DE19755517C1 - Spannbacken und Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken - Google Patents
Spannbacken und Spanneinrichtung zum Spannen von WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Spannbacken für eine
Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Spannbacken sind Bestandteile von Spanneinrichtungen, wie zum
Beispiel Schraubstöcken, Werkzeugmaschinen oder
Bearbeitungszentren, zum Festhalten von Werkstücken,
insbesondere zur Werkstückbearbeitung.
Spannbacken der eingangs beschriebenen Art sind in der DE 42
39 180 A1 beschrieben. Bei diesen bekannten Spannbacken sind
die Spannstössel hydraulisch gesteuert innerhalb ihres
jeweiligen Zylinderraums hin- und herverschiebbar. Zum
Unverformbarstellen bzw. Fixieren der Spannstössel in ihrer
jeweiligen Verschiebelage wird durch Schließen eines
Absperrventils ein Zu- oder Abfließen von Hydraulikflüssigkeit
in oder aus dem Zylinderraum beidseits eines Stösselkolbens
verhindert. Zum Führen des Stössels und zum Abdichten der
Zylinderräume muss eine verhältnismäßig dicke aus gehärtetem
Metall bestehende werkstückzugewandte Deckplatte verwendet
werden. Zum Hin- und Herschieben der Stösselkolben muss
zwangsläufig ein hydraulisches System verwendet werden; eine
pneumatische Steuerung ist hingegen nicht einsetzbar, da sie
zum Unverformbarstellen der Spannstössel in ihrer jeweiligen
Verschiebelage nicht geeignet wäre.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine möglichst gute Führung der Spannstössel zu
erreichen, ohne dass eine werkstückzugewandte Deckplatte
besonders aufwendig dimensioniert werden muss. Desweiteren
soll bei der Konzipierung des Spannbackens nicht
notwendigerweise auf hydraulische Steuersysteme zum Verstellen
der Spannstössel zurückgegriffen werden müssen.
Diese Aufgabe wird bei einem Spannbacken der eingangs
beschriebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des Anspruchs 1 gelöst.
Aus der DE 195 25 574 C1 ist die Verwendung einer Dehnhülse
zum Zentrieren bzw. zum fluchtenden Anordnen zweier axial
zueinander ausgerichteter Bauteile bekannt, wobei sich dabei
um den Schaft einen spannendes Werkzeuges und den Schaft eines
Werkzeughalters handeln kann. Hinweise auf eine
Spanneinrichtung der gattungsgemäßen Art lassen sich dieser
Druckschrift nicht entnehmen.
Entsprechend dem Katalog der Firma Fritz Schunk GmbH & Co KG
Fabrik für Spann- und Greifwerkzeuge "Dehnspann-Technik" war
es auch bekannt, für rotierend antreibbare Werkzeuge ein
hydraulisches Dehnspannfutter miteinzusetzen.
Hinweise auf gattungsgemäße Spannbacken lassen sich auch
dieser Druckschrift nicht entnehmen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Gestalt der Spannseite des Spannbackens durch Anlage an das
Werkstück nachgiebig veränderbar. Durch Aufeinanderzubewegen
von Spannbacken und Werkstück solange bis eine Spannstellung
der nachgiebig verformten Spannseite gegenüber dem Werkstück
erreicht ist, wird die Gestalt der Spannseite selbsttätig an
die Kontur und Geometrie der Werkstückoberfläche angepasst.
Unter dem Begriff "Spannstössel" soll eine an sich beliebige
Form eines gegenüber dem Grundkörper verschieblichen
Druckkörpers verstanden werden.
Die Einstellung der Spannstössel gegenüber dem Grundkörper
kann - wie vorstehend erwähnt - entweder dadurch erreicht
werden, dass Spannbacken und Werkstück aufeinanderzubewegt und
miteinander in Kontakt gebracht werden, oder es kann eine
Steuereinrichtung zum individuellen Verschieben der
Spannstössel vorgesehen werden, so dass beispielsweise
rechnerunterstützt die erwünschten Positionen der Spannstössel
relativ zum Grundkörper angefahren und in dieser Position
fixiert werden können.
Die Steuereinrichtung zum Verschieben der Spannstössel kann in
vorteilhafter Weise mit einer Wegmesseinrichtung für die
Stössel zusammenwirken, über welche die aktuelle
Stösselposition erfasst und an eine elektronische Steuerung
der Steuereinrichtung gegeben werden kann.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Spannstössel in
Spannrichtung des Spannbackens verschiebbar sind und wenn die
Verschieblichkeit der Spannstössel durch einen Endanschlag
begrenzt ist.
