EP3520965B1

EP3520965B1 - Spanndorn-anordnung mit niederzugeffekt

Info

Publication number: EP3520965B1
Application number: EP19150211.1A
Authority: EP
Inventors: André Haug
Original assignee: Kipp Verpachtungen EK
Current assignee: ICG GmbH and Co KG
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2039-01-03
Also published as: EP3520965A1; DE102018200267B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanndorn-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, zum Verspannen eines Werkstücks, umfassend

einen aufspreizbaren Spanndorn, für einen Eingriff in eine Ausnehmung des Werkstücks,
ein Konterlager, zur direkten oder indirekten Anlage des Werkstücks,
einen gegenüber dem Spanndorn entlang einer Betätigungsachse beweglichen Betätiger mit einem Spreizelement, wobei durch eine Relativbewegung des Spreizelements gegenüber dem Spanndorn entlang einer Verspannrichtung, die parallel zur Betätigungsachse verläuft, der Spanndorn aufspreizbar ist, und wobei der Spanndorn relativ zum Konterlager entlang der Betätigungsachse beweglich ausgebildet ist, und
ein erstes elastisches Element, mit welchem der Spanndorn gegenüber dem Konterlager entgegen der Verspannrichtung vom Konterlager weg vorgespannt ist.

Eine derartige Spanndorn-Anordnung geht beispielsweise aus der EP 0 785 049 A1 hervor. Eine Spanndorn-Anordnung ist aus der Firmendruckschrift "Spanndorne Spannzangenfutter" der Röhm GmbH, 89567 Sontheim/Brenz, DE, datiert 09/2017, Seite 7017, bekannt geworden.
Für eine Bearbeitung oder Vermessung von Werkstücken ist es in der Regel erforderlich, die Werkstücke in einer festen Position zu halten, so dass die bearbeitenden Werkzeuge ortsgenau am Werkstück die vorgesehene Bearbeitung vornehmen können, oder die Messdaten mit guter Präzision ermittelt werden können.
Eine Befestigung eines Werkstücks kann insbesondere mit einem so genannten Spanndorn erfolgen. Der Spanndorn wird relativ zum Werkstück axial in eine Ausnehmung des Werkstücks eingeführt und radial aufgespreizt. Dadurch verklemmt sich der Spanndorn im Werkstück und kann dieses so in Position halten. Das Aufspreizen des Spanndorns kann mit einem keilförmigen Spreizelement erfolgen, das in axialer Richtung im Spanndorn verfahren wird, etwa durch Einschrauben. Das verspannte Werkstück liegt dabei typischerweise auf einem Konterlager auf, das an einem unteren Teil des Spanndorn-Bauteils ausgebildet ist. Ein solcher Spanndorn ist beispielsweise aus dem Katalog "Bedienteile|Normelemente" der Heinrich Kipp Werk KG, 72172 Sulz am Neckar, DE, Seite 767, Auflage 2016, bekannt geworden. Solche Spanndorne können ein Werkstück quer zur Achse des Spanndorns genau positionieren. Für eine genaue Positionierung auch in axialer Richtung wird meist eine zusätzliche Klemmvorrichtung eingesetzt, die das Werkstück auf das Konterlager presst.
Aus der Firmendruckschrift der Röhm GmbH, aaO, ist eine Spanndorn-Anordnung bekannt, bei der ein Hülsenspanndorn über ein federndes Druckstück an einem Grundkörper verschiebbar gelagert ist. Im Hülsenspanndorn ist ein Spannkegel angeordnet, der über ein Zwischenstück gegenüber dem Grundkörper axial verfahren werden kann. Durch Niederziehen des Spannkegels wird sowohl der Hülsenspanndorn radial gespreizt, als auch axial auf den Grundkörper zu gezogen.
Mit dieser Spanndorn-Anordnung kann ein Werkstück auch in axialer Richtung verspannt werden, indem es an den Grundkörper herangezogen wird, so dass eine zusätzliche Klemmvorrichtung nicht nötig ist.
Die in der Firmendruckschrift der Röhm GmbH, aaO, vorgestellte Spanndorn-Anordnung ist insbesondere für im Wesentlichen runde Werkstücke vorgesehen, die bei einer Bearbeitung rotiert werden, etwa durch Drehen oder bei einer Verzahnungsbearbeitung etwa durch Wälzfräsen. Solche Werkstücke werden typischerweise für eine Befestigung an der Spanndorn-Anordnung entlang der Rotationsachse des Werkstücks bzw. entlang der Achse des Spanndorns an den Spanndorn herangeführt und auf den Spanndorn aufgesetzt, und anschließend wird der Spanndorn aufgespreizt. Nach der Bearbeitung wird zunächst der Spanndorn entspannt und anschließend das Werkstück entlang der Achse des Spanndorns abgehoben und weggeführt. Für diese Anwendung kann die bekannte Spanndorn-Anordnung auch gut eingesetzt werden.
