DE2004715A1 - Drehbare Einspannvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehbare Einspannvorrichtung zum Befestigen eines Werkstückes. Insbesondere betrifft die Erfindung eine drehbare Einspannvorrichtung, welche zum selbstätigen oder halbselbsttätigen Einspannen und Lösen eines Werkstückes in einer Trägheits- oder Reibungsschweißmaschine kraftbetätigt wird. Ein wahlweise betätigbarer Motor treibt das Drehgetriebe an, das kraftschlüssig mit den Einspannteilen gekuppelt ist, um diese innerhalb der Anordnung zu veranlassen, ein Werkstück einzuspannen oder freizugeben.

Bekannte Einspanneinrichtungen der allgemeinen Art, auf die sich die Erfindung bezieht, verwenden Hebel oder Keile, um die Einspannglieder zu betätigen und sie mit Bezug auf ein Werkstück in Einspann- oder Lösestellung zu bringen. Diese bekannten Einspannvorrichtungen werden gewöhnlich von Hand betätigt, um das Werkstück einzuspannen oder freizugeben. Eine solche Handbetätigung erfordert Zeit und Arbeit. Zusätzlich besteht die Neigung, die Einspannglieder auf einem Werkstück mit wechselndem Kraftaufwand festzulegen.

Bei vielen Anwendungen, z.B. dem Reibungsschweißen, ist es auch erforderlich, für eine sehr genaue Ausrichtung des Werkstückes sowohl am Anfang als auch während des Arbeitsganges zu sorgen, wenn große Drehkräfte innerhalb der Einrichtung entwickelt werden. Die Einspannvorrichtung muß auch für Zwecke wie diese verwendbar sein und großen Axialbelastungen standhalten, welche durch das Werkstück hindurch übertragen werden.

Demnach ist es ein Ziel der Erfindung, eine drehbare Einspannvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine oder mehrere der hier erwähnten Schwierigkeiten beseitigt sind.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Einspannvorrichtung, die selbsttätig oder halbselbsttätig arbeiten kann.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Einspannvorrichtung zu schaffen, die über zahlreiche Arbeitsabläufe hinweg eine konstante Einspannkraft ausübt.

Ein weiteres Ziel liegt darin, eine große Eingriffstiefe der Einspannteile oder Backen zu ermöglichen, um eine Vielzahl von Werkstücken aufnehmen zu können und die Einführung und

Herausnahme der Werkstücke zu erleichtern.

Die Erfindung bezweckt außerdem die Ausstattung einer Einspannvorrichtung mit Mitteln, welche eine selbsttätige Ausrichtung des Werkstückes ermöglichen.

Weitere Ziele bestehen darin, die Einspannteile oder Backen innerhalb der Einspannvorrichtung in einer Umschließung zur Erhöhung der Sicherheit anzuordnen und ferner leicht auswechselbare Teile vorzusehen, um verschiedene Größen und Formen aufnehmen zu können.

Diese Ziele werden durch eine drehbare Einspannvorrichtung mit Einspannteilen oder Backen verwirklicht, die mit sich drehenden Getriebeteilen zusammen arbeiten, die durch einen Motor antreibbar sind, um die Einspannteile in Eingriff mit einem Werkstück zu bringen oder es von diesem zu lösen.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schematische Seitenansicht einer Trägheits- oder Reibungsschweißmaschine, in welcher eine erfindungsgemäße Einspannvorrichtung verwendet werden kann, Fig. 2 eine Endansicht einer erfindungsgemäßen drehbaren

Einspannvorrichtung, wobei einzelne Teile im Schnitt gezeigt sind, und Fig. 3 die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie III-III der Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine weist einen Rahmen oder ein Gehäuse 12 auf, in welchem die verschiedenen Teile der Maschine untergebracht sind. Zwei miteinander zu verbindende Teile, die Werkstücke WP-1 und WP-2, sind innerhalb der Einspannvorrichtungen 14 und 16 angeordnet.

Die Einspannvorrichtung 16 ist gegen Drehung gesichert an einer Reitstockhalterung 18 befestigt. Die Halterung 18 ist auf dem Maschinenrahmen 12 mittels einem Belastungszylinder 20 axial beweglich. Ein nicht dargestellter Drucksteuerungskreis steuert den Druck im Belastungszylinder und bestimmt damit die Kraft, mit welcher die Teile WP-1 und WP-2 zusammengedrückt werden.

