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Spannvorrichtung, insbesondere für empfindliche, beispielsweise dünnwandige
Werkstücke Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung mit mindestens einem
hohlen, unter der Einwirkung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels unmittelbar
gegen das Werkstück elastisch verformbaren Spannkörper, der in oder an einem Haltebauteil
sitzt, insbesondere zum Aufspannen leichter und dünnwandiger Werkstücke mit leicht
zu beschädigender, beispielsweise emaillierter Aufspannfläche.
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Es sind Spannvorrichtungen bekannt, bei denen metallische hohle Spannkörper
verwendet werden, die entweder durch mechanische Spannglieder oder durch Einwirkung
eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels unmittelbar gegen das Werkstück elastisch
verformt werden. Diese bekannten Spannvorrichtungen haben aber den Nachteil, daß
sie nicht ohne weiteres zum Spannen dünnwandiger Werkstücke mit empfindlicher und
leicht verletzbarer Oberfläche verwendet werden können. Die bekannten Spannvorrichtungen
mit metallischem hohlem Spannkörper ergeben nämlich einerseits leicht Verformungen
der dünnwandigen Werkstücke, und andererseits können sie sich kleinen Unebenheiten
auf der Oberfläche der Werkstücke nicht anpassen, so daß trotz hoher Spannkräfte
eine sichere Halterung des Werkstücks nicht gewährleistet ist. Die metallischen
Spannkörper haben auch nur ein geringes Dehnungsvermögen und können somit zum Spannen
von Werkstücken mit großen Maßtoleranzen, wie beispielsweise emaillierten Haushaltsgegenständen,
nicht verwendet werden.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Spannvorrichtung, die es
ermöglicht, dünnwandige Werkstücke mit empfindlichen Aufspannflächen auch dann fest
und sicher einzuspannen, wenn diese mit größeren Maßtoleranzen und Abweichungen
von ihrer jeweiligen Raumform hergestellt sind.
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Diese Erfindungsaufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst, daß der
bzw. jeder Spannkörper aus nichtmetallischem Werkstoff hoher Elastizität, z. B.
Gummi, besteht und mit dem Haltebauteil so verbunden ist, daß wenigstens ein Teil
der von innen durch das Druckmittel beaufschlagten Wandung des Spannkörpers unter
Ausfüllung des gesamten Zwischenraumes zwischen Werkstück, Haltebauteil und Spannkörper
unmittelbar gegen das Werkstück verformbar ist.
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Für Spannvorrichtungen mit mehreren Spannkörpern wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, die Spannkörper als zylindrische Hohlkörper auszubilden und in ihnen
angepaßten Aussparungen des Haltebauteils mit einem größeren Teil, z. B. drei Vierteln
ihrer Wandung, einzulagern, so daß sie mit dem frei liegenden kleineren Teil ihrer
Wandung aus den Aussparungen des Haltebauteils heraus gegen das Werkstück verformbar
sind.
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Einem weiteren Erfindungsmerkmal zufolge sind die in den Aussparungen
des Haltebauteils eingelagerten Spannkörper an einem ihrer Enden offen ausgebildet
und werden durch in diese offenen Enden eingepreßte Abschlußpfropfen od. dgl. gegen
den Haltebauteil abgedichtet. Die Hohlräume der Spannkörper stehen über in den Abschlußpfropfen
od. dgl. vorgesehene Kanäle mit einer im oder am Haltebauteil angeordneten Druckmittelkammer
in Strömungsverbindung.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß alle Spannkörper
mit ihren geschlossenen Enden fest an einer elastischen Platte sitzen, die mit dem
Haltebauteil verbunden ist. Die Abschlußpfropfen können, ebenfalls erfindungsgemäß,
kugelig ausgebildet und mittels durch einen Widerlagerdeckel hindurchgeführter Druckschrauben
od. dgl. gegen z. B. auf hohlkegeligen Dichtungsflächen des Haltebauteils abgestützte
Wandungsteile der Spannkörper gepreßt werden.
