EP1071542A1 - Spannsystem und -verfahren zum spannen von werkstücken - Google Patents

Spannsystem und -verfahren zum spannen von werkstücken

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EP1071542A1
EP1071542A1 EP99945679A EP99945679A EP1071542A1 EP 1071542 A1 EP1071542 A1 EP 1071542A1 EP 99945679 A EP99945679 A EP 99945679A EP 99945679 A EP99945679 A EP 99945679A EP 1071542 A1 EP1071542 A1 EP 1071542A1
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EP
European Patent Office
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clamping
elements
clamping device
workpiece
locking elements
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EP99945679A
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EP1071542B1 (de
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Günter Lang
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Individual
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Publication of EP1071542B1 publication Critical patent/EP1071542B1/de
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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
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • 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
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B25B1/241—Construction of the jaws characterised by surface features or material

Definitions

  • the invention relates to a clamping device for workpieces specially prepared for clamping in this clamping device, and a clamping method for workpieces.
  • the workpieces For machining in machine tools, the workpieces must be clamped and held firmly in suitable clamping positions.
  • the clamping must be such that, in particular in the case of machining operations to be carried out on the workpiece, larger forces can also be dissipated without difficulty and do not lead to the workpiece being displaced.
  • the workpiece should be as easily accessible as possible in order to be able to perform as many machining operations on the workpiece as possible with a single clamping.
  • the two requirements are somewhat opposed to each other. If the workpiece is to be accessible, for example, from five sides, a clamping is required which does not block access to the sides to be machined.
  • Clamped machine vice the machine vice with its two clamping jaws covers two opposite sides of the workpiece over a large area. This affects access to the workpiece.
  • the clamping device has two jaws or
  • Clamping elements that are provided with form-locking elements that are complementary to corresponding coupling elements of the workpiece.
  • the coupling elements are specially formed on the workpiece in a preparatory work step. They generally have no other function, but only serve to clamp the workpiece in question in the clamping device according to the invention. Due to the form-locking element, this enables the workpiece to be attacked, for example in an extremely narrow strip-shaped area. The non-positively clamped workpiece between the clamping elements is also held positively by the form-locking elements and the coupling element. It is
  • both clamping elements are each provided with corresponding positive locking elements, this also prevents any turning, swiveling or tilting movement of the workpiece.
  • the corresponding holding forces are transferred from the positive locking elements to the clamping elements and derived. This applies regardless of whether the two clamping elements are adjustable towards and away from each other or only one of the two clamping elements is movably arranged. If the clamping elements are pressed against the workpiece so that they clamp it between each other, the positive locking elements automatically engage in the coupling elements and lock the workpiece.
  • the mixed positive and non-positive clamping or holding of the workpiece in the clamping device has the additional advantage that the workpiece assumes a defined position in relation to the clamping device from the start. Incorrect positioning can be almost completely ruled out. This can significantly reduce the amount of work involved in setting up the workpieces.
  • the form-locking element which can be formed, for example, by projections or depressions on the tensioning elements, are preferably connected in one piece to the tensioning elements.
  • the coupling elements of the workpiece are depressions or projections which are attached to the workpiece in a machining step preceding the clamping process.
  • the work step can be an embossing machining process in which the clamping area of the workpiece is plastically deformed slightly. This is preferably done in an area of the workpiece that is not impaired in function by the application of depressions or projections.
  • the coupling elements can also be eliminated after the machining has ended. This is possible, for example, in a grinding or milling process that then takes place in a different, possibly conventional clamping.
  • the form-fitting and coupling elements can be designed, for example, in the manner of a toothing.
  • the individual teeth and associated depressions are each arranged equidistantly.
  • the truncated pyramid shape has proven to be advantageous for the form-fitting elements or the coupling elements.
  • the shape of a truncated cone is also possible. In both cases it is achieved that the form-fitting elements find their way into the associated coupling elements relatively easily. This is particularly the case if the flank angle of the positive locking elements is not too large. E.g. it has proven to be advantageous if the angle of the side faces of the pyramid-shaped projections with respect to the contact surface is not greater than 45 °.
  • the interlocking elements are arranged, for example, in a single straight row on one edge of the clamping jaw. This enables particularly tight, space-saving clamping of workpieces. However, other arrangement schemes are also conceivable and possible. If very large forces are to be absorbed, two or more row arrangement patterns can be used, for example.
  • the interlocking elements and the coupling elements are of equal size, or if they even have a slight play to one another, a real functional separation between the contact surface and the interlocking element is carried out in such a way that the contact surfaces serve for positive locking, while the interlocking elements secure the position and position of the workpieces processing.
  • the advantage of this embodiment is that the locking and coupling elements are not subjected to any stress during tensioning and a stress only occurs during processing. However, if a clamping is desired in which micro-movements of the workpiece are also well suppressed, it can be expedient if the elements designed as projections are at least slightly larger than the associated elements designed as recesses.