In anderen Anwendungsfällen ist jedoch eine Werkstücktransportachse entlang der Achse des Spanndorns oft nicht vorgesehen, etwa aus Kostengründen, oder wäre im Rahmen der vorgesehenen Bearbeitung umständlich für den Prozessablauf. Es kann auch schlicht für ein axiales Abheben des Werkstücks zu wenig Platz vorhanden sein, insbesondere auch bei manueller Werkstückhandhabung. Jedoch ist dann oft eine Werkstücktransportachse quer zur Achse des Spanndorns eingerichtet, oder wäre für den Prozessablauf effizienter, etwa um eine weitere Bearbeitung am Werkstück bei gleicher axialer Position, aber an anderer lateraler Position vorzunehmen. Auch ist oft aus Platzgründen eine Werkstückzuführung von der Seite besonders einfach einzurichten, wiederum insbesondere bei manueller Werkstückhandhabung. In solchen Anwendungsfällen würde jedoch der Spanndorn das Werkstück gegen ein Verfahren blockieren.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spanndorn-Anordnung vorzustellen, die mit einem Werkstücktransport quer zur Achse des Spanndorns gut genutzt werden kann.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache und wirkungsvolle Weise gelöst durch eine Spanndorn-Anordnung gemäß dem Patentanspruch 1.
Die Spanndorn-Anordnung umfasst eine Grundplatte, an der ein vorderes Lager für eine Anlage des Werkstücks und ein hinteres Lager für eine Anlage des Konterlagers ausgebildet ist, die Grundplatte bildet eine Ausnehmung aus, in welche der Spanndorn entlang der Betätigungsachse vollständig bis hinter das vordere Lager in die Ausnehmung zurückziehbar ist, und es ist eine Spannvorrichtung vorhanden, mittels welcher der Betätiger entlang der Verspannrichtung auf das Konterlager zu und auf die Grundplatte zu bewegt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung ist eine indirekte Anlage des Werkstücks am Konterlager eingerichtet, nämlich über die Grundplatte. Die Grundplatte stützt sich mit einem hinteren Lager am Konterlager ab, und stellt mit dem vorderen Lager eine Anlage für das Werkstück zur Verfügung. Gleichzeitig bildet die Grundplatte eine Ausnehmung aus, in die der Spanndorn eingeführt bzw. eingefahren werden kann. Die Ausnehmung ist dabei groß genug, dass der Spanndorn (und ggf. weiterer Teile, die über den Spanndorn axial hinausragen) vollständig hinter das vorderer Lager bzw. eine entsprechende vordere Lagerebene, die typischerweise senkrecht zur Betätigungsachse/Verspannrichutng verläuft, zurückgezogen werden kann.
Dadurch ist es möglich, das Werkstück am vorderen Lager angelegt zu lassen und quer zur Betätigungsachse/Verspannrichtung (bzw. parallel zur vorderen Lagerebene) auf der Grundplatte zu verschieben, etwa um das Werkstück für verschiedene aufeinanderfolgende Bearbeitungen umzupositionieren oder um das Werkstück zu beladen und zu entladen. Bei in die Ausnehmung zurückgezogenem Spanndorn stört dieser das Verschieben des Werkstücks nicht. Zum Umpositionieren oder Be- und Entladen des Werkstücks ist es nicht erforderlich, dieses entlang der Betätigungsachse/Verspannrichtung von der Grundplatte abzuheben. Eine entsprechende Werkstücktransportachse ist nicht nötig. Zudem kann auch eine Bearbeitungsstation oder Messstation, an der die Spanndorn-Anordnung verbaut ist, mit einem reduzierten Platzbedarf axial oberhalb des Spanndorns (bezogen auf seine Position mit verspanntem Werkstück) bzw. axial oberhalb des Werkstücks (bezogen auf seine auf der Grundplatte verspannte Position) auskommen.
Durch die Erfindung wird also eine Werkstücktransport quer zur Betätigungsachse des Spanndorns vereinfacht, sowohl für eine automatisierte (maschinelle) als auch für eine manuelle Werkstückhandhabung. Typischerweise durchragt der Betätiger das Konterlager und ragt in die Grundplatte hinein oder durch die Grundplatte hindurch. Die Spannvorrichtung greift typischerweise am Betätiger und am Bauteil des Konterlagers an.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanndorn-Anordnung sieht vor, dass der Betätiger mit einer Zugstange ausgebildet ist, und die Spannvorrichtung bei Bewegung des Betätigers entlang der Verspannrichtung mittels der Zugstange das Spreizelement auf das Konterlager zu zieht, insbesondere wobei die Zugstange durch das Konterlager hindurch zur Spannvorrichtung geführt ist. Dadurch ist ein besonders kompakter und robuster Aufbau möglich. Alternativ können auch komplexere Kraftübertragungen, etwa mit einer Druckstange und einem C-förmigen Umgriff, in Betracht kommen.