Die Spannstössel sind vorzugsweise gemeinsam, dass heißt durch
einen einzigen Stellvorgang der Arretierungseinrichtung in
ihrer Spannstellung relativ zum Grundkörper lösbar fixiert.
Die Arretierungseinrichtung kann hierbei pneumatisch,
hydraulisch oder mechanisch steuerbar sein. Vorzugsweise ist
die Arretierungseinrichtung hydraulisch und eine
Steuereinrichtung zum Verschieben der Spannstössel pneumatisch
angesteuert.
Die Klemmhülse ist gegenüber dem Grundkörper vorzugsweise
unverschieblich angeordnet und kann gegen eine Stufe der
Spannstösselbohrung abgestützt sein.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens bildet die
Klemmhülse an ihrem äußeren Umfang einen Druckraum, in welche
unter Druck stehendes Arbeitsmedium zum Klemmen der
Spannstössel einleitbar ist. Hierbei wird der Druckraum
vorzugsweise als die Klemmhülse konzentrisch umgebender
Ringraum ausgebildet.
Bei der Klemmhülse handelt es sich vorzugsweise um eine
Bundhülse, wobei die beiderseitigen Bundabschnitte den
Druckraum bilden. Die Bundabschnitte dienen auch vorzugsweise
dazu, die Druckkammer über je ein radial äußeres Dichtelement
gegen die den Spannstössel aufnehmende Bohrung im Grundkörper
abzudichten.
Um eine Beschädigung der Werkstückoberfläche zu vermeiden,
kann die Spannseite des Spannbackens ein gegen die
Werkstückoberfläche anlegbares elastomeres Material umfassen
oder mit einem Überzug aus einem elastomeren Material versehen
sein.
Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Spannstössel mit einer die Spannseite
bildenden elastomeren Membran überspannt. Dadurch wird eine
geschlossene Spannfläche gebildet, mit der das Eindringen von
Schmutz in den Zwischenraum zwischen den Spannstösseln
verhindert werden kann.
Erfindungsgemäße Spannbacken werden vorteilhafter Weise in
Spanneinrichtungen eingesetzt, die einen in Spannrichtung
verfahrbaren Schlitten aufweisen. Solchenfalls umfassen die
Spannbacken eine Kopplungseinrichtung im weitesten Sinne zum
Montieren des Spannbackens an den Schlitten der
Spanneinrichtung. Wird der erfindungsgemäße Spannbacken an
einem Schraubstock verwandt, so braucht lediglich der
Grundkörper des Spannbackens an der einen oder anderen Hälfte
des Schraubstocks befestigt zu werden. Es versteht sich, dass
vom Erfindungsgedanken auch Spanneinrichtungen erfasst sind,
die einen Spannpacken der erfindungsgemäßen Art aufweisen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und der
zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen von Spannbacken. In der
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Teilansicht einer Tandemspanneinrichtung mit
zwei verschieblichen Spannbacken;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines mit Spannbacken bestückten
Schraubstocks;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein mit Spannbacken bestücktes
Dreibackenfutter;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines mit Spannbacken bestückten
Parallelgreifers;
Fig. 5 eine teilweise Längsschnittansicht einer nicht vom
Schutzbereich erfassten Ausführungsform eines
Spannbackens aus der die Verschieblichkeit und
Arretierbarkeit eines Spannstössels hervorgeht;
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Spannseite eines
Spannbackens mit angedeuteter
Arretierungseinrichtung; und
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines Spannbackens.
Fig. 1 zeigt eine Spannbackenpaarung einer
Tandemspanneinrichtung mit zwei aufeinander zu- bzw.
voneinander wegbewegbaren Spannbacken 2, 4. Die Spannbacken 2,
4 sind auf je einem Schlitten 6, 8 befestigt, der in Richtung
der Pfeile 10, 12 verschieblich ist, so dass die Spannbacken
2, 4 aufeinander zu- und voneinander wegbewegt werden können.