  • the oversize or undersize of the interlocking elements provided on the clamping elements and the choice of material for the clamping elements are preferably set such that plastic deformations, if they occur at all, remain restricted to the workpiece. With such clamping elements, a precise and secure clamping of workpieces is possible in the long term.
  • FIG. 2 shows the clamping system according to FIG. 1, in a schematic sectional top view
  • Fig. 3 shows a clamping element for the clamping system according to the
  • FIGS. 1 to 3 shows a clamping element belonging to the clamping system according to FIGS. 1 to 3 with modified form-locking elements, in a schematic plan view
  • FIG. 5 shows a modified embodiment of a clamping system with a plurality of clamping elements provided with positive locking elements, in a schematic plan view, and
  • Fig. 6 shows a further embodiment of a clamping system with clamping elements, which are provided with connecting elements, in a schematic plan view. Description :
  • a workpiece 1 is illustrated in FIG. 1, which can be firmly clamped by means of two clamping jaws 2, 3 in a machine tool which is not further illustrated.
  • the clamping jaws 2, 3 are held in the direction of the arrow 4 illustrated in FIG. 1 and are adjustable towards and away from one another on an adjusting device (not illustrated further).
  • the adjusting device is set up to apply a force to the clamping jaws 2, 3, if necessary, which moves the clamping jaws 2, 3 towards one another.
  • clamping jaws 2, 3 illustrated in FIG. 1 are mirror-symmetrical to one another. The following description of the clamping jaw 2 accordingly applies accordingly to the clamping jaw 3.
  • the clamping jaw 2 has, for example, a cuboid base 5, which has a flat surface 6 on its side facing the tool 1.
  • the flat surface 6 serves as a contact surface for a clamping surface 7 which is provided on the workpiece 1 and is also of flat design and which is hidden in FIG. 1 due to the perspective.
  • the workpiece 1 On the opposite side, the workpiece 1 has a corresponding flat surface 8 facing the clamping jaw 3, which is mirror-symmetrical to the flat surface 7 and is visible as a result of the perspective in FIG. 1. It will be described below instead of the clamping surface 7.
  • the clamping jaws 2 and 3 serve to grasp the workpiece 1 only in the immediate vicinity of its lower edge 9. If necessary, however, can also attack in other places.
  • a plurality of projections 11 arranged in a row are formed on the contact surface 6 and serve as form-locking elements.
  • the projections 11 are identical to one another and extend along an upper edge 12 of the clamping jaw 2.
  • FIG. 2 a section of the clamping jaw 2 is illustrated on a different scale.
  • the projections 11 are formed in the shape of a truncated pyramid. They are in each case an integral part of the base body 5. As can be seen from FIGS.
  • the truncated pyramid-shaped projections 11 are elongated in the direction of the edge 12 , ie they have a rectangular base. In principle, the shape can differ, but the truncated pyramid shape with a rectangular base shows good power transmission with a minimum of space.
  • the slope angle, ie the angle that each side surface 14, 15, 16, 17 each includes with the contact surface 6, is preferably relatively flat.
  • the slope angles of the side surfaces 14, 15 adjoining the narrower edges of the base area are preferably less than 45 °.
  • the height of each pyramid-like provision 11 is preferably not greater than the length of the narrower edge of the base.
  • Recesses 18 are formed in the workpiece 1, each of which is assigned to the projections 11 and shaped accordingly.
  • the recesses 18 are produced, for example, in an embossing process and are designed to be complementary to the projections 11 serving as form-locking elements.
  • the recesses 18 are each truncated pyramid-shaped depressions.
  • the procedure for clamping workpieces 1 is as follows:
  • the workpiece 1 Before clamping, the workpiece 1 is first prepared for clamping on its clamping surfaces 8. To it is placed in an embossing device and, if the recesses 18 are desired at precisely predetermined locations, first adjusted. This is particularly necessary if the workpiece 1 is to be machined without further adjustment after clamping in the clamping jaws 2, 3. In other cases, in which the clamped workpiece 1 is first touched or otherwise measured in order to determine its actual position, an adjustment in the embossing device can also be omitted.
  • the row of successive recesses 18 shown in FIG. 1 is embossed in the embossing device by means of an embossing stamp.
  • This can be done both with a linearly movable flat stamp, which presses in all the recesses 18 at the same time, and with a stamp, which only produces a single recess 18.
  • this stamp is moved one position at a time, so that all recesses 18 are produced one after the other.
  • the workpiece is guided between the clamping jaws 2, 3, after which they are moved towards each other in the direction of the arrow 4 until the projections 11 engage in the recesses 18 and press the contact surfaces 6 firmly against the clamping surfaces 7, 8 .
