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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Verwendung bei einer Drehmaschine oder dergl. zum Spannen von Werkstücken mittels einer Mehrzahl von Spannbacken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Spannfutter für Drehmaschinen sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen hinlänglich bekannt. Zum Spannen von runden Werkstücken wird im Stand der Technik bei Drehmaschinen in der Regel ein Dreibackenfutter eingesetzt und im Falle von quadratischen Werkstücken ein sogenanntes Vierbackenfutter. Diesbezüglich bedarf es keiner weiteren Ausführungen. Gemeinsam ist dem regulären Spannfutter, dass die mehreren Spannbacken – in der Regel drei oder vier – zugleich manuell, hydraulisch oder elektrisch verstellt werden und immer den gleichen Abstand zur Drehachse aufweisen.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich insbesondere um eine Spannvorrichtung zum zentrischen Spannen von Werkstücken mit einer von einer exakten Rundheit abweichenden Form, bzw. von rechteckigen Werkstücken oder runden Werkstücken mit Formfehlern. Es ist offensichtlich, dass mit einem regulären Drei- oder Vierbackenfutter eine derartige Spannaufgabe nicht erfüllt werden kann.
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Zu diesem Zweck sind aus dem Stand der Technik Spannfutter mit vier Spannbacken bekannt, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Spannbacken einen gemeinsamen Antrieb aufweisen und zugleich verstellt werden können. Das hier zum Einsatz kommende Verfahren beruht darauf, dass zunächst ein sich um 180 Grad gegenüberliegendes Backenpaar auf das Werkstück zu bewegt wird und auf der gemeinsamen Achse das Werkstück zur Drehachse hin zentriert. Anschließend wird das um 90 Grad versetzte Backenpaar auf das Werkstück zu bewegt und hat gleichfalls die Aufgabe, eine Zentrierung in Richtung der Drehachse zu bewerkstelligen. Nach diesem Zentriervorgang wird der zum Drehen notwendige Spanndruck beaufschlagt. Dieses Verfahren hat sich beim Spannen mit Spannbacken bewährt, wenngleich keine genaue Zentrierung des Werkstückes auf die Drehachse gegeben ist und der Spanndruck auf die vier Backen in aller Regel geringfügig unterschiedlich ausfällt. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass unverändert ein zentrisches Spannen mit gleichmäßigem Spanndruck auf alle Spannbacken insbesondere bei Formfehlern nicht möglich ist.
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Hierzu offenbart die Druckschrift
WO 2011/137884 A1 eine Spannvorrichtung mit vier zentrisch zur Drehachse ausgerichteten Spanngrundträgern, wobei jeweils zwei Spanngrundträger mittels einer Außenwippe gelenkig miteinander gekoppelt sind. Die beiden gegenüberliegenden Außenwippen sind jeweils an einem Seitenschieber gelenkig gelagert, wobei die beiden Seitenschieber mittels eines Antriebs aufeinander zu bzw. voneinander wegbewegt werden können. Infolge der Lagerung der Außenwippen und der Kopplung der Spanngrundträger erfolgt bei einem Verstellen der Seitenschieber auf die Drehachse zu zugleich eine Verstellung sämtlicher Spanngrundträger ebenfalls auf die Drehachse zu. Durch die Lagerung der Außenwippe am Seitenschieber bei gelenkiger Kopplung der Spanngrundträger ist es möglich, dass bei Anliegen eines ersten Spanngrundträgers am Werkstück bei fortgesetzter Bewegung der Seitenschieber der jeweils gekoppelte Spanngrundträger beschleunigt auf das Werkstück zu bewegt wird. Somit wird ein Spannen von unrunden Werkstücken ermöglicht. Darüber hinausgehend ist vorgesehen, dass die beiden Außenwippen diagonal gegenüberliegend der Drehachse mittels einer Mittenwippe gelenkig miteinander gekoppelt sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die Mittenwippe ihrerseits schwenkbar in der Spannvorrichtung gelagert ist, wobei an beiden Enden der Mittenwippe wiederum gelenkig ein Koppelelement gelagert ist, welches wiederum die Verbindung zur jeweiligen Außenwippe realisiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass gegenüberliegende Spanngrundträger zugleich bewegt werden, so dass ein zentrisches Spannen gewährleistet werden kann.
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Wenngleich mit der vorliegenden Ausführungsform sowohl ein spannungsarmes Spannen unrunder Werkstücke als auch ebenso ein zentrisches Spannen möglich ist, so bedarf es jedoch einer Vielzahl von gelenkig miteinander zu verbindenden Bauteilen. Dies führt zu nicht zu vernachlässigenden Kosten in der Realisierung entsprechender Spannvorrichtungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Ausführungsform zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine gattungsgemäße Spannvorrichtung dient zur Verwendung an einer Drehmaschine, insbesondere einer Planscheibe. Die Verwendung ist nicht auf eine reguläre Drehmaschine beschränkt, sondern ist gleichfalls bei sonstigen Werkzeugmaschinen gegeben. Insofern ist auch eine uneingeschränkte Verwendung zur Aufspannung eines Werkstücks an beispielsweise einem Bearbeitungszentrum gegeben. Die Verwendung eignet sich insbesondere wenn es gilt, ein zentrisches und verformungsfreies Spannen von Werkstücken zu ermöglichen.
