DE102019100898B4

DE102019100898B4 - Spannvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück, Handhabungsvorrichtung, eine solche Spannvorrichtung umfassend und Bearbeitungsanordnung

Info

Publication number: DE102019100898B4
Application number: DE102019100898.0A
Authority: DE
Inventors: Olaf Metze
Original assignee: Berg and Co GmbH
Current assignee: Berg and Co GmbH
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: DE102019100898A1

Abstract

Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) für ein hülsenförmiges Werkstück (12), umfassend ein Trägerrohr (14, 114, 214, 314), eine Anzahl von Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318), die um das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) herum angeordnet sind, einen in Bezug auf das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) axial verschiebbaren Schieber (22, 122, 222, 322), Antriebsmittel zum linearen Antrieb des Schiebers (22, 122, 222, 322) und Kopplungsmittel zur mechanischen Kopplung des Schiebers (22, 122, 222, 322) mit den Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318), welche zur Umwandlung einer linearen Verschiebebewegung des Schiebers (22, 122, 222, 322) in eine Bewegung der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) nach außen ausgebildet sind,dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) ferner einen Lösestößel (46, 146) umfasst, der axial verschiebbar im Trägerrohr (14, 114, 214, 314) angeordnet ist und mit dem Schieber (22, 122, 222, 322) gekoppelt ist,wobei der Lösestößel (46, 146) an zumindest einem Ende (62) mit Kopplungsmitteln zur Kopplung mit einem externen Linearantrieb versehen ist und zumindest ein Ende (62, 64) des Lösestößels (46, 146) außerhalb des Trägerrohrs (14) frei liegt,und der Lösestößel (46, 146) durch eine Drehung um seine Achse in einer Verschiebeposition entsprechend der gespannten Verschiebeposition des Schiebers (22, 122, 222, 322) festlegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Handhabungsvorrichtung, eine solche Spannvorrichtung umfassend sowie eine Bearbeitungsanordnung.
Eine derartige Spannvorrichtung ist in DE 10 2014 114 779 B3 offenbart. Hierbei werden Spannbacken mittels eines zentralen Gewindeantriebs radial bewegt, derart, dass eine Rotationsbewegung des Antriebs eine radiale Verstellbewegung jeder Spannbacke zur Folge hat. DE 10 2009 053 437 A1 offenbart eine Spannmechanik, mit welcher um ein Rohr herum angeordnete Spannbacken durch eine Gleitbuchse auf dem Rohr angetrieben werden, welche durch einen im Rohr angetriebenen Spindelantrieb angetrieben wird. DE 10 2016 005 623 A1 offenbart eine Halte- und Transportvorrichtung, bei welcher ein Steuerstab ein Spreizelement antreibt, welches wiederum Klemmbacken des Halteelements nach außen treibt. DE 10 2010 017 031 A1 offenbart eine Handhabungseinrichtung zur Änderung der Drehwinkellage eines Luftreifens gegenüber einer Felge mittels eines Greifers.
Allgemein sind diverse Spannvorrichtungen für Werkzeuge und Werkstücke bekannt, wie etwa Spannfutter mit Spannbacken, in denen z.B. ein Werkstück während einer rotierenden Bearbeitung gehalten werden kann. In der Regel wird das Werkstück von außen umfasst, so dass zumindest ein Teil desselben während des Bearbeitungsprozesses freiliegt.
Für Anwendungsfälle, in denen ein hülsenförmiges Werkstück bearbeitet werden soll, sind solche Spannvorrichtungen häufig ungeeignet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn während eines Bearbeitungs- oder Handhabungsschritts die äußere Mantelfläche des hülsenförmigen Werkstücks vollständig freiliegen muss. Ein Ergreifen durch Spannbacken von außen behindert dann den weiteren Prozessschritt. Besondere Probleme stellen sich auch in Fällen, in welchen das hülsenförmige Werkstück eine große Masse aufweist. Das hohe Gewicht und die hohen Trägheitskräfte, die während eines Transfers des Werkstücks auftreten, stellen hohe mechanische Anforderungen an die Spannvorrichtung selbst und eine Handhabungsvorrichtung, die eine solche Spannvorrichtung umfasst und das Werkstück mit deren Hilfe in eine Bearbeitungsstation einführt oder sie dieser entnimmt.
Ein solcher Anwendungsfall ist die Erstellung und Bearbeitung von Wicklungsköpfen für leistungsstarke Elektromotoren, wie sie seit einiger Zeit in der Automobilindustrie verwendet werden. Die hülsenförmigen Köpfe weisen ein hohes Gewicht auf, und die Wicklungen werden innerhalb eines Kopfes in ein Harz eingebettet, das flüssig in Öffnungen im Materialblock des Kopfes eingefüllt wird. Während dieses Vorgangs besteht die Gefahr, dass bewegliche Teile der Spannvorrichtung verkleben. Zudem muss die Spannvorrichtung auch unter aggressiven Arbeitsbedingungen wie etwa bei erhöhter Temperatur und dergleichen voll einsatzfähig sein. Übliche Spannfutter, wie sie oben beschrieben sind, erfüllen solche Bedingungen nicht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück zu schaffen, die auch in der Lage ist, große und schwere Werkstücke präzise und betriebssicher auch unter schwierigen Betriebsbedingungen zu handhaben. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung liegen in der Schaffung einer Handhabungsvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück, die eine derartige Spannvorrichtung umfasst, sowie in der Schaffung einer entsprechenden Bearbeitungsanordnung, umfassend eine Spannvorrichtung und ein hülsenförmiges Werkstück.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Handhabungsvorrichtung gemäß Anspruch 24 und eine Bearbeitungsanordnung gemäß Anspruch 26 gelöst.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst ein zentrales Trägerrohr und eine Anzahl von Spannbacken, die um das Trägerrohr herum verteilt angeordnet sind. Ein Schieber ist relativ zum Trägerrohr axial verschiebbar angeordnet. Zum Antrieb des Schiebers sind geeignete Antriebsmittel vorgesehen. Der Schieber ist mit den Spannbacken durch Kopplungsmittel gekoppelt, welche derart ausgebildet sind, dass sie die lineare Verschiebebewegung des Schiebers in eine Bewegung der Spannbacken nach außen umwandeln können.
Bei diesen Kopplungsmitteln kann es sich beispielsweise um eine Hebelmechanik handeln, die die Linearbewegung des Schiebers durch eine Zwangsführung in eine radiale Bewegung der Spannbacken nach außen umwandelt. Es wird angemerkt, dass die gewünschte Bewegung der Spannbacken nach außen nicht ausschließlich radiale Komponenten umfassen muss, sondern auch zusätzliche axiale Komponenten, so dass die Linearbewegung des Schiebers in eine kombinierte Radial- und Axialbewegung umgewandelt wird, also etwa in eine bogenförmige Schwenkbewegung. Wesentlich für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist hierbei, dass die Spannbacken nach außen gedrückt werden und sich somit gegen den Innenmantel des hülsenförmigen Werkstücks anlegen können. Die gesamte Spannvorrichtung wird somit im Werkstück verspannt und kann sich selbst zentrieren.