Die Einspannvorrichtung 14, die nachfolgend ausführlich mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben wird, ist an einer in Fig. 1 nicht dargestellten Drehspindel angeordnet. Die aus Spindel und Einspannvorrichtung bestehende Anordnung wird drehbar in einem Spindelgehäuse 22 gehalten.

Die Einspannvorrichtung 14 kann träge Massen oder Schwungscheiben 24 aufnehmen, die verschiedene Größe und Masse haben können, je nach dem jeweiligen Anwendungszweck der Maschine.

Ein Motor 26 dreht die Spindel über eine hydrostatische Transmission 28. Die hydrostatische Transmission weist eine hydraulische Pumpe 30, einen hydraulischen Motor 32 und einen Verteiler 34 zwischen der Pumpe und dem Motor auf.

Das Antriebsverhältnis zwischen Motor und Spindel 22 kann dadurch verändert werden, dass der Nockenwinkel entweder in der Pumpe 30 oder dem Motor 32 geändert wird. Die Pumpe und der Motor können benutzt werden, um den Motor 26 wirksam von der Spindel 22 zu trennen, indem der Nocken in der Pumpe 30 in eine Lage bewegt wird, in der die Pumpe 30 keine hydraulische Flüssigkeit zum Motor 32 verdrängt.

Die Reibungsschweißmaschine nach Fig. 1 wird allgemein in einem für Maschinen dieser Art üblichen Schweißvorgang eingesetzt.

In Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dreh-Einspannvorrichtung dargestellt, die in einer Maschine nach Fig. 1 verwendet werden kann. Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, ist die Einspannvorrichtung 14 drehbar auf der Spindel 36 angeordnet, die teilweise durch eine punktierte Linie dargestellt ist. Die Einspannvorrichtung weist drei äußere Rumpfteile auf, nämlich einen vorderen Ring 41, einen Zwischenring 42 und eine Rückenplatte 43. Die Teile 41 und 42 sind durch Kopfschrauben 43a aneinander befestigt, wobei eine Relativdrehung zwischen den Teilen durch mehrere Keilanordnungen 44 verhindert wird. Jede Keilanordnung weist einen Keil 46 auf, der an dem Teil 42 durch eine Kopfschraube 47 befestigt ist und in einen Schlitz 48 in dem Teil 41 eingreift.

Mehrere ähnliche Keilanordnungen, von denen eine bei 49 dargestellt ist, verhindern eine Relativdrehung zwischen den Teilen 42 und 43, die ebenfalls aneinander durch mehrere Kopfschrauben 51 befestigt sind.

Die Platte 43 weist eine Ausnehmung 52 auf, welche auf die Spindel 36 passt, so dass die Einspannvorrichtung richtig ausgerichtet wird. Die Platte 43 ist an der Spindel 36 durch mehrere Kopfschrauben 53 befestigt. Für jede Kopfschraube 53 ist, um die Entfernung der Schraube zu erleichtern, ein Schlitz in den Ringteil 42 eingeformt. Dadurch kann die ganze Einspannvorrichtung von der Spindel abgenommen werden.

Die Einspannvorrichtung, siehe Fig. 2, weist Einspannteile oder Backen 56 und 57 auf, die zum Einspannen oder Lösen des Werkstückes WP-1 betätigbar sind. Das Werkstück WP-1 wird in axialer Richtung aufgenommen und durch eine Stützvorrichtung 58 abgestützt. Diese Teile der Einspannvorrichtung werden nachstehend noch ausführlich beschrieben.

Die Kraft zur Betätigung der Einspannbacken 56 und 57 wird durch einen hydraulischen Drehungsmotor zugeführt, der innerhalb der als Hohlwelle ausgeführten Spindel 36 angeordnet ist. Eine kerbverzahnte Welle 62 des Motors ist in ein entsprechend verzahntes Zahnrad 63 eingepasst, das innerhalb der Platte 43 und dem Teil 42 in Lagern 64 und 66 drehbar angeordnet ist. Das Zahnrad 63 ist wirksam mit den beiden Backen 56 und 57 gekuppelt. In Fig. 3 ist nur die Kupplungsanordnung zur Backe 56 dargestellt. Eine entsprechende

Kupplungsanordnung ist in einem oberen Teil der Einspannvorrichtung, siehe Fig. 2, angeordnet, um den Einspannteil oder die Backe 57 zu betätigen. Die zur Kupplung für die Backe 57 gehörenden Teile sind durch Zahlen mit ' in Fig. 2 bezeichnet.

