DE102020120958A1 - Spannvorrichtung für ein Werkstück und eine Bearbeitungsmaschine mit einer derartigen Spannvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung (S) für ein Werkstück (W) mit einer Pinole (2) zur Ausübung einer Spannkraft auf das Werkstück, die verschiebbar geführt und über ein Federelement (34) abgestützt ist, mit einer selbsthemmenden Vorschubeinrichtung (3) für die Pinole, mit einem elektrischen Motor (6) zum Antrieb der Vorschubeinrichtung und mit einer elektrische Messeinrichtung (42) zur laufenden Erfassung des Istwertes des Einfederwegs (344) des Federelements. Weiterhin ist eine Steuerung (7) vorhanden, die aus dem Motorstrom einen ersten Istwert der Spannkraft der Pinole bestimmt und bei Erreichen eines Sollwerts der Spannkraft den Motor anhält, und die dann aus dem dabei erreichten Istwert des Einfederwegs (344) einen zweiten Istwert der Spannkraft der Pinole bestimmt und bei einer Übereinstimmung mit dem Sollwert und/oder dem ersten Istwert der Spannkraft der Pinole den Motor abschaltet. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Drehbewegung des Motors für die Pinole mit Erreichen des Sollwerts zunächst angehalten wird, dieser aber noch weiterhin die Spannkraft aktiv aufbringt. Nun erfolgt eine Verifikation der erreichten Spannkraft durch Auswertung des Einfederwegs des Federelements. Erst bei Übereinstimmung wird der Motor vollständig abgeschaltet und die weitere Werkstückhalterung den selbsthemmenden Eigenschaften der Vorschubeinrichtung überlassen. Die Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Aufbringung und Überwachung einer durch die Spannvorrichtung erzeugten gewünschten Spannkraft. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine mit zumindest einer Spannvorrichtung, wobei die Steuerung mit der Abschaltung des elektrischen Motors zum Antrieb der Vorschubeinrichtung die Bearbeitungsmaschine frei gibt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein Werkstück sowie eine mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestattete Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Drehmaschine.
• Eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung dient zur ortsfesten Fixierung eines Werkstücks z.B. auf einem Spanntisch oder dem Maschinenbett einer Bearbeitungsmaschine. Es ist dann mit einer z.B. programmgesteuerten Bearbeitungs- oder Werkzeugmaschine, z.B. einer Dreh- oder Fräsmaschine, eine möglichst präzise Bearbeitung eines Werkstücks möglich.
• Aus der DE 26 40 797 A1 ist eine als kraftbetätigter Reitstock bezeichnete Spannvorrichtung bekannt. Diese weist eine Pinole als Spannvorrichtungen zur axialen Fixierung eines Werkstücks auf. Dieser ist durch einen Elektromotor über einen Schneckentrieb und eine Zahnstange mit Zahnrad verfahrbar. Beim Fahren gegen ein Werkstück wird die Pinole mit Erreichen des Werkstückes relativ zum Reitstock bewegt und ein Federpaket gespannt. Bei Erreichen einer gewünschten Gegenkraft wird von der Verlängerung der Pinole ein Endschalter betätigt und der Antriebsmotor abgeschaltet. Als Antriebsmotor wird ein Bremsmotor verwendet. Durch die Selbsthemmung des Schneckentriebes wird der Reitstock in Längsrichtung blockiert und das Werkstück gehalten. Das Federpaket bewirkt ein Nachspannen. Die gewünschte Kraft der Pinole gegen das Werkstück wird erreicht, indem der Träger des Endschalters mit Hilfe eines Handrädchens nach einer Skala verschoben werden kann, an der die Spannkraft ablesbar ist.
• Eine solche Vorrichtung hat den Nachteil, dass damit nur ein ungenauer Wert für die auf das Werkstück einwirkende Kraft der Pinole erzielbar ist. So sind sowohl die Voreinstellung über das Handrädchen als auch die Auslösung über die mechanische Betätigung eines Endschalters mit großen Ungenauigkeiten verbunden. Zudem steht der Antriebsmotor zur Sicherung eines Werkstücks durch die Abschaltung nicht mehr zur Verfügung ohne dass sichergestellt ist, dass im Moment der Abschaltung tatsächlich die zur Einwirkung auf das Werkstück gewünschte Kraft der Pinole aufgebaut werden konnte. Zudem wird angenommen, dass die erreichte Kraft während der gesamten Dauer einer Werkstückbearbeitung in ausreichendem Maße zur Verfügung steht und der Nachspanneffekt des Federpakets ausreichend ist. Es besteht jedoch die Gefahr eines unbemerkten Absinkens der Kraft der Pinole bis hin zu einem vollständigen Versagen der Werkstückeinspannung. Zudem kann sich auch eine unerwünschte Erhöhung der Einspannwirkung z.B. durch eine bei der Bearbeitung hervorgerufene Erhitzung des Werkstücks unbemerkt ereignen.
• Aus der JP 2007-61971 A1 ist ein „Tail Stock Control Device“ bekannt. Diese weist eine „tailstock center“ genannte und über eine Feder abgestützte Haltespitze auf, die auf einem hin- und herfahrbaren Reitstock gehalten ist. Der Reitstock wird von einem Servomotor gegen ein Werkstück angefahren, bis die Haltespitze am Werkstück anliegt und das Drehmoment des Servomotors einen Grenzwert überschreitet. In diesem Moment wird der Vortrieb des Motors angehalten und die erreichte Lage des Reitstocks erfasst. Diese Reitstockposition wird mittels einer Lageregelung über den Servomotor aufrechterhalten, um die Werkstückeinspannung sicherzustellen.
• Diese Vorrichtung weist den besonderen Nachteil auf, dass der Servomotor ständig in Eingriff ist, um die Einspannung des Werkstücks über die Lageregelung aufrechtzuerhalten. Dies erfordert nicht nur einen ständigen Einsatz elektrischer Energie und verursacht einen kontinuierlichen Verschleiß der Komponenten der Vorrichtung. Vielmehr besteht die Gefahr, dass bei einem Energieausfall die Spannwirkung auf das Werkstück verlorengeht. Die Vorrichtung weist den weiteren Nachteil auf, dass es aus der im Moment des Übergangs von der Drehmoment- auf die Lageregelung des Motors erreichten Position des Reitstocks nicht möglich ist, die an der Haltespitze vorliegenden Kraftverhältnisse zu überprüfen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Spannvorrichtung anzugeben, die eine zuverlässige Aufbringung und Überwachung einer gewünschten Spannkraft auf ein Werkstück in einer möglichst energiesparenden Weise ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit der in Anspruch 1 angegebenen Spannvorrichtung sowie der im Anspruch 6 angegebenen und mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestatteten Bearbeitungsmaschine. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
• Eine gemäß der Erfindung ausgeführte Spannvorrichtung für ein Werkstück weist eine Pinole zur Ausübung einer Spannkraft auf das Werkstück auf. Dabei ist die Pinole verschiebbar geführt und über ein Federelement abgestützt. Zur Verschiebung der Pinole dient eine selbsthemmende Vorschubeinrichtung, die über einen elektrischen Motor angetrieben wird.