Wesentliche Teile dieser Spannvorrichtung können innerhalb des Trägerrohrs angeordnet sein, wie etwa die Antriebsmittel für den Schieber. Sie sind somit vor dem Eindringen von Fremdstoffen, wie etwa einem flüssigen Harz, geschützt. Dies ist insbesondere für den unbeschriebenen Anwendungsfall der Handhabung eines Wicklungskopfs eines Elektromotors von wesentlicher Bedeutung. Die Außenfläche des hülsenförmigen Werkstücks liegt dann frei und kann von allen Seiten behandelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schieber eine Hülse, die auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs gleitend verschiebbar angeordnet ist. Diese Hülse kann dazu dienen, den Innenraum des Trägerrohrs gegen Einflüsse von außen abzukapseln. Durch die Bewegung der Hülse können ferner Fremdstoffe, die auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs anhaften, heruntergeschoben und somit entfernt werden.
Vorzugsweise umfassen die Kopplungsmittel zumindest eine Steuerstange, die mit einem inneren Ende schwenkbar an den Schieber angelenkt ist und mit einem äußeren Ende unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungselement schwenkbar an eine der Spannbacken angelenkt ist. Durch eine Verschiebung des Schiebers kann die Steuerstange dann um den Anlenkpunkt am Schieber in eine Richtung geschwenkt werden, in der sich ihr äußeres Ende vom Trägerrohr weg nach außen bewegt. Hierdurch wird die Linearbewegung des Schiebers in die Bewegung der jeweiligen Spannbacke nach außen umgesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils zwei Steuerstangen zur mechanischen Kopplung des Schiebers mit einer der Spannbacken axial hintereinander und parallel zueinander angeordnet.
Weiter vorzugweise umfasst die Spannvorrichtung Führungsmittel, die dazu ausgebildet sind, jeweils eine Spannbacke während ihrer radialen Bewegung nach außen in einer konstanten Winkelstellung bezüglich der Hauptachse des Trägerrohrs zu halten. Dies bedeutet, dass die räumliche Ausrichtung der Spannbacke während ihrer Bewegung nach außen erhalten bleibt. Beispielsweise behalten parallel zueinander stehende Spannbacken während des Spannvorgangs nach außen ihre parallele Stellung bei und können sich insbesondere gleichzeitig vollflächig an den Innenmantel eines zylindrischen hülsenförmigen Werkstücks anlegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Führungsmittel in diesem Fall eine Parallelogrammführung.
Weiter vorzugsweise umfasst die Spannvorrichtung zumindest ein Verbindungsglied, das mit einem inneren Ende schwenkbar an das Trägerrohr oder an ein auf dem Trägerrohr angeordnetes Lagerelement angelenkt ist und mit einem äußeren Ende unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungselement schwenkbar an eine der Spannbacken angelenkt ist. Der Anlenkpunkt des inneren Endes des Verbindungsglieds kann ortsfest bezüglich des Trägerrohrs sein. Beispielsweise kann für jede Spannbacke ein erstes Verbindungsglied axial vor dem Schieber und ein weiteres Verbindungsglied hinter dem Schieber angeordnet sein, wobei die Verbindungsglieder stets eine parallele Stellung zueinander beibehalten. Wird die Spannbacke durch die Steuerstange nach außen gedrückt, sorgen die Verbindungsglieder automatisch dafür, dass die Spannbacke ihre Winkelstellung nicht verändern kann. Die Verbindung des äußeren Endes des Verbindungsglieds mit der Spannbacke kann auch über ein Doppelgelenk erfolgen, derart, dass das äußere Ende des Verbindungsglieds mit einem ersten Ende eines zusätzlichen Verbindungselements verbunden ist und das zweite Ende des Verbindungselements wiederum an die Spannbacke angelenkt ist. Dieses Verbindungselement kann auch ein Abschnitt einer Steuerstange sein, oder ein fest mit einer Steuerstange verbundenes Bauteil.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kreuzt das zumindest eine Verbindungsglied zumindest eine Steuerstange. In diesem Fall kann ein Anlenkpunkt des äußeren Endes des Verbindungsglieds axial zwischen zwei Anlenkpunkten äußerer Enden zweier Steuerstangen an der Spannbacke liegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Verbindungsglied mit seinem äußeren Ende an eine Steuerstange angelenkt. Der Anlenkpunkt zur Verbindung dieses Verbindungsglieds und der Steuerstange kann in diesem Fall zwischen den beiden Enden der Steuerstange liegen, also beispielsweise zwischen einem inneren Anlenkpunkt der Steuerstange am Schieber und einem äußeren Anlenkpunkt an der Spannbacke, oder aber gegenüber einer geraden Verbindungslinie zwischen diesen Anlenkpunkten bzw. den Enden der Steuerstange seitlich versetzt sein, derart, dass die Anlenkpunkte der Steuerstange am Schieber und an der Spannbacke und der Anlenkpunkte zwischen dem Verbindungsglied und der Steuerstange ein Dreieck aufspannen.
Weiter vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Spannvorrichtung Spannmittel, durch welche der Schieber in eine gespannte Verschiebeposition spannbar ist.
Diese Spannmittel umfassen vorzugsweise eine mechanische Feder, die im Trägerrohr angeordnet ist. Diese mechanische Feder kann als Federpaket ausgebildet sein, das um den Lösestößel herum angeordnet ist. Die mechanische Feder drückt den Schieber in eine Richtung, in welcher er sich derart verschiebt, dass die Spannbacken durch die Steuerstangen nach außen gedrückt werden, wie oben beschrieben. Mittel zum Lösen der Spannung der Spannbacken nach außen müssen somit gegen die Federspannung arbeiten, indem sie den Schieber in Richtung der Feder drücken und diese komprimieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Spannvorrichtung einen Lösestößel, der axial verschiebbar im Trägerrohr angeordnet ist und mit dem Schieber gekoppelt ist. Diese Kopplung kann durch geeignete mechanische Eingriffsmittel realisiert sein.
Erfindungsgemäß ist der Lösestößel an zumindest einem Ende mit Kopplungsmitteln zur Kopplung mit einem externen Linearantrieb versehen. Dieser Linearantrieb kann von außen am Lösestößel angreifen und diesen verschieben.
Erfindungsgemäß liegt zumindest ein Ende des Lösestößels außerhalb des Trägerrohrs frei. Beispielsweise kann dieses Ende mit geeigneten Eingriffsmitteln wie etwa umlaufenden Nuten oder dergleichen versehen sein, an welchen ein externer Linearantrieb angreifen kann.