Die Kupplungsanordnung 67, siehe Fig. 3, zur Betätigung der Backe 56 weist ein Zwischenzahnrad 68 auf, das auf einer Achse 69 drehbar abgestützt ist und mit dem Zahnrad 63 kemmt. Das Zwischenzahnrad 68 kemmt auch mit einem weiteren Zahnrad 71, das auf das eine Ende einer Welle 72 aufgeteilt ist. Die Welle 72 erstreckt sich durch die drei Teile 41, 42 und 43 hindurch und wird in Lagern 73 und 74 drehbar gehalten. Das vordere Ende der Welle 72 ist bei 76 mit Getriebezähnen ausgebildet, die mit den Innenzähnen 77 eines Zahnkranzes 78 kemmen. Hier ist zu beachten, dass die doppelte Antriebsverbindung für die Backen 56 und 57 dazu führt, dass für ein Drehgleichgewicht in der Einspannvorrichtung gesorgt und die Drehkraft geteilt wird, die an dem Zahnring 78 angreift.

Der Zahnring 78 wird durch eine Lagerbuchse 79 drehbar gehalten und gegen axiale Bewegung durch ein Drucklager 81 abgestützt. Die Drehbewegung des Zahnringes 78 wird in eine entsprechende Kraft zur Betätigung der Einspannbacke 56 mittels eines Schraubenteiles übersetzt, der als Schneckenschraube 82 ausgebildet ist. Die Schneckenschraube 82 ist mit ihrer Achse gegenüber der Drehachse der Einspannvorrichtung 14 und der Welle 36 radial angeordnet. Die Schneckenschraube 82 ist mit einem Kegelrad 83 ausgebildet, welches mit den äußeren Zähnen 84 des Zahnringes 78 kemmt. Die Schneckenschraube 82 wird durch Lager 86 und 87 drehbar abgestützt und ist durch einen Sperr-Ring 88 und eine Mutter 89 gegen axiale Bewegungen gesichert. Die Schneckenwindungen 91, die an der Schneckenschraube 82 ausgebildet sind, stehen in Schraubeingriff mit der Backe 56, so dass durch Drehung der Schneckenschraube die Radialstellung der Backe 56 gegenüber der Achse der Einspannvorrichtung 14 verändert wird.

Die Verwendung einer Schneckenschraube an dieser Stelle sorgt für eine Selbstsperrung der Einspannvorrichtung, wodurch ein Schlupf der Backen 56 und 57 vermieden wird. Weiter ermöglicht die Verwendung von Einspannbacken 56 und 57 zusammen mit der Schneckenschraube 82 einen weiten Verstellbereich für die Öffnung am vorderen Ende der Einspannvorrichtung, so dass Werkstücke in vielen verschiedenen Größen und Formen aufgenommen werden können.

Die Backen 56, 57 und die Stützanordnung 58 sind mit auswechselbaren Einsätzen versehen, wie anschließend noch erläutert wird. Die Einsätze ermöglichen, dass die Einspannvorrichtung Werkstücke verschiedener Größe und Form fest umspannt. In der vorliegenden Ausführungsform sind diese Teile der Einspannvorrichtung zur Verwendung mit einem Werkstück WP-1 dargestellt, das ein Augbolzen ist, siehe Fig. 2 und 3. Obwohl die Einsätze für die Backen und die Stützanordnung hier in der besonderen Ausbildung für ein Werkstück WP-1 in Form eines Augbolzens gezeigt sind, können andere Einsätze benutzt werden, um Werkstücke mit anderen Größen und Formen aufzunehmen und festzuhalten.

Nach Fig. 2 sind auswechselbare Backeneinsätze 102 und 104 an den Backen 56 und 57 mittels Kopfschrauben 106 befestigt. Ein Teil jedes Backeneinsatzes ist derart spanabhebend bearbeitet, dass er der Oberfläche des Werkstückes WP-1 angepasst ist. Auswechselbare Einsätze 108 und 110 sind auch an dem Einspannteil 41 allgemein hinter den Backen 56 und 57 mittels Kopfschrauben 112 befestigt. Die Einsätze 108 und 110 sind ebenfalls den Seiten des Augbolzens angepasst und übertragen Drehkräfte zwischen dem Werkstück WP-1 und der Einspannvorrichtung während des Schweißvorganges.