Gemäß der Erfindung ist ein zweites elastisches Element vorhanden, mit welchem der Betätiger gegenüber dem Spanndorn entgegen der Verspannrichtung vorgespannt ist. Durch das zweite elastische Element wird das Spreizelement bei entlasteter Spannvorrichtung selbsttätig axial entgegen der Verspannrichtung zurückgeschoben, so dass der Spanndorn in eine nicht aufgespreizte Stellung zurückgeht. Die radiale Verspannung des Werkstücks wird dann bei Entspannung der Spannvorrichtung sehr zuverlässig aufgehoben; insbesondere ist kein Zugang von oben (von der dem Konterlager abgewandten Seite) durch das Werkstück hindurch auf den Spanndorn notwendig, um (etwa manuell) eine reibungsbedingt selbsthemmende radiale Verspannung des Werkstücks aufzuheben. Diese Ausführungsform ist daher besonders nützlich, wenn die Ausnehmung des Werkstücks als Sackloch ausbildet ist, und daher ein Zugang von oben auf den Spanndorn nicht möglich ist. Das zweite elastische Element kann insbesondere als eine Druckfeder ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass eine erste Federhärte des ersten elastischen Elements größer ist als eine zweite Federhärte des zweiten elastischen Elements. Dies stellt sicher, dass im Laufe des Verspannens der Spannvorrichtung, also beim Verfahren des Betätigers entlang der Verspannrichtung auf das Konterlager zu, zunächst vor allem die radiale Aufspreizung des Spanndorns erfolgen kann (und dadurch das Werkstück ergriffen wird), und anschließend vor allem (bei ergriffenen Werkstück) das axiale Niederziehen des Werkstücks stattfinden kann. Das Niederziehen des Werkstücks erfolgt also erst, wenn dieses sicher ergriffen ist, wodurch eine besonders zuverlässige und definierte Befestigung des Werkstücks erreicht wird. Falls das Aufspreizen des Spanndorns bis zum Kontakt mit dem Werkstück eine merkliche Kraft benötigt, sollte diese bei der Auslegung der Federhärten mit berücksichtigt werden, und die erste Federhärte des ersten elastischen Elements entsprechend größer gewählt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das zweite elastische Element mit einer Schraubenfeder ausgebildet, welche das Spreizelement von einem Fußteil des Spanndorns entgegen der Verspannrichtung weg drückt. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und kompakt. Die Schraubenfeder wird typischerweise vollständig vom Spanndorn umgriffen.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der das Spreizelement mit einer oder mehreren kegelmantelförmigen Flächen ausgebildet ist und/oder der Spanndorn eine oder mehrere kegelmantelförmige Gegenflächen für das Spreizelement ausbildet. Durch die kegelmantelförmigen Flächen und/oder Gegenflächen kann die axiale Bewegung des Betätigers in Verspannrichtung in eine radiale Bewegung für das Aufspreizen des Spanndorns auf einfache und zuverlässige Weise umgelenkt werden. Kegelmantelförmig meint hier, das die Fläche oder Gegenfläche zumindest einen Teil der Oberfläche eines Kegelmantels beschreibt. Anstelle von kegelmantelförmigen Flächen sind auch andere Arten von keilförmigen Flächen bzw. Gegenflächen möglich, jedoch sind kegelmantelförmige Flächen meist besonders einfach zu fertigen und haben eine besonders geringe Verkantungsneigung.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der der Spanndorn im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, wobei zumindest das Spreizelement zum Aufspreizen des Spanndorns im Spanndorn axial verfahrbar ist. Die Hülsenform ermöglicht die Unterbringung von funktionellen Bauteilen im Inneren des Spanndorns, etwa eines zweiten elastischen Elements und Teilen des Betätigers, und gestattet somit einen besonders kompakten Aufbau.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spanndorn mit mehreren Spreizbacken ausgebildet, die durch im Wesentlichen parallel zur Betätigungsachse verlaufende Spalte voneinander getrennt sind. Die Spreizbacken sind typischerweise an einem axialen Ende an einen Fußteil (auf der Seite des Konterlagers) angebunden, und können sich am gegenüberliegenden axialen Ende (auf der dem Konterlager abgewandten Seite) in im Wesentlichen radialer Richtung aufbiegen. Dieser Typ von Spanndorn ist einfach und kostengünstig herzustellen. Alternativ zu Spreizbacken sind beispielsweise auch Spreizkugeln möglich, die von einem keilförmigen, insbesondere kegelmantelförmigen Spreizelement nach radial außen gedrückt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Ausnehmung der Grundplatte mit einem Anschlag ausgebildet ist, der ein axiales Einführen des Spanndorns in die Grundplatte begrenzt. Dadurch wird die Handhabung der Spanndorn-Anordnung erleichtert; der zurückgezogene Spanndorn kann nicht durch die Grundplatte hindurchfallen und versehentlich verloren gehen.
Dazu alternativ ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Ausnehmung der Grundplatte durchgehend ausgebildet ist, so dass der Spanndorn vollständig durch die Ausnehmung der Grundplatte hindurchgeführt werden kann. Die durchgehende Ausbildung der Ausnehmung bezieht sich auf die (maximale) radiale Breite des Spanndorns, gegenüber der die Ausnehmung eine größere (minimale) radiale Breite aufweist, um den Spanndorn vollständig durchführen zu können. Ein Klemmensemble (gebildet aus der Spannvorrichtung, dem Konterlager, dem Betätiger und dem Spanndorn) kann an der Grundplatte zwischen verschiedenen durchgehenden Ausnehmungen der Grundplatte leicht versetzt werden, insbesondere um einen anderen Werkstücktyp zu handhaben. Weiterhin kann die Grundplatte in axialer Richtung besonders dünn und damit materialsparend kostengünstig ausgeführt werden, insbesondere in axialer Richtung dünner als der Spanndorn lang ist. Der Spanndorn kann dadurch hinter das vordere Lager zurückgezogen werden, dass er (zumindest teilweise) an der gegenüberliegenden Seite aus der Grundplatte herausgeführt wird.
