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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Spannen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
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Es ist bekannt, Werkstücke für die Bearbeitung beispielsweise an drei festen Positionen fest einzuspannen und an einer Position schwimmend aufzunehmen. Für die schwimmende Aufnahme sind Spannvorrichtungen bekannt (
DE 2 031 425 ), die einen unter Federkraft stehenden Bolzen aufweisen, dessen Stirnseite eine Werkstückauflage bildet, an der das Werkstück anliegt. Die Federkraft sorgt dafür, dass der Bolzen zuverlässig am Werkstück zur Anlage kommt. Das Werkstück kann bei entsprechender Kraftbeaufschlagung vom radial festgeklemmten Bolzen abheben, was Probleme bei der Werkstückbearbeitung mit sich bringt.
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Bei der gattungsgemäßen Spannvorrichtung (
US 6 095 736 A ) ist ein Grundkörper mit Gewindebohrungen vorgesehen, in die ein Stößel geschraubt ist. Im Stößel ist ein Schraubteil axial verschiebbar gelagert, das unter Federkraft steht und in eine entsprechende Gewindebohrung des Werkstückes geschraubt wird. Um eine zuverlässige Abstützung des Werkstückes in der Spannstellung zu erreichen, muss der Stößel zunächst in eine genaue Abstützposition eingestellt werden, indem er mehr oder weniger weit in die Gewindebohrung des Grundkörpers geschraubt wird. Diese exakte Positionierung des Stößels ist aufwändig und erfordert in der Praxis häufig Nachjustierungen.
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Es ist weiter eine Spannvorrichtung bekannt (
DE 19 01 139 A ), die einen Grundkörper aufweist, in den ein Stößel geschraubt ist. Auf ihm liegt ein abnehmbarer Kragen, auf dem das einzuspannende Werkstück aufliegt. In den Stößel ragt ein Schraubteil, das in eine Gewindebohrung des Werkstückes geschraubt wird und unter der Kraft einer Druckfeder steht, die im Stößel untergebracht ist. Es besteht keine Möglichkeit, den Stößel axial in Bezug auf den Grundkörper einzustellen. Der Stößel wird stets so weit in die Gewindebohrung des Grundkörpers geschraubt, bis er auf der Oberseite des Grundkörpers aufliegt. Dadurch ist es erforderlich, für unterschiedliche Axialpositionen des Werkstückes entweder unterschiedlich lange Stößel oder unterschiedlich dicke Kragen zu verwenden.
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Es sind weiter Klemmringe bekannt (
DE 27 21 337 A1 ), mit denen Spannstücke auf Wellen befestigt werden können. Die Klemmringe haben ein erstes und ein zweites Teilstück, von denen das erste Teilstück das Spannstück aufnimmt und eine Spannfläche bildet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstück des Klemmringes ist eine ringförmige Druckkammer hinter der Spannfläche angeordnet. In die Druckkammer wird Hydraulikmedium unter Druck eingebracht, wodurch die Spannfläche gegen die Welle vorgewölbt und damit das Spannstück auf der Welle befestigt wird.
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Es ist eine weitere hydraulische Klemmeinrichtung bekannt (
US 3 729 185 A ), bei der eine axial verschiebbare Werkstückauflage von einer Klemmhülse umgeben ist, in der sich eine ringförmige Druckkammer befindet, in die Hydraulikmedium eingebracht werden kann. Wird das Hydraulikmedium unter Druck gesetzt, wird die dünnwandige Innenwand der Klemmhülse gegen die Werkstückauflage gedrückt, die dadurch in ihrer jeweiligen Lage festgeklemmt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Spannvorrichtung sowie das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass das Werkstück bei der Bearbeitung einwandfrei eingespannt wird.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Spannvorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ragt durch die Werkstückauflage, die Teil eines Stößels ist, mindestens ein Schraubteil. Es wird mit dem Werkstück verschraubt und damit fest verbunden. Das Schraubteil ist relativ zur Werkstückauflage verschiebbar, so dass das Werkstück auf jeden Fall an der Werkstückauflage zur Anlage kommt. Da das Schraubteil in das Werkstück geschraubt wird, kann es bei der Bearbeitung nicht von der Werkstückauflage abheben, wenn Kräfte in entsprechender Axialrichtung des Schraubteiles auf das Werkstück wirken. Dadurch ist eine einwandfreie Bearbeitung des Werkstückes sichergestellt. Der Stößel ist im Grundkörper frei axial verschiebbar und in Richtung auf das Werkstück axial federbelastet. Dadurch wird der Stößel zuverlässig gegen das einzuspannende Werkstück gedrückt. Bevorzugt wird diese Belastung durch wenigstens eine Druckfeder erreicht, die am anderen Ende des Schraubteiles angreifen kann. Der Stößel lässt sich infolge der radialen Klemmung einwandfrei gegen Verschieben sichern. Innerhalb des Stößels ist das Schraubteil geschützt untergebracht.