• Zur zuverlässigen Aufbringung und Überwachung einer gewünschten Spannkraft ist die Spannvorrichtung erfindungsgemäß weiterhin ausgestattet mit einer elektrischen Messeinrichtung zur laufenden Erfassung des Istwertes des Einfederwegs des Federelements. Eine Steuerung bestimmt in einem ersten Schritt aus dem Motorstrom einen ersten Istwert der Spannkraft der Pinole und hält den Motor bei Erreichen eines vorgegebenen Sollwerts der Spannkraft an. Die Steuerung bestimmt nun in einem zweiten Schritt aus dem dabei erreichten Istwert des Einfederwegs einen zweiten Istwert der Spannkraft der Pinole und schaltet den Motor bei einer Übereinstimmung mit dem Sollwert und/oder dem ersten Istwert der Spannkraft der Pinole ab.
• Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Ein erster Vorteil besteht darin, dass die laufende Auswertung des Stroms des elektrischen Motors, der zum Antrieb der Pinolenvorschubeinrichtung dient, mittels der Steuerung eine genaue Bestimmung eines ersten Istwerts der Spannkraft der Pinole ermöglicht. Damit ist eine Unterbrechung des weiteren Vorschubs des Motors in dem Moment möglich, in dem der aktuell erfasste Istwert die Größe eines vorgegebenen Sollwerts der von der Pinole in einer gewünschten Weise auszuübenden Spannkraft erreicht hat. Die Drehbewegung des Motors kann somit punktgenau bei Erreichen eines gewünschten Spannkraftwertes angehalten werden. Der Wert der in diesem Moment anliegenden Spannkraft ist somit genau bekannt und wird vom Motor zunächst auch präzise aufrechterhalten, da dieser nur angehalten aber noch nicht vollständig abgeschaltet ist, d.h. insbesondere dessen Drehmomentregelung noch aktiv ist.
• Dieser erste Istwert der Spannkraft kann z.B. aus dem Istwert des Motorstroms abgeleitet werden, indem die Steuerung hieraus das vom Motor erzeugte Drehmoment und unter Berücksichtigung des bekannten Wertes der Übersetzung der selbsthemmenden Vorschubeinrichtung die von der Pinole auf das Werkstück ausgeübte aktuelle Spannkraft bestimmt. Hierzu können vorteilhaft Kennlinien in der Steuerung hinterlegt sein, welche die Zusammenhänge zwischen Motorstrom und Motordrehmoment sowie Übersetzung und Spannkraft der Vorschubeinrichtung enthalten.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße zusätzliche laufende Erfassung des Istwertes des Einfederwegs des Federelements eine Überprüfung des im Moment der Anhaltung des elektrischen Motors erreichten und von der Pinole auf das Werkstück ausgeübten Spannkraftistwerts ermöglicht.
• Das tatsächliche Erreichen eines gewünschten Spannkraftsollwertes wird erfindungsgemäß durch einen Vergleich des aus der Messung des Einfederwegs abgeleiteten zweiten Istwerts der Spannkraft der Pinole mit dem aus der Messung des Motorstroms abgeleiteten ersten Istwert der Spannkraft der Pinole im Moment des Motorhalts verifiziert. Da in diesem Moment der aus dem Motorstrom abgeleitete erste Istwert der Spannkraft die Größe des jeweils vorgegebenen Sollwerts der Spannkraft der Pinole angenommen hat, kann eine Verifikation erfindungsgemäß in der gleichen Weise auch durch einen Vergleich des zweiten Istwerts der Spannkraft im Moment des Motorhalts mit dem Sollwert der Spannkraft vorgenommen werden.
• Diese Verifikation kann auch als eine zweikanalige Sicherheitsüberprüfung bezeichnet werden. Hiermit können mögliche Messfehler erkannt werden, die z.B. von verschmutzungs- und alterungsbedingten Veränderungen der inneren Reibungen in den und zwischen den beteiligten Komponenten der Spannvorrichtung hervorgerufen werden, d.h. im elektrischen Motor, der selbsthemmenden Vorschubeinrichtung, der Pinole und eventuell weiteren, zwischengeschalteten Komponenten, z.B. einem Übersetzungsgetriebe zwischen Motor und Vorschubeinrichtung.
• Weichen der erste und zweite Istwert jedoch voneinander ab, so wird aus Sicherheitsgründen von einer Abschaltung des Motors abgesehen. Es kann nicht von einer sicheren Einspannung des Werkstücks, die für eine fehler- und unfallfreie Bearbeitung notwendig ist, ausgegangen werden. Das Werkstück wird weiterhin von der Drehmomentregelung des Motors aktiv gehalten. Ein Maschinenbediener kann dann Ursachen des Problems suchen und eventuell den Einspannvorgang wiederholen.
• Dieser zweite Istwert der Spannkraft kann z.B. aus dem Istwert des Einfederwegs des Federelements abgeleitet werden, indem die Steuerung hieraus unter Berücksichtigung bekannter Federkennwerte ebenfalls einen Wert der von der Pinole auf das Werkstück ausgeübten aktuellen Spannkraft bestimmt. Auch hierzu kann vorteilhaft eine Federkennlinie in der Steuerung hinterlegt sein, welche den Zusammenhang zwischen Einfederweg und der dabei auftretenden Federkraft enthält.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Falle eines positiven Ergebnisses der zweikanaligen Sicherheitsüberprüfung die Steuerung den Motor abschalten kann. Die weitere Aufrechterhaltung der von der Pinole auf das Werkstück ausgeübten Spannkraft kann dann sicher den selbsthemmenden mechanischen Eigenschaften der Vorschubeinrichtung überlassen werden. Das Werkstück wird passiv sicher gehalten und der elektrische Motor vollkommen abgeschaltet, d.h. es werden die Drehmomentregelung stillgesetzt und die Energieversorgung unterbrochen. Es wird die vorteilhafte Wirkung erzielt, dass die von der Pinole auf ein Werkstück ausgeübte Spannkraft auch bei einer zufälligen bzw. gezielten Unterbrechung der Energiezufuhr des Motors zuverlässig aufrechterhalten wird. Erfindungsgemäß wird die Spannkraft allein durch die selbsthemmende Vorschubeinrichtung aufrechterhalten, ohne dass es einer weiteren motorischen Unterstützung bedarf. Es wird elektrische Energie eingespart und der Verschleiß mechanischer Motorkomponenten reduziert. Zudem muss besonders der Motor nicht mit zusätzlichen Bremsen ausgestattet sein.
• Die Vorschubeinrichtung ist erfindungsgemäß selbsthemmend ausgeführt. Dies verhindert im Ruhezustand der Vorschubeinrichtung, d.h. bei einem Ausfall oder einer Abschaltung der vom Motor ausgeübten Druckkraft, ein selbstständiges Verschieben der Pinole im Sinne eines Nachgebens, d.h. ein unerwünschtes Zurückweichen vom Anlagepunkt am Werkstück. Hierzu kann die Vorschubeinrichtung einen insbesondere durch Reibung herbeigeführten inneren Widerstand aufweisen. Die Vorschubeinrichtung ist somit insbesondere gegen eine axiale Verkürzung gehemmt und behält auch ohne Einwirkung des Motors annähernd die jeweils vorliegende axiale Länge.
• Die Abschaltung des Motors erfolgt bevorzugt bei einer möglichst großen Übereinstimmung des zweiten Istwerts der Spannkraft der Pinole mit dem Sollwert und/oder mit dem ersten Istwert der Spannkraft der Pinole. In der Praxis können dabei auch toleranzbedingte und bei der jeweiligen Anwendung als üblich angesehene Abweichungen zugelassen sein. So können u.U. Abweichungen des zweiten Istwerts in einem Toleranzbereich von z.B. bis zu ± 15 % vom Sollwert bzw. dem ersten Istwert noch immer als übereinstimmend im Sinne der Erfindung angesehen werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Spannvorrichtung einen Grundkörper auf, in dem die Pinole axial geführt und zu dessen Erststreckung verschiebbar, d.h. aus- und einfahrbar, ist. Bevorzugt durch einen Vorschub der Pinole wird eine Spannkraft auf ein vor der Pinole platziertes Werkstück ausgeübt. Hierfür ist die Pinole über eine bevorzugt ebenfalls axial auf die Pinole einwirkende Vorschubeinrichtung relativ zum Grundkörper verfahrbar, insbesondere aus dem Grundkörper ausfahrbar. Bevorzugt kann weiterhin die Vorschubeinrichtung hierzu selbst längenveränderlich sein.