Gemäß der Erfindung bildet die Grundplatte, insbesondere mittels der Ausnehmung in der Grundplatte, eine Führung für den Spanndorn aus. Dadurch kann die Präzision bei der Befestigung des Werkstücks verbessert werden, und auch die Handhabung der Spanndorn-Anordnung erleichtert werden, etwa beim Zusammenbau oder beim Verspannen der Spannvorrichtung.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein drittes elastisches Element vorhanden ist, mittels welchem das Konterlager gegenüber der Grundplatte bei aneinander anliegendem Konterlager und hinterem Lager entlang der Betätigungsachse von der Grundplatte weg vorgespannt wird. Dadurch ist (bei entspannter Spannvorrichtung) ein Zurückziehen eines Klemmensembles (gebildet durch die Gesamtheit von Spanndorn, Betätiger, Konterlager und Spannvorrichtung) erleichtert, insbesondere um das Klemmensemble bzw. den Spanndorn hinter das vordere Lager der Grundplatte zurückzuziehen.
Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der die Spannvorrichtung mit einem Exzenterhebel ausgebildet ist. Ein Exzenterhebel ist einfach und sicher zu handhaben. Alternativ kann die Spannvorrichtung beispielsweise auch mit einer Konusschraube ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der am Spanndorn eine oder mehrere profilierte Kontaktflächen, insbesondere gezackte Kontaktflächen, für eine Anlage an die Wand der Ausnehmung des Werkstücks ausgebildet sind. Dadurch kann die Reibung zwischen dem Spanndorn und dem Werkstück erhöht werden, so dass ein besserer Halt des Spanndorns in der Ausnehmung des Werkstücks erreicht wird. Die Befestigung des Werkstücks mittels der Spanndorn-Anordnung wird dadurch zuverlässiger.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Spanndorn-Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass bei in die Ausnehmung des Werkstücks eingeführtem Spanndorn mit der Spannvorrichtung der Betätiger entlang der Verspannrichtung so weit auf das Konterlager zu bewegt wird, dass der Spanndorn in der Ausnehmung aufgespreizt verspannt wird und das Werkstück spielfrei an die Grundplatte und damit indirekt an das Konterlager angelegt wird. Die Befestigung des Werkstücks an der Grundplatte ist robust, und sowohl in axialer Richtung als auch quer dazu präzise und gut reproduzierbar. Entsprechend sind Bearbeitungsprozesse und Messungen mit großer Genauigkeit möglich.
Bevorzugt ist eine Variante dieser Verwendung, bei der bei spielfrei auf der Grundplatte anliegendem Werkstück das Werkstück einer Bohrbearbeitung und/oder einer Fräsbearbeitung unterzogen wird. Bei diesen Bearbeitungen ist eine spielfreie Ausrichtung des Werkstücks besonders wichtig. Während der Bohrbearbeitung und/oder Fräsbearbeitung wird das Werkstück ortsfest gehalten, und insbesondere auch nicht rotiert.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanndorn-Anordnung, mit einer durchgehenden Ausnehmung an der Grundplatte, in einem entspannten Zustand der Spannvorrichtung;
Fig. 2: die Spanndorn-Anordnung von Fig. 1, in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 3: die Spanndorn-Anordnung von Fig. 1 im schematischen Längsschnitt, im verspannten Zustand der Spannvorrichtung;
Fig. 4: einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanndorn-Anordnung, in einem entspannten Zustand der Spannvorrichtung, mit einem bis an einen Anschlag in eine Ausnehmung der Grundplatte zurückgezogenem Spanndorn;
Fig. 5: die Spanndornanordnung von Fig. 4, mit an die Grundplatte angedrücktem Konterlager, in einem entspannten Zustand der Spannvorrichtung;
Fig. 6: die Spanndornanordnung von Fig. 5, mit der Spannvorrichtung im verspannten Zustand;
Fig. 7: einen Spanndorn im schematischen Querschnitt mit profilierten Kontaktflächen für die Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt und Fig. 2 in einer Seitenansicht unter 90° Drehung gegenüber der Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spanndorn-Anordnung 1.
Die Spanndorn-Anordnung 1 umfasst eine Spannvorrichtung 2 (hier ausgebildet mit einem Exzenterhebel 3), ein Konterlager 4 (hier ausgebildet an einem Basiselement 5, an dem auch der Exzenterhebel 3 gelagert ist), einen hier im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildeten Spanndorn 6, einen Betätiger 7 und eine Grundplatte 8. Die Gesamtheit (zusammenhängende Baugruppe) von Spannvorrichtung 2, Konterlager 4, Spanndorn 6 und Betätiger 7 wird auch als Klemmensemble 10 bezeichnet. Die Spanndorn-Anordnung 1 dient der Befestigung eines Werkstücks 9 auf der Grundplatte 8. Die Grundplatte 8 ist typischerweise ortsfest arretiert, etwa an einem Maschinenrahmen (nicht näher dargestellt).
Ein vorderer Teil des Klemmensembles 10, nämlich der Spanndorn 6 und ein vorderer Teil des Betätigers 7, ragt durch eine Ausnehmung 11 der Grundplatte 8 hindurch. Die Ausnehmung 11 wirkt als eine Führung für den Spanndorn 6, so dass dieser parallel zu einer Verspannrichtung VR bzw. entlang einer Betätigungsachse BA des Betätigers 7 in der Grundplatte 8 verfahrbar ist.
