Gegenschieber der verschiedenen Werkstückhalterungen unter der Wirkung eines einheitlichen Druckes in Einspannrichtung verschoben. Laufen die Spannkörper an Schieber und Gegenschieber einer Werkstückhalterung auf das einzuspannende Werkstück auf, während die Spannkörper einer anderen Werkstückhalterung das Werkstück noch nicht erreicht haben, so entwickeln die an dem Werkstück bereits anliegenden Spannkörper ihre volle Einspannkraft noch nicht. Aufgrund der beschriebenen Parallelschaltung und der damit verbundenen Vereinheitlichung des wirksamen Schieberdruckes baut sich der volle Einspanndruck vielmehr an den Schiebern und Gegenschiebern sämtlicher Werkstückhalterungen gleichzeitig in dem Moment auf, in dem alle Schieber und Gegenschieber mit den zugehörigen Spannkörpern an dem Werkstück anliegen und dementsprechend keine weitere Bewegung in Einspannrichtung möglich ist. Bis zu diesem Zeitpunkt können Schieber und Gegenschieber einer jeden Werkstückhalterung das Werkstück zwischen sich zentrieren. Schieber und Gegenschieber anderer Werkstückhalterungen, die das Werkstück in ihrer Zentrierrichtung bereits in die zentrierte Lage verschoben haben, liegen nahezu drucklos an dem Werkstück an und behindern dementsprechend eine Verschiebung des Werkstücks in Richtung der Achse der noch nicht abgeschlossenen Zentrierung nicht. Sie wirken sogar als Führung für das Werkstück in dieser Richtung. In Anbetracht der beschriebenen Kinematik läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Einspannen von Werkstücken verwenden, deren von den Spannkörpern an Schieber und Gegenschieber beaufschlagten Oberflächenbereiche in Einspannlage in Richtung der Zentrierachsen der verschiedenen Werkstückhalterungen unterschiedliche Abstände voneinander aufweisen und an denen Schieber und Gegenschieber der verschiedenen Werkstückhalterungen jeweils unterschiedliche Weglängen zurückzulegen haben, bis die zugeordneten Spannkörper an dem einzuspannenden Werkstück zur Anlage kommen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Werkstückhalterungen mit einander paarweise gegenüber liegenden Spannkörpern vorgesehen sind, wobei die Einspannrichtungen der Spannkörperpaare einen Winkel, vorzugsweise einen in etwa rechten Winkel, einschließen. An einer derartigen Vorrichtung werden die Kräfte zum Einspannen des Werkstücks über in dessen Umfang verteilt eingeleitet. Infolgedessen ist eine sichere allseitige Abstützung des Werkstückes in Einspannlage gewährleisten Die Verwendung einer Ausführungsform mit rechtwinklig zueinander verlaufenden Einspannrichtungen empfiehlt sich insbesondere bei Werkstücken mit rechteckigem Querschnitt.
  • Im Interesse einer großflächigen Abstützung des Werkstücks ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß an den dem Werkstück zugewandten Seiten der Spannkörper in ihrer Form an den Querschnitt des Werkstücks angepaßte Formbacken gehalten sind.
  • Sind die Formbacken an den Spannkörpern lösbar gehalten, so läßt sich ein und dieselbe Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken unterschiedlicher Querschnitte verwenden. Zum Umrüsten der Vorrichtung sind lediglich die Formbacken auszutauschen. Die Spannkörper können einstückig mit den Schiebern bzw. Gegenschiebern der Werkstückhalterung ausgebildet sein.