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Im vorliegenden Fall weist die gattungsgemäße Spannvorrichtung zumindest vier sternförmig zu einer Drehachse in einem Vorrichtungsträger verlaufende Trägerführungen auf. Bei einer nicht drehenden Spannvorrichtung – bzw. in der Verwendung bei einem Bearbeitungszentrum – entspricht dessen Mittelachse der im Folgenden betrachteten Drehachse. In den Trägerführungen ist jeweils ein Spanngrundträger, an dem zumindest eine Spannbacke zum Spannen von Werkstücken angebracht werden kann, in einer Trägerrichtung verschiebbar gelagert. Insofern verläuft die Trägerrichtung jeweils radial zur Drehachse. Mittels eines Stellantriebs der Spannvorrichtung können die Spanngrundträger zugleich in den jeweiligen Trägerrichtungen verstellt werden.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass jeweils zwei Spanngrundträger mittels einer Außenwippe direkt oder indirekt miteinander gekoppelt sind, wobei die Außenwippe mittels eines Stellantriebs linear in einer radial zur Drehachse verlaufenden Schubrichtung verschoben werden kann. Durch die Kopplung zweier Spanngrundträger an der Außenwippe führt folglich eine Verschiebung der Außenwippe in der Schubrichtung zugleich zu einer Verschiebung der Spanngrundträger in den jeweiligen Trägerrichtungen. Hierbei ist vorgesehen, dass die Außenwippe um eine parallel zur Drehachse ausgerichtete Schwenkachse schwenkbar mit einem in Schubrichtung verschiebbaren Seitenschieber verbunden ist. Zu diesem Zweck ist der Seitenschieber im Vorrichtungsträger derart gelagert, dass mittels des Stellantriebs der Seitenschieber in Schubrichtung bewegt werden kann und quer zur Schubrichtung feststehend ist, d. h. der Seitenschieber kann ausschließlich in einer Achse in Schubrichtung bewegt werden. Die Lagerung kann hierbei über den Stellantrieb erfolgen und/oder alternativ mittels Führungen im Vorrichtungsträger.
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Zur Realisierung eines spannungsarmen zentrischen Spannens von unrunden Werkstücken ist es erforderlich, dass zumindest in der Mitte des Stellwegs der Spanngrundträger eine begrenzte Verschiebung eines Spanngrundträgers nach innen zu einem Schwenken der Außenwippe und einer Verschiebung des gekoppelten Spanngrundträgers nach außen führt. Welcher Art die Verbindung zwischen den Spanngrundträgern und der Außenwippe ist, ist zunächst beliebig. Hierbei gilt es grundsätzlich zu beachten, dass es bei einem Verschieben eines Spanngrundträgers in radialer Richtung zugleich über die Kopplung mittels der Außenwippe zu einer gegenläufigen Verschiebung des anderen Spanngrundträgers kommt.
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Weiterhin ist am Vorrichtungsträger eine schwenkbar gelagerte Mittenwippe angeordnet, welche gelenkig mit zumindest zwei Außenwippen gekoppelt ist. Bei mehr als drei Außenwippen sind hierbei zumindest zwei diagonal über die Drehachse gegenüberliegende Außenwippen zu koppeln. Gelagert wird die Mittenwippe in besonders vorteilhafter Weise in einer mit der Drehachse übereinstimmenden Lagerung.
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Durch die Kopplung wird erreicht, dass jeweils gegenüberliegende Spanngrundträger zugleich auf die Drehachse zu bewegt werden. Somit wird die Zentrierbewegung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung deutlich verbessert. Dennoch ist unverändert die vorteilhafte Ausgleichsbewegung zwischen zwei Spanngrundträgern über die Außenwippe gegeben. Somit weisen bei beispielsweise vier Spanngrundträgern die gegenüberliegenden Spanngrundträger immer den gleichen Abstand zur Drehachse auf. Ein ansonsten nicht auszuschließendes außermittiges Spannen eines Werkstücks wird durch diese Ausführungsform vorteilhaft unterbunden.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kopplung der Mittenwippe und der Außenwippe durch den Einsatz einer Linearführung sowie eines darin verschiebbar gelagerten Eingriffelements erfolgt. Vorgesehen ist hierbei, dass bei einem Verschieben der Außenwippe auf die Drehachse zu bzw. von der Drehachse weg, eine Verstellung des Eingriffselements entlang der Linearführung erfolgt. Weiterhin ist es erforderlich, dass das Eingriffselement eine parallel zur Drehachse verlaufende Eingriffsachse aufweist, um die eine Schwenkbewegung der Außenwippe relativ zur Mittenwippe erfolgen kann.
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Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Ausführungsform stehen, je nach Zuordnung der Linearführung und des Eingriffselements, zwei alternative Ausführungen zur Verfügung.
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In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Außenwippen jeweils eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Linearführung auf, entlang der das Eingriffselement verschiebbar ist. Insofern verbleibt das Eingriffselement bei einem Verschieben der Außenwippen in konstantem Abstand zur Drehachse. Zur Kopplung von Mittenwippe und Außenwippe ist es in dieser Ausführungsform erforderlich, dass die Mittenwippe um die Eingriffsachse schwenkbar gelagert ist. Ein Schwenken der Außenwippe führt unmittelbar zu einem Schwenken der Linearführung. In Folge dessen wird das in der Linearführung gelagerte Eingriffselement mit dessen Eingriffsachse verschoben. Aufgrund der Lagerung der Mittenwippe um die Eingriffsachse wird die Mittenwippe ebenfalls geschwenkt. Dies führt wiederum zu einem analogen Schwenken bei der anderen Außenwippe.
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In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Linearführung der Mittenwippe und demgegenüber das Eingriffselement der Außenwippe zugeordnet. Hierbei weist die Mittenwippe zumindest zwei senkrecht zur Drehachse verlaufende Linearführungen auf, entlang derer jeweils ein Eingriffselement verschiebbar ist. Insofern ist die Linearführung feststehend zur Drehachse ausgerichtet. Hierbei weist das Eingriffselement eine parallel zur Drehachse verlaufende Eingriffsachse auf, um die in dieser Ausführungsform die jeweilige Außenwippe schwenkbar gelagert ist. Analog zur vorherigen Ausführungsform führt die Verstellung der Außenwippe auf die Drehachse zu bzw. von der Drehachse weg zu einer Verstellung des Eingriffselements entlang der Linearführung.
