-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung mit einem an
ein Werkstückprofil
anformbaren Spannbereich, der von den jeweiligen Spannflächen mehrerer,
zueinander verstellbarer Spannelemente gebildet wird, die über eine
Fixierungeinrichtung in einer Stellung fixierbar sind. Diese Spanneinrichtungen
können
z.B. als Spannbacken an Schraubstöcken, Werkzeugmaschinen oder
Bearbeitungszentren zum Festhalten von Werkstücken bei deren Bearbeitung
dienen. Die einzelnen Spannelemente können dabei so eingestellt werden,
daß sie
das Profil des zu fixierenden Werkstücks abbilden und in dieser
Stellung fixiert werden. Die Fixierung ist dabei so stabil ausgelegt,
daß die
zum Halten des Werkstücks
erforderlichen Spannkräfte
die Fixierung der einzelnen Spannelemente nicht lösen. Die
angepaßte
Spanneinrichtung ist damit als Einheit gegenüber dem Werkstück verstellbar
und die Spannkräfte werden über den
fixierten Spannbereich auf das Werkstück übertragen.
-
Es
gibt sog. Konturschablonen, bei denen mehrere nebeneinander und
gegeneinander verschieblich angeordnete Schablonenelemente (Nadeln,
Stifte oder Lamellen) dazu dienen, eine Profilkontur abzuformen.
Die einzelnen Schablonenelemente sind dabei in der Regel zwischen
zwei Leisten eingespannt, so daß sie
zwar verschieblich sind, sich aber nicht von alleine gegeneinander
verschieben. Solche Schablonen sind allerdings zur Kraftübertragung
ungeeignet und nicht vorgesehen. Darüber hinaus sind aus der
DE 197 55 517 Spannbacken
bekannt, bei denen mehrere relativ zu einem Grundkörper verschiebbare
Spannstößel eine
Spannseite bilden, welche an die Kontur des zu spannenden Werkstücks anlegbar
sind und damit die Kontur oder das Profil des Werkstücks abbilden.
Bei solchen Spannbacken ist für
jeden einzelnen Spannstößel eine Klemmvorrichtung
vorgesehen. Beispielsweise eine hydraulische Klemmhülse oder
ein quer zum Spannstößel verlaufender,
z.B. hydraulisch betätigter Klemmbolzen.
Solche Spannbacken sind mechanisch relativ aufwendig und für kleine
Werkstücke
nur begrenzt einsetzbar, da die einzelne Anordnung der Spannstößel, die
wegen der Einzelfixierung erforderlich ist, gewisse Mindestabmessungen
des Werkstücks
verlangt.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine vereinfachte
Spanneinrichtung zur Verfügung
zu stellen, die bei hoher Profilauflösung und einfacher Fixierung
erlaubt, unterschiedlich profilierte Werkstücke zur Bearbeitung festzulegen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Spanneinrichtung nach dem
Schutzanspruch 1 gelöst.
Dabei werden die Spannelemente in ihrer fixierten Stellung nicht
einzeln, also jedes für
sich, sondern gemeinsam aneinander fixiert. Das heißt, mit
einer einzigen Fixiereinrichtung werden alle verstellbaren Spannelemente
in der gewünschten,
z.B. der dem Werkstückprofil
entsprechenden, Stellung fixiert. Zum einen verringert sich dadurch
die konstruktive Komplexität
erheblich, da nur noch eine einzige Fixiereinrichtung erforderlich
ist, und zum anderen kann eine solche Spanneinrichtung auch für wesentlich
komplexere Werkstückprofile
realisiert werden, da die einzelnen Spannelemente unmittelbar aneinanderliegen
und dadurch, daß sie
sich gegenseitig abstützen,
auch vergleichsweise klein ausgeführt werden können. Sie
erlauben damit eine hohe "Profilauflösung".
-
Die
Weiterbildung nach Anspruch 2 erlaubt eine stufenlose Verstellbarkeit
der einzelnen Elemente. Gemäß Anspruch
3 können
ebene Kontaktflächen beim
Fixieren der Spannelemente hohe Punkt- oder Linienbelastungen vermeiden,
die zu unerwünschten plastischen
Verformungen durch Überbeanspruchung
der Spannelemente führen
könnten.