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Die Erfindung wird auch noch darin gesehen, daß der Haltebauteil als
Hohlzylinder ausgebildet ist und die ebenfalls hohlzylindrischen Spannkörper im
dickwandigen Mantel des Haltebauteils parallel oder nahezu parallel zu dessen Längsmittelachse
angeordnet sind. Die hohlzylindrischen Spannkörper können im Haltebauteil auch so
angeordnet werden, daß ihre Längsmittelachsen die Längsmitteiachse des Haltebauteils
rechtwinklig kreuzen. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist weiterhin gekennzeichnet
durch die lösbare Verbindung der elastischen Platte, an der die hohlzylindrischen
Spannkörper alle mit ihrem einen Ende festsitzen, mit dem einen
Ende
des die Druckschrauben od. dgl. für die Abschlußpfropfen tragenden Widerlagerdeckel
und mit dem anderen Ende des hohlzylindrischen Haltebauteils.
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Es ist vorteilhaft, wenn der hohle Spannkörper die oder eine Mantelaußenfläche
des als stabförmiger Hohlkörper ausgebildeten Haltebauteils umgibt und an seinen
Enden gegen diese Mantelaußenfläche abgedichtet ist, so daß Teile der Wandung des
Spannkörpers durch das aus einem axialen Hohlraum des Haltebauteils über Radialkanäle
von innen gegen sie leitbare Druckmittel von der Mantelaußenfläche des Haltebauteils
weg gegen das Werkstück verformbar sind.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, die Wandung des
Spannkörpers innenseitig mit Vorsprüngen zu versehen, die in entsprechende Ausnehmungen
des Haltebauteils eingreifen.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt bzw. zeigen F i g. 1 einen Schnitt
durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, F i g. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig.l, F i g. 3 einen Schnitt aus einer
erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in Wirkverbindung mit einem Werkstück, F i g.
4 eine Ansicht der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Spannvorrichtung, F i g.
5 ein gegenüber den F i g. 1 bis 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung im Schnitt, F i g. 6 und 7 weitere abgewandelte Ausführungsbeispiele
einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, F i g. 9 einen Schnitt entlang der Linie
IX-IX durch die Spannvorrichtung gemäß F i g. 8, F i g. 10 ein anderes abgewandeltes
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, F i g. 11 einen Schnitt
entlang der Linie XI-XI durch die Anordnung gemäß F i g. 10, während F i g. 12 und
13 weitere Ausführungsbeispiele von Spannvorrichtungen wiedergeben.
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In den F i g. 1 bis 5 der Zeichnung ist mit 1 allgemein eine Spannvorrichtung
bezeichnet, welche zum Spannen eines Werkstücks W, z. B. eines Flanschrohres, dient
und die sich im wesentlichen aus einem starren Haltebauteil 2 und mehreren mit diesem
verbundenen verstellbaren Spannkörpern 3 zusammensetzt, welche unter Druck auf das
Werkstück W zur Einwirkung gebracht werden können. Die Spannkörper 3 sind, beispielsweise
aus Gummi bestehend, elastisch verformbar und, wie insbesondere aus den F i g. 2
und 3 hervorgeht, rohrförmig ausgebildet. Sie sitzen mit gleichmäßigem Abstand voneinander
in Aussparungen 5 des Haltebauteils 2, wobei die Aussparungen 5 vorteilhaft der
Querschnittsform der rohrförmigen Spannkörper 3 angepaßt sind und öffnungen aufweisen,
welche beispielsweise an der Außenmantelfläche des Haltebauteils 2 angeordnet sind.
Der Haltebauteil 2 ist an seinem oberen Ende mit einem Flansch 6 a versehen, welcher
Bohrungen 9 aufweist, in welche die oberen Enden der Spannkörper 3 hineinragen.
Diese oberen Enden der rohr- i förmigen Spannkörper 3 sind offen und werden über
Anschlußpfropfen 10 od. dgl., welche in die offenen Enden der Haltebauteile 3 eingebracht
sind, gegen die Flächen der Bohrungen 9 verspannt und abgedichtet.