• Diese greift axial an einem Ende der Pinole an und ist axial über ein Federelement, bevorzugt eine Axialdruckfeder, am Grundkörper abgestützt. Zur Erzeugung einer Spannkraft wird die Vorschubeinrichtung axial zur Pinole durch den elektrischen Motor angetrieben. Dabei wird die Pinole bevorzugt ausgefahren und an das Werkstück angelegt. Zudem wird das Federelement bei diesem Vorgang zumindest teilweise elastisch komprimiert. Die dabei auftretende Verkürzung wird als Einfederweg bezeichnet. Die hierdurch erzeugte elastische Rückfederkraft wird über die Vorschubeinrichtung auf die Pinole und als Spannkraft auf ein Werkstück übertragen.
• Die axial verschiebbare Führung der Pinole in einem Grundkörper hat weitere Vorteile. So ermöglicht der Grundkörper einerseits zumindest eine Halterung der Pinole an einer stützenden Struktur. Je nach Ausführung kann vorteilhaft auch die gesamte Spannvorrichtung über den Grundkörper an einer stützenden Struktur fixiert werden. Als stützende Strukturen können z.B. das Maschinenbett einer Dreh-, Fräs- oder Werkzeugmaschine, ein z.B. auf einem Maschinenbett längsverschiebbarer Reitstock und eine Lünette dienen.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der Grundkörper im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgeführt sein, in dessen Innerem die Pinole axial verschiebbar geführt ist. Diese Ausführung ermöglicht die Ausübung von besonders hohen Spannkräften ohne die Gefahr einer Verbiegung der Pinole.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Vorschubeinrichtung eine Antriebswelle und eine Gewindemutter auf. Beide sind über ein selbsthemmendes Gewinde miteinander in Eingriff. Die Position der Gewindemutter relativ zur Antriebswelle und somit die Distanz zwischen einem Wellenende bzw. Wellenabsatz und der Gewindemutter sind durch Rotation eines der beiden Körper veränderbar. Es ist somit die axiale Wirklänge einer aus Antriebswelle und Gewindemutter ausgeführten Vorschubeinrichtung durch eine Rotation eines der Körper veränderbar.
• Das Gewinde zwischen Antriebswelle und Gewindemutter ist selbsthemmend ausgeführt, sodass keine Verdrehungen der Körper zueinander durch axiale Druckkräfte auftreten. Eine derartige Vorschubeinrichtung ist vorteilhaft mit geringem Aufwand herstellbar, weist eine zuverlässige Selbsthemmung und hohe Lebensdauer auf.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Antriebswelle mit dem Motor verbunden und die Gewindemutter drehfest an der Pinole gehalten. Die Rotation kann bei dieser Ausführung bevorzugt dadurch hervorgerufen werden, dass der elektrische Motor direkt in der Achse auf die Antriebswelle einwirkt. Eine Veränderung der Länge der Vorschubeinrichtung wird durch eine Rotation der bis auf den Einfederweg des Federelements ortsfesten Antriebswelle über den Motor und dem Lauf der drehfest mit der Pinole verbundenen Gewindemutter bewirkt. Bei Rücklauf von Gewindemutter und Pinole insbesondere in Inneren eines bevorzugt hohlkörperförmigen Grundkörpers erfolgt eine Überlappung von Antriebswelle und Pinole. Es wird so vorteilhaft ein Überstehen der Antriebswelle bei eingefahrener Pinole vermieden. Eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist besonders kompakt, da die Vorschubeinrichtung unabhängig von deren jeweiliger logischen Länge eine annähernd konstante axiale Baulänge aufweist.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Vorschubeinrichtung über eine drehfeste Hülse und das Federelement am Grundkörper abgestützt, und ein Signalgeber der elektrischen Wegmesseinrichtung, insbesondere der Signalkopf einer auf einem induktiven Messprinzip beruhenden Wegmesseinrichtung, ist an der Hülse gehalten. Bei dieser Ausführung ist eine zusätzliche Hülse zwischen Vorschubeinrichtung und Federelement angeordnet. Bei der Kompression des Federelements erfolgt somit ebenfalls eine axiale Verschiebung der Hülse. Die Hülse ist drehfest ausgeführt, sodass bei deren axialer Verschiebung annähernd keine zusätzliche Rotationsbewegung erfolgt. Hiermit wird die Abtastung des Einfederwegs durch die elektrische Wegmesseinrichtung erleichtert. Ein Signalgeber der elektrischen Wegmesseinrichtung ist an der Hülse gehalten und bewegt sich bei der elastischen Kompression des Federelements annähernd auf einer geraden Linie entlang des Einfederwegs ohne zusätzliche Rotationsbewegung. Die Ermittlung des Einfederwegs ist somit bereits entlang nur einer Bewegungskomponente möglich.
• Bei einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung sind die selbsthemmenden Gewinde zwischen Antriebswelle und Gewindemutter als Trapezgewinde ausgeführt. Weisen diese eine für eine Selbsthemmung geeignete Steigung auf, so kann eine nutzbar innere Verklemmung zwischen den Gewindegängen auftreten.
• Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung dient als ein Federelement zumindest eine Axialdruckfeder. Bei einem Antrieb der Vorschubeinrichtung derart, dass ein geringer Einfederweg und eine geringe elastische Federkraft am Federelement auftreten, wird von der Pinole eine geringe Spannkraft auf ein Werkstück ausgeübt. Bei einem Antrieb der Vorschubeinrichtung derart, dass ein hoher Einfederweg und eine hohe elastische Federkraft am Federelement auftreten, wird von der Pinole eine hohe Spannkraft auf ein Werkstück ausgeübt. Bei der Verwendung einer Axialdruckfeder als Federelement tritt vorteilhaft ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen Einfederweg und der dabei auftretenden Federkraft auf. Bei einer vorteilhaften Verwendung einer Axialdruckfeder ist die von der Spannvorrichtung auf ein Werkstück ausgeübte Spannkraft annähernd proportional zu dem durch die Vorschubeinrichtung herbeigeführten und die elektrische Messeinrichtung erfassten Einfederweg.
• Bearbeitungsmaschinen sind besonders geeignet, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestattet zu werden. So kann z.B. der Reitstock insbesondere an einer Drehmaschine mit einer gemäß der Erfindung ausgeführten Spannvorrichtung als zusätzliches Bauelement ausgestattet werden, ohne dass weitere konstruktive Anpassungen erforderlich sind. Weiterhin kann z.B. eine Lünette mit drei erfindungsgemäßen Spannvorrichtungen ausgestattet sein, die radial in Abständen von 120° um eine Aufnahmeöffnung angeordnet sind.