-
Anspruch
4 betrifft stabförmig
ausgebildete Spannelemente, die, insbesondere als Bündel angeordnet,
in der Lage sind, auch dreidimensionale Werkstückprofile aufzunehmen. Solche
Werkstückprofile
treten beispielsweise bei komplexen Gußteilen, Blech- und Tiefziehteilen
oder auch Kunststoff- oder
Holzwerkstücken
auf, auf, die so werkstückschonend
und flexibel festlegbar sind. Auch bei einem solchen Spannelementbündel können mit
einer einzigen Fixiereinrichtung alle Spannelemente aneinander und
untereinander fixiert werden.
-
Anspruch
5 betrifft lamellenförmig
ausgebildete Spannelemente, die zu einem Stapel zusammengefaßt sind.
Eine so ausgestaltete Spanneinrichtung ist insbesondere geeignet,
beliebige prismatische Profile, z.B. aus Stangenmaterial (Strangpreßprofile
oder ähnliches)
aufzunehmen.
-
Die
Ansprüche
6 und 7 betreffen den jeweiligen Spannbereich der Spannelemente,
der überwiegend
von den dem Werkstück
zugewandten Stirnflächen
gebildet wird. Dabei ist die Ausführung gemäß Anspruch 7 besonders vorteilhaft,
um die Spanneinrichtung an Werkstück und Werkzeug schonend anzupassen.
-
Die
Ansprüche
8 und 9 betreffen die Befestigung und Führung der einzelnen Spannelemente
bei gelöster
Fixiereinrichtung. Die unverlierbare Aufnahme verbessert die Handhabung
der Spanneinrichtung. Dabei ist die Ausführung der Spannelemente mit
einer Profilschiene entsprechenden Ausnehmungen besonders vorteilhaft.
Die Spannelemente werden dadurch wie auf einer Gardinenstange geführt, sind
bei der normalen Handhabung unverlierbar, können aber auch leicht ausgetauscht
werden.
-
Die
Ansprüche
10 und 11 betreffen Ausführungen
der Spanneinrichtung, bei der die Fixiereinrichtung über ein
Klemmelement eine Klemmkraft auf die Spannelemente ausübt, die
quer zur Verstellrichtung der Spannelemente wirkt. Durch diese Anordnung
ist eine besonders gute Ausnutzung der Klemmkraft möglich und
ist gerade hinsichtlich des gewünschten
Reibschlusses optimal. Dabei ist das Aufbringen der Klemmkraft über eine
auf das Klemmelemente wirkende Stellschraube nach Anspruch 11 eine
einfache Lösung,
um eine definierte Klemmkraft über
das Anzugsmoment der Schraube bereitzustellen.
-
Die
Ansprüche
12 und 13 betreffen Vorrichtungen zur Bearbeitung von Werkstücken bzw. Spannvorrichtungen
zum Festhalten von Werkstücken,
die mit einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung
versehen ist.
-
Anspruch
14 betrifft ein Spannelement, welches zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung
geeignet ist.
-
Ausführungsbeispiele
und Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der
anhängenden
Zeichnungen erläutert,
in denen
-
1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zeigt,
bei der die Spannelemente lamellenförmig ausgebildet sind,
-
1a ein
lamellenförmiges
Spannelement zeigt,
-
2 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zeigt,
bei der die Spannelemente stabförmig
ausgebildet sind,
-
3 eine
Vorderansicht der in 2 dargestellten Spanneinrichtung
zeigt,
-
4a–e Einsatzbeispiele
der Spanneinrichtung aus 1 zeigen, und
-
5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Spanneinrichtung mit lamellen- bzw. scheibenförmigen Spannelementen
zeigt.
-
Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung
ist folgendermaßen
aufge baut: Die Spanneinrichtung 1 umfaßt einen Grundköper 2 und
mehrere Spannelemente 3, die jeweils mit einer Ausnehmung 4 versehen
sind, in der eine Profilschiene 5 verläuft. Die Profilschiene 5 wird über zwei
Schrauben 6 am Grundkörper 2 befestigt.
Jedes Spannelement 3 ist entsprechend der Ausnehmung 4 in
der Verstellrichtung (V) verstellbar. An einem Ende des Grundkörpers 2 ist ein
Widerlager 7 über
Schrauben 8 mit diesem und der Profilschiene 5 verbunden.
Am gegenüberliegenden
Ende ist eine Druckplatte 9 vorgesehen, die über einen
Zylinderstift 10 mit dem Grundkörper 2 so gekoppelt
ist, daß die
Druckplatte 9 in Achsrichtung des Zylinderstifts 10 verschiebbar
ist. Die Druckplatte 9 weist eine Klemmfläche 11 auf,
die an der Kontaktfläche 12 des
(obersten) Spannelements 3 angreift. Über eine die Druckplatte 9 durchsetzende
Stellschraube 13, die über
ein entsprechendes Innengewinde 14 in der Profilschiene 5 aufgenommen
wird, kann eine Klemmkraft K über
die Druckplatte 9 die Klemmfläche 11 und die Kontaktfläche 12 auf
alle Spannelemente 3 und das Wiederlager 7 ausgeübt werden.