Vorzugsweise sind die axialen Enden des Lösestößels symmetrisch ausgebildet. Hierdurch wir es möglich, die Spannvorrichtung an einem beliebigen axialen Ende zu betätigen.
Erfindungsgemäß ist der Lösestößel durch eine Drehung um seine Achse in seiner gespannten Verschiebeposition festlegbar.
Weiter vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eine Bajonettverriegelung zur Festlegung der gespannten Verschiebeposition des Lösestößels.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Spannbacken außen liegende Aufsätze aus nicht metallischem Material zur Anlage an einer Innenfläche des Werkstücks. Diese Aufsätze können beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein und/oder aus einem elastischen Material, das sich im gespannten Zustand der Spannbacken von innen an das hülsenförmige Werkstück anschmiegt.
Vorzugsweise sind diese Aufsätze auswechselbar. Eine solche Auswechslung kann insbesondere ohne Werkzeug von Hand möglich sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsfonn der vorliegenden Erfindung umfassen die Spannbacken außen liegende Lagerplatten, auf denen die Aufsätze sitzen.
Vorzugsweise umgreifen die Aufsätze die Ränder dieser Lagerplatten. So wird ein zuverlässiger Sitz gewährleistet.
Weiter vorzugsweise weisen die Aufsätze an ihren Innenseiten hinterschnittene Ausnehmungen zur Aufnahme der Lagerplatten auf. Die Aufsätze werden in diesem Fall über die Lagerplatten gezogen. Eine Elastizität des Materials, aus welchen die Aufsätze hergestellt sind, kann dieses Aufziehen ermöglichen. In gleicher Weise lassen sich die Aufsätze wieder lösen, indem sie beispielsweise an einer Ecke oder einem Rand der Lagerplatte gelöst und dann vollständig abgezogen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Lagerplatten profilierte Lagerflächen, auf denen profilierte Auflageflächen der Aufsätze aufliegen, wobei die Profile der Lagerflächen und der Auflageflächen ineinander greifen. Diese gegenseitige Profilierung ergibt einen zuverlässigen Flächensitz der Aufsätze auf den Lagerflächen, so dass eine seitliche Verschiebung der Aufsätze gegenüber den Lagerflächen unterbunden wird, beispielsweise in Umfangsrichtung, wenn auf das eingespannte Werkstück äußere Kräfte wirken. Das Werkstück kann durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung auf diese Weise präzise positioniert werden. Die Profilierung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass Kräfte, die in Umfangsrichtung oder in axialer Längsrichtung auf die Aufsätze wirken, durch den Sitz der Profilierung gut aufgenommen werden.
Vorzugsweise weisen die profilierten Lagerflächen oder die profilierten Auflageflächen ein Oberflächenprofil mit Vorsprüngen auf, die in dazu komplementäre Vertiefungen in den Auflageflächen bzw. Lagerflächen eingreifen.
Weiter vorzugsweise sind diese Vorsprünge als pyramidenförmige Spitzen ausgebildet. Wirken beispielsweise in Umfangsrichtung Verschiebekräfte auf die Aufsätze, so werden diese über die Flanken der pyramidenförmigen Vorsprünge auf die entsprechenden Flanken der Profilierung der Lagerflächen eingeleitet. Laterale Kräfte werden somit zuverlässig an die Spannvorrichtung weitergegeben. Die pyramidenförmigen Spitzen können in einem Rechteckraster angeordnet sein.
Weiter vorzugsweise sind die Spannbacken in gleichen Winkelabständen um das Trägerrohr herum verteilt angeordnet. Beispielsweise können drei Spannbacken angeordnet sein, die jeweils in Winkelabständen von 120° voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind.
Weiter vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Spannvorrichtung einen elastischen Mantel, der zumindest einen axialen Abschnitt des Trägerrohrs, den Schieber und die Kopplungsmittel zur mechanischen Kopplung des Schiebers mit den Spannbacken umhüllt und mit den Spannbacken abschließt. Dieser Mantel kann beispielsweise aus einem thermostabilen Elastomer bestehen und dichtet bewegliche Teile der Spannvorrichtung gegen Einflüsse von außen ab, insbesondere gegen das Eindringen aggressiver Medien. Der Mantel kann sich in Umfangsrichtung abschnittsweise zwischen zwei benachbarten Spannbacken erstrecken und an diese anschließen, derart, dass die Spannbacken selbst frei bleiben. Denkbar ist auch ein Mantel, der die Spannbacken vollständig oder teilweise umhüllt. An seinen axialen Enden kann der Mantel dicht mit der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs abschließen.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Handhabungsvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück, umfassend einen beweglichen Greifarm, der an seinem Ende mit einer Aufnahme für eine Greifeinheit vorgesehen ist, sowie eine Greifeinheit, umfassend eine Spannvorrichtung der erfindungsgemäßen Art, wie oben beschrieben, die lösbar durch die Aufnahme aufgenommen ist. Bei dem Greifarm kann es sich beispielsweise um einen üblichen Roboterarm handeln, der mehrere Glieder umfasst, die in unterschiedlichen Freiheitsgraden beweglich und schwenkbar sind. Die Greifeinheit ist in diesem Fall auswechselbar in der Aufnahme aufgenommen und kann in einer Bearbeitungsstation für das Werkstück zusammen mit demselben abgelegt und nach der Bearbeitung wieder aufgenommen werden.
Die Aufnahme umfasst vorzugsweise einen Linearantrieb, der im aufgenommenen Zustand der Spannvorrichtung mit deren Lösestößel koppelbar ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner eine Bearbeitungsanordnung, umfassend eine Spannvorrichtung der erfindungsgemäßen Art und ein hülsenförmiges Werkstück, das einen Hohlraum aufweist, in welchen die Spannvorrichtung eingespannt ist, wobei die Aufsätze der Spannbacken aus einem elastisch kompressiblen Material bestehen und die Innenfläche des Werkstücks, an welcher die Spannbacken anliegen, Ausnehmungen aufweist, in die das elastisch kompressible Material der Aufsätze der Spannbacken eingepresst sind. Die Ausnehmungen lassen sich hierdurch zuverlässig während der Bearbeitung abdichten. So lässt sich verhindern, dass das Werkstück durch eindringende Stoffe wie etwa ein Imprägnierharz kontaminiert wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.

1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
2 ist ein Querschnitt durch die Spannvorrichtung aus 1;
3 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
4 ist ein Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung;
5 ist eine perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung aus 4 im teilweise zerlegten Zustand;
6 ist eine Detailansicht der Spannvorrichtung aus 5; und
7 ist ein Querschnitt als Detailansicht eines in 6 gezeigten Aufsatzes einer Spannbacke; und
8 ist eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.