Die Stützvorrichtung 58 ist innerhalb einer Innenbohrung 114 angeordnet, die in dem Teil 42 der Einspannvorrichtung ausgebildet ist. Die Stützvorrichtung nimmt ein Ende des Werkstückes WP-1 auf, um axiale Druckkräfte abzufangen, die in dem Werkstück während des Schweißvorganges auftreten. Die Stützvorrichtung enthält eine Stützplatte 116, die mit einer kugelförmigen Fassung 118 ausgebildet ist. Ein Haltering 120 ist durch mehrere Kopfschrauben 122 und ferner an dem Teil 42 der Einspannvorrichtung durch mehrere Kopfschrauben 124 befestigt. Eine Lagerplatte 126 ist mit einer Kugelfläche 128 ausgebildet, die in die Fassung 118 passt und eine allseitige Verschwenkung der Lagerplatte 126 ermöglicht.

Eine ringförmige Federdichtung 130 ist teilweise zwischen der Lagerplatte 126 und dem Haltering 120 eingespannt, um die Lagerplatte 126 vorzuspannen und um das Eintreten von Schmutz und Spänen in die Kugelfläche zwischen der Lagerplatte 126 und der Stützplatte 116 zu verhindern. Die Elastizität der Feder 130 ermöglicht der Lagerplatte 126, unter einer axialen Belastung zu schwingen. Die Lagerplatte 126 wird an einer Drehung gegenüber der Stützplatte 116 durch einen Stift 132 gehindert. Eine auswechselbare Passplatte oder ein Fassungsblock 134 ist auf der Fläche der Lagerplatte 126 durch Kopfschrauben 136 befestigt. Die Vorderfläche 138 der Passplatte 134 ist so geformt, dass sie dem axialen Ende des Werkstückes WP-1 angepasst ist. Die Passplatte der Stützvorrichtung 58 und die Passplatten, die zu dem Backen 56 und 57 gehören, können schnell ausgewechselt werden, um Werkstücke anderer Größen und Formen aufzunehmen.

Ein großer Teil der Backen 56 und 57 ist am vorderen Ende der Einspannvorrichtung mittels einer Platte 140 abgedeckt, die am Teil 41 der Einspannvorrichtung mit mehreren Schrauben 142 befestigt ist. Nur der Teil der Backen, welcher die Backeneinsätze 102 und 104 hält, wird nicht von der Platte 140 überdeckt. Die Platte 140 sorgt dafür, dass Schmutz und Späne von der Einspannvorrichtung und den sich drehenden Zahnrädern ferngehalten werden, die die Schneckenschrauben antreiben.

Mehrere Schmiermittel 144 sind am Umfang des Teiles 41 der Einspannvorrichtung vorgesehen, um die Zufuhr von Schmiermitteln durch Kanäle 146 zur Schmierung des

Zahnringes und der Schneckenschraubeneinrichtung zuzuführen.

Bei einem typischen Schweißvorgang einer mit der erfindungsgemäßen drehbaren Einspannvorrichtung ausgerüsteten Reibungsschweißmaschine sind die Backen 56 und 57 durch Einsatz des Motors 61 zurückgezogen, so dass das Werkstück WP-1 zwischen die Backen und gegen die Einsatzplatte 134 der Stützvorrichtung 58 gesetzt werden kann. Die Einsätze 108 und 110 sind dann in loser Berührung mit den Seiten des Werkstückes WP-1 und hindern es daran, sich radial in der Einspannvorrichtung während des Schweißvorganges zu bewegen. Zur Festlegung des Werkstückes in der Einspannvorrichtung werden die Backen 56 und 57 dann radial nach innen durch Einsatz des Motors 61 über die Antriebsverbindung 67 bewegt, bis die Backeneinsätze 102 und 104 beide das Werkstück WP-1 berühren.