Das Klemmensemble 10 ist im gezeigten Zustand (bei entspannter Spannvorrichtung 2) lose in die Ausnehmung 11 der Grundplatte 8 eingeführt, und könnte problemlos nach unten so weit wie gewünscht aus der Ausnehmung 11 herausgezogen werden. Insbesondere könnte das Klemmensemble 10 so weit nach unten gezogen werden, das der Spanndorn 6 und auch das Klemmensemble 10 insgesamt vollständig hinter ein vorderes Lager 12 der Grundplatte 8, das hier mit einer vorderen Lagerebene 13 ausgebildet ist, zurückgezogen werden kann; die Ausnehmung 11 ist somit in Hinblick auf den Spanndorn 6 (bzw. dessen radialer Breite) durchgehend. Bei vollständigem Rückzug hinter das vordere Lager 12 könnte ein am vorderen Lager 12 anliegendes Werkstück entlang des vorderen Lagers 12 barrierefrei verfahren werden (nicht näher dargestellt).
Weiterhin könnte das Klemmensemble 10 vollständig aus der Ausnehmung 11 herausgezogen werden, insbesondere um das Klemmensemble 10 an eine andere Ausnehmung der Grundplatte 8 oder auch an eine Ausnehmung einer anderen Grundplatte zu versetzen (nicht näher dargestellt).
Ein erstes elastisches Element 14, hier ausgebildet als eine unter Druckspannung stehende Schraubenfeder 14a, drückt den Spanndorn 6 entgegen der Verspannrichtung VR vom Konterlager 4 weg. Das erste elastische Element 14 stützt sich hier am Basiselement 5 bzw. am Konterlager 4 sowie an einem Fußteil 21 des Spanndorns 6 ab.
An einem oberen (vorderen) Ende des Betätigers 7 ist ein Spreizelement 15 ausgebildet, das mit kegelmantelförmigen Flächen 16 ausgebildet ist. Diese stützen sich an kegelmantelförmigen Gegenflächen 17 im Inneren des Spanndorns 6 ab, nämlich an den Innenseiten von Spreizbacken 18a, 18b, die durch axiale verlaufende Spalte 19 voneinander getrennt sind. Die Spalte 19 gehen unterenends in Entlastungsbohrungen 20 über, um einer Rissbildung beim Aufspreizen der Spreizbacken 18a, 18b vorzubeugen. Die Spreizbacken 18a, 18b stehen von dem gemeinsamen Fußteil 21 des Spanndorns 6 ab.
Ein zweites elastisches Element 22, hier ebenfalls ausgebildet als eine unter Druckspannung stehende Schraubenfeder 22a, drückt das Spreizelement 15 entgegen der Verspannrichtung VR vom Spanndorn 6 nach oben hin 6 weg; das zweite Federelement 22 stützt sich hier am Fußteil 21 des Spanndorns 6 und am Spreizelement 15 ab.
Mit der Spannvorrichtung 2 kann der Betätiger 7 entlang der Betätigungsachse BA gegenüber dem Basiselement 5 bzw. dem Konterlager 4 axial verfahren werden. In der gezeigten Stellung ist der Betätiger 7 und damit auch das Spreizelement 15 relativ weit nach oben ausgefahren, also entgegen der Verspannrichtung VR vom Konterlager 4 weg, entsprechend einem entspannten Zustand der Spannvorrichtung 2. Das Spreizelement 15 übt im entspannten Zustand nur eine geringe radiale Kraft über die Keilwirkung der kegelmantelförmigen Flächen 16 auf den Spreizdorn 6 aus, so dass die Spreizbacken 18a, 18b nur geringfügig nach radial außen gedrückt werden. In diesem Zustand kann der Spreizdorn 6 problemlos mit radialem Spiel in eine Ausnehmung 23 des Werkstücks 9 eingeführt oder ausgeführt werden.
In der gezeigten Situation ist das Werkstück 9 mit seiner Ausnehmung 23 lose auf den Spanndorn 6 aufgesteckt, um die Verspannung des Werkstücks 9 auf der Grundplatte 8 vorzubereiten.
Zum Verspannen des Werkstücks 9 wird von einem Bediener das Klemmensemble 10 ergriffen und nach oben an die Grundplatte 8 gedrückt. Dabei kommen das Konterlager 4 und ein hinteres Lager 24 der Grundplatte 8 zu einer gegenseitigen Anlage. Ebenso wird das Werkstück 9 bis an die Grundplatte 8 herangeschoben, so dass eine untere Werkstückseite 25 am vorderen Lager 12 der Grundplatte 8 zur Anlage kommt; dadurch ragt der Spanndorn 6 etwas tiefer in die Ausnehmung 23 des Werkstücks 9 hinein. In dieser Situation wird die Spannvorrichtung 2 gespannt; der verspannte Zustand der Spannvorrichtung 2 ist in Fig. 3 dargestellt.
Durch Verschwenken des Exzenterhebels 3 nach links wurde eine Drehachse DA des Exzenterhebels 3, an die der Betätiger 7 angebunden ist, relativ zum Basiselement 5 axial nach unten wegbewegt, so dass der Betätiger 7 und insbesondere dessen Spreizelement 15 in Verspannrichtung VR auf das Konterlager 4 zu gezogen wurden.
Bedingt durch eine relativ kleine zweite Federhärte des zweiten elastischen Elements 22 im Vergleich zu einer ersten Federhärte des ersten elastischen Elements 14 ist zunächst der Spanndorn 6 bei dieser Bewegung des Spreizelements 15 relativ zum Konterlager 4 nahezu ortsfest geblieben, denn das relativ harte erste elastische Element 14 hat den Spanndorn 6 vom Konterlager 4 weggehalten. Hingegen konnte das Spreizelement 15 die vergleichsweise geringe Kraft des zweiten elastischen Elements 22 überwinden und relativ zum Spanndorn 6 nach unten verfahren und die Spreizbacken mit den kegelmantelförmigen Flächen 16 dabei radial immer weiter aufspreizen.