  • the projections 11 sit without play in the recesses 18 and hold the workpiece 1 in a form-fitting manner if the forces to be absorbed are greater than the static friction between the contact surfaces 6 and the clamping surfaces 7, 8. Every play and every positioning uncertainty becomes due to the frictional support of the form-fitting connection avoided. Vibrations of the workpiece 1 during machining can thereby be avoided.
  • the projections 11 described above, which serve as positive locking elements, are of straight-sided design. As illustrated in FIG. 4, however, it is also possible for the flanks 14, 15, 16, 17 of each frustoconical projection 11 to be curved. This is particularly true with regard to the recesses 18, which are advantageously formed on the workpiece in the embossing process and which are consequently not delimited by sharp edges. With a suitable flank curvature it can be achieved that each projection 11 rests almost completely over the associated projection 18. This serves to ensure the power transmission and thus maximize the transferable forces.
  • the curvature and curvature of the projections 11 are adapted to the surface courses which are formed on the workpiece during the embossing.
  • the projections 11 with a more or less large oversize, so that they sit prestressed in the recesses 18 during tensioning.
  • the flat slope angles of the projections 11 prevent the workpiece 1 from wedging with the clamping jaws 2, 3.
  • clamping system described above got by with two jaws 2, 3. As illustrated in FIG. 5, however, several, for example four, clamping jaws 2, 3, 2 ', 3' can also be provided, which are arranged opposite one another in pairs.
  • the clamping jaws 2, 3, 2 ', 3' are designed in accordance with the clamping jaws described above and each have projections 11 which engage in correspondingly prepared recesses in the workpiece 1.
  • At least two of the clamping jaws 2, 3, 2 ', 3' are displaceably arranged by means of a power-operated adjusting device, as indicated by the arrows 4, 4 '.
  • clamping jaws 2, 3 each have flat contact surfaces 6, they can, as the embodiment according to FIG. 6 shows, also be curved, for example cylindrical.
  • the illustrated clamping jaws 2, 3, 2 ' serve to clamp a cylindrical workpiece 1, each clamping jaw 2, 2', 3 having a cylindrically curved contact surface 6, the curvature of which is determined by the radius of curvature of the cylindrical workpiece 1.
  • Each clamping jaw is in turn provided with projections 11, which are arranged along an edge 12 of each clamping jaw 2, 2 ', 3.
  • the protrusions 4 can also be arranged in the axial direction, in contrast to the embodiment shown, the clamping jaws then only having clamping edges, the narrow strip-shaped contact surfaces of which are occupied by protrusions 11 .
  • Clamping jaws 2, 3 are also formed by recesses.
  • the workpiece 1 must be provided with corresponding complementary projections in the preparatory work step.
  • the advantage of this embodiment and procedure lies in the fact that the projections on the workpiece 1 required for clamping can be easily removed after machining.
  • a clamping system has been provided for clamping in front of workpieces 1, to which two or more clamping jaws 2, 3 belong.
  • the clamping jaws are fitted with regularly arranged positive locking elements, for example projections 11, which protrude from corresponding contact surfaces 6.
  • Complementary recesses 18, which serve as coupling elements, are formed on the workpiece in a preparation step. This can be done by embossing.
  • the clamping system provides a mixed friction and positive clamping of the workpiece 1, which enables the transfer of large holding forces with a small area requirement on the workpiece and on the clamping elements 2, 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

Abstract

Zum Spannen von Werkstücken ist ein Spannsystem vorgesehen worden, zu dem zwei oder mehrere Spannbacken (2, 3) gehören. Die Spannbacken (2, 3) sind mit regelmäßig angeordneten Formschlußelementen, bspw. Vorsprüngen (11) besetzt, die von entsprechenden Anlageflächen (6) vorstehen. Komplementäre Ausnehmungen (18), die als Kupplungselemente dienen, werden in einem Vorbereitungsschritt an dem Werkstück ausgebildet. Dies kann durch Prägen geschehen. Das Spannsystem erbringt eine gemischte reib- und formschlüssige Spannung des Werkstücks, die die Übertragung großer Haltekräfte mit geringem Flächenbedarf an dem Werkstück und an den Spannelementen ermöglicht.

Description

Spannsystem und -Verfahren zum Spannen von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für zum Spannen in dieser Spanneinrichtung speziell hergerichtete Werkstücke, sowie ein Spannverfahren für Werkstücke.
Zur Bearbeitung in Werkzeugmaschinen müssen die Werkstücke auf geeigneten Spannplätzen fest aufgespannt und gehalten werden. Die Aufspannung muss dabei so be- schaffen sein, dass insbesondere bei spanenden, an dem Werkstück durchzuführenden Bearbeitungsvorgängen auch größere Kräfte ohne weiteres abgeleitet werden können und nicht zur Ortsverlagerung des Werkstücks führen. Anderer-
- 1 - seits soll das Werkstück möglichst gut zugänglich sein, um nacheinander möglichst viele Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück mit einer einzigen Aufspannung durchführen zu können. Beide Anforderungen stehen in einem gewissen Gegensatz zueinander. Soll das Werkstück bspw. von fünf Seiten her zugänglich sein, ist eine Aufspannung erforderlich, die den Zugang zu den zu bearbeitenden Seiten nicht versperrt .