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Wird hingegen die Außenwippe geschwenkt, so führt dies zu einer Verstellung der Eingriffsachse und somit des Eingriffselements, wobei infolgedessen ebenso die Linearführung und somit die Mittenwippe in dessen Lagerung geschwenkt wird. Dies führt analog zur vorherigen Ausführung unmittelbar zu einem entsprechenden Schwenken der jeweils anderen Außenwippe.
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Durch die Entfernung des Koppelelements zwischen der Mittenwippe und der Außenwippe wird eine Vereinfachung des Aufbaus erzielt, wobei dies sowohl hinsichtlich der Kosten von Vorteil ist, als auch ebenso die Zuverlässigkeit des Spannfutters positiv beeinflusst. Durch den Eingriff eines Eingriffselements in einer Linearführung und dessen Schwenkbarkeit um die Eingriffsachse wird eine zuverlässige Kopplung der beiden Außenwippen erreicht, ohne dass es des beidseitig schwenkbar gelagerten Koppelelements bedarf.
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Hinsichtlich der Ausrichtung der Linearführungen in Relation zur Drehachse ist es vorteilhaft, wenn die Linearführungen radial verlaufen. Sofern die Anordnung der Linearführung an der Mittenwippe erfolgt, so ist eine radiale Ausrichtung der Linearführung unabhängig von der Lage der Mittenwippe gegeben, sofern die Mittenwippe in besonders vorteilhafter Weise um die Drehachse schwenkbar gelagert ist. Erfolgt die Anordnung der Linearführungen an der Außenwippe bei Zuordnung der Eingriffselemente an der Mittenwippe, so ist es naheliegend, dass die Linearführungen nicht unabhängig von der Stellung der Außenwippe radial verlaufen können. In diesem Fall ist es vielmehr vorteilhaft, wenn die Linearführungen in einer mittleren Stellung der jeweiligen Außenwippen radial verlaufen.
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Darüber hinausgehend ist es besonders vorteilhaft, wenn die Linearführungen übereinstimmend mit der Schubrichtung ausgerichtet werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einem Verstellen der Außenwippe durch den Antrieb der Seitenschieber eine Verstellung der Eingriffselemente entlang der Linearführungen erfolgt, ohne dass es zu einer zusätzlichen Schwenkbewegung zwischen Mittenwippe und Außenwippe kommt.
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Hinsichtlich der Anordnung der Eingriffselemente an der Mittenwippe bzw. in alternativer Ausführung an der Außenwippe stehen ebenso verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In einer besonders vorteilhaften ersten Variante werden die Eingriffselemente feststehend an der Mittenwippe (erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit der Linearführung an der Außenwippe) bzw. feststehend an der Außenwippe (zweite erfindungsgemäße Ausführungsform mit der Linearführung an der Mittenwippe) angeordnet. Hierbei kann sowohl vorgesehen sein, dass die Mittenwippe bzw. die Außenwippen die Eingriffselemente integral umfassen, als auch alternativ die Eingriffselemente an der Mittenwippe befestigt bzw. an der Außenwippe befestigt sein können.
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Aufgrund der Schwenkbarkeit der Mittenwippe um die Eingriffsachse des Eingriffselements bzw. der Schwenkbarkeit der Außenwippe um die Eingriffsachse des Eingriffselements ist es demgemäß in dieser Variante erforderlich, dass die Eingriffselemente zumindest abschnittsweise eine um die Eingriffsachse rotatorische Formgebung aufweisen. Eine vorteilhafte Anlage in der Linearführung wird beispielsweise durch einen entlang der Eingriffsachse ausgerichteten Zylinder erzielt.
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Demgegenüber ist es ebenso in einer zweiten Variante vorteilhaft möglich, separate Eingriffselemente einzusetzen, welche um die jeweilige Eingriffsachse schwenkbar gelagert sind. Bei Anordnung der Eingriffselemente an der Mittenwippe erfolgt insofern eine schwenkbare Lagerung der Eingriffselemente an der Mittenwippe, wobei die Eingriffselemente entlang der jeweiligen Linearführung der Außenwippe linear verschiebbar sind. Analog erfolgt bei Anordnung der Eingriffselemente an der Außenwippe eine um die Eingriffsachse schwenkbare Lagerung an der jeweiligen Außenwippe, wobei ebenso die lineare Verschiebbarkeit der Eingriffselemente entlang der Linearführung der Mittenwippe erforderlich ist.
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Hinsichtlich der Anordnung der Spannbacken relativ zum Spanngrundträger gibt es verschiedene Möglichkeiten. Diesbezüglich kann auf die Ausführung in der
WO 2011/137884 A1 verwiesen werden.
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Zumindest ist es vorteilhaft, wenn am jeweiligen Spanngrundträger eine parallel zur Trägerführung liegende Backenführung vorhanden ist. Hierbei ist vorgesehen, dass an der Backenführung die Spannbacke gleichfalls radial zur Drehachse verschiebbar und fixierbar ist. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn an der Backenführung – gleich in welcher Variante – eine Rastverzahnung vorhanden ist, wobei zumindest eine Spannbacke entlang der Backenführung verschoben und im Rastintervall fixiert werden kann.