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Wie den F i g. 1 und 5 der Zeichnung zu entnehmen ist, sind die Pfropfen
10 od. dgl. mit kugeligen Mantelflächen versehen und werden über Druckschrauben
11 in die offenen Enden der rohrförmigen Spannkörper 3 und in die Bohrungen 9 des
Flansches 6 a hineingepreßt, wobei sich die Druckschrauben 11 an einem Widerlagerdeckel
12 abstützen, der über Schrauben 13 od. dgl. lösbar und druckdicht am Flansch
6 a des Haltebauteils 2 befestigt ist. Der Deckel 12 ist mit einem Stutzen
14 für die Druckmittelzufuhr versehen, wobei der Stutzen 14 in eine Kammer
15 mündet, welche im Haltebauteil 2 vorgesehen ist. Diese Druckmittelkammer 15 steht
dabei mit dem Inneren jedes einzelnen Spannkörpers 3 über Kanäle 16 in Strömungsverbindung,
welche in den Pfropfen 10 vorgesehen sind.
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An ihren unteren, geschlossenen Enden sind die Spannkörper 3 mit einer
gemeinsamen Platte 17 aus elastisch nachgiebigem Werkstoff verbunden, welche über
einen Verbindungsbauteil 18 mit dem Haltebauteil 2 lösbar verbunden ist. Die elastisch
verformbaren Spannkörper 3 stehen also nur an ihren Enden fest mit dem Haltebauteil
2 in Wirkverbindung, während sie im übrigen über ihre ganze Länge frei in den Aussparungen
5 des Haltebauteils 2 liegen.
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Der F i g. 1 ist zu entnehmen, daß der Verbindungsbauteil 18 als Zentrierscheibe
für das Werkstück W dienen kann. Wenn der Spannvorrichtung 1 über den Stutzen 14
des Deckels 12 Druckmittel, beispielsweise Druckflüssigkeit oder Druckluft, zugeführt
wird, tritt dieses in die Druckmittelkammer 15 ein und strömt aus dieser durch die
Kanäle 16 der Pfropfen 10 unter Druck in das Innere jedes Spannkörpers 3
ein. Da diese Spannkörper 3 elastisch verformbar sind und beispielsweise aus Gummi
bestehen, werden sie durch das Druckmittel verformt, treten aus den Aussparungen
5 des Haltebauteils 2 heraus und werden unter Druck gegen das Werkstück W gepreßt,
wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Unter der Einwirkung des Druckmittels legt
sich dabei das aus den Aussparungen 5 heraustretende Wandteilstück jedes einzelnen
Spannkörpers 3 über die ganze Breite der Öffnungen flächenmäßig an die Wandung des
Werkstücks W an, so daß das Werkstück mit der Spannvorrichtung 1 in kraftschlüssiger
Reibungsverbindung gehalten wird. Die aus den Aussparungen 5 heraustretenden Wandteilstücke
der elastischen Spannkörper3 passen sich dabei auch Unregelmäßigkeiten in der Wandfläche
des Werkstücks W an.
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Wenn die Spannvorrichtung l mit einem Werkstück W in Wirkverbindung
gebracht werden soll, welches eine geringere Längenabmessung als die elastischen
Spannkörper 3 hat, dann wird das Werkstück W nur mit dem vorderen Teil der Spannvorrichtung
1 über die aus den Aussparungen 5 austretenden Wandteilstücke der Spannkörper 3
gehalten. Damit die Wandteilstücke der Spannkörper 3 über dasjenige Teilstück, welches
nicht mit dem Werkstück W in Wirkverbindung kommt, nicht über die Mantelfläche des
Haltebauteils 2 hervortreten können, wird auf den Haltebauteil ein Manschettenring
19 (F i g. 4) aufgebracht, welcher sich dicht an die Mantelfläche des Haltebauteils
2 anlegt und dadurch die Aussparungen 5 über einen bestimmten Bereich hinweg abdeckt.
