WO2007143976A2 - Spannmittel für eine spanabhebende bearbeitungsmaschine - Google Patents

Spannmittel für eine spanabhebende bearbeitungsmaschine Download PDF

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WO2007143976A2
WO2007143976A2 PCT/DE2007/001027 DE2007001027W WO2007143976A2 WO 2007143976 A2 WO2007143976 A2 WO 2007143976A2 DE 2007001027 W DE2007001027 W DE 2007001027W WO 2007143976 A2 WO2007143976 A2 WO 2007143976A2
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Definitions

  • the invention relates to a clamping device, in particular for a cutting machine, consisting of a chuck body with a plurality of circumferentially distributed clamping elements and circumferentially distributed centering elements, which are mounted via control elements movable within the chuck body.
  • Generic clamping means are known for machining and are needed, for example, for lathes.
  • the clamping means serve to receive the workpiece to be machined and to hold securely without deformation while a machining takes place.
  • such a clamping means is used when non-round tubes or odd rods to be clamped, for example, make a twist or cut a thread. Due to the non-circular or odd bearing of the workpieces, for example, the position of the clamping diameter does not correspond to the position of the cylinder or threaded portion to be machined, because in an odd case, the axis of the workpiece or the axis of the clamping point is not arranged centrally. In the area of the workpiece to be machined a centering is therefore required. By centering it is achieved that the spindle axis of the lathe coincides with the machining axis of the workpiece to be machined.
  • the jaws must be able to bridge position and shape deviations at the clamping point, without causing deformation of the workpiece to be machined.
  • Clamping devices are known from the prior art in which three oblique bolts are moved forwards out of the chuck body and initially center the workpiece.
  • the drive of this centering pin is done according to the prior art with pressure cylinders, the be individually controlled to achieve centering.
  • the hydraulically driven centering bolts have the problem that no necessary synchronization can be achieved so that their centering is not sufficient.
  • solutions are known in which this uneven movement are subsequently synchronized by mechanical links, which consist for example of a rack on the pin and a gear and cause synchronization.
  • the present invention has for its object to provide a clamping device which eliminates the known disadvantages of the solutions of the prior art and also allows a careful centering of the workpieces to be machined and the achievement of sufficient clamping force.
  • the centering elements are acted upon in the clamping device according to the invention via a single control element, wherein a coupling between the centering element and control takes place by means of entrainment devices.
  • the centering and driving devices are arranged circumferentially distributed and are acted upon by the central control, wherein the centering each cover an exact same distance and thus allow a very accurate centering of the workpiece.
  • the workpiece which is normally arranged horizontally, must be raised to the center of the machining axis, ie the spindle axis of the lathe, so that corresponding reaction forces arise on the entrainment devices.
  • the control itself consists of a movable cylinder housing, which is guided on a stationary held piston rod. This ensures that a uniform force is exerted on the driving devices, which in turn are connected to the centering elements.
  • the control element or the cylinder housing further has a radial recess, which is preferably formed on the coaxial outer radial surface and in which the entrainment means of the centering elements are accommodated.
  • the entrainment device is in this case radially movable and slidably guided within the at least one recess and transmits the force of the control element to the centering elements.
  • the centering elements themselves are arranged at an angle to the axis of symmetry of the lathe and are thus moved toward each other with the aid of the control element and the entrainment device along a conical jacket in a centric position, so that the workpiece to be machined, as far as a asymmetric storage is present, centered in the section to be machined.
  • the workpiece which for example is initially arranged off-center at the end, is pressed by the centering elements into a centric position.
  • the centering elements have receiving jaws, which are brought directly to the workpiece for abutment or rest on pressure rollers on the workpiece.
  • this has a recess, which is preferably arranged on the inner radial surface and formed as a pressure chamber to be sealed, wherein the pressure chamber is additionally divided by a sealing ring.
  • the two resulting pressure chambers can each be acted upon separately with a pressure medium, so that the one pressure chamber can be used to axially move the control in a forward pressed position, while the other pressure chamber is used to the control in the original To return to the position.
  • the sealing ring which divides the existing pressure chamber into two partial pressure chambers, connected to the control.
  • the driving device itself is connected to a guide rod of the centering, preferably screwed and thus enables the transmission of power from the driving device on the guide rod of the centering and thus the necessary contact pressure of the receiving jaws is reached on the workpiece.
  • the entrainment device consists in a preferred solution of a piston disc with a helical pin, which projects into the recess of the cylinder housing of the control, wherein the individual entrainment devices are not synchronized with each other.
  • the indicated solution according to the invention rather ensures that the centering elements each travel the same distance and in this case are driven by the driving device and the control, so that the desired exact centering position of the workpiece is achieved.
  • the control element may additionally be connected to a guide bolt, which slides axially movably back and forth in a guide tube accommodated in a recess.
  • the guide tube is in this case connected to the chuck body, in particular fitted and screwed, so that a secure guidance is ensured.
  • the particular advantage of this solution is that the guide ratio is significantly increased, namely the guide length compared to the guide diameter, so that a stick-slip effect of the cylinder housing is prevented. In the indicated solution is even achieved that increases with increasing movement of the control, the guide surface.
  • the control and also the clamping elements are acted upon within the chuck body by a pressure medium which, for example, from hydraulic oil or compressed air or may consist of other usable media.
  • a pressure medium which, for example, from hydraulic oil or compressed air or may consist of other usable media.
  • the clamping means is provided with a sufficient amount of the pressure medium and then by corresponding check valves within the chuck body while maintaining the pressure generated.
  • an injector unit is provided, which is moved up to the chuck body for clamping a workpiece to be machined and has corresponding pressure medium connections in order to carry out different control functions independently of each other. With the help of the pressure medium, the centering of the workpiece to be machined is first made and after this has taken place, then carried out a clamping with the help of the clamping elements.
  • the centering elements are moved back and kept the workpiece exclusively on the clamping elements for further processing. This was ensured by the prior centering that the clamping elements hold the workpiece to be machined in a central position.
  • the injector unit is retracted and the pressure of the pressure medium within the chuck body is maintained via a main check valve until the machining of the workpiece is completed.
  • the supply of the pressure medium can therefore be done only when the machine with the injector, wherein the injector example, has a radially movable pressure fluid coupling and presses the pressure medium, for example hydraulic oil with the appropriate pressure of up to 200 bar in the chuck body.
  • Particularly important here are the check valves that hold the pressure medium within the chuck body after reaching the required pressure and thus prevent possible loss of pressure medium.
  • the clamping means according to the invention are particularly suitable for the machining of pipes, for example, to cut a thread at the ends.
  • the tubes used are usually due to a rolling process and are therefore not straight or round, so it must be ensured that for cutting a thread, for example, an accurate concentricity is ensured to avoid patchiness of the cut thread and the accuracy of the central thread length to reach. For this reason, there is a prior centering of the pipe to be machined on the processed Place in front of the span level. During clamping, the tube must then be exactly fixed in this position and held for transmitting the torques and forces of the machine. The jaws bear on the irregular geometry of the tube outer diameter and build up the required clamping force.
  • the clamping jaws must therefore be able to compensate for an ovality and eccentricity, possibly even a Kegeilmaschine of the workpiece.
  • the centering are moved back and give the space for the processing of the tube, for example, cut the thread, free.
  • the workpiece must not be displaced from the position determined by the centering plane, its mass forces and the occurring tensile forces. It must therefore always maintain its position during the machining process.
  • the pressure medium passes through distribution channels in the feed, which are at least partially formed as an annular channel.
  • the annular channels are in this case preferably arranged in radial surfaces, wherein in addition to the compensation of the forces occurring the annular channels in opposite radial surfaces, offset from each other, are arranged.
  • the arrangement of the annular channels in the radial surfaces ensures that the high pressure forces occurring are absorbed by the chuck body. It has been shown, for example, that an arrangement of the annular channels in the axial direction leads to forces that are no longer manageable in the usual workpiece diameters in practice or make so expensive fittings required that a much higher overhead is required. While, on the other hand, the reaction forces occurring in the radial surfaces over the annular channels are absorbed by the chuck body.
  • each clamping element is a check valve upstream, which separates the pressure chamber of the clamping piston of a supply channel, so that prevents radial movement of the clamping element due to the otherwise possible distribution of pressure medium is and the workpiece remains immovably in the predetermined position.
  • a synchronization of the clamping elements is desired for special applications.
  • a synchronization disc is provided, which allows a coupling of the clamping elements with each other by a respective clamping elements associated synchronization pin, wherein the synchronization pins are each received in the clamping piston of the clamping element and protrude into a breakthrough of the synchronization disc and thus cause a synchronization of the clamping elements with each other.
  • the synchronization pins are axially adjustable, so that they can be displaced axially, so that the engagement in the synchronization disc can be canceled.
  • a pressure piston is provided within the chuck body, which has a balance weight, which acts directly on a piston having a smaller piston surface, wherein the pressure chamber communicating with the pressure chamber of the associated clamping means. Due to the high rotational speeds of the clamping means, the clamping elements are pulled outward due to the prevailing centrifugal forces, so that the clamping force would decrease.
  • a pressure piston is provided in addition to the clamping elements, which is also mounted radially movable within the chuck body and has a correspondingly sized balance weight.
  • the pressure piston has a relatively small piston surface, while the clamping piston of the clamping device is dimensioned correspondingly larger, so that with the aid of the balance weight and the pressure piston, a compensation of the centrifugal forces is made possible.
  • the ratio of the area of the pressure piston for the centrifugal force compensation is in this case calculated with respect to the surface of the clamping piston so that a partial or complete compensation of the centrifugal forces is made possible.
  • an additional pressure medium compensation via a pressure medium spring storage wherein each interconnected pressure medium lines and pressure fluid channels, in particular ring channels, are connected to the pressure medium spring memory.
  • the pressure medium spring accumulator has at least one, preferably two, pressure chambers, which are acted upon by the same pressure medium and each press together a spring assembly, which in the case of a slight pressure drop within the Pressure medium channels ensures pressure equalization by the spring relaxation.
  • a pressure compensation can always be required if, for example, leakage losses occur at the seals for the time of processing and can be compensated by the pressure medium spring accumulator.
  • the pressure medium spring storage as well as the clamping elements and centering after each processing again filled via the injector to the maximum pressure.
  • the pressure medium spring memory further comprises an outwardly guided piston rod, which is provided, for example, for triggering a switch element to stop the processing operation in the event of an unexpected pressure drop.
  • the switching element is directly associated with the piston rod and can generate an electrical signal which can be used to control the machine or an acoustic and / or optical signal triggers, whereby the stoppage of the machine can be prompted to signal a possible loss of clamping power in good time and to adjust the processing.
  • the switch is in this case arranged in a damped circuit arrangement which prevents erroneous messages due to a cable break can occur.
  • the centering elements are provided with receiving jaws, which are mounted radially displaceable and radially positioned via a toothing and sliding blocks can be.
  • the toothing is rectangular in order to ensure a clear definition of the coordinates in the x, y and z direction.
  • the receiving jaws are additionally equipped with rollers that come to lie directly on the workpiece and avoid unnecessary friction and damage to the workpiece.
  • the rollers can be adjusted via an eccentric arrangement in order to achieve high concentricity.