Die in 1 gezeigte Spannvorrichtung 10 für ein hülsenförmiges Werkstück 12 umfasst ein zentrales Trägerrohr 14 mit einem kreisrunden Querschnitt, und drei Spannbacken 16, 18 und 20, die um das Trägerrohr 14 herum in gleichen Winkelabständen von 120° angeordnet sind (siehe auch 2). In 1 sind lediglich zwei der Spannbacken 16 und 18 erkennbar. Bei den Spannbacken 16 und 18 handelt es sich um etwa schienenförmige Elemente, die sich parallel zur Hauptachse A des Trägerrohrs 14 erstrecken und in radialer Richtung, also senkrecht zur Hauptachse A, von dem Trägerrohr 14 weg und zu diesem hin beweglich sind. Der obere Teil von 1 zeigt eine gelöste eingefahrene Stellung der Spannbacke 16, während der untere Teil von 1 die gespannte ausgefahrene Stellung zeigt, in welcher die Spannbacke 18 nach außen gegen eine innere Mantelfläche des hülsenförmigen Werkstücks 12 gepresst ist.
Bei dem hülsenförmigen Werkstück 12 handelt es sich bei der vorliegenden Ausführungsform um ein zylindrisches Werkstück, und die dargestellte Spannvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, dass sich ihre Spannbacken 16, 18 und 20 gleichzeitig von innen flach an die zylindrische Innenfläche des Werkstücks 12 anlegen können. Der Begriff „hülsenförmig“ soll die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf Werkstücke 12 mit zylindrischer Innenfläche beschränken, sondern soll auch Werkstücke mit beispielsweise konischer Innenfläche umfassen.
Die Spannvorrichtung 10 umfasst ferner einen Schieber 22, der in bzw. am Trägerrohr 14 angeordnet ist und in Bezug auf das Trägerrohr 14 axial entlang seiner Hauptachse A verschiebbar ist. Der Schieber 22 umfasst eine Hülse 24, die auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs 14 gleitend verschiebbar angeordnet ist. Zum linearen Antrieb des Schiebers 22 dienen Antriebsmittel, die weiter unten noch detailliert beschrieben werden.
Der Schieber 22 ist mit den Spannbacken 16, 18 und 20 mechanisch gekoppelt. Als Kopplungsmittel dienen Steuerstangen 26, die sich radial von der Hauptachse A des Trägerrohrs 14 erstrecken und mit dieser einen Winkel von etwa 45° einschließen. Aufgrund einer Schwenkbarkeit der Steuerstangen 26, die noch erläutert wird, ist dieser Winkel variabel. Jeweils eine Steuerstange 26 verbindet den Schieber 22 mit jeweils einer Spannbacke 16, 18, 20. Da die Spannbacken 16, 18 und 20 und ihre Kopplungsmittel zur Verbindung mit dem Schieber 22 identisch ausgebildet sind, erfolgt die vorliegende Beschreibung beispielhaft für jeweils eine Spannbacke.
Außen auf der Hülse 24 umfasst der Schieber ein Schwenklager 27, welches ein inneres Ende der Steuerstange 26 schwenkbar am Schieber 22 lagert. Das äußere Ende der Steuerstange 26 ist schwenkbar an die jeweilige Spannbacke 16, 18, 20 angelenkt. Hierzu dient ein äußeres Schwenklager 28 zur Anlenkung des äußeren Endes der Steuerstange 26 an die Spannbacke 16, 18, 20.
Axial vor und hinter dem Schieber 22 sind Führungsmittel angeordnet, die dafür sorgen, dass die jeweiligen Spannbacken 16, 18, 20 während ihrer Bewegung nach außen in einer konstanten Winkelstellung bezüglich der Hauptachse A des Trägerrohrs gehalten werden. Diese Führungsmittel umfassen jeweils eine Buchse 30, 32, die axial vor bzw. hinter dem Schieber 22 fest auf dem Umfang des Trägerrohrs 14 angebracht ist. Diese Buchse 30, 32 trägt ein Schwenklager 34, 36, durch welches ein Verbindungsglied 38, 40 schwenkbar mit der jeweiligen Buchse 30, 32 und damit an das Trägerrohr 14 angelenkt ist. Das Verbindungsglied 38 kann somit eine Schwenkbewegung um einen Schwenkpunkt ausführen, der in Bezug auf das Trägerrohr 14 axial fest ist.
Das andere Ende des Verbindungsglieds 38, 40 ist durch ein Schwenklager 42, 44 schwenkbar mit der jeweiligen Spannbacke 16, 18, 20 verbunden, wobei die Schwenklager 42, 44 der Verbindungsglieder 38, 40 wiederum axial vor und hinter dem Schwenklager 28 zur Verbindung der Steuerstange 26 mit der Spannbacke 16, 18, 20 liegen.
Die Verbindungsglieder 38, 40 stehen parallel zueinander und bilden eine Parallelogrammführung für die jeweilige Spannbacke 16, 18, 20 während ihrer Bewegung vom Trägerrohr 14 weg oder auf dieses zu. Die gesamte Spannbacke 16, 18, 20 kann somit eine Bewegung durchführen, während welcher sie ihren Abstand vom Trägerrohr 14 ändert, hierbei jedoch ihre räumliche Winkelstellung in Bezug auf das Trägerrohr 14 beibehält. Die Spannbacken 16, 18, 20 können sich somit gemeinsam nach außen oder nach innen bewegen, ohne ihre Winkelstellung zu verändern.
Die Steuerstange 26 hat hier die gleiche Form und Länge wie die beiden davor und dahinter angeordneten Verbindungsglieder 38, 40, ist diesen jedoch entgegen geneigt. In 1 weisen die Verbindungsglieder 38, 40 im oberen Teil eine Neigung um 45° nach oben rechts auf, während die Steuerstange 26 eine Neigung nach oben links aufweist, also senkrecht zu den Verbindungsgliedern 38, 40 steht.
Ein Lösestößel 46 ist axial verschiebbar im Trägerrohr 14 angeordnet und erstreckt sich entlang dessen Hauptachse A. Der Lösestößel 46 ist innerhalb des Trägerrohrs 14 mit dem Schieber durch eine Schraube 48 gekoppelt, die sich durch die Hülse 24 hindurch nach innen in das Trägerrohr 14 erstreckt und radial in den Stößel 46 eingeschraubt ist.
In einem Bereich, der von der Hülse 24 umschlossen ist, weist das Trägerrohr 14 eine Aussparung 50 in seiner Umfangsoberfläche auf, die es gestattet, den Schieber 22 linear entlang der Hauptachse A zu verschieben, und zwar auf solche Weise, dass die Hülse 24 in jeder Verschiebestellung die Aussparung 50 abdeckt. Nach außen hin bleibt das Trägerrohr 14 somit stets geschlossen.