• Dies macht es möglich, dass gemäß einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung die Steuerung mit dem Abschalten des elektrischen Antriebsmotors für die selbsthemmende Vorschubeinrichtung die Bearbeitungsmaschine freigeben kann. Da der erfolgreiche Aufbau eines erfindungsgemäß Einspannzustandes des Werkstücks über die Pinole der Spannvorrichtung in diesem Moment doppelt geprüft ist, ist nun eine sichere Bearbeitung des Werkstücks mit den Betriebsmitteln der jeweiligen Werkzeugmaschine möglich. Diese können somit aktiviert werden.
• Bei einer Drehmaschine als eine beispielhafte Bearbeitungsmaschine können hierzu z.B. die Drehung der Hauptspindel, Schlittenantriebe und programmgesteuerte Bearbeitungen eines in der Hauptspindel gehaltenen Werkstücks freigegeben werden.
• Einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung bietet die erfindungsgemäße Spannvorrichtung den besonderen weiteren Vorteil, dass eine auf ein Werkstück ausgeübte Spannkraft nicht nur ohne unterstützende Hilfsenergie selbstständig aufrechterhalten, sondern mittels der Wegmesseinrichtung in diesem Zustand auch dauerhaft überwacht werden kann.
• Hierzu kann die Steuerung den im Moment der Abschaltung des Antriebsmotors der Vorschubeinrichtung vorliegenden Einfederweg des Federelements, d.h. den Wert des Einfederwegs bei Erreichen einer gewünschten Werkstückeinspannung, erfassen und als einen Sollwert abspeichern. Eine laufende weitere Erfassung des Istwerts des Einfederwegs bei abgeschaltetem Motor für die Vorschubeinrichtung macht einen ständigen Vergleich mit dem Sollwert möglich. Wird dabei das Auftreten einer ersten Abweichung detektiert, so wird von der Steuerung eine Fehlermeldung erzeugt.
• Vorteilhaft ist die Größe dieser Abweichung so parametriert, dass die Fehlermeldung bereits dann erzeugt wird, bevor eine sicherheitskritische Veränderung der Werkstückeinspannung eintritt. Diese kann z.B. eine manuelle Überprüfung des Einspannzustands des Werkstücks durch einen Bediener auslösen, ohne dass ein Not-Halt der gesamten Bearbeitungsvorrichtung erforderlich ist. In der Praxis können dabei Abweichungen, die z.B. in einem Toleranzbereich von - 5 % bis + 10 % um den im Moment der Motorabschaltung erreichten Istwert des Einfederwegs liegen, eine solche Fehlermeldung auslösen.
• Es ist so vorteilhaft eine zuverlässige Beobachtung und Überwachung des Einspannzustands eines Werkstücks sowohl bei laufendem Betrieb der Bearbeitungsmaschine als auch nach einer vorübergehenden Arbeitsunterbrechung möglich.
• So wird ein Maschinenführer durch die Fehlermeldung bei laufender Bearbeitung darüber informiert, dass sich eine unerwünschte Veränderung im Einspannzustand des Werkstücks ereignet hat. Diese kann durch ein Absinken der gewünschten Einspannung, z.B. auf Grund einer Lockerung von Werkzeugspannmitteln, oder auch durch ein Ansteigen der Einspannung, z.B. durch unerwünschte thermische Ausdehnungen auf Grund der Werkstückbearbeitung, verursacht werden.
• In der Praxis ist es damit einem Bediener aber auch möglich, eine Werkstückbearbeitung zu unterbrechen, den Ort der Werkstückbearbeitung zu verlassen und nach einer Rückkehr dorthin eine zuverlässige Kenntnis über den aktuellen Zustand der Werkstückeinspannung zu erhalten. Findet er dabei die Bearbeitungsmaschine ohne Fehlermeldung und in einem von der Steuerung der Spannvorrichtung weiterhin freigegebenen Zustand vor, so kann er von einer ordnungsgemäßen Aufrechterhaltung der Werkstückspannung durch die die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ausgehen. Auf Grund der erfindungsgemäßen Abschaltung des Antriebsmotors für die Vorschubeinrichtung der Spannvorrichtung befindet sich eine damit ausgestattete Bearbeitungsmaschine zudem in einem sicheren Betriebszustand. Ein Bediener kann nach einer Rückkehr zu seinem Arbeitsplatz eine Werkstückbearbeitung durch eine Wiedereinschaltung der Betriebsmittel z.B. einer Drehmaschine unmittelbar fortsetzen, sofern diesem von der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung eine unveränderte Werkstückeinspannung gemeldet wird. Andernfalls wird der Bediener einer anstehenden Fehlermeldung nachgehen und die Ursache insbesondere einer möglichen Werkstücklockerung suchen und abstellen. Die Erfindung macht es also möglich, eine auf ein Werkstück einwirkende erfindungsgemäße Spannvorrichtung sowie eine damit ausgestattete, vorübergehend manuell stillgesetzte Bearbeitungsmaschine auch bei eingespanntem Werkstück längere Zeit unbeobachtet zu lassen, d.h. z.B. über Nacht oder über ein Wochenende.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung gibt die Steuerung einen aktiven Stopp-Befehl für die Bearbeitungsmaschine aus, wenn sich der Ist-Wert des Einfederwegs vom Sollwert um mehr als eine zweite Abweichung unterscheidet, welcher größer ist als die erste Abweichung.
• Dieser führt bei einem laufenden Betrieb der Bearbeitungsmaschine zu einer sofortigen, zwangsweisen Stillsetzung und einer Unterbrechung des laufenden Bearbeitungsvorgangs auch auf die Gefahr, dass ein nicht fertiggestelltes Werkstück dabei u.U. irreversibel beschädigt wird. In einem solchen Fall wird die Gefahr eines Versagens der Einspannung eines Werkstücks als so sicherheitsrelevant angesehen, dass kein Weiterbetrieb zugelassen werden kann. Es wird die Gefahr von Beschädigungen an der Bearbeitungsmaschine und von eventuellen Verletzungen von Bedienpersonen vermieden. In der Praxis können dabei Abweichungen, die z.B. in einem erweiterten Toleranzbereich von ± 15 % um den im Moment der Motorabschaltung erreichten Istwert des Einfederwegs liegen, eine Notstillsetzung auslösen.
• Bearbeitungsmaschinen, die mit einem Reitstock ausgestattet sind, sind besonders geeignet auch mit zumindest einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestattet zu werden. Dabei kann der Reitstock selbst zur Anbringung der Spannvorrichtung an der Maschine genutzt werden.
• Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausführungen derselben werden anhand der kurz angeführten Figuren nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen
• 1 eine beispielhafte vorteilhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer seitlichen schematischen Schnittansicht,
• 2 einen Detailausschnitt der Schnittansicht von 1 im Bereich der selbsthemmenden Vorschubeinrichtung, wobei ein bevorzugt als eine Axialdruckfeder ausgeführtes Federelement noch nicht axial elastisch komprimiert ist und somit durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung noch keine Spannkraft erzeugt wird, und
• 3 den beispielhaften Detailausschnitt von 2 in einem Zustand, bei dem das Federelement axial elastisch komprimiert ist, sodass durch die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eine Spannkraft erzeugt wird.
• Die vorliegenden Figuren sind Prinzipskizzen und dienen zur anschaulichen Erläuterung der Erfindung.