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Da das Schraubteil durch die Werkstückauflage ragt, reicht es bei einer vorteilhaften Ausführungsform aus, wenn lediglich das eine Ende des Schraubteiles mit einem Gewinde versehen ist. Das Schraubteil wird mit dem endseitigen Gewindeabschnitt in das Werkstück geschraubt. Da der übrige Teil des Schraubteiles in diesem Fall gewindefrei ist, lässt sich das Schraubteil einfach und zuverlässig innerhalb des Stößels verschieben.
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Die Werkstückauflage ist vorteilhaft die Stirnseite des Stößels, über die das Schraubteil axial vorsteht. Solange der Stößel noch nicht radial geklemmt ist, kann er zuverlässig zur Anlage am Werkstück gebracht werden. Dann wird der Stößel radial geklemmt. Die Schraubverbindung zwischen dem Werkstück und dem Schraubteil stellt sicher, dass das Werkstück nicht von der Werkstückauflage bei entsprechender Belastung abheben kann.
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Zur Radialklemmung des Stößels wird vorteilhaft eine Hydraulikspanneinrichtung eingesetzt, die wenig Bauraum benötigt und dennoch eine zuverlässige Radialklemmung gewährleistet.
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Die Hydraulikspanneinrichtung hat vorteilhaft eine Bohrung, die in eine Hydraulikkammer mündet. Dabei wird das Hydraulikmedium bevorzugt durch einen Spannkolben unter Druck gesetzt, der mittels einer Spannschraube betätigt wird. Die Spannschraube kann, ebenso wie das Spannteil, beispielsweise mittels eines Schraubers betätigt werden. Es besteht dadurch die Möglichkeit, sowohl die Spannschraube als auch das Schraubteil durch motorisch angetriebene Schrauber zu betätigen, wodurch der Spannvorgang sehr vereinfacht wird.
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Eine kompakte Bauform ergibt sich in vorteilhafter Weise dann, wenn die Achse der Spannschraube parallel zur Achse des Schraubteiles liegt. Diese Lage hat zudem den Vorteil, dass der oder die Schrauber von der gleichen Seite der Spannvorrichtung aus angesetzt werden können, wodurch die Betätigung der Spannvorrichtung sehr erleichtert wird.
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Vorteilhaft ist die Spannschraube in eine Gewindebuchse geschraubt, die im Grundkörper angeordnet ist. Der Einsatz der Gewindebuchse hat den Vorteil, dass bei einem Verschleiß oder einer Beschädigung des Gewindes nicht der gesamte Grundkörper, sondern lediglich die Gewindebuchse ausgetauscht werden muss.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück zunächst an wenigstens eine Position fest gespannt. An mindestens einer weiteren Position wird das Werkstück schwimmend gespannt, wobei das Schraubteil der Spannvorrichtung durch die Werkstückauflage hindurch in eine dafür vorgesehene Bohrung des Werkstückes geschraubt wird, so dass die Werkstückauflage fest mit dem Werkstück verbunden ist. Die Werkstückauflage wird unter Federkraft gegen das Werkstück gedrückt. Nach dem Einschrauben des Schraubteiles wird die Werkstückauflage radial geklemmt, so dass das Werkstück einwandfrei lagegesichert ist. Das Schraubteil sorgt dafür, dass das Werkstück nicht von der Werkstückauflage abheben kann.
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Vorteilhaft wird die Werkstückauflage hydraulisch geklemmt, wodurch eine sichere Klemmung erreicht wird.
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Eine besonders einfache Verfahrensweise ergibt sich dann, wenn für die hydraulische Klemmung das Hydraulikmedium durch einen Spannkolben unter Druck gesetzt wird, der mittels einer Spannschraube verschoben wird.
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Bevorzugt wird die Werkstückauflage unter Vorspannung am Werkstück zur Anlage gebracht.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
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1 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung,
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2 die Spannvorrichtung gemäß 1 in einer anderen perspektivischen Darstellung,
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3 eine Unteransicht der Spannvorrichtung gemäß 1,
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4 und 5 jeweils zwei Axialschnitte durch die Spannvorrichtung gemäß 1.