Als Antriebsmittel für den Schieber 22 dient ein Spannmittel in Form einer mechanischen Feder 52, bei welcher es sich um ein Federpaket aus Tellerfedern handelt, welches um den Linearstößel 46 herum angeordnet ist. Die Feder 52 liegt zwischen einem inneren Anschlag 54 des Trägerrohrs 14 und einer Schiebemuffe 56 ein, die Bestandteil des Schiebers 22 ist und unmittelbar auf der Umfangsoberfläche des Linearstößels 46 aufliegt, jedoch unterhalb der Aussparung 50 gleitet. Die Feder 52 drückt somit die Schiebemuffe 56 und somit den Schieber 22 von dem Anschlag 54 weg, also in 1 nach links.
Durch eine lineare Verschiebung des Schiebers 22 in dieser Richtung führt die Steuerstange 26 eine zwangsgeführte Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn um das Schwenklager 27 aus. Hierdurch drückt sie die Spannbacke 16 radial nach außen (in 1 nach oben) und wird während dieser Bewegung durch die Parallelogrammführung der Verbindungsglieder 38, 40 zwangsgeführt, welche entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt werden. Das bedeutet, dass die Spannbacke 16 eine resultierende Schwenkbewegung um die Schwenklager 34, 36 der Verbindungsglieder 38, 40 nach außen ausführt. Die Verschiebebewegung des Schiebers 22 wird somit in eine Bewegung der Spannbacken 16, 18, 20 nach außen umgesetzt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform dient die Feder 52 somit als Antriebsmittel, durch welches der Schieber 22 und somit auch die Spannbacken 16, 18, 20 in eine gespannte Position gebracht werden, wie es im unteren Teil von 1 dargestellt ist. Aus dieser Position heraus findet ein Lösen der Spannung der Spannbacken 16, 18, 20 durch eine lineare Verschiebebewegung des Lösestößels 46 in entgegengesetzter Richtung, also nach rechts statt. Aufgrund der festen Kopplung des Lösestößels 46 mit dem Schieber 22 wird die Schiebemuffe 56 gegen die Feder 52 nach rechts gedrückt, und hierdurch wird der oben beschriebene Bewegungsablauf hinsichtlich der Schwenkbewegungen der Steuerstange 26 und der Verbindungsglieder 38, 40 umgekehrt. Die Spannbacke 16, 18, 20 wird also wieder nach innen zum Trägerrohr 14 bewegt, ohne dass sie ihre Winkelstellung verändert.
Der Lösestößel 46 kann an einem freien Ende mit Kopplungsmitteln zur Kopplung mit einem externen Linearantrieb versehen sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ragt das linke Ende 62 des Lösestößels 46 frei aus dem Ende des Trägerrohrs 14 heraus. Eine externer Linearantrieb kann stumpf gegen die Stirnseite des Lösestößels 46 gedrückt werden und diesen nach rechts verschieben, also in das Trägerrohr 14 hinein. An der Außenseite kann das betreffende Ende des Trägerrohrs 14 durch ein geeignetes Spannsystem 58 gehalten werden, das in eine umlaufende Nut 60 am Umfang des Trägerrohrs 14 eingreift.
Das gegenüberliegende Ende 64 des Lösestößels 46 ragt ebenfalls frei aus dem Trägerrohr 14 heraus. Es ist auf seinem Umfang mit einer Aussparung 66 versehen, die derart gestaltet ist, dass der Lösestößel 46 durch eine Drehung um seine Achse in einer bestimmten Verschiebeposition festlegbar ist (in 1 nicht näher dargestellt). Die Aussparung 66 ist somit Bestandteil einer Bajonettverriegelung zur Festlegung der Verschiebeposition des Lösestößels 46. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dieser festgelegten Verschiebeposition um eine solche, die der gespannten Verschiebeposition des Schiebers 22 entspricht, also der in 1 unten dargestellten Position. In der durch die Bajonettverriegelung verriegelten Stellung behält der Lösestößel 46 und somit der Schieber 22 seine Position bei.
Abweichend von der hier dargestellten Ausführungsform können die beiden axial gegenüberliegenden Enden 62,64 des Lösestößels 46 symmetrisch oder identisch ausgebildet sein, so dass es möglich wird, jedes der Enden 62 oder 64 durch die gleiche Handhabungsvorrichtung zu bedienen, die in gleicher Weise an das entsprechende Ende 62 bzw. 64 des Lösestößels 46 ankoppelbar ist. Hierdurch kann die Spannvorrichtung an einem beliebigen axialen Ende betätigt werden.
Die Spannbacken 16, 18, 20 weisen an ihrer Außenseite Aufsätze 68 auf, die aus einem nicht metallischen Material bestehen, insbesondere aus einem elastisch kompressiblen Material wie etwa einem Elastomer. Die Aufsätze umkleiden die Spannbacken 16, 18, 20 und schmiegen sich im gespannten Zustand an die innere Mantelfläche des Werkstücks 12 an. Sie lassen sich ohne Zuhilfenahme eines Werkzeugs auswechseln, indem sie einfach manuell von den Spannbacken 16, 18, 20 abgezogen und durch neue Aufsätze 68 ersetzt werden.
Die dargestellte Spannvorrichtung 10 kann erfindungsgemäß Bestandteil einer nicht näher dargestellten Handhabungsvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück sein, welche einen beweglichen Greifarm wie etwa einen mehrgliedrigen Roboterarm mit mehreren Freiheitsgraden umfasst. Der Greifarm ist an seinem Ende mit einer Aufnahme für eine Greifeinheit versehen, die die vorliegend dargestellte Spannvorrichtung 10 umfasst. Diese Greifeinheit ist lösbar durch die Aufnahme aufgenommen. Auf diese Weise ist es möglich, das Werkstück 12 gemeinsam mit der Greifeinheit durch den Greifarm zu transportieren, beispielsweise von einer Bearbeitungsstation des Werkstücks 12 in die nächste, und die Greifeinheit dort abzulegen. Die Bearbeitung kann dann erfolgen, während die Greifeinheit mittels der Spannvorrichtung 10 von innen in das hülsenförmige Werkstück 12 eingespannt ist. Dies bietet den Vorteil, dass beim Durchlauf durch mehrere Bearbeitungsstationen nicht stets ein wiederholtes Spannen und Lösen der Spannvorrichtung 10 selbst innerhalb des Werkstücks 12 vorgenommen werden muss. Vielmehr kann die Spannvorrichtung 10 permanent während des Bearbeitungsprozesses im Werkstück 12 eingespannt sein und erst nach Abschluss dieses Prozesses gelöst und aus dem Werkstück 12 herausgezogen werden.
Die Aufnahme dieser Handhabungsvorrichtung kann einen Linearantrieb umfassen, der im aufgenommenen Zustand der Spannvorrichtung 10 mit deren Lösestößel 46 koppelbar ist. Auf diese Weise kann mittels der Aufnahme ein Spannen und Lösen der Spannvorrichtung 10 gesteuert werden.