Werden Werkstücke zwischen Spannbacken bspw. eines
Maschinenschraubstocks geklemmt, verdeckt der Maschinenschraubstock mit seinen beiden Spannbacken zwei einander gegenüberliegende Seiten des Werkstücks großflächig. Dadurch wird der Zugang zu dem Werkstück beeinträchtigt .
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spanneinrichtung für Werkstücke zu schaffen, mit der Werkstücke sicher gehalten werden können und die einen guten Zugang zu den gespannten Werkstücken ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit der Spanneinrichtung nach Anspruch 1, sowie dem Spannverfahren nach Anspruch 18 gelöst .
Die Spanneinrichtung weist zwei Spannbacken oder
Spannelemente auf, die mit Formschlußelementen versehen sind, die komplementär zu entsprechenden Kupplungselementen des Werkstücks ausgebildet sind. Die Kupplungselemente werden an dem Werkstück in einem vorbereitenden Ar- beitsschrict eigens ausgebildet. Sie haben in der Regel keine sonstige Funktion, sondern dienen lediglich dem Spannen des betreffenden Werkstücks in der erfindungs- gemäßen Spannvorrichtung. Diese ermöglicht durch die Formschlußelemence den Angriff an dem Werkstück, bspw. in einem extrem schmalen streifenförmigen Bereich. Das kraftschlüssig zwischen den Spannelementen geklemmte Werkstück ist durch die Formschlußelemente und die Kupp- lungselemence zusätzlich formschlüssig gehalten. Es ist
- 2 - deshalb möglich, Werkstücke zu spannen, die relativ weit aus dem zwischen beiden Spannelementen definierten Zwischenraum ausragen. Hier können lediglich beschränkt durch die Eigenelastizität des Werkstücks spanenden Bearbeitungsvorgänge oder sonstige Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück ausgeführt werden, die sowohl Seitenflächen als auch die Stirnfläche des Werkstücks mit erheblichen Kräften beaufschlagen. Das Werkstück sitzt lediglich mit einem sehr kurzen Fussbereich zwischen beiden Spannelementen, wobei die Formschlußelemente verhindern, dass es unter der Einwirkung größerer Kräfte aus den Spannbacken herausgekippt wird. Die Formschlußelemente sind so ausgebildet, dass sie jede Bewegung des Werkstücks in jeder parallel zu den Anlageflächen der Spannelemente orientierten Richtung formschlüssig verhindern, oder sperren. Weil beide Spannelemente jeweils mit entsprechenden Formschlußelementen versehen sind, wird dadurch auch jede Dreh-, Schwenk- oder Kippbewegung des Werkstücks verhindert . Die entsprechenden Haltekräfte werden von den Formschlußelementen auf die Spannelemente übertragen und abgeleitet. Dies gilt unabhängig davon, ob beide Spannelemente aufeinander zu und voneinander weg verstellbar oder lediglich eins der beiden Spannelemente beweglich angeordnet ist. Werden die Spannelemente an das Werkstück gepresst, so dass sie es zwischeneinander klemmen, greifen die Formschlußelemente automatisch in die Kupplungselemente und arretieren das Werkstück.
Die gemischt form- und -kraftschlüssige Klemmung bzw. Halterung des Werkstücks in der Spanneinrichtung bringt durch den Formschluß den zusätzlichen Vorteil, dass das Werkstück von vorne herein in Bezug auf die Spanneinrichtung eine definierte Lage einnimmt. Fehlpositionierungen lassen sich nahezu vollständig ausschließen. Dadurch kann der Arbeitsaufwand beim Einrichten der Werkstücke unter Umständen erheblich gesenkt werden.
3 - Die Formschlußelement, die bspw. durch Vorsprünge oder Vertiefungen an den Spannelementen ausgebildet sein können, sind vorzugsweise einstückig mit den Spannelementen verbunden. Dies stellt eine hohe Belastbarkeit si- eher. Entsprechend sind die Kupplungselemente des Werkstücks Vertiefungen oder Vorsprünge, die in einem dem Spannvorgang vorausgehenden Bearbeitungsschritt an dem Werkstück angebracht werden. Bspw. kann der Arbeits- schritt ein Prägebearbeitungsvorgang sein, bei dem der Spannbereich des Werkstücks plastisch geringfügig deformiert wird. Dies wird vorzugsweise in einem Bereich des Werkstücks vorgenommen, der durch das Anbringen von Vertiefungen oder Vorsprüngen keine Funktionsbeeinträch- tigung er ährt. Insbesondere bei Werkstücken, bei denen solche Bereiche nicht vorhanden sind, können die Kupplungselementε nach Beendigung der Bearbeitung auch beseitigt werden. Dies ist bspw. in einem Schleif- oder Fräs- bearbeitungsvorgang möglich, der dann in einer anderen, möglicherweise konventionellen Aufspannung erfolgt.