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Bei besonders vorteilhafter Ausführungsform ist zumindest zweimal eine Anordnung mit einer Außenwippe und zwei Spanngrundträgern vorhanden. Dies bedeutet, dass immer zwei Spanngrundträger mit einer Außenwippe gekoppelt sind und eine Anordnung bilden. Hierbei ist nicht vorgesehen, dass die beiden bereits über eine Außenwippe gekoppelten Spanngrundträger zusätzlich mit den weiteren jeweils benachbarten Spanngrundträgern gekoppelt sind. Insofern liegt immer eine doppelte Anzahl von Spanngrundträgern im Verhältnis zur Anzahl der Außenwippen vor. Bei dieser Ausführungsform ist somit im einfachsten Falle von einer doppelten Anordnung mit zwei Außenwippen und vier Spanngrundträgern auszugehen. Gleichfalls kann diese Anordnung um eine Mehrzahl erweitert werden und insbesondere auch somit eine Anordnung von drei Außenwippen und sechs Spanngrundträgern oder von vier Außenwippen und acht Spanngrundträgern umfassen.
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Hierbei sichert in vorteilhafter Weise eine symmetrische Auslegung der Außenwippe und der Verbindung zu den Spanngrundträgern eine gleichmäßige Bewegung sowie eine gleichmäßige Kraftverteilung.
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Es ist offensichtlich, dass es für den funktionsgemäßen Aufbau einer Anordnung aus Außenwippe und zwei Spanngrundträgern erforderlich ist, einen Ausgleich zwischen der Außenwippe in deren Schwenkbewegung und den Spanngrundträgern in deren Stellbewegungen zu ermöglichen. Aufgrund der in den Trägerrichtungen radial zur Drehachse verstellbaren Spanngrundträger ändert sich folglich der Abstand der beiden gekoppelten Spanngrundträger zueinander. Insofern bedarf es bei der Kopplung mittels der Außenwippe eines Ausgleichs dieses sich ändernden Abstands zwischen jeweils zwei Spanngrundträgern. Weiterhin erfordert die gegenläufige Verschiebbarkeit zweier Spanngrundträger in den Trägerrichtungen eine Ausgleichsmöglichkeit in der Anbindung an die Außenwippe.
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Hierbei steht zum einen die Möglichkeit offen, beispielsweise am Ende der Außenwippe Kugelgelenke vorzusehen, welche in Bohrungen in den Spanngrundträgern eingreifen und hierbei tangential zur Drehachse verschiebbar sind. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, dass es zu einer Reibung des Kugelgelenks in der Bohrung in der Außenwippe aufgrund einer Schubbewegung in der Bohrung kommt. Somit ist eine Funktionstauglichkeit über einen langen Zeitraum nicht zweifelsfrei gewährleistet.
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Weiterhin ist es möglich, zwischen der Außenwippe und den beiden gekoppelten Spanngrundträgern jeweils ein Ausgleichselement anzuordnen. Dieses bedarf einer beidseitig schwenkbaren Lagerung zwischen dem Ausgleichselement und der Außenwippe bzw. dem Spanngrundträger. Somit kann in einfacher Weise eine Verschiebung eines Spanngrundträgers über ein Verstellen des Ausgleichselements zu einem Schwenken der Außenwippe und einem gegenläufigen Verstellen des anderen Ausgleichselements und somit der gegenläufigen Verschiebung des anderen Spanngrundträgers führen.
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Vorteilhaft ist es jedoch, wenn zur Übertragung der Bewegung von der Außenwippe auf den jeweiligen Spanngrundträger ein entlang einer Querführung verschiebbarer Gleitkörper eingesetzt wird. Der Gleitkörper weist hierbei eine parallel zur Drehachse verlaufende Koppelachse auf, wobei die Außenwippe relativ zum Spanngrundträger um diese Koppelachse schwenkbar ist.
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Hierbei stehen wiederum zwei alternative Verbindungsvarianten je nach Zuordnung der Querführung und des Gleitkörpers zur Außenwippe bzw. zum Spanngrundträger zur Verfügung.
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In einer ersten besonders vorteilhaften Verbindungsvariante weisen die Spanngrundträger jeweils eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Querführung auf. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, die Querführung tangential zur Drehachse auszurichten. Um diese Koppelachse ist die jeweils zugehörige Außenwippe schwenkbar gelagert. Bei einer Verstellung der Außenwippe, beispielsweise auf die Schwenkachse zu, führt die damit verbundene Verschiebung der Koppelachse parallel zur Schubrichtung zugleich zu einer Verstellung des Gleitkörpers in der Schubrichtung. Durch dessen Lagerung in der Querführung wird unmittelbar der Spanngrundträger in Schubrichtung bewegt, wobei aufgrund der Lagerung des Spanngrundträgers in der radialen Trägerrichtung zugleich eine Bewegung des Gleitkörpers entlang der Querführung auftritt. Die Schwenkbarkeit der Außenwippe um die Koppelachse des Gleitkörpers ermöglicht demgegenüber das Schwenken der Außenwippe, so dass der gewünschte Ausgleich zwischen den Spanngrundträgern erfolgen kann.