Die Betätigung der Backen 56 und 57 geht in der folgenden Weise vor sich. Der Hydraulikmotor 61 wird durch unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel erregt und dreht die Welle 72, welche die Antriebsverbindung 67 zur Drehung des Zahnringes 78 veranlasst. Der Zahnring dreht die Schneckenschrauben 82 und 82', wodurch die Backen 56 und 57 nach innen auf das Werkstück WP-1 bewegt werden. Da die beiden Schneckenschrauben durch nur einen Zahnkranz betätigt werden, bewegen sich die Backen 56 und 57 mit derselben Geschwindigkeit vorwärts und berühren das Werkstück gleichzeitig. Wenn zwischen den Backeneinsätzen

102, 104 und dem Werkstück WP-1 eine Berührung hergestellt worden ist, setzt der Motor 61 seine Arbeit fort, um die Einsätze auf dem Werkstück bis auf einen vorher festgelegten Drehmomentwert festzuziehen. Nachdem dieser Drehmomentwert erreicht worden ist, hört der Motor auf zu drehen. Da die Backen durch die Sperrwirkung der Schneckenschrauben in ihrer Stellung festgesperrt sind, kann das hydraulische Strömungsmittel vom Motor 61 abgeleitet und, falls erforderlich, an anderer Stelle in der Einrichtung verwendet werden. Es dient zur Sicherung der Einrichtung, dass die fortdauernde Klemmwirkung der Backen unabhängig davon ist, dass dem Motor ständig Druckmittel zugeführt wird. Die Backen bleiben festgeklemmt, selbst wenn der hydraulische Druck ausfallen würde.

Nachdem das Werkstück fest in die Einspannvorrichtung eingeklemmt worden ist, werden die Welle, die Einspannvorrichtung und das Werkstück WP-1 in Drehung versetzt und die einzelnen Schritte eines üblichen Trägheits- oder Reibungsschweißvorganges ausgeführt.

Zur Entfernung des Werkstückes aus der Einspannvorrichtung wird der Motor 61 nur umgeschaltet, so dass der Zahnkranz 78 und die Schneckenschrauben 82 und 82' in entgegengesetzter Richtung drehen, wobei die Backen 56 und 57 vom Werkstück zurückgezogen werden. Daraus ergibt sich, dass eine einfache, nicht dargestellte Ventilanordnung zur Steuerung des Druckmittelflusses zum Motor 61 eine voll- oder halbautomatische Betätigung der erfindungsgemäßen

Einspannvorrichtung ermöglicht.

Claims (13)

1. Drehbare Einspannvorrichtung mit einer Drehachse und mindestens zwei Einspannteilen, die zum Einspannen und Freigeben eines Werkstückes betätigbar sind, gekennzeichnet durch einen Schraubenteil (82), der in Arbeitsbeziehung mit wenigstens einem der Einspannteile (56, 57) steht und der zum Antrieb mit einem Drehgetriebe (63, 68, 71) verbunden ist, das an einen Antriebsmotor (61) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenteil (82) mit Bezug auf die Achse der Einspannvorrichtung (14) radial angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenteil (82) mit einer Sicherung (88, 89) gegenüber Axialbewegungen versehen ist und in Gewindeeingriff mit dem zugehörigen Einspannteil (56) steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Einspannteil ein Schraubenteil (82, 82') und ein Drehgetriebe zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannteile Backen (56, 57) sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Getriebe einen Zahnkranz (78) aufweist, der die Einspannteile (56, 57) umschließt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Achswellen (72), die auf dem Umfang der Einspannvorrichtung (14) verteilt sind, in Antriebsverbindung mit dem Zahnkranz (78) und einer Welle (62), die in Bezug auf die Einspannvorrichtung axial angeordnet, am Motor (61) angekuppelt und mit jeder der Achswellen (72) durch ein entsprechendes Getriebe (63, 68, 71) verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schraubenteil ein Schneckenteil (82, 82') ist, der jeweils mit einem Einspannteil (56, 57) und mit dem Zahnkranz (78) verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schneckenteil (82, 82') ein radial angeordnetes Schneckenrad aufweist, das mit einem Kegelrad (83, 83') versehen ist, welches in den Zahnkranz (78) eingreift.

10. Einrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützvorrichtung (58), die innerhalb der Einspannvorrichtung zur Aufnahme eines Endes des Werkstückes (WP-1) angeordnet ist und eine feststehende Stützplatte (116) und eine sich selbst ausrichtende Lagerplatte (126) aufweist, die über eine Kugelfläche

(128) mit der Stützplatte zur selbsttätigen Ausrichtung der Stütz-Vorrichtung in Eingriff steht.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass austauschbare Zwischenstücke (102, 104) auf den Einspannteilen (56, 57) und der Lagerplatte (126) zur Anpassung an die Oberfläche eines einzelnen Werkstückes angeordnet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannvorrichtung zur Drehung an einer Achswelle (22) einer Reibungsschweißmaschine befestigt ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (61) ein hydraulischer Drehmotor ist.