  • Die vorstehend angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß an einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, an welcher der Gegenschieber von dem Umlenkgetriebe außerhalb seiner Mittelachse in Verschieberichtung kraftbeaufschlagt ist, ein bezüglich der Mittelachse des Gegenschiebers zu dem Umlenkgetriebe symmetrisches Komplementärgetriebe vorgesehen ist, über welches der (die) Schieber mit dem Gegenschieber in Verbindung steht (stehen). Ebenso wie über das Umlenkgetriebe wird auch über das Komplementärgetriebe eine außermittige Kraft in Bewegungsrichtung des Gegenschiebers in diesen eingeleitet. Dementsprechend resultiert auch aus der über das Komplementärgetriebe in den Gegenschieber eingeleiteten Kraft ein auf diesen wirkendes Drehmoment, welches bestrebt ist, den Gegenschieber gegen seine Mittelachse zu verschwenken. Aufgrund der symmetrischen Ausbildung und Anordnung von Umlenkgetriebe und Komplementärgetriebe sind aber die sich aufgrund der mittels der beiden Getriebe übertragenen Kräfte ergebenden Drehmomente bei übereinstimmendem Betrag einander entgegengerichtet. Moment und Gegenmoment heben sich daher in ihrer Wirkung auf, so daß eine Auslenkung des Gegenschiebers aus seiner Mittelachse vermieden wird. Demzufolge wird das einzuspannende Werkstück über den Gegenschieber in stets gleichbleibender definierter Richtung kraftbeaufschlagt. Bei entsprechender Krafteinleitung an dem dem Gegenschieber zugeordneten Schieber ist sichergestellt, daß das Werkstück in eine einheitliche definierte Einspannlage zentriert und im Falle miteinander zusammenfallender Wirkungslinien der über Schieber und Gegenschieber eingeleiteten Einspannkräfte sicher in der Einspannlage fixiert wird.
  • An einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die symmetrische Kraftbeaufschlagung des Gegenschiebers in Verschieberichtung dadurch, daß der (die) Schieber mit zwei das Werkstück an einander gegenüber liegenden Seiten gabelartig übergreifenden Schenkeln verschiebend verbunden ist (sind) und an dem einen Schenkel über das Umlenkgetriebe und an dem anderen Schenkel über das Komplementärgetriebe mit dem Gegenschieber in Verbindung steht (stehen).
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Umlenkgetriebe sowie das Komplementärgetriebe jeweils einen, um eine quer zu der Verschieberichtung des (der) Schiebers (Schieber) sowie des Gegenschiebers verlaufende Drehachse drehbaren zweiarmigen Hebel aufweist, wobei sich die Hebel an dem einen Hebelarm an dem (den) Schieber(n), gegebenenfalls an den mit dem (den) Schieber(n) verbundenen Schenkeln, und an dem anderen Hebelarm an dem Gegenschieber abstützen. Die beiden bezüglich der Mittelachse des Gegenschiebers symmetrisch angeordneten zweiarmigen Hebel ermöglichen die erforderliche Umlenkung der Bewegung des Schiebers in eine Gegenbewegung des Gegenschiebers mit konstruktiv einfachen Mitteln.
  • Im Interesse einer platzsparenden und robusten Drehlagerung der Hebel von Umlenk- und Komplementärgetriebe ist an den dem Hebel zugewandten Seiten der mit dem (den) Schieber(n) verbundenen Schenkel sowie an den diesen gegenüber liegenden Seiten des Gegenschiebers jeweils eine nutartige Aufnahme vorgesehen, in denen das zugeordnete Ende des jeweiligen Hebelarms der zweiarmigen Hebel abstützt.
  • Zur Verminderung der bei der Drehung der Hebel an den zugeordneten Schenkeln des Schiebers bzw. an dem Gegenschieber auftretenden Reibung stützen sich in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die zweiarmigen Hebel über jeweils eine drehbare Stützrolle an den Enden der Hebelarme in der jeweils zugeordneten Aufnahme an den mit dem (den) Schieber(n) verbundenen Schenkeln und an dem Gegenschieber ab. Bei entsprechender konstruktiver Gestaltung der Verbindungen zwischen den Hebeln und den Stützrollen lassen sich letztere beispielsweise verschleißbedingt problemlos austauschen.