Diese Klemmkraft bewirkt die reibschlüssige Fixierung der Spannelemente
untereinander und am Wiederlager 7 bzw. der Druckplatte 9.
-
Der
Grundkörper 2,
Druckplatte 9 und der Spannelementstapel 15 sind
dabei so aufeinander abgestimmt, daß in fixierter Stellung zwischen
der Druckplatte 9 und dem Grundkörper 2 ein Schlitz
verbleibt, so daß die über die
Stellschraube 13 aufgebrachte Klemmkraft K ausschließlich auf
die Spannelemente 3 wirkt. Zusätzlich weist die Druckplatte 9 einen
Absatz 16 auf, der die Druckplatte 9 am Grundkörper 2 so
führt,
daß sich
die Druckplatte 9 nicht gegenüber dem Grundkörper 2 verdrehen
kann. Damit die Klemmkraft K ausschließlich auf die Spannelemente 3 ausgeübt wird,
ist auch die Profilschiene 5 so ausgeführt, daß die Druckplatte 9 in
fixierter Stellung nicht daran anschlägt. Dies kann entweder dadurch
realisiert werden, daß die
Profilschiene 5 selbst in ihren Abmessungen so an den Spannelementstapel 15 angepaßt ist,
daß dieser
etwas über
das der Druckplatte 9 zugewandte Ende der Profilschiene 5 hinausragt,
oder dadurch, daß die
Profilschiene 5 selbst in eine entsprechende Ausnehmung
in der Druckplatte 9 eintaucht (nicht dargestellt). Diese
Ausführung
hat den Vorteil, daß auch
bei gelöster
Druckplatte 9, d.h. in einer Stellung, in der die einzelnen Spannelemente 3 in
Verstellrichtung V verstellbar sind, diese nicht von der Profilschiene 5 abrutschen können.
-
In
der 1 sind Ausführungen
der Spannelemente 3a, 3b, 3c mit unterschiedlichen
Lamellenlängen
dargestellt. Durch entsprechende Anordnung solcher Spannelemente 3a, 3b, 3c auf
der Profilschiene 5 können
auch sehr ausgeprägte
Profile 17, wie in 1 und 4a dargestellt, überbrückt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die einzelnen Spannelemente 3 mit einer Ausnehmung 4 versehen,
in der die T-förmig
ausgebildete Profilschiene 5 verläuft. Die Ausnehmung 4 definiert
dabei am Spannelement 3 eine Art Führungsklaue 18, die
die Profilschiene 5 umgreift und zum einen (in gelöster Stellung)
das Einstellen in Verstellrichtung V zuläßt und zum anderen verhindert, daß die Spannelemente 3 bei
gelöster
Druckplatte 9 aus der Spanneinrichtung 1 herausfallen.
Neben dieser dargestellten Ausführung
ist auch jede andere geeignete Führung
realisierbar, bei der die Spannelemente 3 verstellbar und
unverlierbar in der Spanneinrichtung 1 gehalten werden.
Zum Beispiel kann in der Profilschiene 5 auch eine Nut
ausgebildet sein, in der die Spannelemente 3, die dann
mit entsprechenden Führungsansätzen wie
in einer Vorhangschiene gehalten werden, ebenfalls in Richtung V
verschieblich sind. Eine solche Ausführung wird weiter unten im Zusammenhang
mit der Beschreibung eines weiteren Ausführungsbeispiels erläutert.
-
Die 4a–4e zeigen
unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten
der oben beschriebenen Spanneinrichtung 1 mit lamellenförmigen Spannelementen 3.
In den 4a–4d ist
kein Widerlager dargestellt; dabei kann es sich um eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung
oder um eine andere geeignete Werkstückanlage handeln. 4a zeigt
eine Spann einrichtung 1 mit einem Spannelementstapel 15,
der aus drei unterschiedlichen Spannelementtypen 3a, 3b, 3c gebildet
wird. Die Spannelemente 3 liegen mit ihren abgerundeten
Stirnflächen 19 (siehe
dazu auch 1 und 1a) an
der der Spanneinrichtung 1 zugewandten Profiloberfläche an.