• 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung S für ein Werkstück W. Diese ist vorteilhaft ausgestattet mit einem Grundkörper 1, der besonders vorteilhaft als ein Hohlkörper ausgeführt ist. Im Beispiel der 1 weist der Grundkörper 1 ein Pinolenrohr 11 mit einem Aufnahmekanal 111 für eine Pinole 2 und ein Trägerrohr 12 auf, das insbesondere zur Aufnahme einer selbsthemmenden Vorschubeinrichtung 3 dient. Pinolenrohr 11 und Trägerrohr 12 sind vorteilhaft als Hohlkörper, z.B. als Hohlzylinder, ausgeführt und gehen auf einer gemeinsamen Mittelachse 9 liegend ineinander über. Im Beispiel der 1 weist hierzu das Trägerrohr 12 an einem ersten Rohrende 121 vorteilhaft einen Flansch 122 auf, über den das Pinolenrohr 11 an einem zweiten Rohrende 113 axial gehalten ist.
• Die Pinole 2 dient zur Ausübung einer Spannkraft auf ein Werkstück W. Dieses ist in 1 links nur schematisch angedeutet und wird von der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung z.B. in einer nicht dargestellten Werkstückaufnahme einer Bearbeitungsmaschine gehalten. Diese Fixierung macht es möglich, dass Bearbeitungen unterschiedlichster Art durch die Werkzeuge einer Bearbeitungsmaschine an dem Werkstück sicher und genau durchgeführt werden können, z.B. Bohrungen, Fräsungen, spanabhebende Oberflächenbearbeitungen und vieles mehr.
• Die Pinole 2 ist besonders vorteilhaft im Aufnahmekanal 111 des Pinolenrohrs 11 des Grundkörpers 1 entlang einer Mittellinie 9 axial verschiebbar geführt und weist einen bevorzugt rohrförmigen Pinolenkörper 21 mit einem Mittelkanal 22 auf. Im Beispiel der 1 ist an dessen erstem Ende 23 vorteilhaft eine zusätzliche Kegelaufnahme 25 eingebracht, in der eine Zentrierspitze 8 gehalten ist. Hierüber ist die Pinole 2 zunächst noch ohne Ausübung einer Spannkraft an das Werkstück W angelegt.
• Die erfindungsgemäß Spannvorrichtung S weist weiterhin eine selbsthemmende Vorschubeinrichtung 3 für die Pinole 2 auf. Diese ermöglicht ein Verfahren der Pinole 2 im Grundkörper 1 entlang der Mittelachse 9. Hiermit kann die Pinole 2 z.B. am ersten Rohrende 112 des Pinolenrohrs 11 herausgefahren und an das Werkstück W angelegt werden. Für eine Freigabe des Werkstücks kann die Pinole 2 über die Vorschubeinrichtung 3 in umgekehrter Richtung wieder in das Pinolenrohrs 11 zurückgezogen werden. Erfindungsgemäß ist die selbsthemmende Vorschubeinrichtung 3 über ein Federelement abgestützt, welches im Beispiel der 1 als eine im Trägerrohr 12 des Grundkörpers 1 abgestützte Axialdruckfeder 34 ausgeführt ist.
• Erfindungsgemäß ist die Vorschubeinrichtung 3 gegen eine axiale Selbstverstellung gehemmt. Der jeweilige Zustand der Vorschubeinrichtung, insbesondere eine aktuelle Ausfahrposition, kann auch durch Kräfte nicht verändert werden, die entlang der Mittelachse 9 wirken und bei der Ausübung einer Spannkraft durch die Pinole 2 auf das Werkstück W auftreten.
• Bei einer besonders vorteilhaften und im Beispiel der 1 bereits dargestellten Ausführung weist die selbsthemmende Vorschubeinrichtung 3 eine in der Mittelachse 9 der Pinole 9 liegende Antriebswelle 31 und eine Gewindemutter 32 auf. Diese sind vorteilhaft über ein selbsthemmendes Innengewinde 321 an der Gewindemutter 32 und ein selbsthemmendes Außengewinde 312 an der Antriebswelle 31 in einem wechselseitigen Eingriff. Dabei stellt die Selbsthemmung einen Zustand dar, bei dem die Vorschubeinrichtung 3 durch innere Reibungen zwischen den Gewinden 321 und 312 an einer Selbstverstellung gehindert ist, sofern auf die Vorschubeinrichtung eine axiale Druckkraft einwirkt.
• Eine Veränderung der resultierenden axialen Länge der Vorschubeinrichtung 3 und damit ein axiales Aus- bzw. Einfahren der Pinole 2 aus dem bzw. in den Grundkörper 1 wird im Ausführungsbeispiel der 1 durch eine Rotation der ortfesten Antriebswelle 31 und einem daraus resultierenden Vor- bzw. Rücklauf der Gewindemutter 32 auf der ortfesten Antriebswelle 31 hervorgerufen. Die ineinandergreifenden Gewinde 321 und 312 sind in 1 symbolisch durch eine dicke Linie dargestellt.
• Im Beispiel der 1 weist die Antriebswelle 31 vorteilhaft einen ersten Pinolenabschnitt 311 mit dem selbsthemmenden Gewinde 312 für die Gewindemutter 32, einen zweiten Lager- und Stützabschnitt 313 zur Führung im Grundkörper 1 und einen dritten Antriebsabschnitt 317 im Trägerrohr 12 auf. Die Gewindemutter 32 ist vorteilhaft am zweiten Pinolenende 24 drehfest gehalten. Die Pinole 2 ist somit durch Rotation der Antriebswelle 31 entlang der Mittelachse 9 zur Ausübung einer Spannkraft auf das Werkstück W aus dem Grundkörper 1 herausfahrbar, im Beispiel der 1 nach links, und zur Freigabe des Werkstücks W wieder in den Grundkörper 1 einfahrbar, im Beispiel der 1 nach rechts. Zur Vermeidung einer unerwünschten rotatorischen Mitnahme der Pinole bei solchen Ein- und Ausfahrbewegungen können vorteilhaft Mittel zur Verdrehsicherung vorhanden sein, z.B. Führungen zwischen dem hohlkörperartigen Pinolenrohr 11 des Grundkörpers 1 und dem Pinolenkörper 21.
• Im Beispiel der 1 weist die dargestellte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung S eine Hülse 33 und eine Hülsenlagerung 35 auf. Darüber ist sind insbesondere die Antriebswelle 31 und die Axialdruckfeder 34 der Vorschubeinrichtung 3 am Grundkörper 1 abgestützt. Ein vorteilhafter Aufbau von Hülse 33 und Hülsenlagerung 35 wird an der beispielhaften Detailansicht von 2 noch näher erläutert.
• Die Spannvorrichtung S weist erfindungsgemäß einen elektrischen Motor 6 zum Antrieb der selbsthemmenden Vorschubeinrichtung 3 auf. Dieser ist im Beispiel der 1 vorteilhaft über ein Getriebe 5 mit dem Antriebsabschnitt 317 der Antriebswelle 31 verbunden. Das Getriebe 5 ist am zweiten Ende 128 des Trägerrohrs 12 gehalten. Getriebe 5 und Motor 6 sind im Beispiel der 1 nur schematisch dargestellt.
• Erfindungsgemäß weist die Spannvorrichtung S weiterhin eine elektrische Messeinrichtung zur laufenden Erfassung des Istwertes des Einfederwegs des Federelements auf, insbesondere in Form einer bevorzugt absoluten Wegmesseinrichtung.
• Diese macht es insbesondere möglich, den bei der Erreichung einer vorgegebenen Spannkraft auf das Werkstück und der folgenden Unterbrechung der Weiterdrehung des auf die Pinole 2 einwirkenden Motors 6 erreichten Einfederweg der Axialdruckfeder 34 zu erfassen. Hierzu ist im Beispiel der 1 eine elektrische Messeinrichtung 42 zur automatischen Erfassung des Istwertes des Einfederwegs 344 vorhanden, deren elektrisches Messignal über eine elektrische Verbindung 72 an die Steuerung übermittelt wird. Ein solcher Einfederweg ist im Beispiel der 3 dargestellt.
• Im Beispiel der 1 ist vorteilhaft eine zusätzliche mechanische Messeinrichtung 41 für den Einfederweg vorhanden. Diese ermöglicht einem Maschinenführen additiv eine einfache visuelle, schnelle Ablesung des aktuellen Wertes des Einfederwegs.
• Vorteilhafte Aufbauten einer elektrischen Messeinrichtung 42 sowie einer möglichen zusätzlichen mechanischen Messeinrichtung 41 sind beispielhaft in 2 erläutert.
• Die Spannvorrichtung S weist erfindungsgemäß zudem eine Steuerung 7 auf, die den elektrischen Motor 6, wie es vorstehend bereits ist im Detail erläutert ist, bei Erreichen einer vorgegebenen Spannkraft zunächst anhält und nach einer erfolgreichen Verifikation dann abschaltet.