Die Gestalt der im Werkstück klemmenden Spannseiten 14, 18 ist
durch Anlage an das Werkstück 18 nachgiebig veränderbar und
kann in beliebiger Kontur unverformbar gestellt werden. Dies
bedeutet, dass die Spannseiten 14, 16 der Gestalt eines
Werkstücks angepasst werden können und dann in dieser Gestalt
festlegbar sind, so dass eine Vielzahl von identischen
Werkstücken gehandhabt werden kann und im Anschluss hieran die
Spannseiten 14, 16 auf ein neues Werkstück eingestellt werden
können.
Die Spannseiten 14, 16 werden durch die freien Enden einer
Vielzahl von Spannstösseln 20, 22 gebildet, die gegenüber
einem Grundkörper 24, 26 der Spannbacken 2, 4 verschieblich
geführt sind, und zwar in Verschieberichtung bzw.
Spannrichtung 10, 12 der Spannbacken.
Zum Einstellen der Spannseiten 14, 16 auf ein Werkstück 18
werden die Spannbacken 2, 4 an das Werkstück angelegt, so dass
die eingangs bis in eine Endlage ausgefahrenen Spannstössel
20, 22 an die Werkstückoberfläche anschlagen und dann
entsprechend der Kontur des Werkstücks 18 in die
Gehäusegrundkörper 24, 26 eingefahren werden. Wenn eine zum
sicheren Halten des Werkstücks 18 ausreichende Spannstellung
erreicht ist, können die Spannstössel über eine in der Fig. 1
nicht dargestellte jedoch im Zusammenhang mit der Fig. 5 im
einzelnen beschriebene Arretierungseinrichtung unverformbar
gestellt werden, dass heißt sie können in dieser Position
gegenüber dem jeweiligen Grundkörper 24, 26 fixiert werden.
Die Spannbacken 2, 4 haben nun die Funktion von
Formspannbacken, dass heißt sie sind auf die Geometrie eines
bestimmten Werkstücks 18 eingestellt. Es kann nun eine
beliebige Anzahl von identischen Werkstücken 18 etwa in einer
Serienfertigung aufeinanderfolgend zur Bearbeitung gehalten
werden.
Wenn die Spannbacken 2, 4 zur Aufnahme eines anderen
Werkstücks mit andersartiger Geometrie verwendet werden
sollen, so wird die Arretierungseinrichtung gelöst und die
Spannstössel 20, 22 können an eine Werkstückkontur angepasst
werden.
Fig. 2 zeigt einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 30
bezeichneten Schraubstock mit einer festen Spannbacke 32 und
einer bewegbaren Spannbacke 34.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in
Form einer Spanneinrichtung 40 mit einem
Dreibackenspannfutter.
Fig. 4 zeigt eine Spanneinrichtung in Form eines
Parallelgreifers 50 mit aufeinander zu- bzw. voneinander
wegbewegbaren Greiferfingern 52 und 54, an deren freien Enden
Spannbacken 56, 58 vorgesehen sind. Die Spannbacken 56, 58
sind bevorzugt zum Greifen rotationssymetrischer Gegenstände
ausgebildet, da ihre Spannstössel 60, 62 auf einem Abschnitt
einer Kreisbogenlinie 64 angeordnet sind.
Fig. 5 zeigt teilweise einen nicht vom Schutzbereich
erfassten Spannbacken 60, wobei von dessen die Spannseite 62
bildenden Spannstösseln 64 lediglich einer dargestellt ist.
Der Spannstössel 64 ist in einer Ausnehmung 66 im
Gehäusegrundkörper 68 des Spannbacken 60 verschieblich
gelagert.
An seinem von der Spannseite 62 abgewandten Ende umfasst der
Spannstössel 62 eine kolbenartige Erweiterung 70. Der
Spannstössel 64 ist mit dieser kolbenartigen Erweiterung 70 in
einem Zylinderraum 72 verschieblich.
Durch Anlage der kolbenartigen Erweiterung 70 an einen axialen
Anschlag 74 des Zylinderraums ist eine Endstellung des
Spannstössel 64 definiert. Die kolbenartige Erweiterung 70
gleitet mittels einer O-Ring-Dichtung 76 dichtend in dem
Zylinderraum 72, wodurch ein doppelt wirkender Zylinder 78
gebildet ist. Beide Seiten des doppelt wirkenden Zylinders 78
kommunizieren mit einer lediglich angedeuteten pneumatischen
Einrichtung 80 und zwar über mit Druckluft beaufschlagbare
Leitungen 82 und 84. Durch Anlegen pneumatischen Drucks lassen
sich die Spannstössel 64 in die eine oder andere Endstellung
oder in eine beliebige Zwischenstellung verfahren.