  • FIG. 1 is a perspective view of an inventive clamping means
  • FIG. 2 is a plan view of the tensioning means according to FIG. 1
  • FIG. Fig. 3 is a sectional view of the clamping means of Figure 1 by a
  • FIG. 4 shows a sectional side view of the tensioning means according to FIG. 3 with a synchronization element which is guided inside the tensioning piston
  • FIG. 5 shows a sectional side view of the inventive clamping means according to Figure 1 with a guide tube and guide pin for the control and
  • Figure 1 shows an inventive clamping means 1, consisting of a chuck body 2 with three circumferentially distributed clamping elements 3 and three circumferentially distributed centering 4. Furthermore, from this view, an injector 5 can be seen, which supplies the clamping means 1 with a pressure medium on the one hand and on the other hand by different pressure medium supply the centering 4 and clamping elements 3 separately applied to the pressure medium.
  • the chuck body 2 consists of a receiving flange 6, a cylinder flange 7, a middle piece 8 and a clamping disk 9.
  • the receiving flange 6 is provided for receiving the clamping means on the illustrated Spannabariaden processing machine, for example a lathe.
  • the cylinder flange 7 serves for the transmission and distribution of the pressure medium.
  • the center piece 8 and the clamping disk 9 are provided for receiving the centering elements 4, clamping elements 3 and other means for controlling the clamping 3 and centering elements 4.
  • the clamping device 1 is essentially intended for the machining of pipes.
  • the clamping elements 3 are used to hold the workpiece to be machined, in this case the tube, in this position and firmly clamped for the machining operation.
  • the centering elements 4 are moved back so that the pipe end is released and can be edited.
  • the control of the clamping 3 and centering elements 4 via a pressure medium, which is supplied through the injector 5.
  • the pressure medium passes through one of the four pressure medium connections 10 shown in the clamping means, namely first to act on the centering elements 4, which, since they are mounted obliquely to the axis of symmetry of the clamping means 1, approaching each other to the axis of rotation move until an attachment to the workpiece, not shown, takes place.
  • the workpiece shown in FIGS. 3 and 4 is centered in this case, so that subsequent clamping can take place with the aid of the clamping elements 3.
  • the clamping elements 3 are also supplied with a pressure medium via one of the pressure medium connections 10 and move due to their arrangement in the clamping disc 9 exclusively in the radial direction until it comes to rest on the workpiece and by appropriate pressure build-up voltage.
  • the centering elements 4 are moved back by appropriate pressurization of a not recognizable here control, so that the processing operation can be started.
  • the injector unit 5 is separated from the clamping means 1, so that a rotation of the clamping means 1 is made possible.
  • a main check valve which can be seen in Figure 2
  • the pressure built up within the clamping means 1 for the processing period is simultaneously maintained via a main check valve, which can be seen in Figure 2, the pressure built up within the clamping means 1 for the processing period.
  • the clamping means 1 is literally inflated with the pressure medium, wherein the pressure is maintained by further shut-off valves for the processing period and any leakage losses are compensated.
  • centering elements 4 only the gear head 11 and the centering jaw 12 can be seen in this illustration, each having a pinch roller 13, which is intended to bear against the workpiece and to prevent grinding marks or damage to the workpiece occurs.
  • the centering jaws 12 are screwed through holes 14 and bolts 15 with the gear head 11, wherein the possibility exists, depending on the respective diameter of the workpiece to be machined, the individual centering jaws 12 to be mounted offset in the radial direction, so that different sized diameter with the same clamping means. 1 can be edited.
  • the toothing head 11 with the centering jaw 12 moves out of the clamping means 1 during the centering operation, along an axis which is aligned obliquely to the clamping means axis, so that the three spaced centering jaws 12 with pressure rollers 13 approach each other until it abuts against the workpiece comes.
  • the peculiarity of this solution according to the invention is that the centering jaws 12 are acted upon by a common control element, which can be seen, for example, from FIG. 3, and thus together Approach centering center of the clamping device 1 without an additional synchronization exists.
  • clamping elements 3 of the clamping piston 33 can be seen from Figures 2 and 3, which is provided at the end with a center-aligned clamping jaw 17.
  • the jaws 17 are made in the embodiment of a ring segment, which is screwed centrally with the clamping piston 33 via a screw bolt 18 and each have four clamping inserts 19, which come to rest directly on the surface of the workpiece.
  • the shape of the clamping jaws 17 has already been adapted to the geometry of the workpiece to be machined. An exchange of the clamping jaws 17 against other designs is readily possible and can therefore only be regarded as an exemplary embodiment.
  • the clamping disk 9 is screwed to the center piece, wherein a plurality of bolts 20 are circumferentially distributed over the surface of the clamping disk 9 are arranged.
  • inserts 22 can be seen, behind which, for example, the centering of the clamping piston are arranged or inserts 23, behind which, for example, parts for the pressure transmission are arranged and a recess 24 which is provided for receiving the parts for the pressure indicator.
  • Further inserts 25 are provided for receiving the spring pressure accumulator, while an insert 26 closes the receiving bore of the clamping elements 3 or is firmly connected to the clamping element.
  • An insert head 28 covers a guide tube for the control. Further, in the vicinity of the injector 5 at this and the receiving flange 6 and cylinder flange 7 switching elements 27 are connected.
  • Figure 2 shows the clamping means 1 according to Figure 1 in a partially sectioned plan view, from which the position of the three circumferentially distributed clamping elements 3 and centering elements 4 can be seen.
  • the workpiece to be machined in this case, a tube 30 by means of the clamping jaws 17 and clamping inserts 19 is clamped.
  • the centering elements 4 are located in the retracted into the clamping means 1 position, so that no contact with the tube 30 is made.
  • the centering jaw 12 with pinch roller 13 is visible in this view, while a clamping element 3 is also shown in a sectional view.
  • each clamping element 3 consists of a piston sleeve 32 and a clamping piston 33, wherein a radially outer pressure chamber 34 is present, which is supplied with the pressure medium.
  • each clamping element 3 is assigned a check valve 35 which supplies pressure medium via connection channels 36, 37 and supply channels 38 and decouples the pressure chamber 34 from the supply channel 38.
  • each clamping element 3 is an autarchic unit and no mutual interference by a change in pressure during the machining process with respect to the other clamping elements 3 occurs.
  • all the clamping elements 3 are not synchronized with each other.
  • the injector unit 5 has a total of four pressure medium connections 10, wherein the connection K1 shown here is provided for pressurizing the centering elements 4, while K2 for pressurizing the control means for returning the centering elements 4 and K4 for acting on the clamping elements 3 is provided is, while pressure medium connection K3 for returning the clamping elements, ie for relaxation, is provided.
  • Figure 3 shows in a sectional side view in the upper half of a centering 4 and in the lower half of a clamping element 3 and a Druckstofffeder App 40.
  • Both sub-figures again show the basic structure of the clamping means 1, with receiving flange 6, cylinder flange 7, middle 8 and Clamping disk 9, wherein in addition the assembly is indicated on a machine 41. From this view, it can be seen that the mounting flange 6 is bolted directly to parts of the machine 41 by means of bolts 42, while the mounting flange 6 is bolted to the cylinder flange 7 via further bolts 43 and this, in turn, via bolts 44 to the center piece 8.
  • the centering element 4 consists of an obliquely arranged to the longitudinal center axis of the clamping means 1 guide rod 46 and a guide bush 47.
  • the force for pushing out the guide rod 46 is in this case generated via a cylinder housing 49 of the control element, which is movable along an axial piston rod 50 via a driver 48, which is bolted to the end of the guide rod 46.
  • the cylinder housing 49 has a recess 51, which is arranged radially outwards and is provided for receiving a driving pin 52.
  • the arrangement was chosen so that the radially aligned driving pin 52 can slide in the recess 51 radially displaceable in order to take into account the changing distance between the cylinder housing 49 and driver 48.
  • All centering elements 4 are constructed similarly and are thus acted upon jointly by the cylinder housing 49, wherein the movement of the cylinder housing 49 is made possible by the pressure medium via the channels K1 and K2.
  • the piston rod 50 is provided with a recess 51 which forms a pressure chamber.
  • the pressure space is divided by a sealing ring 54 which is fixedly connected to the cylinder housing 49.
  • Both pressure chambers can be acted upon independently of each other with pressure media, via the channel K1 for moving the cylinder housing 49 in the plane to the right, while the channel K2 is provided for moving the cylinder housing 49 in the plane to the left.
  • the centering elements 4 can be moved via the channels K1 and K2, wherein the respective centering jaws 12 come with their pinch rollers 13 on the workpiece, in the present case on the tube 30, and this center by increasing the pressure.
  • the centering jaws 12 are in this case shown in two positions, on the one hand in the retracted position without contact with the tube 30 and on the other hand in the extended position with contact of the pressure roller 13 on the outer surface of the tube 30.
  • the tube itself projects only so far from the clamping means 1 out as a later processing, for example, for cutting a thread using a cutting steel 55, is required.
  • a voltage must first be performed, as shown in the lower half of the figure.
  • the clamping element 3 shown here consisting of piston sleeve 32 and clamping piston 33 is also acted upon by the pressure medium used, for clamping over the recognizable from Figure 2 channel K4 and to relax on the channel K3.
  • the pressure chamber 56 is consequently acted upon by pressure medium, so that the tensioning piston moves in the direction of the tube 30, while the pressure chamber 57 is acted upon to relax.
  • the clamping element 3 is in this case subjected to a pressure of up to 200 bar, so that the clamping jaws 17 come to lie with their clamping inserts 19 on the surface of the tube 30 and keep this safe during processing. Furthermore, from the lower half of the figure, a pressure medium spring memory 40 can be seen, which is acted upon during the tensioning of the tensioning piston 33, so that a spring assembly 58 is also acted upon by the pressure medium and thus compressed.
  • the spring assembly 58 is shown here in two positions. After removal of the injector unit, not shown here, the pressure within the connecting channels and the pressure chamber 56 and a pressure chamber 59 of the pressure medium spring memory 40 is maintained due to the built-in main check valve and another check valve, which is associated with the clamping element 3.
  • the spring assembly 58 can compensate for the existing pressure drop, via a piston rod 60 in addition a switching element 61 is acted upon which exceeds a predetermined pressure drop Signal generated or triggers an optical and / or acoustic signal.
  • the centering elements 4 and 3 clamping elements are each provided as a compact units which are inserted into the clamping plate 9 in corresponding holes and bolted to the clamping plate 9 so that there is a slight possibility of replacement in case of damage.
  • the pressure medium spring accumulator which is also inserted radially from the outside into an existing bore 76.
  • a guide tube 62 and a guide pin 63 can be seen from the lower illustration.
  • the guide pin 63 is directly connected to the cylinder housing 49 and serves to increase the guide surface in which the guide pin 63 slides in the movement of the cylinder housing 49 in the guide tube 62, so that during a pressure build-up by the pressure medium at the same time the guide surface for the cylinder housing 49 is increased.
  • the guide tube 62 is in this case received in a recess 64 which is incorporated in the end face 65 of the clamping plate 9.
  • the guide tube 62 and the guide pin 63 are in this case arranged offset relative to the position of the centering elements 4 and clamping elements 3, so that the movement of the clamping elements 3 is not impaired.