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Die Spannvorrichtung ist als Schwimmspanner ausgebildet, mit der Werkstücke, wie insbesondere Zylinderblöcke von Verbrennungsmotoren, für eine Bearbeitung gespannt werden können. Die Spannvorrichtung hat einen Grundkörper 1, der einen zentralen Durchgang 2 aufweist, in dem ein Stößel 3 untergebracht ist. Er liegt an der Innenwand des Durchganges 2 an und kann innerhalb des Durchganges 2 hydraulisch gespannt werden. Im Grundkörper 1 befindet sich eine ringförmige Hydraulikkammer 4, in die eine bis zur Außenseite des Grundkörpers 1 verlaufende Bohrung 5 mündet. Sie ist durch ein Verschlussstück 6 geschlossen. In die Bohrung 5 mündet quer eine Bohrung 7, in der ein Spannkolben 8 untergebracht ist. Mit ihm kann das Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 4 unter Druck gesetzt werden. Die Bohrung 5 ist in einer Verbreiterung 9 des Grundkörpers 1 vorgesehen. Der Spannkolben 8 wird durch eine Spannschraube 10 betätigt, die aus der Verbreiterung 9 nach außen ragt und sich parallel zum Stößel 3 erstreckt.
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Die Spannschraube 10 hat einen größeren Durchmesser als der Spannkolben 8 und wird mit einem Werkzeug, vorzugsweise einem angetriebenen Schrauber, gedreht. Die Spannschraube 10 ist mit einem Gewindeteil 11 in eine Gewindebuchse 12 geschraubt, die in eine stirnseitige Ausnehmung 13 der Verbreiterung 9 des Grundkörpers 1 eingesetzt ist. Die Gewindebuchse 12 hat einen endseitigen Ringflansch 14, mit dem sie in der Einbaulage an der Stirnseite 15 der Verbreiterung anliegt. Mit der Spannschraube 10 kann der Spannkolben 8 axial verschoben werden. Der Spannkolben 8 sitzt in einem erweiterten Abschnitt der Bohrung 7 und liegt an der Stirnseite der Spannschraube 10 an.
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Durch den Stößel 3 ragt ein Bolzen 16, der mit einem Gewindeabschnitt 17 axial über den Stößel und den Grundkörper 1 vorsteht. Der Gewindeabschnitt 17 wird in eine entsprechende Gewindebohrung des zu spannenden Werkstückes geschraubt. Der Bolzen 16 weist am gegenüberliegenden Ende einen Bolzenkopf 18 auf, mit dem der Bolzen 16 mit einem entsprechenden Werkzeug gedreht werden kann. Der Bolzenkopf 18 liegt unter Zwischenlage einer Unterlegscheibe 19 an der benachbarten Stirnseite 20 des Stößels 3 an.
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Der Stößel 3 ragt mit beiden Enden axial über den Grundkörper 1. Die benachbart zum Gewindeabschnitt 17 liegende Stirnseite 21 des Stößels 3 bildet eine Werkstückauflage, an der das Werkstück in Spannstellung anliegt. Die beiden Stirnseiten 20, 21 des Stößels 3 sind jeweils ringförmig und eben ausgebildet. Der Stößel 3 ist an seiner Außenseite mit einer Nut 33 versehen (5), die vorteilhaft axial verläuft und in die ein Gewindestift 34 eingreift, der im Grundkörper 1 untergebracht ist. Die Nut 33 ist axial so breit, dass der Stößel 3 in Axialrichtung um ein vorgegebenes Maß verschoben werden kann. Der Gewindestift 34 verhindert, dass der Stößel 3 aus dem Grundkörper 1 herausfallen kann.
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Der Bolzen 16 steht vorteilhaft unter der Kraft wenigstens einer Druckfeder 22, die den Bolzen am bolzenkopfseitigen Ende axial belastet. Im Ausführungsbeispiel ist die Druckfeder 22 eine Schraubendruckfeder, die den Bolzenkopf 18 umgibt und sich mit einem Ende an der Unterlegscheibe 19 und mit dem anderen Ende an einer Halteplatte 23 abstützt. Sie weist in Höhe der Spannschraube 10 und des Bolzenkopfes 18 jeweils eine Durchtrittsöffnung 24, 25 für Werkzeuge auf, mit denen die Spannschraube 10 und der Bolzenkopf 18 betätigt werden können.
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Die Halteplatte 23 kann mit Schrauben 26 an einem Träger 29 (4) befestigt werden. Er ist beispielsweise plattenförmig ausgebildet und weist an einer Seite 30 eine Vertiefung 31 auf, in der die Halteplatte 23 versenkt angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite des Trägers 29 ist die Spannvorrichtung gehalten, die mit der Anlagefläche 15 des Grundkörpers 1 am Träger 29 anliegt. Er ist so ausgebildet, dass die Spannschraube 10 und der Bolzen 16 betätigt werden können. Der Grundkörper 1 wird von Schrauben 27 axial durchsetzt, die über die Anlagefläche 15 vorstehen und in entsprechende Öffnungen des Trägers 29 geschraubt werden. Die Schraubenköpfe 32 liegen versenkt in der Oberseite des Grundkörpers 1 (2). Die zylindrische Wand 35 eines Ansatzes 36 des Grundkörpers 1 (1 und 5) dient zur Zentrierung der Spannvorrichtung im Träger 29.