Die Figur macht deutlich, daß trotz
des identischen durch die Ausnehmung 4 definierten Verstellbereichs
durch die Wahl unterschiedlich dimensionierter Spannelemente 3a, 3b, 3c eine
sehr große
Profiltiefe überbrückt werden kann.
Die Spannelemente 3a, 3b, 3c weisen dazu unterschiedlich
lange Spannzungenabschnitte 20 auf (siehe dazu die Darstellung
des einzelnen Spannelements 3 in 1a). 4a zeigt
auch, daß nicht
alle Spannelemente 3a, 3b am Werkstück anliegen
müssen.
-
4b zeigt
eine Spanneinrichtung 1, bei der der Spannelementstapel 15 an
eine kontinuierlich gekrümmte
Profiloberfläche
eines ovalen Profils 17' angepaßt ist.
-
4c zeigt
eine Spanneinrichtung 1, die zur Aufnahme eines sechskantigen
Profils 17'' angepaßt ist.
Diese Figur macht deutlich, daß ein
solches Profil in jeder beliebigen Drehstellung zur Spanneinrichtung
positionierbar ist und die Spanneinrichtung 1 mit ihren
Spannelementen 3 beliebig angepaßt werden kann.
-
4d zeigt
eine Anwendung, bei der nicht nur die Stirnflächen 19, sondern auch
Bereiche der Kontaktfläche 12 am
Werkstück 17''' anliegen. 4d ist
ebenfalls zu entnehmen, daß ein
Bereich 15' des
Spannelementstapels von der Oberfläche des Werkstücks 17''' weg
verstellt ist, z.B. um einen bestimmten besonders empfindlichen
Profilbereich zu schonen.
-
Die 4e zeigt
den Einsatz einer Spanneinrichtung 1 zum Spannen eines
Profils 17''' gegen zwei Anlageflächen 21, 22 eines
Anschlagwinkels 23. Die abgerundeten Stirnflächen 19 erlauben
einen großen
Winkelbereich, den die Spanneinrichtung 1 zu einem Werkstück 17''' einnehmen
kann. Gleichzeitig kann bei einer solchen Anordnung eine Festlegung
in zwei Richtungen (an die beiden Anlageflächen 21, 22)
erfolgen, für
die sonst unter Umständen zwei
Spanneinrichtungen erforderlich wären.
-
2 und 3 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung 1', bei der die
einzelnen Spannelemente 3' nicht
lamellenförmig,
sondern stabförmig
ausgebildet sind. Diese Spannelemente 3' weisen einen im wesentlichen quadratischen
Querschnitt auf. Die Längskanten 24 sind
angefast und die Elemente 3' sind
gebündelt
in einen Führungs-
und Klemmrahmen 25 eingestapelt, so daß die Klemmelemente 3' mit diagonal
verlaufenden Kontaktflächen 12' angeordnet sind.
Der Rahmen selbst besteht aus den Rahmenelementen 25, die
miteinander verschraubt sind. An der Werkstück zugewandten Seite sind die
Klemmelemente 3' mit
abgerundeten Spannflächen 19' versehen. An
der Werkstück
abgewandten Seite der Spanneinrichtung 1' ist eine Halteplatte 26 vorgesehen,
in der Führungsöffnungen 27 vorgesehen
sind. Durch diese zum Teil schlitzartigen diagonal verlaufenden
Führungsöffnungen 27 sind
Schrauben 28 jeweils in eines der Spannelemente 3' eingeschraubt. Der
in verschraubtem Zustand herausstehende Schaft der Schraube 28 definiert
und begrenzt den Verschiebeweg V der einzelnen Spannelemente 3', da die Führungsschlitze 27 so
ausgeführt
sind, daß sich
zwar der Schraubenschaft darin frei bewegen kann – d.h. eine
Verschiebung oder Verstellung zur Anpassung an ein Werkstückprofil
ist möglich – der Schraubenkopf
jedoch nicht hindurch paßt,
so daß die
Spannelemente 3' unverlierbar
in der Halteplatte 20 aufgenommen sind. Zum Fixieren der
Spannelemente 3' ist
eine Fixiereinrichtung vorgesehen, die aus zwei gegeneinander verschieblichen
Klemmkeilelementen 29 und 30 sowie einer Zugschraube 31 gebildet
wird. Die Zugschraube durchsetzt ebenfalls einen Bereich der Halteplatte 27 sowie
ein Stützprofil 32.