  • An einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die symmetrische Krafteinleitung in den Gegenschieber dadurch bewerkstelligt, daß der Gegenschieber sowie die mit dem (den) Schieber(n) verbundenen Schenkel an den einander gegenüber liegenden Seiten über wenigstens eine Teillänge in Verschieberichtung als Zahnstangen ausgebildet sind und daß das Umlenkgetriebe sowie das Komplementärgetriebe jeweils ein, um eine quer zu der Verschieberichtung der Schenkel und des Gegenschiebers verlaufende Drehachse drehbares Zahnritzel aufweist, welches mit den Zahnstangen an den Schenkeln sowie an dem Gegenschieber kämmt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß vorstehend beschriebene Maßnahmen sowohl zur symmetrischen Krafteinleitung in den Gegenschieber als auch zur exakten mehrachsigen Zentrierung und sicheren Abstützung des Werkstückes in Kombination vorgesehen sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen zu einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer pneumatischen Einspannvorrichtung mit zwei Spannbackenpaaren,
    Fig. 2
    das Prinzipschaltbild der Einspannvorrichtung nach Fig. 1 und
    Fig. 3
    eine teilgeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer pneumatischen Einspannvorrichtung mit zwei Spannbackenpaaren.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Einspannvorrichtung wird an Laserbearbeitungsmaschinen eingesetzt und dient dabei der Festlegung der zu bearbeitenden Werkstücke. Die Fixierung der Werkstücke erfolgt mittels zweier Paare von als Spannbacken ausgebildeten Spannkörpern, von denen in Fig. 1 Spannbacken 1, 2 im einzelnen dargestellt sind. Die Spannbacken 1, 2 sind in Richtung eines Doppelpfeils 3 relativ zueinander verschiebbar an einem Gehäuse 4 der Einspannvorrichtung geführt. Die Spannbacken des zweiten, in Fig. 1 nicht gezeigten Spannbackenpaares sind gegenüber den Spannbakken 1, 2 senkrecht zu der Zeichenebene versetzt sowie um 90° verdreht angeordnet und können relativ zueinander in Richtung eines Doppelpfeils 5 verschoben werden. Ein Spannbacken 28 des zweiten Spannbackenpaares ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Kreisbogen 6 im Innern der Einspannvorrichtung markiert deren maximale Öffnungsweite.
  • Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 zu entnehmen ist, ist der Spannbacken 1 mit Schiebern 7a, 7b verschraubt, die als Kolbenstangen pneumatischer Kolben-Zylinder-Einheiten 8a, 8b ausgebildet und mittels doppelt wirkender Kolben 9a, 9b in Pneumatikzylindern 10a, 10b in Richtung des Doppelpfeils 3 verschiebbar sind. Eine in einer Gleitführung an dem Gehäuse 4 gelagerte Führungsstange 13 dient der Führung des Spannbackens 1 in Verschieberichtung.
  • Die Schieber 7a, 7b sind über den Spannbacken 1 mit Schenkeln 11, 12 verbunden, die den Innenraum der Einspannvorrichtung gabelartig übergreifen. Die Schenkel 11, 12 sind über Gleitlager an dem Gehäuse 4 geführt und weisen an ihren dem Spannbacken 1 abgewandten Enden nutartige Aufnahme 14, 15 auf. In den nutartigen Aufnahmen 14, 15 stützen sich zweiarmige Hebel 16, 17 über Stützrollen 18, 19 ab. Die zweiarmigen Hebel 16, 17 sind um Drehachsen 20, 21 schwenkbar mit dem Gehäuse 4 der Einspannvorrichtung verbunden. An ihren den Schenkeln 11, 12 abgewandten Enden greifen die zweiarmigen Hebel 16, 17 über Stützrollen 22, 23 in nutartige Aufnahmen in Form von Gabelstücken 24, 25 ein. Die Gabelstücke 24, 25 sind verschiebesicher an einem Gegenschieber 26 festgelegt, der an dem Gehäuse 4 der Einspannvorrichtung in Richtung des Doppelpfeils 3 verschiebbar geführt ist und an einem dem Spannbacken 1 zugewandten Ende den Spannbacken 2 trägt. Eine Mittelachse 27 des Gegenschiebers 26 ist in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet. Die Mittelachse 27 des Gegenschiebers 26 fällt mit der Symmetrieachse der Schieber 7a, 7b zusammen. Die zweiarmigen Hebel 16, 17 bilden die wesentlichen Bestandteile eines Umlenkgetriebes sowie eines dazu bezüglich der Mittelachse 27 des Gegenschiebers 26 symmetrischen Komplementärgetriebes.