Um das Heraustreten der Wandteilstücke der Spannkörper 3 über den nicht mit einem
Werkstück
W zusammenwirkenden Bereich der Spannvorrichtung l zu verhindern, können auch die
Hohlräume der einzelnen Spannkörper 3 in mehrere in Längsrichtung der Spannkörper
hintereinanderliegende Kammern aufgeteilt werden, welchen unabhängig voneinander
Druckmittel zugeführt werden kann. Die Druckmittelzufuhr zu den einzelnen Kammern
der Spannkörper kann dabei durch besondere (nicht dargestellte) Mittel gesteuert
werden.
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Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 5 ist die Druckmittelkammer 15
zwischen dem Widerlagerdeckel 1,2 und dem Flansch 6 a des Haltebauteils 2 vorgesehen.
Mit dem Druckmittelzuführstutzen 14 steht die Druckmittelkammer 15 dabei über Kanäle
20 in Wirkverbindung, wobei im Druckmittelzuführstutzen 14 ein Sperrschieber 21
angeordnet ist, welcher über eine Feder 22 in einer Stellung gehalten wird, in welcher
der Stutzen 14 über die Kanäle 20 mit der Druckmittelkammer 15 verbunden ist. Um
die Druckmittelzufuhr zur Druckmittelkammer 15 zu unterbrechen, wird der Schieber
21 entgegen der Kraft der Feder 22 durch einen Betätigungsbauteil (nicht dargestellt)
bewegt. In die Druckmittelkammer 15 können dabei weitere (nicht dargestellte) Kanäle
einmünden, welche dann so mit dem Schieber 21 in Wirkverbindung stehen, daß durch
eine weitere Bewegung desselben die Druckmittelkammer 15 zur Außenluft hin geöffnet
und das Druckmittel infolge der Elastizität der Spannkörper 3 aus diesen und aus
der Druckmittelkammer 15 herausgedrückt wird, so daß dadurch die Spannvorrichtung
1 mit dem Werkstück W außer Eingriff kommt.
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Während in den F i g. 1 bis 5 eine Spannvorrichtung 1 dargestellt
ist, welche als Innenspannvorrichtung ausgebildet ist, zeigen die F i g. 6 und 7
Außenspannvorrichtungen 1, welche aber nach dem gleichen Prinzip arbeiten wie die
Spannvorrichtung gemäß den F i g. 1 bis 5. Der wesentliche Unterschied zwischen
den Spannvorrichtungen gemäß den F i g. 6 und 7 und denjenigen gemäß den F i g.
1 bis 5 besteht darin, daß bei den Spannvorrichtungen gemäß den F i g. 6 und 7 die
Spannkörper 3 am Innenumfang des Haltebauteils 2 liegen, während gemäß den F i g.
1 bis 5 diese elastischen Spannkörper 3 am Außenumfang wirksam sind. Während die
Spannvorrichtung 1 gemäß F i g. 6 eine kreisförmige Spannfläche aufweist, ist die
Spannvorrichtung 1 gemäß F i g. 7 zum Spannen rechteckiger Werkstücke eingerichtet.
In den F i g. 8 und 9 ist eine Innenspannvorrichtung 1 dargestellt, welche sich
zusammensetzt aus einem starren Haltebauteil 32 und einem hülsenförmigen
Spannkörper 33. Dieser hülsenförmige Spannkörper 33 besteht ebenfalls aus einem
elastisch nachgiebigen Werkstoff, beispielsweise Gummi, und sitzt am Außenumfang
des Haltebauteils 32. Dabei ist der hülsenförmige Spannkörper 33 in seinen beiden
Hülsenenden über Spannringe 35 od. dgl. druckdicht mit dem Haltebautei132 verbunden,
während er im übrigen lose und elastisch an der Mantelfläche des Haltebauteils 32
anliegt. Im Innern des Haltebauteils 32 befindet sich ein axialer Hohlraum 36, von
welchem eine Vielzahl von Radialkanälen 37 zum Außenumfang des Haltebauteils 32
führt.