Mit dem Bezugszeichen 90 ist eine Arretierungseinrichtung zum
Festlegen eines jeweiligen Spannstössels 64 gegenüber dem
Grundkörper 68 bezeichnet. Die Arretierungseinrichtung 90
umfasst einen Klemmkolben 92, der in einem radial zur
Längserstreckung des Spannstössel 64 vorgesehenen Zylinderraum
94 verschieblich ist und von einer mit dem Bezugszeichen 96
angedeuteten hydraulischen Einrichtung steuerbar ist. Der
Klemmkolben 92 umfasst einen an die Umfangsfläche des
Spannstössels 64 anlegbaren Klemmbereich 98, welcher der
Kontur der Umfangsfläche des Spannstössels 64 angepasst ist
und eine vollflächige Auflage des Klemmkolbens 92 am
Spannstössel 64 gewährleistet.
Die Arretierungseinrichtung 90 ist zum Einstellen der Gestalt
der Spannseite 64 an die Kontur eines Werkstücks gelöst, so
dass die Spannstössel 64 nachgiebig verschiebbar sind. Wenn
eine Spannstellung erreicht ist, so wird über die hydraulische
Einrichtung 96 Druck auf den Klemmkolben 92 ausgeübt, so dass
dieser in klemmende Anlage an die Umfangsfläche des
Spannstössels 64 gelegt wird.
Die hydraulische Einrichtung 96 kann dabei über ein
Schnellkupplungssystem an eine hydraulischen Druck erzeugende
Vorrichtung zum Ansteuern der Arretierungsvorrichtung 90
angeschlossen werden. Es wäre aber auch möglich, dass im
Bereich der Spannbacken ein Speicherraum zur Ausbildung eines
Druckluftpolsters vorgesehen ist, so dass zum Arretieren der
Spannstössel 64 auf ein Schnellkupplungssystem verzichtet
werden kann.
Auch das Vorsehen einer einfachen Stellschraube, die in eine
Leitung 100 der hydraulischen Einrichtung 96 einschraubbar
ist, wäre zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks zum Fixieren
der Spannstössel 64 ausreichend.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Spannseite 14
beispielsweise des Spannbacken 2 nach Fig. 1. Man erkennt
eine Vielzahl von Stösseln 20, die rasterartig und zueinander
versetzt in vier Reihen angeordnet sind. Die Spannstössel 20
sind senkrecht zur Zeichnungsebene in dem Grundkörper 24 des
Spannbackens 2 verschieblich. Jedem Spannstössel 20 ist eine
Arretierungseinrichtung 90 wie sie im Zusammenhang mit Fig. 5
beispielhaft beschrieben wurde. Man erkennt die Zuordnung
eines jeweiligen Klemmkolbens 92 zu jedem Spannstössel sowie
die der Umfangsform der Spannstössel 20 entsprechende
Formgebung des Klemmbereichs 98 der Klemmkolben.
Diejenigen Klemmkolben 92, die auf Spannstössel 20 der beiden
mittleren Reihen einwirken, sind zwischen je zwei
Spannstösseln der oberen und der unteren Reihe
hindurchgeführt.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines
Spannbackens 110, dessen Arretierungseinrichtung 112 eine
Klemmhülse 114 umfasst, die gegen eine axiale Stufe 116 in
einer den jeweiligen Spannstössel 118 aufnehmenden Bohrung 120
des Backengrundkörpers abgestützt ist. Anderenends ist die
Klemmhülse 114 durch einen Gehäusedeckel 122 gesichert. Jeder
Stössel 118 erstreckt sich durch eine jeweilige Klemmhülse 114
hindurch und ist im gelösten Zustand der
Arretierungseinrichtung 112 gegenüber der Klemmhülse 114
verschiebbar. An ihrem äußeren Umfang bildet eine jeweilige
Klemmhülse 114 einen Druckraum 124, der in axialer Richtung
durch Bundabschnitte 126, 128 der Klemmhülse 114 begrenzt ist
und als konzentrisch verlaufender Ringraum ausgebildet ist. In
den jeweiligen Druckraum 124 jeder Klemmhülse 114 mündet
grundkörperseitig eine Druckmittelzuführöffnung 130, die mit
einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 132 ausgebildeten
hydraulischen Einrichtung kommuniziert, die wie im
Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben ausgebildet sein kann.
