DE19755517C1 - Spannbacken und Spanneinrichtung zum Spannen von Werkstücken - Google Patents

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.