Sobald die Spreizbacken jedoch in Pressung mit der Innenseite der Ausnehmung 23 des Werkstücks 9 gerieten, konnte das Spreizelement 15 nicht mehr oder nur noch bei sehr großem Widerstand weiter relativ zum Spanndorn 6 nach unten bewegt werden. Eine weitere Bewegung des Betätigers 7 in Verspannrichtung VR nach unten führte dann dazu, dass nunmehr der Spanndorn 6 gegen die Kraft des ersten Federelements 14 in Verspannrichtung VR nach unten gezogen wurde. Da die Spannbacken des Spanndorns 6 in Pressung und damit in Kraftschluss mit der Innenseite der Ausnehmung 23 des Werkstücks 9 sind, wurde dabei das Werkstück 9 mit nach unten gezogen und somit gegen die Grundplatte 8 gedrückt. Der Betätiger 7 wurde dabei unter erhebliche Zugspannung gebracht, und wirkt also als Zuganker 7a.
Im gezeigten verspannten Zustand der Spannvorrichtung 2 ist daher das Werkstück 9 nicht nur durch den im Formschluss blockierenden Spanndorn 6 gegen eine laterale Verschiebung 26 gegenüber der Grundplatte 8 gesichert, sondern sitzt auch bezüglich der axialen Richtung (vgl. Betätigungsachse BA) spielfrei auf der Grundplatte 8 auf. Eine axiale Bewegung 27 des Werkstücks 9 ist aufgrund des Kraftschlusses mit dem Spanndorn 6 nicht möglich. In diesem Zustand wird das Werkstück 9 typischerweise einer Bearbeitung unterzogen, insbesondere einer Bohr- oder Fräsbearbeitung, oder auch einer Messung, insbesondere einer Vermessung seiner Außendimensionen.
Beim Entspannen der Spannvorrichtung 2, also einem Zurückschwenken des Exzenterhebels 3 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung, wird die axiale Verspannung des Werkstücks 9 gegen die Grundplatte 8 wieder gelöst, wobei das erste elastische Element 14 wieder (weitgehend) entspannt wird. Das zweite elastische Element 22 unterstützt sodann die Aufhebung der radialen Verspannung der aufgespreizten Spannbacken des Spanndorns 6, indem es das Spreizelement 15 nach oben von den kegelmantelförmigen Gegenflächen 17 des Spanndorns 6 weg drückt.
Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanndorn-Anordnung 1. Es werden nur die wesentlichen Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert.
Bei dieser Ausführungsform ist in der Grundplatte 8 eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme des Spanndorns 6 ausgebildet, welche an der der Spannvorrichtung 2 zugewandten Seite einen schulterartigen Anschlag 31 ausbildet. Der Spanndorn 6 kann daher nach unten nicht durch die Ausnehmung 30 hindurch geführt werden; die Ausnehmung 30 ist somit bezüglich des Spanndorns 6 (bzw. dessen radialer Breite) nicht durchgehend. Zwar geht die Ausnehmung 30 in eine Öffnung 32 über, durch den der Betätiger 7 und das erste elastische Element 14 hindurchgeführt sind bzw. werden können, diese Öffnung 32 ist aber für den Spanndorn 6 nicht breit genug. Das Klemmensemble 10, umfassend die Spannvorrichtung 2, das Konterlager 4, den Betätiger 7 und den Spanndorn 6, ist hier dauerhaft an der Grundplatte 8 bzw. dessen Ausnehmung 30 angeordnet, indem es die Grundplatte 8 im Bereich des Anschlags 31 beidseitig umgreift; das Klemmensemble 10 könnte nur durch Zerlegen von der Grundplatte 8 entfernt werden.
In der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin das Konterlager 4 an einem Kragenelement 33 ausgebildet, das sich am Basiselement 5 abstützt. Ein drittes elastisches Element 34, hier wiederum ausgebildet als eine unter Druckspannung stehende Schraubenfeder 34a, spannt die Grundplatte 8 entgegen der Verspannrichtung VR gegenüber dem Konterlager 4 vor; Grundplatte 8 und Konterlager 4 werden sozusagen auseinandergedrückt. Das dritte elastische Element 34 greift hier am Konterlager 4 und an einer zurückgesetzten Schulter 35 der Grundplatte 8, wobei die Schulter 35 jenseits des hinteren Lagers 24 liegt, an.
Durch die Wirkung des dritten elastischen Elements 34 werden der Betätiger 7 einschließlich Spreizelement 15 und auch der Spanndorn 6 in die Ausnehmung 30 hineingezogen, im Wesentlichen bis an den Anschlag 31. Die Spannvorrichtung 2 ist in einem entspannten Zustand. Der Spanndorn 6 und das Klemmensemble 10 insgesamt sind hinter das vordere Lager 12 und die zugehörige vordere Lagerebene 13 zurückgezogen. Dadurch ist es möglich, das Werkstück 9 auf dem ersten Lager 12 in lateraler Richtung quer zur Betätigungsachse BA zu verfahren, vgl. laterale Verschiebung 26.
Im Werkstück 9 ist hier eine als Sackloch ausgebildete Ausnehmung 36 ausgebildet. Zum Verspannen des Werkstücks 9 auf der Grundplatte 8 muss das Werkstück 9 zumindest näherungsweise mit seiner Ausnehmung 36 über dem Spanndorn 6 bzw. über der Ausnehmung 30 der Grundplatte 8 angeordnet werden.