  • FIG. 4 shows, in a sectional side view, the tensioning means 1 according to the invention, the figure largely corresponding to FIG.
  • a synchronization disc 66 and a synchronization unit 67 is shown, which is arranged transversely to the direction of movement of the clamping piston 33 and formed therethrough with a synchronizing head 68 in a corresponding recess 64 of the synchronization disc 66 screwed.
  • the sectional view shows in the upper half of the position in which the synchronization head 68 is turned back so far that no engagement in the synchronization disc 66 takes place, while the lower half of the engagement of the Synchronization head 68 into the synchronization disc 66 represents.
  • FIG. 5 shows, in a sectional detailed view, an upper corner of the clamping device 1 with cylinder flange 7, center piece 8 and clamping disk 9.
  • a recess 64 is worked into which a guide tube 62 is screwed, of which the insert head 28 is already shown in FIG is recognizable.
  • the guide tube 62 is used together with a guide pin 63 which is directly connected to the cylinder housing 49, via a bolt 69, to increase the guide surface of the cylinder housing 49 when pressurized to move the centering elements 4.
  • the supply channels 38 are preferably arranged in a recess of the respective individual parts of the clamping means 1, in the present case for example in the middle piece 8 and the clamping plate 9, wherein individual supply channels 38 are axially offset from one another and sealed by seals 77.
  • the particular advantage of such an arrangement is that, as far as the supply channels 38 are arranged in a radial surface, resulting forces due to a pressure medium of up to 200 bar are directly absorbed by the chuck housing and thus no complex screwing between the middle piece 8 and the clamping disk. 9 required are.
  • FIG. 6 shows in a sectional view a tensioning element 3 which is inserted with an insert 26 into the axial surface of the tensioning disk 9. Furthermore, the known from Figure 2 check valve 35 is shown, which is provided between a supply channel 38 and the connecting channels 36, 37 for the pressure chamber 34 of the clamping piston 33. From this illustration, a further detail of the clamping means 1 can be seen, namely a centrifugal force compensation unit 70, which consists of a piston 71 and a balance weight 72 exists. A pressure chamber 73 is communicating with the pressure chamber 34 of the clamping piston 33 of the clamping element 3.
  • the pressure chamber 73 and the size of the piston 71 is adjusted to the extent of the piston surface of the clamping element 3, taking into account the balance weight 72 to the extent that due to the centrifugal forces occurring compensation is performed by a pressure equalization of the pressure medium.
  • Each clamping element 3 is associated with such a fly force compensation unit 70, it being ensured by the check valve 35 that the further clamping elements 3 remain unaffected.
  • the centrifugal force compensation unit 70 is received in a bore 74 and screwed by means of bolts 75 in the axial surface, sealed by sealing means against the contact surfaces, so that only the insert head 29 can be seen in the axial surface of the clamping plate 9.
  • the clamping device 1 is preferably provided for the machining of tubes 30, of tubes 30 which are formed out of round or odd due to the manufacturing process, so that in a final processing at the respective head ends a prior centering of the tube 30 must be made before the tube 30 is clamped by the clamping means 1.
  • a plurality of circumferentially distributed centering elements 4 are provided, which make a centering in the way that the pipe center axis is brought to coincide with the axis of rotation and then with the help of clamping elements 3, a clamping of the tube 30 can be made.
  • the centering elements 4 are moved back to their original position and after completion of the machining operation, the tube 30 is released by relaxing the clamping elements 3.
  • the centering and tension of the tube 30 in this case takes place at a standstill of the machine or the clamping means 1, so that an injector 5 can be moved up to the clamping means 1 and pressure medium channels K1 to K4 actuation of the clamping elements 3 and centering 4 can be done.
  • the peculiarity of the clamping means 1 is that for applying the centering elements 4, a single control is used, which is in the form of a fixed piston rod 50 and an axially movable cylinder housing 49 and performs a centering via a driver.
  • a single control is used, which is in the form of a fixed piston rod 50 and an axially movable cylinder housing 49 and performs a centering via a driver.
  • the clamping elements 3 operate independently of each other and this is for example ensured by the fact that the connection between the pressure chamber of the clamping elements 3 and a supply channel 38 is canceled by a check valve 35. This ensures at the same time that all clamping elements 3 are not synchronized.
  • the clamping means 1 provides a synchronization unit, consisting of a synchronization disc 66 and in each case a synchronization head 68, wherein due to an axial adjustability of the synchronization head 68 this synchronization can be turned on and off.
  • a synchronization unit consisting of a synchronization disc 66 and in each case a synchronization head 68, wherein due to an axial adjustability of the synchronization head 68 this synchronization can be turned on and off.
  • Another feature of the clamping device 1 is provided that works with the aid of centrifugal force compensation, wherein a piston 71 and a balance weight 72 act on a pressure chamber 73 which is communicatively connected to the pressure chamber 34 of the clamping piston 33 of the clamping element 3.
  • the area of the piston 71 is in this case dimensioned so that, taking into account the balance weight 72, a complete compensation is ensured.
  • Another special feature of the present invention is that the supply channels or connecting channels 36, 37 and supply channel 38 are arranged for the pressure medium in the radial surfaces and thus taking into account a Spannstoffbuches of up to 200 bar, the forces occurring from the chuck body 2 are receivable and thus to elaborate fittings, as far as such connection channels are arranged in the axial surfaces, can be dispensed with.
  • the inventive idea is determined by the control, which acts centrally all centering elements 4 and for this purpose is provided inter alia that circumferentially distributed guide pins 63 are connected to the cylinder housing 49 of the control, which are housed within a guide tube 62, so not as a result of axial movement only an identical guide surface is present, but with increasing pressure build-up and axial displacement of the cylinder housing 49, the guide surface increases.
  • the entire clamping means 1 is characterized in that all movable elements can be screwed in an advantageous manner from the outside into the chuck body 2 and thus assembly and disassembly is much easier and in the event of a defect of a single element immediate replacement can be made.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannmittel (1), insbesondere für eine spanabhebende Bearbeitungsmaschine, bestehend aus einem Futterkörper (2) mit mehreren umfangsverteilten Spannelementen (3) und umfangsverteilten Zentrierelementen (4), welche über Steuerungselemente beweglich innerhalb des Futterkörpers (2) gelagert sind. Zur Erreichung einer höchstmöglichen Genauigkeit bei der Werkstückbearbeitung ist bei dem erfindungsgemäßen Spannmittel (1) eine Zentrierung vorgesehen, die durch ein gemeinsames Steuerungselement beaufschlagt wird, bevor die vorgesehenen Spannelemente (3) das zu bearbeitende Werkstück einspannen. Somit ist das erfindungsgemäße Spannmittel (1) besonders geeignet für die Bearbeitung von Rohren, insbesondere von Rohrenden, um die notwendige Genauigkeit zu erzielen.

Description

Spannmittel für eine spanabhebende Bearbeitungsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Spannmittel, insbesondere für eine spanabhebende Bearbeitungsmaschine, bestehend aus einem Futterkörper mit mehreren umfangsverteilten Spannelementen und umfangsverteilten Zentrierelementen, welche über Steuerungselemente beweglich innerhalb des Futterkörpers gelagert sind.
Gattungsgemäße Spannmittel sind zur spanabhebenden Bearbeitung bekannt und werden beispielweise für Drehbänke benötigt. Die Spannmittel dienen hierbei dazu, das zu bearbeitende Werkstück aufzunehmen und ohne Verformung sicher zu halten, während eine spanabhebende Bearbeitung erfolgt. Hierzu reicht es im Normalfall aus, wenn ein solches Spannmittel innerhalb eines Futterkörpers mit mehreren umfangsverteilten Spannelementen ausgestattet ist. Wenn aber beispielweise Rohre bearbeitet werden sollen, ist nicht sichergestellt, dass diese vollständig axial symmetrisch ausgebildet sind, sodass die Gefahr besteht, dass mit einzelnen Spannelementen zwar der Rohrkörper gehalten wird, jedoch nicht zentrisch zur Achse der Maschine gelagert ist, sodass bei der weiteren Bearbeitung die Axialsymmetrie und zentrische Lagerung des Rohrs und insbesondere die zentrische Anordnung der vorgenommenen Bearbeitung nicht in dem erforderlichen Maße gewährleistet ist. Aus diesem Grund werden Zentrierelemente verwendet, die vor einem Eingriff der Spannelemente zunächst das zu bearbeitende Werkstück entlang einer Drehachse zentrieren, bevor die Spannelemente das Werkstück in dieser Position fixieren und für die weitere Bearbeitung festhalten.
Vorzugsweise wird ein solches Spannmittel dann eingesetzt, wenn unrunde Rohre oder ungerade Stangen eingespannt werden sollen, um beispielweise eine Abdrehung vorzunehmen oder ein Gewinde zu schneiden. Durch die unrunde oder ungerade Lagerung der Werkstücke entspricht beispielweise die Lage des Spanndurchmessers nicht der Lage des zu bearbeitenden Zylinders beziehungsweise Gewindeabschnitts, weil bei einer Ungeradheit die Achse des Werkstücks beziehungsweise die Achse der Spannstelle nicht zentrisch angeordnet ist. Im Bereich des zu bearbeitenden Werkstückes ist demzufolge eine Zentrierung erforderlich. Durch die Zentrierung wird erreicht, dass die Spindelachse der Drehmaschine mit der Bearbeitungsachse des zu bearbeitenden Werkstücks übereinstimmt. Hierbei müssen die Spannbacken in der Lage sein, Lage- und Formabweichungen an der Spannstelle zu überbrücken, ohne eine Verformung des zu bearbeitenden Werkstücks zu verursachen.