Die Formschluß- und Kupplungselemente können bspw. nach Art einer Verzahnung ausgebildet sein. Die einzelnen Zähne und zugeordneten Vertiefungen sind jeweils äquidi- stant angeordnet. Zur Festlegung einer eindeutigen Spann- läge ist es jedoch auch möglich, die Teilung an einer vorgegebenen Stelle zu ändern, oder einen einzelnen Zahn bzw. eine einzelne Vertiefung wegzulassen.
Für die Formschlußelemente bzw. die Kupplungsele- mente hat sich die Pyramidenstumpfform als vorteilhaft herausgestellt. Auch die Kegelstumpfform ist möglich. In beiden Fällen wird erreicht, dass die Formschlußelemente relativ leicht in die zugeordneten Kupplungselemente einfinden. Dies insbesondere, wenn der Flankenwinkel der Formschlußelemente nicht zu groß ist. Bspw. hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel der Seitenflächen der pyramidenstupfförmigen Vorsprünge gegenüber der Anlagefläche nicht größer als 45° ist. Die
- 4 - zugeordneten Vertiefungen, die als Kupplungselemente dienen, können dann leicht eingeprägt werden, wobei sie, obwohl sie nicht allzu tief sind, eine gute formschlüssi- ge Kupplung zwischen dem Werkstück und den Spannbacken ergeben.
Die Formschlußelemente sind bspw. in einer einzigen geraden Reihe an einer Kante des Spannbackens angeordnet . Dies ermöglicht ein besonders knappes platzsparendes Spannen von Werkstücken. Andere Anordnungsschemata sind jedoch ebenfalls denkbar und möglich. Sind sehr große Kräfte aufzunehmen, können bspw. zwei oder mehrreihige Anordnungsmuster Anwendung finden.
Sind die Formschlußelemente und die Kuppiungsele- mente untereinander gleich groß, oder haben sie sogar ein geringfügiges Spiel zueinander, wird eine echte Funktionstrennung zwischen Anlagefläche und Formschlußεlement dahingehend vorgenommen, dass die Anlageflächen der kraftschlüssigen Spannung dienen, während die Formschlußelemente die Lagefixierung und Lagesicherung der Werkstücke während der Bearbeitung übernehmen. Der Vorzug bei dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Vorschluß- und Kupplungselemente beim Spannen keiner Bela- stung unterliegen und eine Belastung erst während der Bearbeitung auftritt. Wird jedoch eine Aufspannung gewünscht, bei der auch Mikrobewegungen des Werkstücks gut unterdrückt werden kann es zweckmäßig sein, wenn die als Vorsprünge ausgebildeten Elemente wenigstens geringfügig größer sind als die zugeordneten, als Vertiefung ausgebildeten Elemente. Dabei ist das Übermaß, bzw. Untermaß der an den Spannelementen vorgesehenen Formschlußelemente und die Materialwahl der Spannelemente vorzugsweise so festgelegt, dass plastische Deformationen, falls sie überhaupt auftreten, auf das Werkstück beschränkt bleiben. Mit derartigen Spannelementen ist auf Dauer eine präzise und sichere Spannung von Werkstücken möglich.
5 - Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Spannsystem in einer ausschnittsweisen schematisierten und perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 das Spannsystem nach Figur 1, in einer schematisierten ausschnittsweisen Draufsicht,
Fig. 3 ein Spannelement für das Spannsystem nach den
Figuren 1 und 2, in einer vereinfachten Vorderansicht, in ausschnittsweiser Darstellung,
Fig. 4 ein zu dem Spannsystem nach den Figuren 1 bis 3 gehöriges Spannelement mit abgewandelten Formschlußelementen, in einer schematisierten Draufsicht,
Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Spannsystems mit mehreren mit Formschlußelementen ver- sehenen Spannelementen, in einer schematisierten Draufsicht, und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Spannsystems mit Spannelementen, die mit Vorschlußelementen versehen sind, in einer schematisierten Draufsicht. Beschreibung :
In Figur 1 ist ein Werkstück 1 veranschaulicht, das mittels zweier Spannbacken 2 , 3 in einer nicht weiter veranschaulichten Werkzeugmaschine fest spannbar ist.
Dazu sind die Spannbacken 2, 3 in Richtung des in Figur 1 veranschaulichten Pfeils 4 aufeinander zu und voneinander weg verstellbar an einer nicht weiter veranschaulichten Verstelleinrichtung gehalten. Die VerStelleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Spannbacken 2, 3 bedarfsweise mit einer Kraft zu beaufschlagen, die die Spannbacken 2, 3 aufeinander zu bewegt.