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Das zu bearbeitende Werkstück wird zunächst an wenigstens einer Position fest eingespannt. Vorteilhaft ist es, wenn das Werkstück an drei Positionen fest eingespannt wird. Die entsprechenden Spannvorrichtungen sind am Träger 29 angeordnet. Die feste Einspannung des Werkstückes ist bekannt und wird darum auch nicht näher beschrieben.
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Anschließend wird die beschriebene Spannvorrichtung mit dem Werkstück verbunden. Die Spannschraube 10 ist zunächst so weit zurückgedreht, dass der Spannkolben 8 das Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 4 nicht unter Druck setzt. Der Bolzen 16 wird dann mit einem entsprechenden Werkzeug, das durch die Durchtrittsöffnung 24 der Halteplatte 23 gesteckt wird, um seine Achse gedreht. Dadurch wird der Gewindeabschnitt 17 des Bolzens 16 in die am Werkstück vorgesehene Gewindebohrung geschraubt. Die Stirnseite 21 des Stößels 3 wird unter der Kraft der Druckfeder 22 gegen das Werkstück gedrückt. Zum Drehen des Bolzens 16 wird vorteilhaft ein Schrauber eingesetzt, der in bevorzugter Weise automatisch abgeschaltet wird. Das Werkstück liegt danach auf der Werkstückauflage 21 auf und ist mit dieser fest verbunden. Anschließend wird mit einem entsprechenden Werkzeug die Spannschraube 10 um ihre Achse gedreht und in die Gewindebuchse 12 geschraubt. Der Spannkolben 8 wird dadurch in Richtung auf die Bohrung 5 verschoben, wodurch das Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 4 unter Druck gesetzt wird. Dadurch wird der Wandabschnitt 28 zwischen der ringförmigen Hydraulikkammer 4 und dem Stößel 3 elastisch radial nach innen verformt, wodurch der Stößel 3 fest eingespannt wird. Die Folge hiervon ist, dass die Anlage des Stößels 3 mit seiner Stirnseite 21 am Werkstück und damit die Axialposition der Werkstückauflage 21 einwandfrei sichergestellt ist. Die Hydraulikkammer 4 hat eine ausreichende axiale Höhe, um den Stößel 3 zuverlässig festklemmen zu können. Durch die feste Verbindung zwischen dem Werkstück und der Werkstückauflage 21 in Verbindung mit der festen Einspannung des Stößels 3 kann das Werkstück bei entsprechender Kraftbeaufschlagung an dieser Spannstelle nicht mehr abheben, sondern ist dort fest fixiert, was große Vorteile bei der Werkstückbearbeitung mit sich bringt.
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Solange der Hydraulikdruck nicht aufgebracht ist, kann der Stößel 3 im Grundkörper 1 begrenzt axial bewegt werden. Die Werkstückauflage 21 ist infolge dieser axialen Beweglichkeit im Grundkörper 1 „schwimmend” vorgesehen. In diesem Zustand wird das Schraubteil 16 in der beschriebenen Weise mit dem Werkstück verschraubt, wofür vorteilhaft ein gesteuert angetriebener Schrauber eingesetzt wird.
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Anschließend wird die Werkstückauflage 21 in der beschriebenen Weise hydraulisch geklemmt. Der Spannkolben 8 wird durch Drehen der Spannschraube 10 axial so verschoben, dass das Hydraulikmedium unter Druck gesetzt und der Stößel 3 radial geklemmt wird. Auch die Betätigung der Spannschraube 10 erfolgt in vorteilhafter Weise mittels eines gesteuerten angetriebenen Schraubers.
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Mit der Spannvorrichtung ergeben sich nur noch minimale maßliche Streuungen der Axialstellung der Werkstückauflage 21. Hierzu trägt bei, dass der Stößel 3 mit der Werkstückauflage 21 unter der Kraft der Druckfeder 22 steht. Sie sorgt dafür, dass auch bei axialen maßlichen Abweichungen der entsprechenden Werkstückfläche der Stößel 3 mit seiner Stirnseite 21 zuverlässig am Werkstück anliegt, bevor er hydraulisch geklemmt wird.
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Da der Bolzen 16 mit dem Werkstück verschraubt wird, können auch in Axialrichtung des Bolzens 16 sowie quer zur Werkstückauflage 21 wirkende Kräfte aufgenommen werden, so dass die saubere Anlage des Werkstückes an der Werkstückauflage 21 nicht durch solche Kräfte beeinträchtigt ist.
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Die Halteplatte 23 verhindert, dass der Bolzen 16 aus dem Grundkörper 1 bzw. dem Stößel 3 herausfallen kann. Die Durchtrittsöffnung 24 ist kleiner als der Durchmesser des Bolzenkopfes 18 sowie der Druckfeder 22.