Aus dem Stand der Technik sind Spanneinrichtungen bekannt, bei denen drei schräge Bolzen aus dem Futterkörper nach vorne gefahren werden und das Werkstück zunächst zentrieren. Der Antrieb dieser Zentrierbolzen erfolgt nach dem Stand der Technik mit Druckzylindern, die zum Erreichen der Zentrierung einzeln angesteuert werden. Die hydraulisch angetriebenen Zentrierbolzen weisen jedoch das Problem auf, das kein notwendiger Gleichlauf erzielt werden kann, sodass ihre Zentrierung nicht ausreichend ist. Des Weiteren sind Lösungen bekannt, bei denen diese ungleichen Bewegung nachträglich durch mechanische Glieder synchronisiert werden, die zum Beispiel aus einer Zahnstange an den Bolzen und einem Zahnrad bestehen und eine Synchronisierung hervorrufen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannmittel zu schaffen, welches die bekannten Nachteile bei den Lösungen aus dem Stand der Technik beseitigt und darüber hinaus eine sorgfältige Zentrierung der zu bearbeitenden Werkstücke sowie die Erzielung einer ausreichenden Spannkraft ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass die Zentrierelemente über ein axial bewegliches Steuerelement beaufschlagbar sind, wobei das Steuerelement und die Zentrierelemente über eine Mitnahmeeinrichtung miteinander verbunden sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gegenüber dem Stand der Technik werden die Zentrierelemente bei dem erfindungsgemäßen Spannmittel über ein einzelnes Steuerelement beaufschlagt, wobei eine Kopplung zwischen Zentrierelement und Steuerelement durch Mitnahmeeinrichtungen erfolgt. Die Zentrierelemente und Mitnahmeeinrichtungen sind hierbei umfangsverteilt angeordnet und werden durch das zentrale Steuerelement beaufschlagt, wobei die Zentrierelemente jeweils eine exakt gleiche Wegstrecke zurücklegen und somit eine sehr genaue Zentrierung des Werkstücks ermöglichen. Bei dieser Zentrieraufgabe muss gegebenenfalls das Werkstück, das normaler Weise waagerecht angeordnet ist, auf die Mitte der Bearbeitungsachse, also der Spindelachse der Drehmaschine angehoben werden, sodass entsprechende Reaktionskräfte auf die Mitnahmeeinrichtungen entstehen. Das Steuerelement selbst besteht aus einem beweglichen Zylindergehäuse, welches auf einer ortsfest gehaltenen Kolbenstange geführt ist. Hierdurch wird erreicht, dass eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf die Mitnahmeeinrichtungen ausgeübt wird, die wiederum mit den Zentrierelementen verbunden sind. Das Steuerelement beziehungsweise das Zylindergehäuse weisen ferner eine radiale Ausnehmung auf, die vorzugsweise auf der koaxial außen liegenden Radialfläche ausgebildet ist und in welche die Mitnahmeeinrichtungen der Zentrierelemente aufgenommen sind. Die Mitnehmereinrichtung ist hierbei innerhalb der wenigstens einen Ausnehmung radial beweglich und gleitend geführt und überträgt die Kraft des Steuerelements auf die Zentrierelemente. Die Zentrierelemente selbst sind unter einem Winkel zur Symmetrieachse der Drehbank angeordnet und werden somit mit Hilfe des Steuerelements und der Mitnehmereinrichtung entlang eines Kegelmantels in eine zentrische Position aufeinander zu bewegt, sodass das zu bearbeitende Werkstück, soweit eine unsymmetrische Lagerung vorliegt, im zu bearbeitenden Abschnitt zentriert wird. Hierbei kann es auch sein, dass das Werkstück, welches beispielweise endseitig außermittig zunächst angeordnet ist, durch die Zentrierelemente in eine zentrische Position gedrückt wird. Zu diesem Zweck besitzen die Zentrierelemente Aufnahmebacken, die an dem Werkstück direkt zur Anlage gebracht werden oder über Andruckrollen an dem Werkstück anliegen.
Um die Bewegung des Steuerelements in Axialrichtung zu ermöglichen weist dieses eine Ausnehmung auf, welche vorzugsweise auf der innenliegenden Radialfläche angeordnet und als abzudichtender Druckraum ausgebildet ist, wobei der Druckraum zusätzlich durch einen Dichtring unterteilt ist. Die beiden hierdurch entstehenden Druckräume können jeweils getrennt mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, sodass der eine Druckraum dazu verwendet werden kann, um das Steuerelement axial in eine nach vorne gedrückte Position verfahren zu können, während der weitere Druckraum dazu verwendet wird, das Steuerelement in die ursprüngliche Position zurückzufahren. Hierbei ist der Dichtring, welcher den vorhandenen Druckraum in zwei Teildruckräume unterteilt, mit dem Steuerelement verbunden. Die Mitnahmeeinrichtung selbst ist mit einer Führungsstange des Zentrierelements verbunden, vorzugsweise verschraubt und ermöglicht somit die Kraftübertragung von der Mitnahmeeinrichtung auf die Führungsstange des Zentrierelementes und damit wird die notwendige Anpresskraft der Aufnahmebacken auf das Werkstück erreicht. Die Mitnahmeeinrichtung besteht bei einer bevorzugten Lösung aus einer Kolbenscheibe mit einem Schrägbolzen, welcher in die Ausnehmung des Zylindergehäuses des Steuerelements hineinragt, wobei die einzelnen Mitnehmereinrichtungen untereinander nicht synchronisiert sind.
Durch die aufgezeigte erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist vielmehr sichergestellt, dass die Zentrierelemente jeweils eine gleiche Wegstrecke zurücklegen und hierbei über die Mitnehmereinrichtung und das Steuerelement angetrieben werden, sodass die gewünschte exakte Zentrierposition des Werkstücks erreicht wird. Um auch unter Last eine synchrone Bewegung zu erreichen kann das Steuerelement mit einem Führungsbolzen zusätzlich verbunden sein, welcher axial beweglich in einem in eine Ausnehmung aufgenommen Führungsrohr hin und her gleitet. Das Führungsrohr ist hierbei mit dem Futterkörper verbunden, insbesondere eingepasst und verschraubt, sodass eine sichere Führung gewährleistet ist. Der besondere Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass das Führungsverhältnis wesentlich vergrößert ist, und zwar die Führungslänge gegenüber dem Führungsdurchmesser, sodass ein Stick-Slip-Effekt des Zylindergehäuses verhindert wird. Bei der aufgezeigten Lösung wird sogar erreicht, das mit zunehmender Bewegung des Steuerelements die Führungsfläche ansteigt.
Das Steuerelement und ebenso die Spannelemente werden innerhalb des Futterkörpers durch ein Druckmedium beaufschlagt, welches beispielweise aus Hydrauliköl oder Druckluft oder anderen verwendbaren Medien bestehen kann. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das Spannmittel mit einer ausreichenden Menge des Druckmediums versehen wird und sodann durch entsprechende Rückschlagventile innerhalb des Futterkörpers unter Beibehaltung des erzeugten Drucks verbleibt. Zu diesem Zweck ist eine Injektoreinheit vorgesehen, welche zum Spannen eines zu bearbeitenden Werkstücks an den Futterkörper herangefahren wird und über entsprechende Druckmittelanschlüsse verfügt, um zunächst verschiedene Steuerfunktionen unabhängig voneinander auszuführen. Mit Hilfe des Druckmediums wird zunächst die Zentrierung des zu bearbeitenden Werkstücks vorgenommen und nach dem dies erfolgt ist, anschließend eine Einspannung mit Hilfe der Spannelemente durchgeführt. Danach werden die Zentrierungselemente zurückgefahren und das Werkstück ausschließlich über die Spannelemente zur weiteren Bearbeitung gehalten. Hierbei wurde durch die vorherige Zentrierung sichergestellt, dass die Spannelemente das zu bearbeitende Werkstück in einer zentrischen Position halten. Nach der erfolgten Spannung des Werkstücks wird die Injektoreinheit zurückgezogen und über ein Hauptrückschlagventil der Druck des Druckmediums innerhalb des Futterkörpers aufrecht erhalten, und zwar solange bis die Bearbeitung des Werkstücks beendet wird. Zum Ausspannen wird die Injektoreinheit nach der erfolgten Bearbeitung wieder an den Futterkörper herangefahren und die Spannelemente geöffnet. Die Zuführung des Druckmediums kann daher nur im Stillstand der Maschine mit der Injektoreinheit erfolgen, wobei die Injektoreinheit beispielweise über eine radial bewegliche Druckmittelkupplung verfügt und das Druckmedium, beispielweise Hydrauliköl mit dem entsprechenden Druck von bis zu 200 Bar in den Futterkörper hineinpresst. Besonders wichtig sind hierbei die Rückschlagventile, die nach Erreichen des erforderlichen Druckes das Druckmedium innerhalb des Futterkörpers halten und somit mögliche Druckmittelverluste verhindern.
Aufgrund der großen Durchmesser solcher Spannmittel sind normalerweise große Durchmesser für die Druckmittelzuführung erforderlich. Praktisch ist dies jedoch wegen der hohen Leckölraten und Reibleistungsverluste jedoch nicht sinnvoll. Deshalb sind in einem Spannmittel für den vorgenannten Zweck die Kraft erzeugenden Elemente in Form von Spannzylindern direkt in das Spannzeug eingebettet, wobei die Spannkräfte durch die Zuführung des Druckmediums erzielt werden.
Die erfindungsgemäßen Spannmittel eignen sich besonders für die Bearbeitung von Rohren, beispielweise um endseitig ein Gewinde zu schneiden. Die verwendeten Rohre entstehen in der Regel aufgrund eines Walzprozesses und sind daher nicht gerade oder rund ausgebildet, sodass sichergestellt werden muss, dass zum Schneiden eines Gewindes beispielweise einer exakter Rundlauf gewährleistet ist, um eine Fleckigkeit des geschnittenen Gewindes zu vermeiden und die Genauigkeit der zentrischen Gewindelänge zu erreichen. Aus diesem Grunde erfolgt eine vorherige Zentrierung des zu bearbeitenden Rohrs an der zu bearbeitenden Stelle vor der Spannebene. Beim Spannen muss dann das Rohr in dieser Position exakt fixiert werden und zur Übertragung der Drehmomente und Kräfte der Maschine festgehalten werden. Dabei liegen die Spannbacken an der unregelmäßigen Geometrie des Rohraußendurchmessers an und bauen die erforderliche Spannkraft auf. Hierbei müssen die Spannbacken demzufolge in der Lage sein, eine Unrundheit und Exzentrizität, eventuell auch eine Kegeiligkeit des Werkstücks, auszugleichen. Nach diesem Spannvorgang werden die Zentrierelemente zurückgefahren und geben den Platz für die Bearbeitung des Rohrs, beispielweise zum Gewinde schneiden, frei. Das Werkstück darf aus der durch die Zentrierebene vorgegebenen Lage, durch seine Massenkräfte und durch die auftretenden Zerspannungskräfte nicht versetzt werden. Es muss also seine Lage in jedem Fall, während des Bearbeitungsprozesses beibehalten.
Zur Zuführung einer großen Menge des Druckmittels ist hierzu beispielweise vorgesehen, dass das Druckmittel über Verteilungskanäle in das Futter gelangt, welche zumindest teilweise als Ringkanal ausgebildet sind. Die Ringkanäle sind hierbei vorzugsweise in Radialflächen angeordnet, wobei im Weiteren zur Kompensation der auftretenden Kräfte die Ringkanäle in gegenüber liegenden Radialflächen, versetzt zueinander, angeordnet sind. Durch die Anordnung der Ringkanäle in den Radialflächen wird sichergestellt, dass die auftretenden hohen Druckkräfte durch den Futterkörper aufgefangen werden. Es hat sich beispielweise gezeigt, das eine Anordnung der Ringkanäle in Axialrichtung zu Kräften führt, die bei den heute üblichen Werkstückdurchmessern in der Praxis nicht mehr beherrschbar sind oder so aufwendige Verschraubungen erforderlich machen, dass ein wesentlich höherer Mehraufwand erforderlich ist. Während hingegen über die Ringkanäle in Radialflächen die auftretenden Reaktionskräfte von dem Futterkörper aufgenommen werden.