  • Der Gegenschieber 26 bildet gemeinsam mit den Schiebern 7a, 7b, den Spannbacken 1, 2 und den vorstehend genannten Getriebeelementen eine Werkstückhalterung für das zu bearbeitende Werkstück. Eine zweite Werkstückhalterung der dargestellten Einspannvorrichtung umfaßt das in Fig. 1 nicht dargestellte Spannbackenpaar mit den gegenüber den gezeigten Spannbacken 1, 2 versetzten Spannbacken und ist entsprechend der vorstehend beschriebenen Werkstückhalterung aufgebaut. Als Bestandteile der zweiten Werkstückhalterung sind Fig. 2 zu entnehmen der Spannbacken 28, als Kolbenstangen ausgebildete Schieber 29a, 29b an doppeltwirkenden Kolben 30a, 30b sowie Pneumatikzylinder 31a, 31b, pneumatischer Kolben-Zylinder-Einheiten 32a, 32b. In Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angedeutet sind zweiarmige Hebel 33, 34 der zweiten Werkstückhalterung.
  • Wie Fig. 2 zeigt, sind die Pneumatikzylinder 10a, 10b, 31a, 31b über ein Schaltventil 35 in Parallelschaltung mit einer nicht dargestellten pneumatischen Druckquelle verbunden. Das Schaltventil 35 ist in zwei Schaltstellungen I, II schaltbar. In der in Fig. 2 dargestellten Schaltstellung I des Schaltventils 35 ist die Einspannvorrichtung geöffnet.
  • Soll nun ein Werkstück mittels der Einspannvorrichtung festgelegt werden, so ist es zunächst in das Innere der Einspannvorrichtung einzuschieben. Anschließend wird das Schaltventil 35 aus der in Fig. 2 gezeigten Schaltstellung I in die Schaltstellung II umgeschaltet. In dieser Schaltstellung werden die doppeltwirkenden Kolben 9a, 9b, 30a, 30b der Kolben-Zylinder-Einheiten 8a, 8b, 32a, 32b an ihren den Spannbacken 1, 28 abgewandten Kolbenflächen druckbeaufschlagt. Unter der Wirkung der Druckbeaufschlagung verschieben sich die Schieber 7a, 7b bzw. die Schieber 29a, 29b in Richtung auf das Zentrum der Einspannvorrichtung.
  • Die Verschiebebewegung der Schieber 7a, 7b wird über die Schenkel 11, 12 und die an diesen abgestützten zweiarmigen Hebel 16, 17 in eine der Bewegung der Schieber 7a, 7b entgegengerichtete Bewegung des Gegenschiebers 26 umgesetzt. Eine entsprechende Kinematik ergibt sich aufgrund der Verschiebung der Schieber 31a, 31b für den diesen zugeordneten, nicht dargestellten Gegenschieber.
  • Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Schieber 7a, 7b bezüglich der durch die Führungsstange 13 verlaufenden Mittelachse sowie aufgrund der bezüglich der Mittelachse 27 symmetrischen Beaufschlagung des Gegenschiebers 26 durch die zweiarmigen Hebel 16, 17 ergibt sich eine exakte Parallelführung der Spannbacken 1, 2 in ihrer Verschieberichtung. Entsprechendes gilt für den Spannbacken 28 sowie den diesem gegenüberliegenden Spannbacken.