• Im Beispiel der 1 ist die Steuerung 7 über eine erste elektrische Verbindung 71 mit dem Motor 6 und über eine zweite elektrische Verbindung 72 mit der Messeinrichtung 42 verbunden. Der Steuerung 7 ist ein anwendungsabhängiger Wert der Spannkraft vorgebbar, z.B. in Form eines Kraft-, Drehmoment- oder Stromwerts für den Motor 6. Zur Aufbringung der Spannkraft auf das Werkstück W aktiviert die Steuerung 7 den Motor 6. Über das Getriebe 5 erfolgt der Antrieb der Vorschubeinrichtung 3, d.h. bei den in den 1 bis 3 dargestellten Beispielen vorteilhaft durch eine Rotation der Antriebswelle 31 um die Mittelachse 9. Dies hat eine axiale Verschiebung der drehfesten Gewindemutter 32 auf der Antriebswelle 31 und der mitgeführten Pinole 2 entlang der Mittelachse 9 zur Folge.
• Bei Anlage der Pinole 2 an das Werkstück W, d.h. im Beispiel der 1 das Erreichen des Werkstücks W durch die Zentrierspitze 8, ist keine weitere Verschiebung der Pinole 2 in Richtung des Werkstücks W mehr möglich. Zum Aufbau einer vorgegebenen Spannkraft wird die Vorschubeinrichtung 3 durch den Motor 6 weiter angetrieben. Dies hat ein Ausweichen der Antriebswelle 31 zurück in die Richtung des Getriebes 5 zur Folge. Im Beispiel der 1 weicht dabei das rechte Ende des dritten Abschnitt 317 der Antriebswelle 31 nach rechts in das Innere des Getriebes 5 aus. Dies hat weiterhin eine elastische Kompression des Federelements 34 und den Aufbau einer Rückfederkraft zur Folge. Diese wird dann als Spannkraft über die Vorschubeinrichtung 3 und die Pinole 2 auf das Werkstück W übertragen.
• Erfindungsgemäß wird der Motor 6 durch die Steuerung 7 nach Erreichen einer vorgegebenen Spannkraft zunächst angehalten und nach einer erfolgreichen Verifikation des Wertes der Spannkraft abgeschaltet.
• Erfindungsgemäß wird hierzu die Erreichung eines vorgegebenen Sollwertes der Spannkraft durch eine Auswertung des vom Motor 6 verbrauchten Stromes direkt in der Steuerung 7 detektiert und in einem ersten Schritt die weitere Drehbewegung des elektrischen Motors 6 bei weiter aktiver Drehmomentregelung angehalten. Zudem wird der dabei aufgetretene Einfederweg 344 der Axialdruckfeder 34 über die elektrische Messeinrichtung 42 erfasst und über eine elektrische Signalverbindung 72 zur weiteren Verarbeitung an die Steuerung 7 übertragen. Diese leitet daraus erfindungsgemäß einen zweiten Istwert der Spannkraft ab, der durch einen Vergleich mit dem Sollwert und/oder dem ersten Istwert der Spannkraft eine Verifikation der vorliegenden Spannkraft ermöglicht. Wird dabei einer Übereinstimmung festgestellt, wird der Motor 6 in einem zweiten Schritt von Steuerung 7 abgeschaltet. Die weitere Aufrechterhaltung der Spannkraft erfolgt dann verlustfrei durch die mechanische Selbsthemmung der Vorschubeinrichtung 3.
• Bei einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung speichert die Steuerung 7 den bei Abschaltung des Motors 6 erreichten Einfederweg 344 als Sollwert, erfasst weiter laufend den Ist-Wert des Einfederwegs und gibt eine Fehlermeldung aus, wenn Ist-Wert und Sollwert mehr als eine erste Abweichung aufweisen. Die Erfindung bietet damit den weiteren Vorteil einer Überwachung der Aufrechterhaltung der mittels mechanischer Selbsthemmung aufgebauten Spannkraft durch Überwachung des Einfederwegs des Federelements. Hierzu kann der Antriebsmotor für die Vorschubeinrichtung vollständig abgeschaltet sein, sodass elektrische Energie eingespart wird und kein Verschleiß eintritt. Es ist lediglich die weitere Stromversorgung elektrischen Messeinrichtung und der Steuerung aufrechtzuerhalten.
• Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der Erfindung stellt die Steuerung 7 vorteilhaft ein elektrisches Signal zur Verfügung, wenn der Ist-Wert des Einfederwegs des Federelements vom gespeicherten Sollwert um mehr als einen zweiten Abweichung divergiert, welcher größer ist als der erste Abweichung. Dieses Signal kann z.B. als ein Stopp-Befehl genutzt werden, um eine Werkzeugmaschine, die mit zumindest einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestattet ist, stillzusetzen und eine weitere Bearbeitung eines Werkstücks zu unterbrechen. Als zweiter Toleranzwert kann beispielhaft eine Abweichung vorgegeben werden, ab der eine zuverlässige Einspannung eines Werkstücks nicht mehr sichergestellt ist. Ein bei Abweichung des Ist-Werts um mehr als den zweiten Toleranzwert ausgegebene Stopp-Befehl kann von Einrichtungen, in denen eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung S verwendet wird, z.B. in Werkzeugmaschinen, dahingehend ausgewertet werden, dass eine Inbetriebnahme der Einrichtung, z.B. eine Drehmaschine, verhindert oder eine in Betrieb befindliche Einrichtung angehalten wird. Ein solcher Stopp-Befehl kann z.B. zur Schnellabschaltung einer mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine genutzt werden. Ein solcher Fall kann auftreten, wenn sich während einer Bearbeitung mechanische Halterungen gelöst haben, z.B. ein Reitstock mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung unerwartet ausweicht und die Gefahr eines Herausfallens des Werkstücks besteht.
• In 1 ist beispielhaft weiterhin ein Reitstock R dargestellt, der mit einer vorteilhaften, gemäß der Erfindung ausgeführten Spannvorrichtung S ausgestattet ist. Hierfür ist die Spannvorrichtung S auf einem Sockel R1 gehalten, der z.B. auf einem in 1 nicht weiter dargestellten Maschinenbett einer Werkzeugmaschine aufsetzbar ist. Eine beispielhafte Drehmaschine oder die Lünette einer Werkzeugmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung S ausgestattet sind, sind aus Gründen der besseren Übersicht in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt.
• In 2 ist eine Detailansicht der besonders vorteilhaften Spannvorrichtung S gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 im Bereich des zweiten Lager- und Stützabschnitts 313 der Antriebswelle 31 der Vorschubeinrichtung 3 mit Hülse 33, Hülsenlagerung 35, Axialdruckfeder 34 und Wegmesseinrichtung 41 dargestellt. Die Spannvorrichtung S ist dabei in einem entspannten Zustand dargestellt, sodass die Axialdruckfeder 34 nicht elastisch komprimiert ist und keine Spannkraft auf ein Werkstück ausgeübt wird.