Die in Figur 1 veranschaulichten Spannbacken 2, 3 sind spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet . Die nachfolgende Beschreibung des Spannbackens 2 gilt demzufolge entsprechend für den Spannbacken 3.
Der Spannbacken 2 weist bspw. einen quaderförmigen Grundkörper 5 auf, der an seiner dem Werkzeug 1 zugewandten Seite eine Planfläche 6 aufweist . Die Planfläche 6 dient als Anlagefläche für eine an dem Werkstück 1 vorgesehene, ebenfalls plan ausgebildete Spannfläche 7, die in Figur 1 infolge der Perspektive verdeckt ist . An der gegenüberliegenden Seite weist das Werkstück 1 eine dem Spannbacken 3 zugewandte entsprechende Planfläche 8 auf, die zu der Planfläche 7 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist und infolge der Perspektive in Figur 1 sichtbar ist . Sie wird nachfolgen anstelle der Spannfläche 7 beschrie- ben.
Die Spannbacken 2 und 3 dienen dazu, das Werkstück 1 lediglich in unmittelbarer Nachbarschaft seines unteren Randes 9 zu fassen. Bedarfsweise können sei jedoch auch an anderen Stellen angreifen. Dazu sind auf der Anlagefläche 6 mehrere in einer Reihe angeordnete Vorsprünge 11 ausgebildet, die als Formschlusselemente dienen. Die Vorsprünge 11 sind untereinander gleich ausgebildet und erstrecken sich entlang einer oberen Kante 12 des Spannbackens 2. Entsprechendes gilt für den Spannbacken 3. In Figur 2 ist ein Ausschnitt des Spannbackens 2 in einem anderen Maßstab veranschaulicht . Wie insbesondere in Verbindung mit Figur 3 ersichtlich wird, sind die Vorsprünge 11 pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Sie sind jeweils einstückiger Bestandteil des Grundkörpers 5. Wie aus Figur 2 und 3 ersichtlich, sind sie in Abständen voneinander angeordnet, die vorzugsweise größer sind als ihre Ausdehnung in Richtung der Kante 12. Die pyramidenstumpfförmigen Vorsprünge 11 sind dabei in Richtung der Kante 12 länglich ausgebildet, d.h. sie weisen eine rechteckige Grundfläche auf. Prinzipiell kann die Form abweichen, jedoch ergibt sich mit der dargestellten pyramidenstumpfform mit rechteckiger Basis eine gute Kraftübertragung bei minimalem Platzbedar . Der Böschungswinkel , d.h. der Winkel den jede Seitenfläche 14, 15, 16, 17 jeweils mit der Anlagefläche 6 einschließt, ist vorzugsweise relativ flach. Die Böschungswinkel der an die schmaleren Kanten der Grundfläche angrenzenden Seitenflächen 14, 15 sind vorzugsweise kleiner als 45°. Die Höhe jedes pyramidenartigen Vorsorungs 11 ist vorzugsweise nicht größer als die Länge der schmaleren Kante der Grundfläche.
In dem Werkstück 1 sind Ausnehmungen 18 ausgebildet, die jeweils den Vorsprüngen 11 zugeordnet und diesen entsprechend geformt sind. Die Ausnehmungen 18 sind bspw. in einem Prägeverfahren hergestellt und zu den als Form- Schlußelemente dienenden Vorsprüngen 11 komplementär ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die Ausnehmungen 18 jeweils pyramidenstumpfförmige Vertiefungen.
Beim Spannen von Werkstücken 1 wird folgendermaßen vorgegangen:
Vor dem Spannen wird das Werkstück 1 an seinen Spannflächen 8 zunächst zur Aufspannung vorbereitet. Dazu wird es in eine Prägevorrichtung eingelegt und falls die Ausnehmungen 18 an exakt vorgegebenen Stellen gewünscht sind, zunächst justiert. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Werkstück 1 nach dem Spannen in den Spannbacken 2, 3 ohne weitere Justage bearbeitet werden soll. In anderen Fällen, bei denen das gespannte Werkstück 1 zunächst angetastet oder sonstwie gemessen wird, um seine Ist-Position zu bestimmen, kann eine Justage in der Prägevorrichtung auch entfallen.
In der Prägevorrichtung wird mittels eines Prägestempels die aus Figur 1 ersichtliche Reihe aufeinanderfolgender Ausnehmungen 18 eingeprägt . Dies kann sowohl mit einem linear beweglichen flachen Stempel, der alle Ausnehmungen 18 gleichzeitig eindrückt geschehen, als auch mit einem Stempel der ledigliche eine einzige Ausnehmung 18 erzeugt. Dieser Stempel wird, wenn er eine Ausnehmung 18 eingedrückt hat, jeweils eine Position weiterbewegt, so dass alle Ausnehmungen 18 nacheinander erzeugt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Ausnehmungen 18 mit einer Rolle einzudrücken, die Vorsprünge aufweist und über die Spannfläche 8 geführt wird.