Die Spannvorrichtung 100 in 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Anzahl von Komponenten auf, die ähnlich zu denjenigen der vorhergehenden Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 10 sind. Es bestehen jedoch Unterschiede in der Anordnung der Steuerstangen und der Verbindungsglieder, sowie hinsichtlich der Anlenkung der Steuerstangen an den Schieber. Diese Einzelheiten sollen im folgenden näher erläutert werden.
Wie auch die Spannvorrichtung 10, umfasst die Spannvorrichtung 100 in 3 ein zentrales Trägerrohr 114 mit kreisrundem Querschnitt und drei Spannbacken 116, 118 und 120, von denen in der Figur lediglich zwei Spannbacken 116 und 118 dargestellt sind. Die Spannbacken 116 und 118 haben eine ähnliche Grundform wie die Spannbacken 16 und 18 aus 1. Sie sind mit einem Schieber 122, der in Bezug auf das Trägerrohr 114 axial entlang der Hauptachse A verschiebbar ist, durch jeweils zwei parallel zueinander stehende Steuerstangen 126a, 126b gekoppelt. Ein Verbindungsglied 138 verbindet jeweils eine Spannbacke 116, 118 mit einem festen Schwenkpunkt am Trägerrohr 114. Eine Linearbewegung des Schiebers 122 entlang der Hauptachse A wird durch die Steuerstangen 126a, 126b in eine radiale Bewegung der Spannbacken 116, 118 nach außen umgewandelt.
Der Schieber 122 umfasst eine Hülse 124, die auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs 114 gleitend verschiebbar angeordnet ist. Zum linearen Antrieb des Schiebers 122 dienen Antriebsmittel, die mit denjenigen aus 1 vergleichbar ist. Im Einzelnen handelt es sich hierbei um eine Schiebemuffe 156 des Schiebers 122, die auf der Umfangsfläche eines Linearstößels 146 aufliegt und unterhalb einer Aussparung 150 gleitet. Eine Feder 152 drückt die Schiebemuffe 156 und somit den Schieber 122 von einem Anschlag 154 an einem (in 3 rechten) Ende des Trägerrohrs 114 axial weg.
Außen an der Hülse 124 umfasst der Schieber 122 jeweils zwei axial hintereinander angeordnete Schwenklager 127a, 127b, von denen jedes Schwenklager 127a, 127b zur Anlenkung eines inneren Endes einer Steuerstange 126a, 126b dient. Das äußere Ende dieser Steuerstange 126a, 126b ist wiederum schwenkbar an die jeweilige Spannbacke 116, 118 angelenkt. Hierzu dienen äußere Schwenklager 128a, 128b, mit den gleichen axialen Abständen zueinander wie die inneren Schwenklager 127a, 127b der Steuerstangen 126a, 126b.
Das Verbindungsglied 138 ist mit seinem inneren Ende durch ein Schwenklager 134 mit einer Buchse 130 verbunden, die fest auf dem Umfang des Trägerrohrs 114 angebracht ist. Der innere Schwenkpunkt des Verbindungsglieds 138 in Bezug auf das Trägerrohr 114 ist somit fest. Das äußere Ende des Verbindungsglieds 138 ist durch ein Schwenklager 142 schwenkbar mit der jeweiligen Spannbacke 116, 118 verbunden. Dieses äußere Schwenklager 142 des Verbindungsglieds 138 liegt axial zwischen den beiden äußeren Schwenklagern 128a, 128b zur Verbindung der Steuerstangen 126a, 126b mit der jeweiligen Spannbacke 116, 118. Das Verbindungsglied 138 ist länger ausgebildet als die Steuerstangen 126a, 126b und kreuzt eine der Steuerstangen 126a.
Wird der Schieber 122 angetrieben, bewegen sich die inneren Schwenklager 127a, 127b der Steuerstangen 126a und 126b entlang der Hauptachse A. Aufgrund der Verbindung der jeweiligen Schwenkbacke 116, 118 mit der festen Buchse 130 durch das Verbindungsglied 138 wird die Bewegung der Schwenkbacke 116, 118 zwangsgeführt, und diese bewegt sich nach außen, während die Steuerstangen 126a und 126b eine Schwenkbewegung durchführen. Fährt der Schieber 122 auf die Buchse 130 zu, schwenken die Steuerstangen 126a und 126b im Uhrzeigersinn, das Verbindungsglied 138 verschwenkt sich im Gegenuhrzeigersinn, und die Winkelposition der Spannbacke 116, 118 bleibt gleich, während sie sich nach außen bewegt.
Die Funktion des Lösestößels 146 zur Festlegung der Verschiebeposition des Schiebers 122 kann ähnlich ausgebildet sein wie bei der vorhergehenden Ausführungsform und wird daher hier nicht näher beschrieben.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 200, mit einem zentralen Trägerrohr 214 und einem darin linear verschiebbar angeordneten Schieber 222, der durch hier nicht näher demonstrierte Antriebsmittel linear verschiebbar ist. Diese Antriebsmittel können mit denjenigen aus den ersten beiden Ausführungsformen vergleichbar oder identisch sein. Der Schieber 222 umfasst auch im vorliegenden Fall eine Hülse 224, die außen auf dem Umfang des Trägerrohrs 214 linear verschiebbar angeordnet ist. Außen an der Hülse 224 befinden sich axial hintereinander angeordnete Schwenklager 227a, 227b, durch welche jeweils zwei parallele Steuerstangen 226a, 226b schwenkbar mit dem Schieber 222 verbunden sind. Die äußeren Enden dieser Steuerstangen 226a, 226b sind durch Schwenklager 228a, 228b mit jeweils einer Spannbacke 216, 218 verbunden, derart, dass durch eine Schwenkbewegung der Steuerstangen 226a, 226b (in 4 im Uhrzeigersinn) um die inneren Schwenklager 227a, 227b an der Hülse 224 die Spannbacke 216, 218 eine Bewegung nach außen vollführt. Diesbezüglich ist die Anordnung der beiden parallelen Steuerstangen 226a, 226b an der Hülse 224 und an der jeweiligen Spannbacke 216, 218 mit der Ausführungsform der Spannvorrichtung 100 aus 3 vergleichbar.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Buchse 230 fest vor der Hülse 224 auf dem Umfang des Trägerrohrs 214 angeordnet. Die Buchse 230 trägt ein Schwenklager 234, um welches ein Verbindungsglied 238 geschwenkt werden kann. Ein äußeres Ende dieses Verbindungsglieds 238 ist durch ein äußeres Schwenklager 242 mit einem Vorsprung 243 einer Steuerstange 226a verbunden. Das Schwenklager 242 zur Verbindung des Verbindungsglieds 238 mit der Steuerstange 226a ist außerhalb der Verbindungslinie zwischen dem inneren Schwenklager 227a und dem äußeren Schwenklager 228a an den inneren und äußeren Enden der Steuerstange 226a angeordnet, derart, dass die drei Schwenklager 227a, 228a und 242 ein Dreieck aufspannen. Das Verbindungsglied 238 ist also bei der vorliegenden Ausführungsform nicht unmittelbar an die Spannbacke 216, 218 angelenkt, sondern vielmehr an eine der Steuerstangen 226a. Das Verbindungsglied 238 bildet somit zusammen mit den Schwenklagern 234, 242 und 228a sowie dem Abschnitt der Steuerstange 226a zwischen dem Schwenklager 242 und dem Schwenklager 228a ein Doppelgelenk, durch welches die Spannbacke 216, 218 mit der feststehenden Buchse 230 verbunden ist.