• Antriebswelle 31 und Hülse 33 sind vorteilhaft zentrisch zueinander angeordnet, sodass deren Mittelachsen auf der Mittelachse 9 der Spannvorrichtung S liegen. Die Antriebswelle 31 weist zwischen dem ersten Pinolenabschnitt 311 mit dem selbsthemmenden Außengewinde 312 und dem zweiten Lager- und Stützabschnitt 313 einen umlaufenden Stützring 314 auf, an dem die Hülse 33 mit deren erster Stirnfläche 332 über das Stützlager 351 anliegen. Die Hülse 33 ist vorteilhaft drehfest ausgeführt. Das Stützlager 351 ist somit als kombiniertes Radial-Axiallager ausgeführt. Die Hülse 33 ist weiterhin im zweiten Lager- und Stützabschnitt 313 über ein Radiallager 352 auf der Antriebswelle 31 gelagert, welches am Radialabsatz 335 der Hülse 33 anliegt. Zur axialen Fixierung der Hülse 33 auf der Antriebswelle 31 weist diese einen Gewindeabsatz 315 mit einer Wellenmutter 316 auf. Die Hülse 33 weist weiterhin im Bereich von deren erster Stirnfläche 332 auf deren Außenfläche einen umlaufenden Hülsenring 331 auf. Dieser ragt in die Radialnut 124 auf der Innenfläche 123 des Trägerrohrs 12 hinein, sodass die Hülse 33 am Flansch 122 am ersten Rohrende 121 des Trägerrohrs 12 gestützt ist. Der Hülsenring 331 fungiert somit in der Art eines Anschlags für die Hülse 33 in Richtung der Pinole.
• Die elektrische Messeinrichtung 42 weist vorteilhaft einen Signalkopf 422 und einen Positionssensor 424 auf. Der Signalkopf 422 ist vorteilhaft über einen Haltestift 421 an der Hülse 33 gehalten. Diese weist hierfür die Aufnahmebohrung 334 auf. Der Haltestift 421 verläuft dabei durch den zweiten Axialschlitz 127 im Trägerrohr 12. Bei Aufbringen einer Spannkraft und elastischer Kompression der Axialdruckfeder 34 werden Hülse 33, Haltestift 421 und Signalkopf 422 vom Einfederweg der Axialdruckfeder 34 mitgenommen und um denselben Weg entlang der Mittelachse 9 verschoben. Der Positionssensor 424 ist über den Haltebügel 423 fest am Trägerrohr 12 des Grundkörpers 1 gehalten. Bei Auslenkung des Signalkopfes 422 wird dieser am Positionssensor 424 zur Erfassung der Auslenkung entlanggeführt. Der Positionssensor 424 ist über die zweite elektrische Verbindung 72 von der Steuerung auslesbar. Der Positionssensor 424 weist vorteilhaft einen entlang des Einfederwegs segmentierten induktiven Wegsensor 424 auf. Die Segmente sind entlang der Mittelachse 9 aufgereiht und von der Steuerung individuell erkennbar. Bei Vorbeiführung des Signalkopfs 422 am Sensor erfolgt eine Induktion in den einzelnen Segmenten. Es ist dann anhand des Maßes der Induktion in den Segmenten für die Steuerung bestimmbar, im Bereich welchen Segments sich der Signalkopf 422 gerade befindet. Es ist dann aus der Position des Signalkopfs 422 am Wegsensor 424 der Einfederweg ableitbar.
• Im Beispiel der 2 und 3 ist vorteilhaft eine zusätzliche mechanische Messeinrichtung 41 für den Einfederweg vorhanden. Diese weist eine Messuhr 411 auf, die am Trägerrohr 12 des Grundkörpers 1 gehalten ist. Die Messuhr 411 weist einen radial zur Hülse 33 angeordneten Schaft 413 mit einem darin verschiebbar angeordneten Taststift 414 auf. Eine radiale Auslenkung des Taststifts 414 bewirkt eine Veränderung der Anzeige 412 der Messuhr 411. Die Anzeige 412 kann beispielhaft einen absoluten Einfederweg oder eine relative Skala des Einfederwegs oder der aufbringbaren Spannkraft darstellen. Vorteilhaft ist weiterhin eine Schrägfläche 416 zur Auslenkung des Taststifts 414 bei Einfederung der Axialdruckfeder 34 vorhanden. Die Schrägfläche 416 ist auf dem Keil 415 angeordnet und über die Hülse 33 mit der Vorschubeinrichtung 3 gekoppelt. Bei axialer Verschiebung der Vorschubeinrichtung 3 erfolgt mittels der Schrägfläche 416 eine Umsetzung der axialen Verschiebung in eine radiale Auslenkung des Taststifts 414 und eine Veränderung der Anzeige 412 der Messuhr 411. Der Keil 415 mit der Schrägfläche 416 ist vorteilhaft an der Hülse 33 gehalten. Die Hülse 33 weist hierfür den Aufnahmeschlitz 333 auf, in den der Keil 415 eingesetzt ist. Der Keil 415 und der Schaft 413 der Messuhr 411 ragen dabei in einen ersten Axialschlitz 126 im Trägerrohr 12 ein.
• Die Axialdruckfeder 34 ist im Ausführungsbeispiel vorteilhaft als ein Paket aus einem ersten, zweiten und dritten Paar aus Tellerfedern 341, 342, 343 ausgeführt, die zentrisch zu der Mittelachse 9 auf der Antriebswelle 31 angeordnet sind. Die Axialdruckfeder 34 ist dabei an der zweiten Stirnfläche 336 der Hülse 33 und an einem Stützabsatz 125 auf der Innenfläche 123 des Trägerrohrs 12 am Grundkörper 1 gestützt. Der Stützabsatz 125 ist am Übergang zwischen dem zweiten Lager- und Stützabschnitt 313 und dem dritten Antriebsabschnitt 317 der Antriebswelle 31 angeordnet.
• 3 zeigt eine weitere Detailansicht der beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung S im Bereich des zweiten Lager- und Stützabschnitts 313 der Antriebswelle 31 der Vorschubeinrichtung 3. Die Spannvorrichtung S ist dabei in einem gespannten Zustand dargestellt, sodass die Axialdruckfeder 34 elastisch komprimiert ist und eine Spannkraft auf ein Werkstück ausgeübt wird.
• Die Pinole mit der Gewindemutter der Vorschubeinrichtung 3 liegen außerhalb der dargestellten Detailansicht an einem Werkstück an. Die Antriebswelle 31 der Vorschubeinrichtung 3 ist durch den Motor weiter angetrieben, sodass die Antriebswelle 31 entlang der Mittelachse 9 in Richtung des dritten Lager- und Stützabschnitts 317 verschoben ist. Diese Verschiebung ist über den Stützring 314 der Antriebswelle 31 und das Stützlager 351 der Hülsenlagerung 35 auf die Hülse 33 übertragen, sodass diese ebenfalls verschoben ist. Der umlaufende Hülsenring 331 im Bereich der ersten Stirnfläche 332 der Hülse 33 liegt in der Radialnut 124 des Trägerrohrs 12 nicht mehr am Flansch 122 an dessen erstem Rohrende 121 an. Die Verschiebung ist ebenfalls auf die Axialdruckfeder 34 übertragen, sodass diese elastisch komprimiert ist. Der Weg der Verschiebung entspricht somit dem Einfederweg 344 der Axialdruckfeder 34. Dieser ist in der vorliegenden Figur mit gestrichelten Linien im Bereich des Signalkopfs 422 dargestellt.
• Aufgrund der Verschiebung der Hülse 33 ist der Haltestift 421 mit Signalkopf 422 der elektrischen Messeinrichtung 42 im zweiten Axialschlitz 127 des Trägerrohrs 12 entlang der Mittelachse 9 um den Einfederweg 344 verschoben. Der Signalkopf 422 ist dabei am Positionssensor 424 entlanggeführt, sodass der Einfederweg 344 mittels des Positionssensors 424 durch die Steuerung erfasst bzw. überwacht werden kann.
• Weiterhin sind aufgrund Verschiebung der Hülse 33 der Keil 415 mit Schrägfläche 416 der mechanischen Messeinrichtung 41 im ersten Axialschlitz 126 des Trägerrohrs 12 entlang der Mittelachse 9 um den Einfederweg 344 verschoben. Dabei ist der Taststift 414 der Messuhr 411 ausgelenkt, sodass deren Anzeige 412 z.B. einen Wert für den Einfederweg 344 anzeigt. Gegebenenfalls kann die Anzeige auch so geeicht sein, dass diese den Wert einer Spannkraft anzeigt.
• Aufgrund der erfindungsgemäßen Selbsthemmung der Gewinde von Antriebswelle 31 und Gewindemutter der Vorschubeinrichtung 3 verbleibt die Spannvorrichtung S ohne weitere Energiezufuhr in der dargestellten gespannten Stellung. Zum Abbau der Spannkraft erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein entgegengesetzter Antrieb der Antriebswelle 31, bis sich die Spannvorrichtung S wieder in der in 1 und 2 dargestellten Stellung befindet. Bei weiterem entgegengesetztem Antrieb der Antriebswelle 31 erfolgt ein Einfahren der Pinole 2 in den Grundkörper 1.
• Bezugszeichenliste