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In einer zweiten alternativen Verbindungsvariante weist die Außenwippe jeweils zwei (je Außenwippe eine) senkrecht zur Drehachse verlaufende Querführungen auf. Entsprechend der Schwenkbarkeit der Außenwippe ist es naheliegend, dass diese Querführungen nicht unabhängig von der Stellung der Außenwippe tangential zur Drehachse ausgerichtet sein können. Vielmehr ist vorgesehen, dass in vorteilhafter Weise die Querführungen in einer mittleren Stellung der Außenwippe tangential zur Drehachse verlaufen. Analog zur vorherigen Ausführung ist ein Gleitkörper vorgesehen, welcher entlang der Querführung verschiebbar ist und hierbei eine parallel zur Drehachse verlaufende Koppelachse aufweist. Um diese Koppelachse ist der jeweils zugehörige Spanngrundträger schwenkbar gelagert. Analog zur vorherigen Verbindungsvariante führt eine Verschiebung der Außenwippe und somit der Querführungen in der Schubrichtung unmittelbar ebenso zu einer Verschiebung der Gleitkörper in Schubrichtung. Aufgrund der Lagerung des Spanngrundträgers in der Koppelachse des Gleitkörpers wird dieser ebenfalls verschoben, wobei die Verschiebung entlang der Trägerrichtung erfolgt. Dies führt wiederum zu einer Verschiebung des Gleitkörpers in der Trägerrichtung und hierbei zugleich entlang der Querführung.
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Die Zuordnung des Gleitkörpers an der Außenwippe bzw. an dem jeweiligen Spanngrundträger kann ebenso auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Einerseits es möglich, den Gleitkörper integral oder befestigt der Außenwippe zuzuordnen. Hierbei ist es naheliegend, dass in vorteilhafter Weise der Gleitkörper als ein in Richtung der Koppelachse ausgerichteter Zylinderbolzen realisiert wird. Dieser kann somit sowohl entlang der Querführung verschoben werden, als auch ebenso um die Koppelachse geschwenkt werden. Bei Zuordnung des Gleitkörpers zum Spanngrundträger ist es ebenso möglich, diesen dort integral oder befestigt anzuordnen.
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Besonders vorteilhaft insbesondere zur Reduzierung der Flächenpressung und somit der Erhöhung der Lebensdauer ist es jedoch, wenn der Gleitkörper um die jeweilige Koppelachse schwenkbar an der Außenwippe bzw. schwenkbar an dem jeweiligen Spanngrundträger gelagert wird. Insofern stellt der Gleitkörper ein separates Bauteil dar, welches einerseits entlang der Querführung linear verschiebbar ist und andererseits um die Koppelachse relativ zur Außenwippe bzw. relativ zur Grundbacke schwenkbar ist.
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Die Verbindung zwischen dem separaten Gleitkörper und der Außenwippe bzw. dem Spanngrundträger kann ebenso auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Hierbei ist es möglich, den Gleitkörper mit einem in Richtung der Koppelachse ausgerichteten Lagerbolzen zu versehen, welcher in einer Lagerhülse der Außenwippe bzw. des Spanngrundträgers schwenkbar gelagert ist. Demgegenüber kann der Gleitkörper zur Lagerung in der Querführung beispielsweise als Quader ausgeführt sein. Alternativ bildet der Gleitkörper eine Lagerhülse, in der ein in Richtung der Koppelachse ausgerichteter Lagerbolzen schwenkbar gelagert ist. Hierbei ist der Lagerbolzen der Außenwippe bzw. dem Spanngrundträger zugeordnet.
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Aufgrund der zunächst freien Verschiebbarkeit eines Spanngrundträgers relativ zum gekoppelten Spanngrundträger ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Stellung bereitgestellt wird, in der diese Verschiebbarkeit der Spanngrundträger unterbunden wird. Diesbezüglich kann auf die Ausführung in der
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die beiden an der Außenwippe gekoppelten Spanngrundträger bzw. somit dessen beide Trägerrichtungen symmetrisch zu einer Ebene aus Schubrichtung und Drehachse angeordnet sind. Somit ist sichergestellt, dass es zunächst unter gedanklicher Vernachlässigung der Schwenkbarkeit der Außenwippe bzw. der gegenläufigen Verschiebbarkeit der Spanngrundträger zu einer gleichmäßigen Bewegung montierter Spannbacken zur Drehachse hin bzw. von der Drehachse weg kommt.
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Zur Umsetzung des Stellantriebs stehen verschiedene Möglichkeiten offen, wobei in besonders vorteilhafter Weise als Stellantrieb eine in Schubrichtung angeordnete Stellspindel eingesetzt wird. Hierbei ist die Stellspindel in einem ersten Seitenschieber mit einem Linksgewinde und einem zweiten gegenüberliegenden Seitenschieber mit einem Rechtsgewinde gelagert. Folglich führt eine Drehbewegung der Stellspindel zu einer gegenläufigen Bewegung der Seitenschieber aufeinander zu oder voneinander weg. Es ist offensichtlich, dass somit mit der Bewegung der Stellspindel und der gegenläufigen Bewegung der Seitenschieber zugleich die Außenwippen verschoben werden und somit eine Bewegung der Spanngrundträger bzw. der Spannbacken aufeinander zu oder voneinander weg erfolgt.
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Wenngleich es nicht zwingend erforderlich ist, wird hierbei vorteilhafterweise die Stellspindel drehbar und in Schubrichtung feststehend im Vorrichtungsträger gelagert. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Positionierung der Stellspindel in Achsrichtung mittig auf der Drehachse erfolgt, wobei über Einstellmittel, wie beispielsweise Justiermuttern, eine axiale Einstellung der Position der Stellspindel vorgenommen werden kann. Somit wird sichergestellt, dass die Seitenschieber beidseitig den gleichen Abstand zur Drehachse aufweisen. Es ist offensichtlich, dass beispielsweise zur Anbringung eines Antriebs an der Stellspindel oder zur Lagerung der Stellspindel die Seitenschieber nicht zwingend symmetrisch ausgeführt werden müssen. Insofern bezieht sich der gleiche Abstand zur Drehachse auf die funktionelle Zuordnung in Verbindung mit den beiden jeweiligen Außenwippen.