Sind die Vorsprünge 18 ausgebildet, wird das Werkstück zwischen die Spannbacken 2, 3 geführt, wonach diese in Richtung des Pfeils 4 aufeinander zu bewegt werden, bis die Vorsprüngε 11 in die Ausnehmungen 18 eingreifen und die Anlageflächen 6 fest gegen die Spannflächen 7, 8 drücken. Die Vorsprünge 11 sitzen spielfrei in den Ausnehmungen 18 und halten das Werkstück 1 formschlüssig, falls die aufzunehmenden Kräfte größer sind als die Haftreibung zwischen den Anlageflächen 6 und den Spann- flächen 7, 8. Durch die reibschlüssige Unterstützung der Formschlußverbindung wird jedes Spiel und jede Positionierunsicherheit vermieden. Schwingungen des Werkstücks 1 bei der Bearbeitung können dadurch vermieden werden. Die
- 9 - Formschlußverbindung zwischen den Vorsprüngen 11 und den Ausnehmungen 18 verhindert hingegen, dass das Werkstück 1 mit Gev/alt aus den Spannbacken 2, 3 herausgeführt wird.
Die vorstehend beschriebenen, als Formschlußelemente dienenden Vorsprünge 11 sind geradflankig ausgebildet . Wie Figur 4 veranschaulicht ist es jedoch auch möglich, die Flanken 14, 15, 16, 17 jedes kegelstumpfförmigen Vorsprungs 11 gewölbt auszubilden. Dies insbesondere im Hinblick auf die Ausnehmungen 18, die an dem Werkstück vorteilhafterweise im Prägeverfahren ausgebildet werden und die demzufolge nicht scharfkantig begrenzt sind. Mit einer geeigneten Flankenwölbung kann erreicht werden, dass jeder Vorsprung 11 nahezu vollflächig in dem zu- geordneten Vorsprung 18 anliegt. Dies dient der Sicherheit der Kraftübertragung und somit der Maximierung der übertragbaren Kräfte. Die Wölbung und Krümmung der Vorsprünge 11 wird dabei den am Werkstück sich beim Prägen ausbildenden Flächenverläufen angepasst. Hier ist es auch möglich, die Vorsprünge 11 mit einem mehr oder weniger großen Übermaß zu versehen, damit diese beim Spannen vorgespannt in den Ausnehmungen 18 sitzen. Die flachen Böschungswinkel der Vorsprünge 11 verhindern, dass sich das Werkstück 1 mit den Spannbacken 2, 3 verkeilt.
Das vorstehend beschriebene Spannsystem kam mit zwei Spannbacken 2, 3 aus. Wie Figur 5 veranschaulicht, können jedoch auch mehrere, bspw. vier Spannbacken 2, 3, 2', 3' vorgesehen werden, die einander jeweils paarweise gegen- überliegend angeordnet sind. Die Spannbacken 2, 3, 2', 3' sind den vorbeschriebenen Spannbacken entsprechend ausgebildet und weisen jeweils Vorsprünge 11 auf, die in entsprechend vorbereitete Ausnehmungen des Werkstücks 1 greifen. Wenigstens zwei der Spannbacken 2, 3, 2', 3' sind mittels einer kraftbetätigten VerStelleinrichtung verschiebbar angeordnet, wie durch die Pfeile 4, 4' angedeutet ist.
10 Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Spannbacken 2, 3 jeweils plane Anlageflächen 6 aufweisen, können diese, wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 zeigt, auch gewölbt, bspw. zylindrisch gewölbt ausgebildet sein. Die veranschaulichten Spannbacken 2, 3, 2' dienen dem Spannen eines zylindrischen Werkstücks 1, wobei jeder Spannbacken 2, 2', 3 eine zylindrisch gewölbte Anlagefläche 6 aufweist, deren Krümmung durch den Krümmungsradius des zylindrischen Werkstücks 1 festgelegt ist. Jeder Spannbacken ist wiederum mit Vorsprüngen 11 besetzt, die entlang einer Kante 12 jedes Spannbackens 2, 2' , 3 angeordnet sind. Mit einer derartigen Spannvorrichtung ist es möglich, Werkstücke 1 in Drehmaschinen, Reibschweißmaschinen und bei ähnlichen Anwendungen kurz zufassen. Der Vorzug liegt darin, dass lediglich ein sehr kurzer Axialbereich des Werkstücks zum Spannen erforderlich ist . Steht ein größerer Bereich zur Verfügung und sollen Werkstücke 1 mit unterschiedlichen Durchmessern gespannt werden, können die Vorsprünge 4 abweichend von der dargestellten Ausführungsform auch in Axialrichtung angeordnet sein, wobei die Spannbacken dann lediglich Spannkanten aufweisen, deren schmalen streifen- förmige Anlageflächen mit Vorsprüngen 11 besetzt sind.