W

Werkstück

S

Spannvorrichtung

1

Grundkörper, insbesondere ein Hohlkörper

11

Pinolenrohr

111

Aufnahmekanal

112, 113

erstes, zweites Rohrende

12

Trägerrohr

121

erstes Rohrende

122

Flansch

123

Innenfläche

124

Radialnut

125

Stützabsatz

126, 127

erster, zweiter Axialschlitz

128

zweites Rohrende

2

Pinole

21

Pinolenkörper

22

Mittelkanal

23, 24

erstes, zweites Pinolenende

25

Kegelaufnahme

3

selbsthemmende Vorschubeinrichtung

31

Antriebswelle

311

erster Abschnitt, insb. Pinolenabschnitt

312

Außengewinde, selbsthemmend

313

zweiter Abschnitt, insb. Lager- und Stützabschnitt

314

Stützring

315

Gewindeabsatz

316

Wellenmutter

317

dritter Abschnitt, insb. Antriebsabschnitt

32

Gewindemutter

321

Innengewinde, selbsthemmend

33

Hülse

331

umlaufender Hülsenring

332

erste Stirnfläche

333

Aufnahmeschlitz

334

Aufnahmebohrung

335

Radialabsatz

336

zweite Stirnfläche

34

Federelement, insbesondere eine Axialdruckfeder

344

Einfederweg

341, 342, 343

Tellerfedern, erstes, zweites drittes Paar

35

Hülsenlagerung

351

Stützlager, insbesondere Radial-Axiallager

352

Radiallager

42

elektrische Messeinrichtung für den Einfederweg, Wegmesseinrichtung

421

Haltestift

422

Signalgeber, insbesondere Signalkopf

423

Haltebügel

424

Wegsensor, insbesondere Positionssensor

41

mechanische Messeinrichtung für Federweg

411

Messuhr, insbesondere Feinzeiger

412

Anzeige

413

Schaft

414

Taststift mit Tastspitze

415

Keil

416

Schrägfläche

5

Getriebe

6

elektrischer Motor

7

Steuerung

71

elektrische Verbindung zu Motor 6, Messung Istwert Motorstrom

72

elektrische Verbindung zu elektrischem Sensor 42

8

Zentrierspitze

9

Mittelachse

R

Reitstock mit Spannvorrichtung

R1

Sockel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 2640797 A1 [0003]
• JP 200761971 A1 [0005]

Claims (10)

1. Spannvorrichtung (S) für ein Werkstück (W), mit a) einer Pinole (2) zur Ausübung einer Spannkraft auf das Werkstück (W), die verschiebbar geführt und über ein Federelement (34) abgestützt ist, b) einer selbsthemmenden Vorschubeinrichtung (3) für die Pinole (2), c) einem elektrischen Motor (6) zum Antrieb der Vorschubeinrichtung (3), d) einer elektrische Messeinrichtung (42) zur laufenden Erfassung des Istwertes des Einfederwegs (344) des Federelements (34), und e) einer Steuerung (7), welche e1) aus dem Strom des Motors (6) einen ersten Istwert der Spannkraft der Pinole (2) bestimmt und bei Erreichen eines Sollwerts der Spannkraft den Motor (6) anhält, und e2) aus dem dabei erreichten Istwert des Einfederwegs (344) einen zweiten Istwert der Spannkraft der Pinole (2) bestimmt und bei einer Übereinstimmung mit dem Sollwert und/oder dem ersten Istwert der Spannkraft der Pinole (2) den Motor (6) abschaltet.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Grundkörper (1), insbesondere einem Hohlkörper, in dem die Pinole (2) axial verschiebbar geführt ist.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorschubeinrichtung (3) aufweist eine Antriebswelle (31) in der Mittelachse (9) der Pinole (2) und eine Gewindemutter (32), wobei Antriebswelle (31) und Gewindemutter (32) über selbsthemmende Gewinde (312, 321) in Eingriff sind.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Antriebswelle (31) mit dem Motor (7) verbunden ist und die Gewindemutter (32) drehfest an der Pinole (2) gehalten ist.
5. Spannvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, mit Trapezgewinden als selbsthemmende Gewinde (312, 321).
6. Spannvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Axialdruckfeder als Federelement (34).
7. Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Drehmaschine, mit zumindest einer Spannvorrichtung (S) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerung (7) mit der Abschaltung des elektrischen Motors (6) zum Antrieb der Vorschubeinrichtung (3) die Bearbeitungsmaschine frei gibt.
8. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, wobei die Steuerung (7) laufend den Istwert des Einfederwegs (344) mit dem im Moment der Abschaltung des Motors erreichten Istwert des Einfederwegs vergleicht und bei Auftreten einer ersten Abweichung eine Fehlermeldung erzeugt.
9. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, wobei die Steuerung (7) laufend den Istwert des Einfederwegs (344) mit dem erreichten Istwert vergleicht und bei Auftreten einer zweiten Abweichung, welche größer ist als die erste Abweichung, die Bearbeitungsmaschine stillsetzt.
10. Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 7, 8 oder 9, mit einem Reitstock (R) zur Halterung der Spannvorrichtung (S).

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