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Die Positionierung der Stellspindel ist zunächst beliebig. Jedoch ist es besonders vorteilhaft, wenn deren Achse senkrecht zur Drehachse verläuft. Somit wird zunächst einmal ein symmetrischer Aufbau der Seitenschieber ermöglicht. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Achse der Stellspindel die Drehachse schneidet. Somit wird sichergestellt, dass die Stellkraft auf die Seitenschieber als Zug- bzw. Druckkraft wirkt und die Querkräfte minimiert sind. Somit kann ggf. auf eine Führung für die Seitenschieber im Vorrichtungsträger verzichtet werden.
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Als alternative Lösung ist es möglich, zwei Seitenschieber über eine Keilführung mit einem Keilelement zu koppeln. Hierbei führt eine Stellbewegung des Keilelements in einer Stellrichtung mittels des Stellantriebs zu einer entgegengesetzten Bewegung der Seitenschieber. Folglich wird gleichfalls die Spannaufgabe dahingehend gelöst, dass die Verstellung eines Keilelements mittels des Stellantriebs zu einer Bewegung der Spannbacken auf die Drehachse zu bzw. von der Drehachse weg führt. Zur Umsetzung bedarf es spitzwinkelig zueinander ausgerichteter Keilführungen. Den Winkel wird der Fachmann anhand der notwendigen Stellwege der Seitenschieber und der erforderlichen Stellkraft wählen, wobei ein kleiner Winkel zu einem kleinen Stellweg und zu hohen Stellkräften führt.
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In der Anordnung wird des Weiteren die Stellrichtung zweckmäßig senkrecht zur Schubrichtung ausgerichtet. Insofern wird sichergestellt, dass die Verschiebung des Keilelements zu einer gleichmäßigen Verschiebung der Seitenschieber führt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wiederum eine Stellspindel einzusetzen, welche im Vorrichtungsträger gelagert werden kann und im Keilelement zu dessen Verschiebung führt. Hierbei ist es ebenso denkbar, die Stellspindel axial feststehend im Keilelement zu lagern und das Stellgewinde im Vorrichtungsträger vorzusehen.
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Alternativ zur Ausrichtung der Stellrichtung des Keilelements senkrecht zur Drehachse ist es beim Einsatz eines hydraulischen bzw. pneumatischen oder elektrischen Antriebs möglich, die Stellrichtung parallel bzw. übereinstimmend mit der Drehachse zu wählen. Da in diesem Fall keine Zugänglichkeit zur Bedienung erforderlich ist, ist es unerheblich, dass der Stellantrieb insofern vollständig in der Spannvorrichtung bzw. hinter einem aufgenommenen Werkstück angeordnet ist.
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Wenngleich über die beidseitig in den Seitenschiebern eingreifenden Keilführungen in Verbindung mit dem Stellantrieb eine Positionierung des Keilelements vorgegeben ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Keilelement seinerseits in einer linearen Führung im Vorrichtungsträger gelagert ist. Somit wird insbesondere sichergestellt, dass es zu keinem Verkanten bzw. Klemmen des Keilelements beim Verstellen kommt.
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Weiterhin ist es zur Verstellung der Seitenschieber möglich, diese beispielsweise wie Grundbackenträger eines regulären Dreibackenfutters zu verstellen. Somit wird es ermöglicht, eine grundsätzlich beliebige Anzahl an Seitenschiebern mit den jeweiligen Koppelanordnungen vorzusehen. Gleichfalls wird hierdurch eine Umsetzung eröffnet, wobei ein Teil der vorteilhaften Ausführungsform einer Spannvorrichtung durch ein vorhandenes Dreibackenfutter mit den Grundbackenträgern des Dreibackensfutters als drei Seitenschieber realisiert wird und das Oberteil des Vorrichtungsträgers mit den Spanngrundträgern und der maßgeblichen Kopplungsanordnung als Einheit auf das Dreibackenfutter montiert wird.
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In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Spannvorrichtungen mit unterschiedlicher Kopplung von Spanngrundträger, Außenwippe und Mittenwippe skizziert: Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung;
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2 einen Schnitt durch die Spannvorrichtung aus 1;
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3 eine perspektivische Ansicht der relevanten Komponenten der Spannvorrichtung aus 2;
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4 eine Draufsicht auf eine alternative Spannvorrichtung;
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5 einen Schnitt durch die Spannvorrichtung aus 4;
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6 eine perspektivische Ansicht auf die wesentlichen Komponenten der Ausführungsform aus 5;
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7 eine perspektivische Ansicht auf die wesentlichen Komponenten für eine weitere alternative Antriebsart;
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8 eine perspektivische Ansicht auf die wesentlichen Komponenten einer Ausführungsform für sechs Spanngrundträger;
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9 eine beispielhafte Kopplung zwischen Außenwippe und Mittenwippe;
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10 eine alternative Kopplung von Außenwippe und Mittenwippe;
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11 eine Kopplung mit separatem Eingriffselement zwischen der Außenwippe und der Mittenwippe;
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12 eine alternative Kopplung zwischen Außenwippe und Spanngrundträger.
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In der 1 wird eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer beispielhaften Spannvorrichtung 01 skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal das Futteroberteil 05, in dem 05 vier sternförmig angeordnete Spanngrundträger 11 jeweils in einer Trägerführung 17 linear verschiebbar gelagert sind. Weiterhin zu erkennen ist die Anordnung von Backenführungen 18 in den jeweiligen Spanngrundträgern 11, wobei diesen 18 eine Rastverzahnung 19 zur Sicherung der Lage einer montierten Spannbacke zugeordnet ist. Insofern unterscheidet sich diese Ausführungsform zunächst nicht von der bekannten Ausführung einer Spannvorrichtung mit vier Spanngrundträgern.