Näher dargestellt sind in 4 sowie in den folgenden 5, 6 und 7 die Aufsätze 268 an den radialen Außenseiten der Spannbacken 216, 218. Wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erwähnt, weisen auch hier die Spannbacken 216, 218 an ihren Außenseiten jeweils einen Aufsatz 268 auf, der aus einem nicht metallischen Material besteht, insbesondere aus einem elastisch kompressiblen Material wie etwa einem Elastomer. Die Aufsätze 268 sitzen auf Lagerplatten 270 auf, die im Außenbereich der Spannbacken 216, 218 angeordnet sind.
Wie in den 5 und 6 näher dargestellt, umfassen die Lagerplatten 270 jeweils profilierte äußere Lagerflächen 272 auf, die bei der vorliegenden Ausführungsform eine Anzahl von Vorsprüngen 274 umfassen, die jeweils als pyramidenförmige Spitzen mit quadratischen Grundflächen ausgebildet sind. Diese pyramidenförmigen Vorsprünge 274 sind in einem Rechteckraster auf den Lagerflächen 272 angeordnet.
Die Aufsätze 268 weisen an ihren Innenseiten hinterschnittene Ausnehmungen 276 zur Aufnahme der Lagerplatten 270 auf (siehe auch die Schnittansicht in 7). Diese hinterschnittenen Ausnehmungen 276 sind derart geformt, dass jeweils eine Lagerplatte 270 darin einliegen kann und der Rand der Lagerplatte 270 von unten, d.h. von der Seite der Lagerplatte 270, die der Lagerfläche 272 gegenüberliegt, umgriffen wird. Der Rand der Lagerplatten 270 wird somit vollständig umschlossen.
Innerhalb der hinterschnittenen Ausnehmungen 276 weisen die Aufsätze 268 Auflageflächen 280 zur Auflage auf den Lagerflächen 272 der Lagerplatten 270 auf. Die Auflageflächen 280 sind entsprechend dem Profil der Lagerflächen 272 profiliert, d.h. die Auflageflächen 280 weisen pyramidenförmige Vertiefungen 282 auf, die die pyramidenförmigen Vorsprünge 274 der Lagerflächen 272 aufnehmen und zu diesen komplementär sind. Die Seitenflächen der pyramidenförmigen Vorsprünge 274 und der Vertiefungen 282 liegen somit aufeinander. Hierdurch ergibt sich eine Passung der Aufsätze 268 auf die Lagerplatten 270, die ein seitliches Verrutschen der Aufsätze 268, also etwa in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung, unterbindet und in diesen Richtungen wirkende Kräfte gut an den massiven inneren Teil der Spannbacken 216, 218 weitergeben kann. Hierdurch wird ein guter Sitz der Spannbacken 216, 218 innerhalb des hülsenförmigen Werkstücks 12 gefördert.
Es versteht sich, dass die Profilierungen der Lagerflächen 272 und der Auflageflächen 280 vertauscht werden können. So kann alternativ zu der dargestellten Ausführungsform die Profilierung mit den pyramidenförmige Vertiefungen 282 auch auf einer Lagerfläche 272 vorgesehen sein, während die entsprechende Auflagefläche 280 die pyramidenförmigen Vorsprünge 274 trägt.
Die insbesondere in den 6 und 7 dargestellte Form der jeweils profilierten Lagerplatten 270 und Aufsätze 268 kann in sämtlichen hier dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtungen eingesetzt werden.
Zum Lösen der Aufsätze 268 müssen diese lediglich jeweils an ihren Rändern 278 von den darunter befindlichen Rändern der Lagerplatten 270 gelöst werden, was aufgrund der Elastizität des Materials der Aufsätze 268 möglich ist. Dann kann der Aufsatz 268 vollständig abgezogen werden.
Die Außenseiten der Aufsätze 268 sind zur Anpassung an einen zylinderförmigen Innenraum eines hülsenförmigen Werkstücks leicht gewölbt. Ist die Innenseite des Werkstücks relativ glatt, kann eine gute Flächenpressung gewährleistet werden. Weist die Innenfläche des Werkstücks Unebenheiten auf, kann sich das elastisch kompressible Material des Aufsatzes 268 an diese Unebenheiten anpassen. Weist die Innenfläche des Werkstücks beispielsweise Ausnehmungen wie Nuten oder dergleichen auf, kann sich der Aufsatz 268 in diese Ausnehmungen hineindrücken und diese ausfüllen. Zwischenräume zwischen Werkstück und Spannvorrichtung werden auf diese Weise durch das elastisch kompressible Material des Aufsatzes 268 abgedichtet.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 300, ausgestattet mit einem Trägerrohr 314, einem in Bezug auf das Trägerrohr 314 axial verschiebbaren Schieber 322 und Kopplungsmitteln zur mechanischen Kopplung des Schiebers 322 mit Spannbacken 316, 318, die ausgebildet sind wie beispielsweise in der Ausführungsform der Spannvorrichtung 200 in 5 oder auch anderen Ausführungsformen dargestellt. Auf Einzelheiten der Kopplungsmittel, der Spannbacken 316, 318 und des Schiebers 322 soll daher hier nicht weiter eingegangen werden.
Die vorliegende Spannvorrichtung 300 umfasst zusätzlich einen elastischen Mantel 400, der einen axialen Abschnitt des Trägerrohrs 314, den Schieber 322 und die Kopplungsmittel zur mechanischen Kopplung des Schiebers 322 mit den Spannbacken 316, 318 umhüllt. An den axialen Enden 402 des Mantels 400 verjüngt sich dieser und liegt auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs 314 auf, so dass er das Trägerrohr 314 dicht umschließt. In 8 ist lediglich das rechte Ende 402 dargestellt, während ein Teil des Mantels 400 zur besseren Übersicht weggeschnitten ist. Im Bereich der Spannbacken 316, 318 ist der Mantel 400 erweitert und schließt mit den Spannbacken 316, 318 ab, derart, dass er fest und dicht mit den Spannbacken 316, 318 verbunden ist, die Aufsätze 368 der Spannbacken 316, 318 jedoch nach außen hin frei liegen. Der Mantel besteht aus einem elastischen Material, etwa einem thermostabilen Elastomer, das radial nach außen dehnbar ist. Werden die Spannbacken 316, 318 nach außen gedrückt, dehnt sich der Mantel 400, so dass er diese Bewegung der Spannbacken 316, 318 nicht behindert, während gleichzeitig die Kopplungsmittel und der Schieber 322 im Inneren des Mantels 400 nach außen hin abgedichtet bleiben. Der Mantel verhindert ein Eindringen eines Fluids in seinen Innenbereich, beispielsweise eines Harzes, das in einem Bearbeitungsprozess des Werkstücks verwendet wird, oder auch eines aggressiven Fluids. Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsfonn kann der Mantel 400 auch die Spannbacken 316, 318 vollständig umhüllen.