Um ein Versetzen des zu bearbeitenden Werkstücks innerhalb des Spannmittels zu vermeiden ist in besonderer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jedem Spannelement ein Sperrventil vorgeschaltet ist, welches den Druckraum des Spannkolbens von einem Zuführungskanal trennt, sodass eine radiale Bewegung des Spannelements infolge der ansonsten möglichen Druckmittelverteilung verhindert wird und das Werkstück unverrückbar in der vorbestimmten Lage verbleibt. Durch die Verwendung jeweils eines Sperrventils für ein Spannelement ist ferner eine Synchronisierung der Spannelemente über einen Druckausgleich nicht gegeben, sodass diese gegenseitig nicht beeinflusst werden können. Dies würde sich beispielweise besonders nachteilig auswirken, wenn die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt und durch die entstehenden Schneidkräfte und Unwucht des Werkstückes eine Verlagerung innerhalb des Spannmittels eintreten würde. Soweit eine Synchronisierung der Spannmittel vorliegen würde, käme es gegebenenfalls dazu, das auf ein einzelnes Spannmittel ein erhöhter Anpressdruck ausgeübt wird, wodurch dieses gegebenenfalls nachgeben könnte und die übrigen Spannmittel durch das Druckmedium aufgrund der vorhandenen Synchronisierung ebenfalls gegen das Werkstück in gleicher Richtung drücken und das Werkstück versetzen würden. Durch die fehlende Synchronisierung wird dieser Fehler jedoch vermieden.
Trotzdem kann es sein, dass für spezielle Anwendungsfalle eine Synchronisierung der Spannelemente gewünscht wird. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, dass innerhalb des Futterkörpers eine Synchronisierungsscheibe vorhanden ist, welche ein Kopplung der Spannelemente untereinander durch jeweils einen den Spannelementen zugeordneten Synchronisierungsbolzen ermöglicht, wobei die Synchronisierungsbolzen jeweils in dem Spannkolben des Spannelements aufgenommen sind und in einen Durchbruch der Synchronisierungsscheibe hineinragen und somit eine Synchronisierung der Spannelemente untereinander hervorrufen. Die Synchronisierungsbolzen sind hierbei axial verstellbar, sodass diese axial verlagert werden können, damit der Eingriff in die Synchronisierungsscheibe aufgehoben werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Fliehkraftkompensation jeweils ein Druckkolben innerhalb des Futterkörpers vorgesehen ist, der über ein Ausgleichgewicht verfügt, welches unmittelbar auf einen Kolben mit einer kleineren Kolbenfläche einwirkt, wobei der Druckraum mit dem Druckraum des zugehörigen Spannmittels kommunizierend verbunden ist. Infolge der hohen Umdrehungszahlen des Spannmittels werden die Spannelemente aufgrund der vorherrschenden Fliehkräfte nach außen gezogen, sodass die Spannkraft nachlassen würde. Um eine derartige Fliehkraftkompensation herbei zu führen ist neben den Spannelementen ein Druckkolben vorgesehen, der ebenfalls innerhalb des Futterkörpers radial beweglich gelagert ist und über ein entsprechend dimensioniertes Ausgleichsgewicht verfügt. Der Druckkolben besitzt eine relativ kleine Kolbenfläche, während demgegenüber der Spannkolben des Spannmittels entsprechend größer dimensioniert ist, sodass mit Hilfe des Ausgleichgewichts und des Druckkolbens eine Kompensation der Fliehkräfte ermöglicht wird. Das Verhältnis der Fläche des Druckkolbens für die Fliehkraftkompensation wird hierbei gegenüber der Fläche des Spannkolbens so berechnet, dass eine teilweise oder vollständige Kompensation der Fliehkräfte ermöglicht wird.
Durch die geringe Kompressibilität von beispielweise Hydrauliköl wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine zusätzliche Druckmittelkompensation über einen Druckmittelfederspeicher erfolgt, wobei die jeweils untereinander verbundenen Druckmittelleitungen und Druckmittelkanäle, insbesondere Ringkanäle, mit dem Druckmittelfederspeicher verbunden sind. Der Druckmittelfederspeicher weist zumindest einen, vorzugsweise zwei, Druckräume auf, die von dem gleichen Druckmedium beaufschlagt werden und jeweils ein Federpaket zusammenpressen, welches im Falle eines geringen Druckabfalls innerhalb der Druckmittelkanäle einen Druckausgleich durch die Federentspannung gewährleistet. Ein Druckausgleich kann immer dann erforderlich sein, wenn beispielweise Leckageverluste an den Dichtungen für die Zeit der Bearbeitung entstehen und können insofern durch den Druckmittelfederspeicher ausgeglichen werden. Der Druckmittelfederspeicher wird ebenso wie die Spannelemente und Zentrierelemente nach jeder Bearbeitung erneut über die Injektoreinheit bis zum vorgegebenen Maximaldruck gefüllt.
Der Druckmittelfederspeicher weist im Weiteren eine nach außen geführte Kolbenstange auf, welche beispielweise zum Auslösen eines Schalterelements vorgesehen ist, um für den Fall eines unerwarteten Druckabfalls den Bearbeitungsvorgang zu stoppen. Hierbei ist das Schaltelement unmittelbar der Kolbenstange zugeordnet und kann ein elektrisches Signal erzeugen, welches zur Steuerung der Maschine verwendet werden kann oder ein akustisches und/oder optisches Signal auslöst, wodurch der Stillstand der Maschine veranlasst werden kann, um einen möglichen Spannkraftverlust rechtzeitig zu signalisieren und die Bearbeitung einzustellen. Der Schalter ist hierbei in einer bedämpften Schaltungsanordnung angeordnet, welche verhindert das fehlerhafte Meldungen infolge eines Kabelbruchs auftreten können.
Soweit große Unterschiede hinsichtlich der Werkstückdurchmesser vorliegen und eine Bearbeitung mit der gleichen Maschine und den gleichen Spannmitteln erfolgen soll, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zentrierelemente mit Aufnahmebacken versehen sind, die radial versetzbar gelagert sind und über eine Verzahnung und Nutensteine radial positioniert werden können. Hierdurch kann eine Einrichtung der Maschine auf Werkstücke mit einem geringeren Außendurchmesser erfolgen, wobei insbesondere die Verzahnung rechteckförmig ausgeführt ist, um eine eindeutige Definition der Koordinaten in x, y und z Richtung zu gewährleisten. Durch die rechteckförmige Verzahnung wird hierbei vermieden, dass ein möglicher Teilungsfehler einer Spitzverzahnung auf einem Planlauffehler übertragen würde. Ferner ist vorgesehen, dass die Aufnahmebacken zusätzlich mit Rollen ausgestattet sind, die unmittelbar auf dem Werkstück zu liegen kommen und unnötige Reibstellen und Beschädigungen am Werkstück vermeiden. Zusätzlich können die Rollen über eine Exzenteranordnung eingestellt werden, um eine hohe Rundlaufgenauigkeit zu erreichen.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Spannmittel,
Fig. 2 in einer Draufsicht das Spannmittel gemäß Figur 1 , Fig. 3 eine geschnittene Ansicht des Spannmittels gemäß Figur 1 durch eine
Schnittachse entlang eines Zentrierelements und eines Druckmittelfederspeichers,
Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des Spannmittels gemäß Figur 3 mit einem Synchronisierungselement, welches innerhalb des Spannkolbens geführt ist,
Fig. 5 in einer geschnittenen Seitenansicht das erfindungsgemäße Spannmittel gemäß Figur 1 mit einem Führungsrohr und Führungsbolzen für das Steuerelement und
Fig. 6 in einer geschnittenen Draufsicht und vergrößerten Darstellung ein
Spannelement mit Fliehkraftkompensation.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spannmittel 1 , bestehend aus einem Futterkörper 2 mit drei umfangsverteilten Spannelementen 3 sowie drei umfangsverteilten Zentrierelementen 4. Ferner ist aus dieser Ansicht eine Injektoreinheit 5 erkennbar, welche das Spannmittel 1 mit einem Druckmedium einerseits versorgt und andererseits durch unterschiedliche Druckmittelzufuhr die Zentrierelemente 4 und Spannelemente 3 getrennt mit dem Druckmedium beaufschlagt.
Der Futterkörper 2 besteht aus einem Aufnahmeflansch 6, einem Zylinderflansch 7, einem Mittelstück 8 und einer Spannscheibe 9. Der Aufnahmeflansch 6 ist zur Aufnahme des Spannmittels auf den dargestellten spannabhebenden Bearbeitungsmaschine, beispielweise einer Drehbank vorgesehen. Der Zylinderflansch 7 dient zur Übertragung und Verteilung des Druckmittels. Das Mittelstück 8 und die Spannscheibe 9 sind zur Aufnahme der Zentrierelemente 4, Spannelemente 3 sowie weiterer Einrichtungen zur Steuerung der Spann- 3 und Zentrierelemente 4 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Spannmittel 1 ist im Wesentlichen zur Bearbeitung von Rohren vorgesehen. Zur genauen Bearbeitung der Rohrenden ist es erforderlich, dass mit Hilfe der Zentrierelemente 4 zunächst eine Zentrierung der Rohre erfolgt, und zwar in der Weise, dass die Rohrachse mit der Drehachse der Spannmittel 1 zur Deckung kommt. Die Spannelemente 3 dienen dazu, dass zu bearbeitende Werkstück, in diesem Fall das Rohr, in dieser Position zu halten und für den Bearbeitungsvorgang fest einzuspannen. Nach dem die Einspannung erfolgt ist, werden die Zentrierelemente 4 zurückgefahren, sodass das Rohrende freigegeben wird und bearbeitet werden kann. Die Steuerung der Spann- 3 und Zentrierelemente 4 erfolgt über ein Druckmedium, welches durch die Injektoreinheit 5 zugeführt wird. Hierbei ist im Wesentlichen vorgesehen, dass durch einen der vier dargestellten Druckmittelanschlüsse 10 das Druckmedium in das Spannmittel gelangt, und zwar zunächst, um die Zentrierelemente 4 zu beaufschlagen, welche sich, da sie schräg zur Symmetrieachse des Spannmittels 1 gelagert sind, aufeinander zufahrend zur Drehachse bewegen bis eine Anlage an das nicht dargestellte Werkstück erfolgt. Das in Figur 3 und 4 dargestellte Werkstück wird hierbei zentriert, sodass anschließend ein Spannen mit Hilfe der Spannelemente 3 erfolgen kann. Die Spannelemente 3 werden ebenfalls mit einem Druckmittel über einen der Druckmittelanschlüsse 10 versorgt und bewegen sich aufgrund ihrer Anordnung in der Spannscheibe 9 ausschließlich in radialer Richtung bis es zur Anlage an dem Werkstück kommt und durch entsprechenden Druckaufbau eine Spannung erfolgt. Danach werden die Zentrierelemente 4 durch entsprechende Druckbeaufschlagung eines hier nicht erkennbaren Steuerelements zurückgefahren, sodass der Bearbeitungsvorgang gestartet werden kann. Die Versorgung des Spannmittels 1 über die Injektoreinheit 5 erfolgt hierbei im Stillstand des Spannmittels 1. Nach dem das zu bearbeitende Werkstück eingespannt ist, wird die Injektoreinheit 5 von dem Spannmittel 1 getrennt, sodass eine Rotation des Spannmittels 1 ermöglicht wird. Mit der Trennung der Injektoreinheit 5 von dem Spannmittel 1 wird gleichzeitig über ein Hauptrückschlagventil, welches aus Figur 2 erkennbar ist, der aufgebaute Druck innerhalb des Spannmittel 1 für den Bearbeitungszeitraum aufrecht erhalten. Zu diesem Zweck wird das Spannmittel 1 regelrecht mit dem Druckmedium aufgepumpt, wobei der Druck durch weitere Sperrventile für den Bearbeitungszeitraum aufrecht erhalten wird und eventuelle Leckageverluste ausgeglichen werden.