-
Zum
Fixieren der Spannelemente 3' wird
die Spannschraube 31 in ein entsprechendes Innengewinde
im Keilelement 29 eingeschraubt. Dieses wird dadurch zwischen
das Rahmenelement und das Keilelement 30 gezogen, so daß auf die
Spannelemente 3' eine
Normalkraft K ausgeübt
wird (siehe 3), die die Spannelemente in
den Spannrahmen drückt und
eine Klemmkraft zwischen den Kontaktflächen 12' und den Rahmenelementen 25 bzw.
der Fixiereinrichtung bewirkt. Die Spannschraube 31 stützt sich
mit ihrem Kopf dabei am Stützprofil 32 ab.
Die angefasten Längskanten 24 verhindern
dabei, daß die
Klemmwirkung durch Aneinanderstoßen der Kanten 24 behindert
wird. Eine solche Klemmeinrichtung 1' kann an dreidimensionale Oberflächen angepaßt werden.
Es können
auch, wie im Ausführungsbeispiel
mit den lamellenförmigen
Klemmelementen 3 beschrieben, unterschiedlich lange Spannelemente 3' verwendet werden,
um große
Profiltiefen zu überbrücken. Die
Klemmelemente 3' können in
einer anderen Ausführungsform
auch als runde Bolzen ausgeführt
werden, die in ähnlicher
Weise miteinander verklemmt werden. Die erforderlichen Klemmkräfte werden
dann über
Berührungslinien
der aneinander liegenden Bolzen übertragen.
-
Die
in den oben dargestellten Ausführungsbeispielen
aufgebrachten Klemmkräfte
können
auch hydraulisch pneumatisch oder in anderer geeigneter Weise aufgebracht
werden, solange eine kraftschlüssige
Koppelung der Klemmelemente 3, 3' untereinander gewährleistet
werden kann.
-
5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
profilierbaren Klemmeinrichtung 1'' mit
lamellen- bzw. scheibenförmigen
Klemmelementen 3''. Die eigentliche
Fixiereinrichtung entspricht weitgehend dem aus den 1 und 4a–e bekannten
Aufbau. Die Klemmelemente 3'' werden hier
jedoch durch runde Lamellen 3'' gebildet,
die exzentrisch mit einer Bohrung durchsetzt sind. Diese Bohrungen
und eine entsprechende Bohrung an der Druckplatte 9'' und dem Widerlager 7'' wird von einer als Zuganker wirkenden
Ankerschraube 33 durchsetzt, die in ein entsprechendes
Gewinde im Widerlager 9'' angreift und
hier Druckplatte 9'' und Widerlager 7'' elastisch verformt und die Spannelemente 3'' zusammenpreßt und in einer bestimmten
Drehlage um ihre exzentrischen Bohrungen fixiert, so daß diese
eine gewünschte
Profilstellung einnehmen können.
Die Abnahme eines gewünschten
Werkstückprofils
erfolgt also hier nicht durch Verschieben, sondern durch Verschwenken
der einzelnen Spannelemente 3'' in eine
Schwenkrichtung S bei gelöster
Ankerschraube 33.
-
In
einer weiteren nicht dargestellten Ausführung können auf einen solchen oben
beschriebenen Zuganker auch etwa rechteckige Lamellen aufgenommen
werden, die statt einer runden Durchgangsöffnung ein Langloch aufweisen,
in dem diese Lamellen dann relativ zu dem Zuganker verschoben werden
können.
Ein solcher Lamellenstapel könnte
dann zusätzlich
seitlich geführt
werden.
-
Die
in den Ausführungsbeispielen
angegebenen, mit Schrauben verbundenen Einzelteile können auch
zusammengefaßt
und einstückig
ausgebildet werden. Sie können
auch in anderer geeigneter Weise verbunden (z.B. verschweißt, vernietet)
werden. So können
beispielsweise bei der in 1 dargestellten
Spanneinrichtung 1 der Grundkörper 2, die Profilschiene 5 und
das Widerlager 7 einstückig
ausgebildet sein. Gleiches gilt auch für die Rahmenelemente 25,
die Halteplatte 26 und das Stützprofil 32 der in 2 und 3 dargestellten
Spanneinrichtung 1' sowie
für den
Grundkörper 2'', das Widerlager 7'' und die Druckplatte 9'' der in 5 dargestellten Spanneinrichtung 1''.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
von Spanneinrichtungen sind insbesondere geeignet in Werkzeugmaschinen,
Profilbearbeitungseinheiten, Bearbeitungszentren oder auch in entsprechenden
Spannfuttern, Spannbacken oder anderen Werkstückhalterungen verwendet zu
werden.