Claims

Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) für ein hülsenförmiges Werkstück (12), umfassend ein Trägerrohr (14, 114, 214, 314), eine Anzahl von Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318), die um das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) herum angeordnet sind, einen in Bezug auf das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) axial verschiebbaren Schieber (22, 122, 222, 322), Antriebsmittel zum linearen Antrieb des Schiebers (22, 122, 222, 322) und Kopplungsmittel zur mechanischen Kopplung des Schiebers (22, 122, 222, 322) mit den Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318), welche zur Umwandlung einer linearen Verschiebebewegung des Schiebers (22, 122, 222, 322) in eine Bewegung der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) nach außen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) ferner einen Lösestößel (46, 146) umfasst, der axial verschiebbar im Trägerrohr (14, 114, 214, 314) angeordnet ist und mit dem Schieber (22, 122, 222, 322) gekoppelt ist, wobei der Lösestößel (46, 146) an zumindest einem Ende (62) mit Kopplungsmitteln zur Kopplung mit einem externen Linearantrieb versehen ist und zumindest ein Ende (62, 64) des Lösestößels (46, 146) außerhalb des Trägerrohrs (14) frei liegt, und der Lösestößel (46, 146) durch eine Drehung um seine Achse in einer Verschiebeposition entsprechend der gespannten Verschiebeposition des Schiebers (22, 122, 222, 322) festlegbar ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (22, 122, 222, 322) eine Hülse (24, 124, 224) umfasst, die auf der Umfangsoberfläche des Trägerrohrs (14, 114, 214, 314) gleitend verschiebbar angeordnet ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel zumindest eine Steuerstange (26; 126a, 126b; 226a, 226b) umfassen, die mit einem inneren Ende schwenkbar an den Schieber (22, 122, 222, 322) angelenkt ist und mit einem äußeren Ende unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungselement schwenkbar an eine der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) angelenkt ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Steuerstangen (126a, 126b; 226a, 226b) zur mechanischen Kopplung des Schiebers (122, 222, 322) mit einer der Spannbacken (116, 118; 216, 218; 316, 318) axial hintereinander und parallel zueinander angeordnet sind.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Führungsmittel, die dazu ausgebildet sind, jeweils eine Spannbacke (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) während ihrer radialen Bewegung nach außen in einer konstanten Winkelstellung bezüglich der Hauptachse (A) des Trägerrohrs (14, 114, 214, 314) zu halten.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel eine Parallelogrammführung bilden.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest ein Verbindungsglied (38, 40; 138; 238), das mit einem inneren Ende schwenkbar an das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) oder an ein auf dem Trägerrohr (14, 114, 214, 314) angeordnetes Lagerelement (30, 32; 130; 230) angelenkt ist und mit einem äußeren Ende unmittelbar oder über ein weiteres Verbindungselement schwenkbar an eine der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) angelenkt ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungsglied (138) zumindest eine Steuerstange (126a) kreuzt.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verbindungsglied (238) mit seinem äußeren Ende an eine Steuerstange (226a) angelenkt ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel Spannmittel umfassen, durch welche der Schieber (22, 122, 222, 322) in eine gespannte Verschiebeposition spannbar ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel eine mechanische Feder (52, 152) umfassen, die im Trägerrohr (14, 114, 214, 314) angeordnet ist.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Enden (62, 64) des Lösestößels (46, 146) symmetrisch ausgebildet sind.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bajonettverriegelung zur Festlegung der Verschiebeposition des Lösestößels (46, 146).
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) außen liegende Aufsätze (68, 268, 368) aus nicht metallischem Material zur Anlage an einer Innenfläche des Werkstücks (12) umfassen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsätze (68, 268, 368) auswechselbar sind.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) außen liegende Lagerplatten (270) umfassen, auf denen die Aufsätze (68, 268) sitzen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsätze (68, 268, 368) die Ränder der Lagerplatten (270) umgreifen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsätze (68, 268, 368) an ihren Innenseiten hinterschnittene Ausnehmungen (276) zur Aufnahme der Lagerplatten (270) aufweisen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatten (270) profilierte Lagerflächen (272) aufweisen, auf denen profilierte Auflageflächen (280) der Aufsätze (68, 268, 368) aufliegen, wobei die Profile der Lagerflächen (270) und der Auflageflächen (280) ineinandergreifen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Lagerflächen (272) oder die profilierten Auflageflächen (280) ein Oberflächenprofil mit Vorsprüngen (274) aufweisen, die in dazu komplementäre Vertiefungen (282) in den Auflageflächen (280) bzw. den Lagerflächen (272) eingreifen.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (274) als pyramidenförmige Spitzen ausgebildet sind.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) in gleichen Winkelabständen um das Trägerrohr (14, 114, 214, 314) herum verteilt angeordnet sind.
Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elastischen Mantel (400), der zumindest einen axialen Abschnitt des Trägerrohrs (14, 114, 214, 314), den Schieber (22, 122, 222, 322) und die Kopplungsmittel zur mechanischen Kopplung des Schiebers (22, 122, 222, 322) mit den Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) umhüllt und mit den Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) abschließt.
Handhabungsvorrichtung für ein hülsenförmiges Werkstück (12), umfassend einen beweglichen Greifarm, der an seinem Ende mit einer Aufnahme für eine Greifeinheit versehen ist, und eine Greifeinheit, umfassend eine Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die lösbar durch die Aufnahme aufgenommen ist.
Handhabungsvorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme einen Linearantrieb umfasst, der im aufgenommenen Zustand der Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) mit deren Lösestößel (46, 146) koppelbar ist.
Bearbeitungsanordnung, umfassend eine Spannvorrichtung (10, 100, 200, 300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 23 und ein hülsenförmiges Werkstück (12), das einen Hohlraum aufweist, in welchen die Spannvorrichtung (200) eingespannt ist, wobei die Aufsätze (68, 268, 368) der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) aus einem elastisch kompressiblen Material bestehen und die Innenfläche des Werkstücks (12), an welcher die Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) anliegen, Ausnehmungen aufweist, in die das elastisch kompressible Material der Aufsätze (68, 268, 368) der Spannbacken (16, 18, 20; 116, 118; 216, 218; 316, 318) eingepresst sind.