Von den Zentrierelementen 4 ist in dieser Darstellung jeweils nur der Verzahnungskopf 11 und die Zentrierbacke 12 erkennbar, die jeweils über eine Andruckrolle 13 verfügt, die zur Anlage an das Werkstück gedacht ist und verhindern soll, dass Schleifspuren oder eine Beschädigung des Werkstücks eintritt. Die Zentrierbacken 12 werden über Bohrungen 14 und Schraubbolzen 15 mit dem Verzahnungskopf 11 verschraubt, wobei die Möglichkeit besteht, in Abhängigkeit des jeweiligen Durchmessers des zu bearbeitenden Werkstücks, die einzelnen Zentrierbacken 12 in Radialrichtung versetzt zu montieren, sodass unterschiedlich große Durchmesser mit dem gleichen Spannmittel 1 bearbeitet werden können. Der Verzahnungskopf 11 mit der Zentrierbacke 12 bewegt sich während des Zentriervorgangs aus dem Spannmittel 1 heraus, und zwar entlang einer Achse, die schräg zur Spannmittelachse ausgerichtet ist, sodass die drei beabstandeten Zentrierbacken 12 mit Andruckrollen 13 aufeinander zufahren, bis es zur Anlage an das Werkstück kommt. Die Besonderheit dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Zentrierbacken 12 durch ein gemeinsames Steuerelement, welches beispielweise aus Figur 3 ersichtlich ist, beaufschlagt werden und somit gemeinsam den Zentriermittelpunkt des Spannmittels 1 anfahren, ohne dass eine zusätzliche Synchronisierung vorliegt.
Von den Spannelementen 3 ist der Spannkolben 33 aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich, der endseitig mit einer zur Mitte ausgerichteten Spannbacke 17 versehen ist. Die Spannbacken 17 bestehen im Ausführungsbeispiel aus einem Ringsegment, welches mittig mit dem Spannkolben 33 über ein Schraubbolzen 18 verschraubt ist und weisen jeweils vier Spanneinsätze 19 auf, die unmittelbar auf der Oberfläche des Werkstücks zu liegen kommen. Die Form der Spannbacken 17 wurde hierbei bereits der Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks angepasst. Ein Austausch der Spannbacken 17 gegen andere Ausführungen ist ohne Weiteres möglich und kann deshalb nur als Ausführungsbeispiel angesehen werden.
Über Schraubbolzen 20, welche in Bohrungen 21 aufgenommen sind, ist die Spannscheibe 9 mit dem Mittelstück verschraubt, wobei mehrere Schraubbolzen 20 umfangsverteilt über die Fläche der Spannscheibe 9 angeordnet sind. Des Weiteren sind aus dieser Ansicht Einsätze 22 ersichtlich, hinter denen beispielweise die Zentrierbolzen der Spannkolben angeordnet sind oder Einsätze 23, hinter denen beispielweise Teile für die Druckübertragung angeordnet sind sowie eine Ausnehmung 24, welche zur Aufnahme der Teile für die Druckanzeige vorgesehen ist. Weitere Einsätze 25 sind zur Aufnahme der Federdruckspeicher vorgesehen, während ein Einsatz 26 die Aufnahmebohrung der Spannelemente 3 verschließt beziehungsweise fest mit dem Spannelement verbunden ist. Ein Einsatzkopf 28 verdeckt ein Führungsrohr für das Steuerelement. Ferner sind in der Nähe der Injektoreinheit 5 an dieser sowie den Aufnahmeflansch 6 und Zylinderflansch 7 Schaltelemente 27 angeschlossen.
Figur 2 zeigt das Spannmittel 1 gemäß Figur 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht, aus der die Lage der drei umfangsverteilten Spannelemente 3 sowie Zentrierelemente 4 ersichtlich ist. In dieser Darstellung ist das zu bearbeitende Werkstück, in diesem Fall ein Rohr 30 mit Hilfe der Spannbacken 17 und Spanneinsätze 19 eingespannt. Die Zentrierelemente 4 befinden sich in der in das Spannmittel 1 eingefahrenen Position, sodass kein Kontakt zu dem Rohr 30 besteht. Von den Zentrierelementen 4 ist in dieser Ansicht jeweils die Zentrierbacke 12 mit Andruckrolle 13 ersichtlich, während ein Spannelement 3 zusätzlich in einer Schnittdarstellung eingezeichnet ist. Aus der nicht geschnittenen Darstellung der Spannelemente 3 ist erkennbar, dass diese in einem Durchbruch 31 aufgenommen sind, der durch den Einsatz 26 nach dem Einbau der Spannelemente 3 verschlossen wird. Jedes Spannelement 3 besteht aus einer Kolbenbuchse 32 und einem Spannkolben 33, wobei ein radial außen liegender Druckraum 34 vorhanden ist, der mit dem Druckmittel versorgt wird. Hierbei ist jedem Spannelement 3 ein Rückschlagventil 35 zugeordnet, welches über Verbindungskanäle 36, 37 und Versorgungskanäle 38 Druckmittel zuführt und den Druckraum 34 von dem Versorgungskanal 38 abkoppelt. Solange die Injektoreinheit 5 auf dem Spannmittel 1 aufgesetzt ist, erfolgt zunächst die Zentrierung des Werkstücks und anschließend eine Druckbeaufschlagung für die Spannelemente 3, wobei nach Erreichen des vorgesehenen Enddrucks und Abkoppeln der Injektoreinheit 5 der Druck innerhalb des Spannmittels 1 gespeichert ist und zusätzlich ein Rückfluss des Druckmittels aus dem Druckraum der Spannkolben 33 eines jeden Spannelementes 3 in den Versorgungskanal 38 durch das Rückschlagventil 35 verhindert wird. Hierdurch wird erreicht, dass jedes Spannelement 3 eine autake Einheit darstellt und keine gegenseitige Beeinflussung durch eine Druckänderung während des Bearbeitungsvorgangs gegenüber den anderen Spannelementen 3 eintritt. Somit sind sämtliche Spannelemente 3 nicht miteinander synchronisiert.
Für den Fall, dass eine Synchronisation ausnahmsweise gewünscht wird, besteht die Möglichkeit durch jeweils einen axial verschiebbaren Synchronisierungsbolzen und über eine nicht dargestellte Synchronisierungsscheibe eine Verbindung der Spannelemente 3 untereinander herzustellen. Um die Synchronisierung jederzeit aufzuheben ist vorgesehen, dass der Synchronisierungsbolzen 39 in axialer Richtung soweit zurückgedreht werden kann, dass der Eingriff in die Synchronisierungsscheibe unterbrochen wird. Um die Synchronisierungsbolzen 39 zu verstellen, muss gegebenenfalls der Einsatz 22 entfernt werden, sodann die Verstellung vorgenommen werden, bevor der Einsatz 22 wieder mit der Spannscheibe 9 verschraubt wird.
Zur Durchführung der Zentrierung und des Spannens verfügt die Injektoreinheit 5 über insgesamt vier Druckmittelanschlüsse 10, wobei der hier dargestellte Anschluss K1 zur Druckbeaufschlagung der Zentrierelemente 4 vorgesehen ist, während K2 zur Druckbeaufschlagung des Steuermittels zum Zurückfahren der Zentrierungselemente 4 und K4 zur Beaufschlagung der Spannelemente 3 vorgesehen ist, während Druckmittelanschluss K3 zur Zurückführung der Spannelemente, also zum Entspannen, vorgesehen ist.
Figur 3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht in der oberen Hälfte ein Zentrierelemente 4 und in der unteren Hälfte ein Spannelement 3 sowie ein Druckmittelfederspeicher 40. Beide Teilfiguren zeigen nochmals den prinzipiellen Aufbau des Spannmittels 1 , und zwar mit Aufnahmeflansch 6, Zylinderflansch 7, Mittelstück 8 und Spannscheibe 9, wobei zusätzlich die Montage an einer Maschine 41 angedeutet ist. Aus dieser Ansicht wird erkennbar, dass der Aufnahmeflansch 6 über Schraubbolzen 42 unmittelbar mit Teilen der Maschine 41 verschraubt ist, während der Aufnahmeflansch 6 über weitere Schraubbolzen 43 mit dem Zylinderflansch 7 verschraubt ist und dieser wiederum über Schraubbolzen 44 mit dem Mittelstück 8. Letztendlich ist die Spannscheibe 9 über weitere umfangsverteilte Schraubbolzen 45 (Figur 1) mit dem Mittelstück 8 verschraubt. Aus der oberen Teilfigur ist ersichtlich, dass das Zentrierelement 4 aus einer schräg zur Längsmittelachse des Spannmittels 1 angeordneten Führungsstange 46 und einer Führungsbuchse 47 besteht. Über einen Mitnehmer 48, welcher endseitig mit der Führungsstange 46 verschraubt ist, erfolgt die Kraftübertragung auf die Führungsstange 46. Die Kraft zum Herausdrücken der Führungsstange 46 wird hierbei über ein Zylindergehäuse 49 des Steuerelementes erzeugt, welches entlang einer axialen Kolbenstange 50 verfahrbar ist. Das Zylindergehäuse 49 weist eine Ausnehmung 51 auf, die radial nach außen angeordnet ist und zur Aufnahme eines Mitnehmerzapfens 52 vorgesehen ist. Hierbei wurde die Anordnung so gewählt, dass der radial ausgerichtete Mitnehmerzapfen 52 in der Ausnehmung 51 radial verschieblich gleiten kann, um den sich ändernden Abstand zwischen Zylindergehäuse 49 und Mitnehmer 48 zu berücksichtigen. Sämtliche Zentrierelemente 4 sind ähnlich aufgebaut und werden somit gemeinsam von dem Zylindergehäuse 49 beaufschlagt, wobei die Bewegung des Zylindergehäuses 49 durch das Druckmedium über die Kanäle K1 und K2 ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ist die Kolbenstange 50 mit einer Ausnehmung 51 versehen, die einen Druckraum bildet. Zusätzlich ist der Druckraum durch einen Dichtungsring 54 unterteilt, der fest mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden ist. Beide Druckräume können unabhängig voneinander mit Druckmedien beaufschlagt werden, und zwar über den Kanal K1 zum Verfahren des Zylindergehäuses 49 in der Zeichenebene nach rechts, während der Kanal K2 zum Verfahren des Zylindergehäuses 49 in der Zeichenebene in Richtung links vorgesehen ist. Somit können über die Kanäle K1 und K2 die Zentrierelemente 4 verfahren werden, wobei die jeweiligen Zentrierbacken 12 mit ihren Andruckrollen 13 an dem Werkstück, im vorliegenden Fall an dem Rohr 30, zu liegen kommen und dieses durch Druckerhöhung zentrieren. Die Zentrierbacken 12 sind hierbei in zwei Positionen dargestellt, einerseits in der eingefahrenen Position ohne Anlage an dem Rohr 30 und andererseits in der ausgefahrenen Position mit Anlage der Andruckrolle 13 auf der Außenfläche des Rohres 30. Das Rohr selbst ragt nur insoweit aus dem Spannmittel 1 heraus als eine spätere Bearbeitung, beispielweise zum Schneiden eines Gewinde mit Hilfe eines Schneidstahls 55, erforderlich ist. Bevor jedoch die Bearbeitung erfolgt muss nach erfolgter Zentrierung des Rohrs 30 zunächst eine Spannung durchgeführt werden, wie sie in der unteren Figurenhälfte dargestellt ist. Das hier gezeigte Spannelement 3, bestehend aus Kolbenbuchse 32 und Spannkolben 33 wird ebenfalls durch das verwendete Druckmedium beaufschlagt, und zwar zum Spannen über den aus Figur 2 erkennbaren Kanal K4 und zum Entspannen über den Kanal K3. Zum Spannen wird der Druckraum 56 demzufolge mit Druckmittel beaufschlagt, sodass der Spannkolben in Richtung auf das Rohr 30 verfährt, während zum Entspannen der Druckraum 57 beaufschlagt wird. Das Spannelement 3 wird hierbei mit einem Druck von bis zu 200 Bar beaufschlagt, damit die Spannbacken 17 mit ihren Spanneinsätzen 19 auf der Oberfläche des Rohrs 30 zu liegen kommen und dieses sicher während der Bearbeitung halten. Des Weiteren ist aus der unteren Figurenhälfte ein Druckmittelfederspeicher 40 erkennbar, der während des Spannens des Spannkolben 33 beaufschlagt wird, sodass ein Federpaket 58 ebenfalls mit dem Druckmittel beaufschlagt und demzufolge zusammengepresst werden. Das Federpaket 58 ist hierbei in zwei Stellungen dargestellt. Nach Entfernen der hier nicht dargestellten Injektoreinheit wird infolge des eingebauten Hauptrückschlagventils und eines weiteren Rückschlagventils, welches dem Spannelement 3 zugeordnet ist, der Druck innerhalb der Verbindungskanäle und des Druckraums 56 sowie eines Druckraums 59 der Druckmittelfederspeicher 40 aufrecht erhalten. Sollte es aufgrund einer Leckage in den vorhandenen Dichtungen während des Bearbeitungsprozesses zu einem geringen Verlust des Druckmediums kommen, kann somit das Federpaket 58 den vorhandenen Druckverlust ausgleichen, wobei über eine Kolbenstange 60 zusätzlich ein Schaltelement 61 beaufschlagt wird, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckabfalls ein elektrisches Signal erzeugt oder ein optisches und/oder akustisches Signal auslöst. Erwähnenswert ist, dass die Zentrierelemente 4 sowie Spannelemente 3 jeweils als kompakte Einheiten vorgesehen sind, welche in die Spannscheibe 9 in entsprechende Bohrungen eingesetzt und mit der Spannscheibe 9 verschraubt werden, sodass bei einer Beschädigung eine leichte Austauschmöglichkeit besteht. Gleiches gilt für den Druckmittelfederspeicher, der ebenfalls radial von außen in eine vorhandene Bohrung 76 eingesetzt wird.