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Das über den Hohlraum 36 dem Außenumfang des Haltebauteils 32 zugeführte
Druckmittel bewirkt, daß sich der hülsenförmige Spannkörper 33 über seinen ganzen
Umfang hinweg gleichzeitig und gleichmäßig elastisch von der Mantelfläche des Haltebauteils
32 abhebt und gegen ein (nicht dargestelltes) Werkstück unter Druck verformt wird,
so daß eine Reibungsverbindung zwischen der Spannvorrichtung l und dem Werkstoff
entsteht. Damit der Spannkörper 33 außer seinen elastischen Spannbewegungen keine
andere Bewegung relativ zum Haltebauteil 32 ausführen kann, sind an seiner Innenfläche
Nocken 34 vorgesehen, welche mit im Haltebautei132 vorgesehenen Aussparungen 39
zusammenwirken und in diese hineingreifen. Die Nocken 34 sind dabei so bemessen,
daß sie auch bei größeren Spannbewegungen des Spannkörpers 33 noch in die Aussparungen
39 des Haltebauteils 32 eingreifen.
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In den F i g. 10 und 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 dargestellt. Diese Spannvorrichtung l weist
einen Haltebauteil 42 auf, über dessen Umfangsfläche hinweg mehrere, beispielsweise
vier durch Profilkörper oder auch eben verformte Platten gebildete Spannkörper 43
aus elastisch nachgiebigem Werkstoff, beispielsweise Gummi, angeordnet sind. Wie
den F i g. 10 und 11 zu entnehmen ist, liegen die Spannkörper 43 mit ihrer ganzen
Fläche am Haltebauteil 42 an und sind mit diesem über Spannrahmen 45 od. dgl. druckdicht
verbunden. Durch einen axialen Hohlraum 46 wird dabei Druckmittel in den Haltebauteil
42 eingeleitet und über Radialkanäle 47 dessen Außenmantelfläche zugeführt, wo es
auf die Innenseite der elastisch nachgiebigen Spannkörper 43 zur Einwirkung kommt
und diese gegen ein nicht dargestelltes Werkstück elastisch verformt, so daß eine
Halteverbindung zwischen Spannvorrichtung 1 und Werkstück entsteht. Der F i g. 11
kann entnommen werden, daß sich diese Spannvorrichtung 1 insbesondere als Innenspannvorrichtung
nicht nur für runde Werkstücke, sondern auch für solche mit quadratischem oder ähnlichem
Querschnitt eignet.
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Weitere abgewandelte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Spannvorrichtungen
1 sind in den F i g. 12 und 13 gezeigt. Die in F i g. 12 dargestellte Spannvorrichtung
1 setzt sich aus dem Haltebauteil 52 und einem oder mehreren als Rohrringe ausgebildeten,
elastisch nachgiebigen Spannkörpern 53 zusammen, welche in Aussparungen 55 des Haltebauteils
52, die in Umfangsrichtung verlaufen, angeordnet sind. Das Druckmittel wird aus
einem Hohlraum 56 über Kanäle 58 zugeführt, welche in die Hohlräume der Spannkörper
53 einmünden.
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Bei der Spannvorrichtung 1 gemäß F i g. 13 ist in einer ringförmigen
Aussparung 62 a des Haltebauteils 62 ein profilierter Spannkörper 63 aus elastisch
nachgiebigem Werkstoff, beispielsweise Gummi, druckdicht gehalten, der mit dem (nicht
dargestellten) Werkstück zusammenwirkt. Das Druckmittel wird auf die Innenseite
dieses Spannkörpers 63 von einem Hohlraum 65 her zur Einwirkung gebracht, aus welchem
Kanäle 66 zu der hinter dem Spannkörper 63 gelegenen Mantelfläche des Haltebauteils
62 geführt sind.
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Der Bereich der Erfindung wird auch dann nicht verlassen, wenn verschiedene
Abänderungen vorgenommen werden. So können beispielsweise die Spannvorrichtungen
1 auch einen anderen als den vorbeschriebenen Aufbau aufweisen, und die Spannkörper
können aus einem anderen elastischen Werkstoff als Gummi, beispielsweise Kunststoff,
bestehen. Wesentlich ist dabei lediglich, daß die Druckstücke unter der Einwirkung
eines Druckmittels derart
elastisch verformt werden können, daß
eine flächenmäßige Halteverbindung zwischen Spannvorrichtung und Werkstück hergestellt
wird.