Zum Abdichten eines jeweiligen Druckraums 124 sind im Bereich
der Bundabschnitte 126, 128 O-ringförmige Dichtmittel 134 und
136 vorgesehen.
Wenn über die hydraulische Einrichtung 132 und die
Druckmittelzuführöffnung 130 ein jeweiliger Druckraum 124
druckmittelbeaufschlagt wird, so wird die Klemmhülse 114, die
im Bereich zwischen den Bundabschnitten 126, 128 mit einer
verhältnismäßig geringen Wandstärke ausgebildet ist, derart
gegen die äußere Umfangsfläche 138 des Spannstössels 118
gedrückt, dass dieser unverschieblich gestellt wird. Beim
Lösen der Druckmittelbeaufschlagung lässt sich der
Spannstössel 118 wieder gegenüber der Klemmhülse 114 und dem
Gehäusegrundkörper verschieben. Dies wird wie im Zusammenhang
mit Fig. 5 beschrieben pneumatisch gesteuert durchgeführt.
Claims (14)
1. Spannbacken für eine Spanneinrichtung zum Spannen von
Werkstücken, mit einem Grundkörper und einer an das zu
spannende Werkstück anlegbaren Spannseite, wobei die
Spannseite (14, 16) von einer Vielzahl von relativ zum
Grundkörper verschiebbaren Spannstößeln (20, 22) gebildet
ist, welche an die Kontur des zu spannenden Werkstücks
(18) anlegbar sind, und wobei die hierbei gebildete zur
Kontur des Werkstücks (18) komplementäre Kontur der
Spannseite (14, 16) durch eine Arretierungseinrichtung
(90) lösbar unverformbar gestellt werden kann, dadurch
gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung
Klemmmittel in Form einer einen jeweiligen Spannstössel
(118) umgebenden Klemmhülse (114) umfasst, die durch
Beaufschlagen mittels eines fluiden Arbeitsmediums mit
ihrer der Umfangsfläche (138) des jeweiligen
Spannstössels (118) zugewandten Innenseite derart gegen
diese Umfangsfläche (138) drückbar ist, dass der
jeweilige Spannstössel (118) in seiner gerade
eingenommenen Verschiebelage fixierbar ist.
2. Spannbacken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Klemmhülse (114) gegenüber dem Grundkörper im Betrieb
des Spannbackens unverschieblich angeordnet ist.
3. Spannbacken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Klemmhülse (114) an ihrem
äußeren Umfang einen Druckraum (124) bildet, in welchen
unter Druck stehendes fluides Arbeitsmedium zum Klemmen
des jeweiligen Spannstößels (118) einleitbar ist.
4. Spannbacken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckraum (124) als die Klemmhülse (114) konzentrisch
umgebender Ringraum ausgebildet ist.
5. Spannbacken nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Klemmhülse (114) eine Bundhülse
ist und die beiderseitigen Bundabschnitte (126, 128) den
Druckraum (124) begrenzen.
6. Spannbacken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckraum (124) über je ein radial äußeres
Dichtelement (134, 136) im Bereich der Bundabschnitte
(126, 128) abgedichtet ist.
7. Spannbacken nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschieblichkeit der
Spannstössel (20, 22, 64) durch einen Endanschlag
begrenzt ist.
8. Spannbacken nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spannseite ein gegen die
Werkstückoberfläche anlegbares elastomeres Material
umfasst.
9. Spannbacken nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spannseite einen Überzug
aus einem elastomeren Material aufweist.
10. Spannbacken nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannstößel (20, 22) mit einer die Spannseite
bildenden elastomeren Membran überspannt sind.
11. Spannbacken nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Kopplungseinrichtung zum
Montieren des Spannbackens an einem Schlitten einer
Spanneinrichtung.
12. Spannbacken nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit einer Steuerung
zusammenwirkende Wegmesseinrichtung zum Erfassen der
aktuellen Gestalt der Spannseite.
13. Spannbacken nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wegmesseinrichtung mehrere einem jeweiligen
Spannstössel zugeordnete Messwertaufnehmer aufweist.
14. Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken,
insbesondere Schraubstock, Werkzeugmaschine,
Bearbeitungszentrum, gekennzeichnet durch einen
Spannbacken (2, 4) nach einem oder mehreren der
vorstehenden Ansprüche.
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Publications (1)
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