Ferner ist aus der unteren Darstellung ein Führungsrohr 62 und ein Führungsbolzen 63 ersichtlich. Der Führungsbolzen 63 ist unmittelbar mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden und dient zur Vergrößerung der Führungsfläche in dem der Führungsbolzen 63 bei der Bewegung des Zylindergehäuses 49 in das Führungsrohr 62 gleitet, sodass während eines Druckaufbaus durch das Druckmedium gleichzeitig die Führungsfläche für das Zylindergehäuse 49 vergrößert wird. Das Führungsrohr 62 ist hierbei in einer Ausnehmung 64 aufgenommen, die in der Stirnfläche 65 der Spannscheibe 9 eingearbeitet ist. Das Führungsrohr 62 und der Führungsbolzen 63 sind hierbei gegenüber der Position der Zentrierelemente 4 und Spannelemente 3 versetzt angeordnet, sodass die Bewegung der Spannelemente 3 nicht beeinträchtigt wird.
Figur 4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht das erfindungsgemäße Spannmittel 1 , wobei die Figur weitestgehend der Figur 3 entspricht. Zusätzlich ist in der unteren Hälfte eine Synchronisierungsscheibe 66 sowie eine Synchronisierungseinheit 67 dargestellt, welche quer zur Bewegungsrichtung des Spannkolbens 33 angeordnet ist und durch diesen hindurch mit einem Synchronisierkopf 68 in eine korrespondierende Ausnehmung 64 der Synchronisierungsscheibe 66 eindrehbar ausgebildet ist. Die geschnittene Darstellung zeigt in der oberen Hälfte die Position, in der der Synchronisierungskopf 68 soweit zurückgedreht ist, dass kein Eingriff in die Synchronisierungsscheibe 66 erfolgt, während die untere Hälfte den Eingriff des Synchronisierungskopf 68 in die Synchronisierungsscheibe 66 darstellt. In besonderen Fallen, in denen eine Synchronisierung der Spannelemente 3, wie bereits vorher beschrieben gewünscht wird, besteht die Möglichkeit durch Entfernen eines Einsatzes 22 eine Verstellung des Synchronisierungskopfs 68 vorzunehmen und anschließend den Einsatze 22 wieder mit der Spannscheibe 9 zu verschrauben. Die Verstellung erfolgt wahrend der Maschineneinrichtung im Stillstand, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass der Spannkolben 33 des Spannelementes 3 auch nach erfolgter Synchronisierung innerhalb der Kolbenbuchse radial beweglich gelagert ist.
Figur 5 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht eine obere Ecke des Spannmittels 1 mit Zylinderflansch 7, Mittelstück 8 und Spannscheibe 9. In der Spannscheibe 9 ist eine Ausnehmung 64 eingearbeitet, in die ein Führungsrohr 62 eingeschraubt ist, von dem der Einsatzkopf 28 bereits aus Figur 1 erkennbar ist. Das Führungsrohr 62 dient zusammen mit einem Führungsbolzen 63, welcher unmittelbar mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden ist, und zwar über einen Schraubbolzen 69, zur Vergrößerung der Führungsfläche des Zylindergehäuses 49 bei Druckbeaufschlagung zur Bewegung der Zentrierelemente 4. Gleichzeitig mit der Bewegung des Zylindergehäuses 49 in Richtung auf die Stirnfläche 65 des Spannmittels 1 wird die Führungsfläche durch das Eintauchen des Führungsbolzen 63 in das Führungsrohr 62 kontinuierlich vergrößert, damit die während der Zentrierung auftretenden Kräfte sicher in das Futtergehäuse eingeleitet werden. Des Weiteren ist aus dieser Ansicht ein Spannelement 3 mit Spannbacken 17 und Spanneinsatz 19 erkennbar, die umfangsversetzt und versetzt zur Führungseinrichtung angeordnet ist. Ferner ist aus dieser Figur ersichtlich, wie die Anordnung der Versorgungskanäle 38 erfolgt. Die Versorgungskanäle 38 sind vorzugsweise in einer Ausnehmung der jeweiligen Einzelteile des Spannmittels 1 angeordnet, im vorliegenden Fall beispielweise im Mittelstück 8 und der Spannscheibe 9, wobei einzelne Versorgungskanäle 38 axial gegeneinander versetzt angeordnet und über Dichtungen 77 abgedichtet sind. Der besondere Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass, soweit die Versorgungskanäle 38 in einer Radialfläche angeordnet sind, entstehende Kräfte infolge einer Druckmittelbeaufschlagung von bis zu 200 Bar durch das Futtergehäuse unmittelbar aufgenommen werden und somit keine aufwändigen Verschraubungen zwischen dem Mittelstück 8 und der Spannscheibe 9 erforderlich sind. Gleiches gilt für den Aufnahmeflansch 6 und den Zylinderflansch 7 soweit Versorgungskanäle vorgesehen sind.
Figur 6 zeigt in einer geschnittenen Darstellung ein Spannelement 3, welches mit einem Einsatz 26 in die Axialfläche der Spannscheibe 9 eingesetzt ist. Ferner ist das aus Figur 2 bekannte Rückschlagventil 35 dargestellt, welches zwischen einem Versorgungskanal 38 und den Verbindungskanälen 36, 37 für den Druckraum 34 des Spannkolbens 33 vorgesehen ist. Aus dieser Darstellung ist ein weiteres Detail des Spannmittels 1 ersichtlich, und zwar eine Fliehkraftkompensationseinheit 70, die aus einem Kolben 71 und aus einem Ausgleichsgewicht 72 besteht. Ein Druckraum 73 steht hierbei kommunizierend in Verbindung mit dem Druckraum 34 des Spannkolbens 33 des Spannelementes 3. Der Druckraum 73 und die Größe des Kolbens 71 ist unter Berücksichtigung des Ausgleichsgewichtes 72 auf die Kolbenfläche des Spannelementes 3 insoweit abgestimmt, dass infolge der auftretenden Fliehkräfte eine Kompensation durch einen Druckausgleich des Druckmediums durchgeführt wird. Jedem Spannelement 3 ist eine solche Fliegkraftkompensationseinheit 70 zugeordnet, wobei durch das Rückschlagventil 35 sichergestellt ist, dass die weiteren Spannelemente 3 unbeeinflusst bleiben. Die Fliehkraftkompensationseinheit 70 ist hierbei in einer Bohrung 74 aufgenommen und mittels Schraubbolzen 75 in die Axialfläche, durch Dichtmittel gegenüber den Kontaktflächen abgedichtet, eingeschraubt, sodass lediglich der Einsatzkopf 29 in der Axialfläche der Spannscheibe 9 zu sehen ist.
Das erfindungsgemäße Spannmittel 1 ist vorzugsweise für die Bearbeitung von Rohren 30 vorgesehen, und zwar von Rohren 30 die aufgrund des Fertigungsverfahrens unrund oder ungerade ausgebildet sind, sodass bei einer abschließenden Bearbeitung an den jeweiligen Kopfenden eine vorherige Zentrierung des Rohres 30 erfolgen muss, bevor das Rohr 30 durch die Spannmittel 1 eingespannt wird. Zu diesem Zweck sind mehrere umfangsverteilte Zentrierelemente 4 vorgesehen, welche eine Zentrierung in der Art vornehmen, dass die Rohrmittelachse mit der Drehachse zur Deckung gebracht wird und sodann kann mit Hilfe von Spannelementen 3 eine Einspannung des Rohres 30 vorgenommen werden. Zur weiteren Bearbeitung werden die Zentrierelemente 4 in ihre ursprüngliche Position zurückgefahren und nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wird durch Entspannen der Spannelemente 3 das Rohr 30 gelöst. Die Zentrierung und Spannung des Rohres 30 erfolgt hierbei im Stillstand der Maschine beziehungsweise des Spannmittels 1 , sodass eine Injektoreinheit 5 an das Spannmittel 1 herangefahren werden kann und über Druckmittelkanäle K1 bis K4 eine Betätigung der Spannelemente 3 und Zentrierelemente 4 erfolgen kann.