Bedarfsweise können die Formschlußelemente an den
Spannbacken 2, 3 auch durch Ausnehmungen gebildet werden. In diesem Fall muss das Werkstück 1 im vorbereitenden Arbeitsschritt mit entsprechenden komplementären Vorsprüngen versehen werden. Der Vorteil dieser Ausführungs- form und Vorgehensweise liegt darin, dass die zum Spannen erforderlichen Vorsprünge an dem Werkstück 1 nach der Bearbeitung leicht entfernt werden können.
Zum Spannen vor Werkstücken 1 ist ein Spannsystem vorgesehen worden, zu dem zwei oder mehrere Spannbacken 2, 3 gehören. Die Spannbacken sind mit regelmäßig angeordneten Formschlußelementen, bspw. Vorsprüngen 11 besetzt, die von entsprechenden Anlageflächen 6 vorste-
- 11 - hen . Komplementäre Ausnehmungen 18, die als Kupplungselemente dienen, werden in einem Vorbereitungsschritt an dem Werkstück ausgebildet. Dies kann durch Prägen geschehen. Das Spannsystem erbringt eine gemischte reib- und formschlüssige Spannung des Werkstücks 1, die die Übertragung großer Haltekräfte mit geringem Flächenbedarf an dem Werkstück und an den Spannelementen 2, 3 ermöglicht.
12

Claims

Patentansprüche :
1. Spanneinrichtung für Werkstücke (1), die mit wenigstens einer Spannfläche (7, 8) versehen sind, an der Kupplungselemente (18) angeordnet sind,
mit einem ersten Spannelement (2) , das eine Anlagefläche (6) mit mehreren darauf regelmäßig angeordneten Formschlußelementen (11) aufweist, die zu den Kupplungs- elementen (18) des Werkstücks (1) komplementär ausgebildet sind,
mit wenigstens einem zweiten Spannelement (3), das eine Anlagefläche (6) mit mehreren darauf regelmäßig angeordneten Formschlußelementen (11) aufweist, die zu den Kupplungselementen (18) des Werkstücks (1) komplementär ausgebildet sind,
wobei die Spannelemente (2, 3) mit ihren Anlageflä- chen (6) an einer Halteeinrichtung befestigt sind, mit der der Abstand zwischen den Anlageflächen (6) verstellbar ist .
2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das erste Spannelement (2) beweglich und das zweite Spannelement (3) ortsfest angeordnet ist.
3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spannelemente (2, 3) verstellbar angeordnet sind.
4. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Spanneinrichtung ein weiteres Spannelement (23 gehört, das eine Anlageflache (6) mit Formschlußelementen (11) aufweist.
- 13
5. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (6) plan ausgebildet sind .
6. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (6) gewölbt ausgebildet sind.
7. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Formschlußelemente (11) durch eine an der Anlagefläche (6) vorgesehene Verzahnung gebildet sind.
8. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Formschlußelemente (11) durch konkav oder konvex ausgebildete Flächenbereiche ausgebildet sind.
9. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch geken - zeichnet, dass die Formschlußelemente (11) auf der Anlagefläche (6) angeordnete Vorsprünge oder Vertiefung sind .
10. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vorsprünge (11) oder Vertiefungen untereinander gleich ausgebildet sind.
11. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorsprung (11) oder jede Ver- tiefung pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
12. Spanneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder kegelstumpfförmige Vorsprung oder jede Vertiefung jeweils gewölbte Seitenflächen (14, 15, 16, 17) aufweist.
13. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einander benachbarte Vorsprünge (11)
- 14 - oder Vertiefungen in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
14. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass alle Formschlußelemente (11) in einer geraden Reihe angeordnet sind.
15. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlußelemente (11) unmittel- bar an eine Kante (12) der Anlagefläche (6) angrenzend angeordnet sind.
16. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlußelemente (11) und die Kupplungselemente (18) untereinander gleich groß ausgebildet sind.
17. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlußelemente (11), wenn sie konvex ausgebildet sind, größer ausgebildet sind als die Kupplungselemente, und dass die Formschlußelemente (11), wenn sie konkav ausgebildet sind, kleiner ausgebildet sind als die Formschlußelemente.
18. Verfahren zum Spannen von Werkstücken,
bei dem an dem Werkstück vor dem Spannvorgang Verformungen angebracht werden, und
bei dem das Werkstück mit Spannbacken gespannt wird, die eine zu den Verformungen komplementäre Form aufweisen, so dass das Werkstück formschlüssig gehalten ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich- net , dass die Verformungen in einem spanlosen Bearbeitungsschritt ausgebildet werden.
15
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