  • Soll mittels der Einspannvorrichtung beispielsweise ein im Querschnitt rechteckiges Profil eingespannt werden, wie es in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, so laufen zunächst die Spannbacken 1, 2 an den diesen zugewandten Flächen auf das Werkstück auf. Aufgrund der Kopplung der Verschiebebewegungen der beiden Spannbakken 1, 2 und der 1:1 Übersetzung bei der Übertragung der Verschiebebewegung der Schieber 7a, 7b auf den Gegenschieber 26 wird das Werkstück durch die Spannbacken 1, 2 in Richtung ihrer gemeinsamen Bewegungsachse zentriert.
  • Nachdem die Spannbacken 1, 2 bereits an dem einzuspannenden Werkstück anliegen, laufen der Spannbacken 28 sowie der damit gekoppelt verschobene Spannbacken auf die diesen zugeordneten Flächen des Werkstücks auf. Die versetzte Anordnung der Spannbackenpaare senkrecht zu der Zeichenebene nach Fig. 1 ermöglicht es, daß die Spannbacken ohne einander bei der Verschiebebewegung gegenseitig zu behindern an dem Werkstück zur Anlage kommen. Aufgrund der Parallelschaltung der Schieber 7a, 7b; 29a, 29b liegen die Spannbacken 1, 2 an dem Werkstück zunächst nahezu druckfrei an. Dementsprechend kann das Werkstück trotz der anliegenden Spannbacken 1, 2 durch den Spannbacken 28 und den mit diesem gekoppelten Spannbacken in Richtung deren Bewegungsachse ebenfalls zentriert werden. Der volle Einspanndruck baut sich an sämtlichen Spannbakken in demjenigen Moment auf, in dem die Zentrierung in Richtung beider Bewegungsachsen, nämlich sowohl in Richtung der Bewegungsachse der Spannbacken 1, 2 als auch in Richtung der gemeinsamen Bewegungsachse des Spannbackens 28 und des diesem zugeordneten Spannbackens, abgeschlossen ist. In Einspannlage wird das in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Rechteckprofil symmetrisch zum Zentrum der Einspannvorrichtung gehalten.
  • Insbesondere zum Einspannen von Werkstücken, deren Querschnitt von der Rechteckform abweicht, wird die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einer Einspannvorrichtung verwendet. In diesem Fall sind auf die Spannbacken 1, 2 des ersten Spannbackenpaares ebenso wie auf den nicht dargestellten Spannbacken des gegenüber dem ersten Spannbackenpaar um 90° gedreht angeordneten zweiten Spannbackenpaares Formbacken in Form von Druckstücken 36, 37, 38, 39 aufgeschraubt. Die Druckstücke 36, 37, 38, 39 sind an den Querschnitt des einzuspannenden Werkstücks angepaßt. Beispielsweise zum Einspannen von U-Profilen werden die Druckstücke 36, 37, 38, 39, wie in Fig. 3 gezeigt, derart ausgebildet, daß eine großflächige Abstützung der jeweils zugeordneten Fläche des Profils gewährleistet ist. Bei einer Formgebung gemäß Fig. 3 können die Druckstücke 36, 37; 38, 39 sowie die zugeordneten Spannbakkenpaare in ein und derselben Ebene parallel zu der Zeichenebene gemäß Fig. 3 angeordnet werden.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken od. dgl. mit einer Werkstückhalterung mit zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordneten und gegeneinander verschiebbaren Spannkörpern (1, 2, 28), wobei der eine Spannkörper (1, 28) an wenigstens einem, mittels einer Quelle für ein Druckmedium kraftbeaufschlagbaren Schieber (7a, 7b, 29a, 29b) in Einspannrichtung verschiebbar ist und der (die) Schieber (7a, 7b, 29a, 29b) über ein Umlenkgetriebe mit wenigstens einem Gegenschieber (26) in Verbindung steht (stehen), an welchem der andere Spannkörper (2) in Gegenrichtung des schieberseitigen Spannkörpers (1) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Werkstückhalterung vorgesehen ist und daß die Schieber (7a, 7b, 29a, 29b) der verschiedenen Werkstückhalterungen in Parallelschaltung mittels der Quelle für das Druckmedium kraftbeaufschlagbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Werkstückhalterungen mit einander paarweise gegenüber liegenden Spannkörpern (1, 2; 28) vorgesehen sind, wobei die Einspannrichtungen der Spannkörperpaare (1, 2; 28) einen Winkel, vorzugsweise einen in etwa rechten Winkel, einschließen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem Werkstück zugewandten Seiten der Spannkörper (1, 2, 28) in ihrer Form an den Querschnitt des Werkstücks angepaßte Formbacken (36, 37, 38, 39) gehalten sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbacken (36, 37, 38, 39) an den Spannkörpern (1, 2, 28) lösbar gehalten sind.