Die Besonderheit des Spannmittels 1 besteht darin, dass zur Beaufschlagung der Zentrierelemente 4 ein einzelnes Steuerelement verwendet wird, welches in Form einer feststehenden Kolbenstange 50 und eines axial beweglichen Zylindergehäuses 49 vorliegt und über einen Mitnehmer die Zentrierung vornimmt. Eine weitere Besonderheit des Spannmittels 1 besteht darin, dass die Spannelemente 3 unabhängig voneinander arbeiten und dies wird beispielweise dadurch sichergestellt, dass die Verbindung zwischen dem Druckraum der Spannelemente 3 und eines Versorgungskanals 38 durch ein Rückschlagventil 35 aufgehoben wird. Hierdurch wird gleichzeitig sichergestellt, dass sämtliche Spannelemente 3 nicht synchronisiert sind. Soweit eine Synchronisierung erforderlich ist, sieht das Spannmittel 1 eine Synchronisierungs- einheit vor, bestehend aus einer Synchronisierungsscheibe 66 und jeweils einem Synchronisie- rungskopf 68, wobei aufgrund einer axialen Verstellbarkeit des Synchronisierungskopfes 68 diese Synchronisierung ein- und ausgeschaltet werden kann. Als weitere Besonderheit des Spannmittels 1 ist vorgesehen, dass mit Hilfe einer Fliehkraftkompensation gearbeitet wird, wobei ein Kolben 71 und ein Ausgleichsgewicht 72 auf einen Druckraum 73 einwirken, der kommunizierend mit dem Druckraum 34 des Spannkolbens 33 des Spannelementes 3 verbunden ist. Die Flache des Kolbens 71 ist hierbei so bemessen, dass unter Berücksichtigung des Ausgleichgewichtes 72 eine vollständige Kompensation gewährleistet ist.
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Versorgungskanäle beziehungsweise Verbindungskanäle 36, 37 und Versorgungskanal 38 für das Druckmedium in den Radialflächen angeordnet sind und somit unter Berücksichtigung eines Spannmitteldruckes von bis zu 200 Bar die auftretenden Kräfte von dem Futterkörper 2 aufnehmbar sind und somit auf aufwändige Verschraubungen, soweit beispielweise derartige Verbindungskanäle in den Axialflächen angeordnet sind, verzichtet werden kann. Letztendlich wird der Erfindungsgedanke durch das Steuerelement bestimmt, welches zentral sämtliche Zentrierelemente 4 beaufschlagt und zu diesem Zweck ist unter anderem vorgesehen, dass umfangsverteilte Führungsbolzen 63 mit dem Zylindergehäuse 49 des Steuerelementes verbunden sind, welche innerhalb eines Führungsrohrs 62 aufgenommen sind, sodass infolge einer Axialbewegung nicht nur eine gleiche Führungsfläche vorliegt, sondern mit zunehmendem Druckaufbau und Axialverschiebung des Zylindergehäuses 49 die Führungsfläche ansteigt. Das gesamte Spannmittel 1 zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass sämtliche beweglichen Elemente in vorteilhafter Weise von außen in den Futterkörper 2 eingeschraubt werden können und somit eine Montage und Demontage wesentlich erleichtert wird und im Falle eines Defektes eines Einzelelementes ein sofortiger Austausch vorgenommen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Spannmittel
2 Futterkörper
3 Spannelement
4 Zentrierelement
5 Injektoreinheit
6 Aufnahmeflansch
7 Zylinderflansch
8 Mittelstück
9 Spannscheibe
10 Druckmittelanschluss
11 Verzahnungskopf
12 Zentrierbacke
13 Andruckrolle
14 Bohrung
15 Schraubbolzen
17 Spannbacke
18 Schraubbolzen
19 Spanneinsatz
20 Schraubbolzen
21 Bohrung
22 Einsatz
23 Einsatz
24 Ausnehmung
25 Einsatz
26 Einsatz
27 Schaltelement
28 Einsatzkopf
29 Einsatzkopf
30 Rohr
31 Durchbruch
32 Kolbenbuchse
33 Spannkolben
34 Druckraum
35 Rückschlagventil
36 Verbindungskanal
37 Verbindungskanal Versorgungskanal
Synchronisierungsbolzen
Druckmittelfederspeicher
Maschine
Schraubbolzen
Schraubbolzen
Schraubbolzen
Schraubbolzen
Führungsstange
Führungsbuchse
Mitnehmer
Zylindergehäuse
Kolbenstange
Ausnehmung
Mitnehmerzapfen
Druckraum
Dichtungsring
Schneidstahl
Druckraum
Druckraum
Federpaket
Druckraum
Kolbenstange
Schaltelement
Führungsrohr
Führungsbolzen
Ausnehmung
Stirnfläche
Synchronisierungsscheibe
Synchronisierungseinheit
Synchronisierungskopf
Schraubbolzen
Fliehkraftkompensationseinheit
Kolben
Ausgleichsgewicht
Druckraum
Bohrung
Schraubbolzen 76 Bohrung
77 Dichtung

Claims

Patentansprüche
1. Spannmittel (1 ), insbesondere für eine spanabhebende Bearbeitungsmaschine (41 ), bestehend aus einem Futterkörper (2) mit mehreren umfangsverteilten Spannelementen (3) und umfangsverteilten Zentrierelementen (4), welche über Steuerungselemente beweglich innerhalb des Futterkörpers (2) gelagert sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrierelemente (4) über ein axial bewegliches Steuerelement beaufschlagbar sind, wobei das Steuerelement und die Zentrierelemente (4) über eine Mitnahmeeinrichtung miteinander verbunden sind.
2. Spannmittel (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Zentrierelemente (4) und Mitnahmeeinrichtungen umfangsverteilt vorhanden sind und durch das zentrale Steuerelement beaufschlagbar sind, wobei die Zentrierelemente (4) jeweils eine gleiche Wegstecke zurücklegen.
3. Spannmittel (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement aus einem beweglichen Zylindergehäuse (49) besteht, welches auf einer ortsfest gehaltenen Kolbenstange (50) geführt ist.
4. Spannmittel (1 ) nach einem oder mehren der Ansprüche 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement eine radiale Ausnehmung (51) aufweist, in welcher eine Mitnehmereinrichtung des Zentrierelementes (4) aufgenommen ist und innerhalb der wenigstens einen Ausnehmung (51) radial beweglich und gleitend geführt ist.
5. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement eine radiale Ausdrehung aufweist, welche als abgedichteter Druckraum (53) ausgebildet ist, wobei der Druckraum (53) durch einen Dichtungsring (54) unterteilt ist und jeweils getrennt mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.
6. Spannmittel (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtungsring (54) mit dem Steuerelement verbunden ist.
7. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mitnahmeeinrichtung mit einer Führungsstange (46) des Zentrierelements verbunden, vorzugsweise eingepresst und/oder verschraubt, ist.
8. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mitnehmereinrichtung aus einer Kolbenscheibe mit einem Mitnehmerzapfen (52) besteht, welcher in die Ausnehmung (51) des Steuerelementes hineinragt, wobei die Mitnehmereinrichtungen nicht synchronisiert sind.
9. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuerelement mit einem Führungsbolzen (63) verbunden ist, welcher axial beweglich auf einem in eine Ausnehmung aufgenommenen Führungsrohr (62) hin- und hergleitet, wobei das Führungsrohr (62) mit dem Futterkörper (2) verbunden ist.
10. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckmedium über eine Injektoreinheit (5) in den Futterkörper (2) eingeleitet wird, wobei mit Hilfe des Druckmediums zunächst eine Zentrierung des zu bearbeitenden Werkstückes erfolgt und anschließend eine Einspannung, wonach die Zentrierung aufgehoben wird und der Druck des Druckmediums innerhalb des Futterkörpers (2) über ein Hauptrückschlagventil aufrecht erhalten wird, nach dem die Injektoreinheit (5) zurückgefahren und damit abgekoppelt ist.
11. Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckmittel über Verbindungskanäle (36, 37) und Versorgungskanäle (38) in den Futterkörper (2) gelangt, welche zumindest teilweise als Ringkanal ausgebildet sind.
12. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ringkanäle in Radialflächen angeordnet sind, wobei die Ringkanäle in gegenüber liegenden Radialflächen, axial versetzt, angeordnet sind.
13. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Verbindungskanälen (36, 37) und VersorgungskanSlen (38), insbesondere Ringkanälen und der Druckmittelzuführung für die Spannelemente (3) jeweils ein Rückschlagventil (35) angeordnet ist.
14. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Druckmittel ein Hydrauliköl oder Druckluft vorgesehen ist.
15. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Futterkörpers (2) eine Synchronisierungsscheibe (66) vorgesehen ist, welche eine Kopplung der Spannelemente (3) untereinander durch einen jeweils den Spannelementen (3) zugeordneten Synchronisierungsbolzen vorsieht, wobei die Syn- chronisierungsbolzen jeweils in einem Spannkolben (33) des Spannelements (3) aufgenommen sind und in einen Durchbruch der Synchronisierungsscheibe (66) hineinragen.
16. Spannmittel (1) nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Synchronisierungsbolzen axial verstellbar ausgebildet sind.
17. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Fliehkraftkompensation jeweils ein Druckkolben (71) innerhalb des Futterkörpers (2) vorgesehen ist, der über ein Ausgleichgewicht (72) verfügt, welches unmittelbar auf einen Kolben (71) mit einer kleinen Kolbenfläche einwirkt, wobei der Druckraum (73) mit dem Druckraum (34) des zugehörigen Spannmittels (3) kommunizierend verbunden ist.
18. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis der Fläche des Druckkolbens (71) für die Fliehkraftkompensation gegenüber der Fläche des Spannkolbens (33) so gewählt ist, dass eine Kompensation der auftretenden Fliehkräfte erfolgt.
19. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine zusätzliche Druckmittelkompensation über einen Druckmittelfederspeicher (40) erfolgt, wobei die jeweils untereinander verbundenen Druckmittelleitungen und Druckmittelkanäle, insbesondere Ringkanäle, mit dem Druckmittelfederspeicher (40) verbunden sind.
20. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckmittelfederspeicher (40) zumindest einen, vorzugsweise zwei, Druckräume (56, 57)aufweist, die von dem gleichen Druckmittel beaufschlagt werden und jeweils ein Federpaket (58) zusammenpressen, welches im Falle eines geringen Druckabfalls innerhalb der Druckmittelkanäle einen Druckausgleich durch Federentspannung gewährleistet.
21. Spannmittel (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckmittelfederspeicher (40) eine nach außen geführte Kolbenstange (60) aufweist, welche zum Auslösen eines Schaltelements (61) vorgesehen ist.
22. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schaltelement (61) bei einem Druckabfall dazu verwendet wird, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches zur Steuerung der Maschine (41) verwendbar ist oder ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt.
23. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schaltelement (61) in einer bedämpften Schaltungsanordnung angeordnet ist.
24. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrierelemente (4) mit Zentrierbacken (12) versehen sind, die radial versetzbar gelagert sind und über eine Verzahnung und Nutensteine radial positionierbar sind.
25. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verzahnung rechteckförmig ausgeführt ist.
26. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrierbacken (12) zusätzlich mit Rollen (13) ausgestattet sind, die unmittelbar auf dem Werkstück zuliegen kommen.
27. Spannmittel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rollen (13) über eine Exzenteranordnungen einstellbar ausgebildet sind.
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