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In dem in 2 dargestellten Schnitt durch die Spannvorrichtung 01 aus 1 wird die erfindungsgemäße Kopplung zwischen den Elementen sichtbar. Zu erkennen ist zunächst einmal das Futteroberteil 05 auf der Oberseite und das Futterunterteil 06 auf der zur Drehmaschine weisenden Seite. Mittig befindet sich die Drehachse 04, um welche 04 bei bestimmungsgemäßer Verwendung die Spannvorrichtung 01 drehbar an der Drehmaschine befestigt wird. In den Trägerführungen 17 sind jeweils die Spanngrundträger 11 radial verschiebbar. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Spanngrundträger 11 jeweils eine tangential verlaufende Querführung 13 auf, in der 13 ein Gleitkörper 12 linear verschiebbar ist. Der Gleitkörper 12 ist um eine Koppelachse 14 schwenkbar an einer Außenwippe 21 gelagert. Die Außenwippe 21 ihrerseits ist wiederum um eine Schwenkachse 34 schwenkbar an einem Seitenschieber 31 gelagert. Dieser Seitenschieber 31 ist gleichfalls radial zur Drehachse 04 verschiebbar in der Spannvorrichtung 01 gelagert. Der Antrieb des Seitenschiebers 31 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Keilführungen 32 durch einen Keilschieber 33. Dieser 33 kann senkrecht zur Schubrichtung der Seitenschieber 31 durch eine Antriebsspindel 35 verstellt werden.
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Die Übertragung der Schwenkbewegung einer Außenwippe 21 auf die gegenüberliegende Außenwippe 21 unter Verwendung einer Mittenwippe 28 erfolgt durch den Eingriff eines Eingriffselements 22 in einer Linearführung 23.
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Hierzu skizziert die nachfolgende 3 die zur Übertragung der Bewegung relevanten Bauteile in perspektivischer Ansicht. Zu erkennen sind einerseits zwei der vier vorhandenen Spanngrundträger 11, welche 11 jeweils in der Trägerführung 17 in der Spannvorrichtung 01 radial verschiebbar sind. In dem Spanngrundträger 11 befindet sich die Backenführung 18 zur Aufnahme einer Spannbacke, wobei dessen Position in radialer Richtung durch einen Eingriff in einer Rastverzahnung 19 gesichert werden kann. Unterseitig befindet sich eine tangential ausgerichtete Querführung 13, entlang der 13 der Gleitkörper 12 linear verschiebbar ist. Der Gleitkörper 12 weist eine Koppelachse 14 auf, wobei zur Lagerung der Außenwippe 21 am Gleitkörper 12 dieser 12 einen Lagerbolzen 15 aufweist, welcher 15 in einer Lagerhülse 16 der Außenwippe 21 aufgenommen ist. Die Außenwippe 21 ihrerseits ist um die Schwenkachse 34 schwenkbar am Seitenschieber 31 gelagert. Hierzu weist dieses Ausführungsbeispiel eine Lagerhülse 26 auf, in die 26 ein Lagerbolzen 25 des Seitenschiebers 31 eingreift. Der Antrieb der Außenwippen 21 erfolgt durch eine Verstellung der Seitenschieber 31 unter Verwendung einer Keilführung 32, wobei zu diesem Zweck ein Keilschieber 33 senkrecht zur Schubrichtung des Seitenschiebers 31 verstellbar ist. Der Antrieb erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Antriebsspindel 35.
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Zur Kopplung der gegenüberliegenden Außenwippen 21 durch eine zwischengeordnete Mittenwippe 28 weist die Mittenwippe 28 gegenüberliegend radial ausgerichtete Linearführungen 23 auf. In diese 23 greifen jeweils Eingriffselemente 22 der jeweiligen Außenwippen 21 ein. Zur Ermöglichung der Schwenkbarkeit der Außenwippen 21 sind hierbei die Eingriffselemente 22 partiell in Form eines Zylinderbolzens ausgeführt, wobei diese 22 in Richtung der Eingriffsachse 24 ausgerichtet sind. Dies ermöglicht ein Schwenken der Außenwippen 21 um die Eingriffsachse 24 bei gleichzeitiger Verschiebbarkeit entlang der Linearführung 23.
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In der nachfolgenden 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Spannvorrichtung 01 skizziert. Hierzu skizziert 5 wiederum einen Schnitt durch die Spannvorrichtung 01 analog der vorherigen Variante. Im Unterschied zur Ausführung aus 2 weist das Ausführungsbeispiel aus 5 einen geänderten Antrieb zur Bewegung der Seitenschieber 41 auf. Die Spanngrundträger 11 sowie die Außenwippen 21, die Gleitkörper 12 sowie die Mittenwippe 28 sind analog der vorherigen Variante ausgeführt.
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Abweichend zu vorheriger Ausführung wird der Seitenschieber 41 mit einem Keilschieber 43 gekoppelt, welcher 43 in Richtung der Drehachse 04 beispielsweise durch einen hydraulischen Antrieb verschiebbar ist. Ansonsten erfolgt eine Verstellung der Seitenschieber 41 mittels einer Keilführung 42 analog vorheriger Ausführung.
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Hierzu skizziert 6 die Einzelteile in perspektivischer Ansicht.
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In der nachfolgenden 7 wird perspektivisch eine weitere Antriebsart zur Verstellung der Seitenschieber 51 skizziert. Hierzu werden die gegenüberliegenden Seitenschieber 51 jeweils mit einem Linksgewinde 52 bzw. einem Rechtsgewinde 52 versehen, wobei beide Seitenschieber 51 durch eine in Schubrichtung ausgerichtete Stellspindel 53 mit Linksgewinde 52 und Rechtsgewinde 52 verbunden sind. Zur Sicherung der zentrischen Lage der Stellspindel 53 und somit der Seitenschieber 51 wird des Weiteren die Stellspindel 53 mittig durch eine Spindellagerung 55 in der Spannvorrichtung 01 zentriert. Durch Drehen der Stellspindel 53 erfolgt unmittelbar eine Bewegung der Seitenschieber 51 aufeinander zu bzw. voneinander weg.