  5. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, an welcher der Gegenschieber (26) von dem Umlenkgetriebe außerhalb seiner Mittelachse (27) in Verschieberichtung kraftbeaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein bezüglich der Mittelachse (27) des Gegenschiebers (26) zu dem Umlenkgetriebe symmetrisches Komplementärgetriebe vorgesehen ist, über welches der (die) Schieber (7a, 7b, 29a, 29b) mit dem Gegenschieber (26) in Verbindung steht (stehen).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Schieber (7a, 7b, 29a, 29b) mit zwei das Werkstück an einander gegenüber liegenden Seiten gabelartig übergreifenden Schenkeln (11, 12) verschiebend verbunden ist (sind) und an dem einen Schenkel (11, 12) über das Umlenkgetriebe und an dem anderen Schenkel (11, 12) über das Komplementärgetriebe mit dem Gegenschieber (26) in Verbindung steht (stehen).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe sowie das Komplementärgetriebe jeweils einen, um eine quer zu der Verschieberichtung des (der) Schiebers (Schieber) (7a, 7b, 29a, 29b) sowie des Gegenschiebers (26) verlaufende Drehachse (20, 21) drehbaren zweiarmigen Hebel (16, 17) aufweist, wobei die Hebel (16, 17) an dem einen Hebelarm an dem (den) Schieber(n) (7a, 7b, 29a, 29), gegebenenfalls an den mit dem (den) Schieber(n) (7a, 7b, 29a, 29b) verbundenen Schenkeln (11, 12), und an dem anderen Hebelarm an dem Gegenschieber (26) abstützen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem Hebel (16, 17) zugewandten Seiten der mit dem (den) Schieber(n) (7a, 7b, 29a, 29b) verbundenen Schenkel (11, 12) sowie an den diesen gegenüber liegenden Seiten des Gegenschiebers (26) jeweils eine nutartige Aufnahme (14, 15, 24, 25) vorgesehen ist, in denen sich das zugeordnete Ende des jeweiligen Hebelarms der zweiarmigen Hebel (16, 17) abstützt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiarmigen Hebel (16, 17) über jeweils eine drehbare Stützrolle (18, 19, 22, 23) an den Enden der Hebelarme in der jeweils zugeordneten Aufnahme (14, 15, 24, 25) an den mit dem (den) Schieber(n) (7a, 7b, 29a, 29b) verbundenen Schenkeln (11, 12) und an dem Gegenschieber (26) abstützen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenschieber (26) sowie die mit dem (den) Schieber(n) (7a, 7b, 29a, 29b) verbundenen Schenkel (11, 12) an den einander gegenüber liegenden Seiten über wenigstens eine Teillänge in Verschieberichtung als Zahnstangen ausgebildet sind und daß das Umlenkgetriebe sowie das Komplementärgetriebe jeweils ein, um eine quer zu der Verschieberichtung der Schenkel (11, 12) und des Gegenschiebers (26) verlaufende Drehachse drehbares Zahnritzel aufweist, welches mit den Zahnstangen an den Schenkeln (11, 12) sowie an dem Gegenschieber (26) kämmt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale wenigstens eines der Ansprüche 1 bis 4.
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