Zum Verspannen des Werkstücks 9 wird sodann das Klemmensemble 10 gegenüber der Grundplatte 8 durch einen Bediener nach oben geschoben, bis das Konterlager 4 am hinteren Lager 24 der Grundplatte 8 anliegt, vgl. hierzu Fig. 5 . Dabei wird das dritte elastische Element 34 entgegen seiner Federkraft gestaucht. Der Spanndorn 6 dringt dabei in die Ausnehmung 36 des Werkstücks 9 ein; typischerweise wird das Werkstück 9 dabei vom Bediener manuell gehalten, damit es nicht nach oben ausweicht, falls bereits eine merkliche Reibung zwischen dem Spanndorn 6 und der Innenwand der Ausnehmung 36 des Werkstücks 9 auftreten sollte.
Sodann wird die Spannvorrichtung 2 gespannt, vgl. Fig. 6 , indem der Exzenterhebel 3 nach links verschwenkt wird. Dadurch wird der Betätiger 7 samt Spreizkopf 15 in Verspannrichtung VR nach unten auf das Konterlager 4 zu gezogen. Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, kommt es zunächst vor allem zu einem Aufspreizen des Spanndorns 6, und nach Erreichen der Pressung der Spreizbacken des Spanndorns 6 in der Ausnehmung 36 des Werkstücks 9 wird das Werkstück 9 auf die Grundplatte 8 niedergezogen. Bei aneinander liegendem ersten Lager 12 der Grundplatte 8 und unterer Werkstückseite 25 wird das Werkstück 9 gegen die Grundplatte 8 verspannt. Hierbei wird der Betätiger 7 unter erhebliche Zugspannung gesetzt. Das Werkstück 9 ist durch Formschluss mittels des Spanndorns 6, der in beide Ausnehmungen 36, 30 eingreift, gegen laterale Verschiebung 26 gesichert, und durch Kraftschluss mittels der Spreizbacken des Spanndorns 6 gegen eine axiale Bewegung 27 gesichert. In diesem Zustand wird das Werkstück 9 typischerweise wiederum einer Bearbeitung oder Messung unterzogen. Die Bearbeitung erfolgt bevorzugt bei ruhendem Werkstück 9.
Bei Zurückdrehen des Exzenterhebels 3 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung hilft die zweite elastische Spannvorrichtung 22 beim Aufheben der Aufspreizung der Spreizbacken des Spanndorns 6, und das dritte Federelement 34 hilft beim Zurückziehen des Spanndorns 6 bzw. des Klemmensembles 10 hinter das vordere Lager 12 und damit vollständig aus der Ausnehmung 36 des Werkstücks 9 heraus, so dass dieses wieder in lateraler Richtung auf dem ersten Lager 12 der Grundplatte 8 verfahren werden kann, vgl. laterale Verschiebung 26, etwa für einen Werkstückwechsel. Ebenso kann das Werkstück 9 dann auch in axialer Richtung abgehoben werden, vgl. axiale Bewegung 2, falls gewünscht.
Fig. 7 zeigt im schematischen Querschnitt einen Spanndorn 6 für die Erfindung. An seinen Spannbacken 18a weist der Spanndorn 6 radial außen profilierte Kontaktflächen 40 auf, die hier gezackt mit nach unten (zum Fußteil 21 des Spanndorns 6 hin) gerichteten Zacken ausgebildet sind. Mit den profilierten Kontaktflächen 40 ist ein verbesserter Halt in der Ausnehmung eines Werkstücks möglich.

Bezugszeichenliste

1: Spanndorn-Anordnung
2: Spannvorrichtung
3: Exzenterhebel
4: Konterlager
5: Basiselement
6: Spanndorn
7: Betätiger
7a: Zuganker
8: Grundplatte
9: Werkstück
10: Klemmensemble
11: Ausnehmung der Grundplatte (durchgehend)
12: vorderes Lager
13: vordere Lagerebene
14: erstes elastisches Element
14a: Schraubenfeder (erstes elastisches Element)
15: Spreitzelement
16: konische Flächen
17: konische Gegenflächen
18a, 18b: Spreizbacken
19: Spalt
20: Entlastungsbohrung
21: Fußteil (Spanndorn)
22: zweites elastisches Element
22a: Schraubenfeder (zweites elastisches Element)
23: Ausnehmung im Werkstück (durchgehend)
24: hinteres Lager
25: untere Seite (Werkstück)
26: laterale Verschiebung
27: axiale Bewegung
30: Ausnehmung in der Grundplatte (nicht durchgehend)
31: Anschlag
32: Durchbruchöffnung
33: Kragenelement
34: drittes elastisches Element
34a: Schraubenfeder (drittes elastisches Element)
35: hinteres Lager
36: Ausnehmung im Werkstück (Sackloch)
40: profilierte Kontaktflächen
BA: Betätigungsachse
DA: Drehachse (Lagerachse des Betätigers am Exzenterhebel)
VR: Verspannrichtung

Claims

Spanndorn-Anordnung (1) zum Verspannen eines Werkstücks (9), umfassend
- einen aufspreizbaren Spanndorn (6), für einen Eingriff in eine Ausnehmung (23; 36) des Werkstücks (9),

- ein Konterlager (4), zur direkten oder indirekten Anlage des Werkstücks (9),

- einen gegenüber dem Spanndorn (6) entlang einer Betätigungsachse (BA) beweglichen Betätiger (7) mit einem Spreizelement (15), wobei durch eine Relativbewegung des Spreizelements (15) gegenüber dem Spanndorn (6) entlang einer Verspannrichtung (VR), die parallel zur Betätigungsachse (BA) verläuft, der Spanndorn (6) aufspreizbar ist, und wobei der Spanndorn (6) relativ zum Konterlager (4) entlang der Betätigungsachse (BA) beweglich ausgebildet ist, und