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Wenngleich die Ausführungsform mit vier Spannbacken bereits ein vorteilhaftes Spannen von unrunden Werkstücken ermöglicht, so ist ohne Weiteres die Ausführungsform um weitere Spanngrundträger 11 erweiterbar. Hierzu skizziert die 7 schematisch eine Variante mit sechs Spanngrundträgern 11, welche 11 über drei Außenwippen mittels entsprechend drei Seitenschiebern gekoppelt sind.
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In der Figurenfolge 9 wird beispielhaft die Kopplung der gegenüberliegenden Außenwippen 21 skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal wiederum die Anordnung gegenüberliegender Außenwippen 21, welche 21 jeweils um die Schwenkachse 34 schwenkbar an den jeweiligen Seitenschiebern gelagert sind – siehe 9a. Weiterhin weisen die beiden Außenwippen 21 Koppelachsen 14 auf, über die 14 die Verstellung der jeweiligen Spanngrundträger 11 erfolgt. Die Kopplung der gegenüberliegenden Außenwippen 21 erfolgt durch Anordnung einer radial ausgerichteten Linearführung 23 an der Mittenwippe 28, wobei innerhalb der Linearführung 23 jeweils ein Eingriffselement 22 der jeweiligen Außenwippe 21 linear verschiebbar ist. Zusätzlich ist die jeweilige Außenwippe 21 um eine zum Eingriffselement 22 zugehörige Eingriffsachse 24 schwenkbar gelagert.
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Erfolgt nunmehr eine Verstellung der Seitenschieber 21 auf die Drehachse 04 zu, so werden die Eingriffselemente 22 linear entlang der Linearführung 23 verschoben – siehe 9b. Erfolgt hingegen ein Schwenken einer Außenwippe 21, beispielsweise aufgrund der Anlage eines ersten Spanngrundträgers, um die Schwenkachse 34, so führt dies zu einer entsprechenden Verstellung des zugehörigen Eingriffselements 22 – siehe 9c. Dies führt aufgrund der Festlegung der Koppelachse 24 innerhalb der Linearführung 23 unmittelbar zu einem gegenläufigen Schwenken der Mittenwippe 28. Infolgedessen wird unmittelbar die gegenüberliegende Außenwippe 21 analog geschwenkt.
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In der 10 wird ein alternatives Ausführungsbeispiel zur Kopplung der Außenwippe 61 mit der Mittenwippe 68 skizziert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Linearführung 63 in den Außenwippen 61 integriert, wobei demgegenüber die Mittenwippe 68 integral zugeordnete Eingriffselemente 62 aufweist.
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Wenngleich nicht zwingend erforderlich, ist es ebenso möglich, die Eingriffselemente 73 als separate Bauteile, wie dies in 11 skizziert wird, auszuführen. Insofern erfolgt eine Lagerung der separaten Eingriffselemente 72 linear entlang der Linearführung 73 verschiebbar. Hierbei ist die Mittenwippe 78 übereinstimmend mit dem vorherigen Beispiel um die Eingriffsachse 24 schwenkbar, jedoch nunmehr relativ zu den Eingriffselementen 72.
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In der 12 wird exemplarisch eine alternative Kopplung der Außenwippen am Seitenschieber bzw. am Spanngrundträger skizziert. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Außenwippen 81 jeweils beidseitig integral Gleitkörper 82 aufweisen. Diese in Form eines Zylinderbolzens in Richtung der Koppelachse 14 ausgerichteten Gleitkörper 82 können unmittelbar in der Querführung der Spanngrundträger gelagert werden. Zu beachten ist jedoch die reduzierte Lastaufnahme beim Spannen eines Werkstücks zur Gewährleistung von dessen Funktionsfähigkeit über einen langen Zeitraum. Weiterhin weist dieses Ausführungsbeispiel der Außenwippe 81 einen Lagerbolzen 85 auf, welcher 85 in Richtung der Schwenkachse 34 ausgerichtet ist und in einer Lagerhülse des Seitenschiebers aufgenommen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Spannvorrichtung
- 04
- Drehachse
- 05
- Futteroberteil
- 06
- Futterunterteil
- 11
- Spanngrundträger
- 12
- Gleitkörper
- 13
- Querführung
- 14
- Koppelachse
- 15
- Lagerbolzen
- 16
- Lagerhülse
- 17
- Trägerführung
- 18
- Backenführung
- 19
- Rastverzahnung
- 21
- Außenwippe
- 22
- Eingriffselement
- 23
- Linearführung
- 24
- Eingriffsachse
- 25
- Lagerbolzen
- 26
- Lagerhülse
- 28
- Mittenwippe
- 31
- Seitenschieber
- 32
- Keilführung
- 33
- Keilschieber
- 34
- Schwenkachse
- 35
- Antriebsspindel
- 41, 51
- Seitenschieber
- 42
- Keilführung
- 52
- Links-/Rechtsgewinde
- 43
- Keilschieber
- 53
- Stellspindel
- 55
- Spindellagerung
- 46
- Keilschieber
- 61, 71
- Außenwippe
- 62, 72
- Eingriffselement
- 63, 73
- Linearführung
- 68, 78
- Mittenwippe
- 81
- Außenwippe
- 82
- Gleitkörper
- 85
- Lagerbolzen