- ein erstes elastisches Element (14), mit welchem der Spanndorn (6) gegenüber dem Konterlager (4) entgegen der Verspannrichtung (VR) vom Konterlager (4) weg vorgespannt ist,
wobei eine Grundplatte (8) vorhanden ist, an der ein vorderes Lager (12) für eine Anlage des Werkstücks (9) und ein hinteres Lager (24) für eine Anlage des Konterlagers (4) ausgebildet ist,
wobei die Grundplatte (8) eine Ausnehmung (11; 30) ausbildet, in welche der Spanndorn (6) entlang der Betätigungsachse (BA) vollständig bis hinter das vordere Lager (12) in die Ausnehmung (11; 30) zurückziehbar ist,
und wobei eine Spannvorrichtung (2) vorhanden ist, mittels welcher der Betätiger (7) entlang der Verspannrichtung (VR) auf das Konterlager (4) zu und auf die Grundplatte (8) zu bewegt werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grundplatte (8), insbesondere mittels der Ausnehmung (11; 30) in der Grundplatte (8), eine Führung für den Spanndorn (6) ausbildet, und dass ein zweites elastisches Element (22) vorhanden ist, mit welchem der Betätiger (7) gegenüber dem Spanndorn (6) entgegen der Verspannrichtung (VR) vorgespannt ist.
Spanndorn-Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (7) mit einer Zugstange (7a) ausgebildet ist, und die Spannvorrichtung (2) bei Bewegung des Betätigers (7) entlang der Verspannrichtung (VR) mittels der Zugstange (7a) das Spreizelement (15) auf das Konterlager (4) zu zieht,
insbesondere wobei die Zugstange (7a) durch das Konterlager (4) hindurch zur Spannvorrichtung (2) geführt ist.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Federhärte des ersten elastischen Elements (14) größer ist als eine zweite Federhärte des zweiten elastischen Elements (22).
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elastische Element (22) mit einer Schraubenfeder (22a) ausgebildet ist, welche das Spreizelement (15) von einem Fußteil (21) des Spanndorns (6) entgegen der Verspannrichtung (VR) weg drückt.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spreizelement (15) mit einer oder mehreren kegelmantelförmigen Flächen (16) ausgebildet ist und/oder der Spanndorn (6) eine oder mehrere kegelmantelförmige Gegenflächen (17) für das Spreizelement (15) ausbildet.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanndorn (6) im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist, wobei zumindest das Spreizelement (15) zum Aufspreizen des Spanndorns (6) im Spanndorn (6) axial verfahrbar ist.
Spanndorn-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Spanndorns (6) das zweite elastische Element (22) untergebracht ist.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanndorn (6) mit mehreren Spreizbacken (18a, 18b) ausgebildet ist, die durch im Wesentlichen parallel zur Betätigungsachse (BA) verlaufende Spalte (19) voneinander getrennt sind.
Spanndorn-Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanndorn (6) ein gemeinsames Fußteil (21) aufweist, von welchem die Spreizbacken (18a, 18b) abstehen, wobei sich das zweite elastische Element (22) an dem Fußteil (21) des Spanndorns (6) und am Spreizelement (15) abstützt.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) der Grundplatte mit einem Anschlag (31) ausgebildet ist, der ein axiales Einführen des Spanndorns (6) in die Grundplatte (8) begrenzt.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (11) der Grundplatte (8) durchgehend ausgebildet ist, so dass der Spanndorn (6) vollständig durch die Ausnehmung (11) der Grundplatte (8) hindurchgeführt werden kann.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes elastisches Element (34) vorhanden ist, mittels welchem das Konterlager (4) gegenüber der Grundplatte (8) bei aneinander anliegendem Konterlager (4) und hinterem Lager (24) entlang der Betätigungsachse (BA) von der Grundplatte (8) weg vorgespannt wird.
Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) mit einem Exzenterhebel (3) ausgebildet ist.
Spanndorn-Anordnung(1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Spanndorn (6) eine oder mehrere profilierte Kontaktflächen (40), insbesondere gezackte Kontaktflächen (40), für eine Anlage an die Wand der Ausnehmung (23; 36) des Werkstücks (9) ausgebildet sind.
Verwendung einer Spanndorn-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei in die Ausnehmung (23; 36) des Werkstücks (9) eingeführtem Spanndorn (6) mit der Spannvorrichtung (2) der Betätiger (7) entlang der Verspannrichtung (VR) so weit auf das Konterlager (4) zu bewegt wird, dass der Spanndorn (6) in der Ausnehmung (23; 36) aufgespreizt verspannt wird und das Werkstück (9) spielfrei an die Grundplatte (8) und damit indirekt an das Konterlager (4) angelegt wird.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei spielfrei auf der Grundplatte (8) anliegendem Werkstück (9) das Werkstück (9) einer Bohrbearbeitung und/oder einer Fräsbearbeitung unterzogen wird.