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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem aufweisend eine Schnellspanneinrichtung und eine Werkstückhalteeinheit mit einem Fußteil, das in der Schnellspanneinrichtung angeordnet und lösbar geklemmt bzw. eingespannt werden kann.
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Drehfutter, Spannfutter und andere Werkstückhalteeinrichtungen zur Aufnahme von zu bearbeitenden und/oder zu messenden Werkstücken sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise beschreibt
DE 20 2014 004 713 U1 ein Spannsystem mit mehreren radial bewegbaren Spannbacken. Die Spannbacken können über ein Getriebe mit einer Planspirale radial zu einer Spannachse bewegt werden.
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DE 103 17 339 A1 offenbart ein Spannsystem zum Einspannen von Werkstückpaletten, die ein Werkstück tragen, bei dem die Werkstückpaletten hierfür Spannzapfen aufweisen, die an der Unterseite vorsteht und durch ein Spannmittel mit einer Spannkraft beaufschlagt wird. Durch die Spannkraft wird die Palette gegen eine Auflagefläche des Spannsystems gezogen.
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Ein Halter für ein Werkstück, insbesondere ein optisches Werkstück, das zum Einspannen in ein Drehfutter oder Spannfutter eingerichtet ist, ist aus
DE 10 2018 111 368 B3 bekannt.
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EP 1 640 094 B1 offenbart eine Dreipunktauflage mit Kugeln und V-förmigen Positionierausnehmungen zur Positionierung der Werkstückhalteeinheit. Derartige Dreipunktauflagen sind an sich bekannt, beispielsweise auch aus
US 6 072 569 .
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EP 1 640 094 B1 offenbart ein Spannsystem, bei dem eine Werkstückhalteeinheit vorhanden ist, die auf einen Tisch aufgestellt werden kann. An dem Tisch ist eine Positionieranordnung mit drei in Umfangsrichtung um eine Achse verteilt angeordneten Positioniervertiefungen vorhanden. In jede Positioniervertiefung kann eine Kugel eingreifen, die an der Unterseite der Werkstückhalteeinheit angeordnet ist. Dadurch kann die Werkstückhalteeinheit durch ihr Eigengewicht auf dem Tisch einer Messeinrichtung positioniert werden. Nachteilig ist dabei, dass das Halten der Werkstückhalteeinheit durch ihr Eigengewicht für hochpräzise Anwendungen, insbesondere in Messmaschinen, nicht für alle Werkstücke geeignet ist, insbesondere für große bzw. ausladende Werkstücke, die ein Kippmoment auf die Werkstückhalteeinheit übertragen können. Messungen, insbesondere im Sub-Mikrometer-Bereich, an einem in der Werkstückhalteeinheit gehaltenen Werkstück sind nicht ohne Weiteres mit der erforderlichen Genauigkeit ausführbar.
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Die Firma Retter bietet eine Spanneinheit (https://www.retter.de/de/spanneinheit.html) an. Die Spanneinheit hat einen Spannring mit drei Spannelementen, die jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar sind, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Spannachse (Mittelachse des Spannrings) erstrecken, wobei die Werkstückhalteeinheit in der Spanneinheit entlang der Spannachse angeordnet wird. Ein Fußteil der Werkstückhalteeinheit wird durch die Spannelemente federelastisch beaufschlagt und mit einer axialen Spannkraft gehalten. Bei diesem bekannten Spannsystem kann durch die Schwenkbewegung der Spannelemente eine Kraft auf das Fußteil der Werkstückhalteeinheit in Umfangsrichtung erzeugt werden, wenn die Spannelemente aus einer Freigabestellung in die Spannstellung bewegt werden. Die dabei auf das Fußteil der Werkstückhalteeinheit ausgeübte Umfangskraft wird als nachteilig für das Aufrechterhalten der Positioniergenauigkeit der Werkstückhalteeinheit in der Schnellspanneinrichtung angesehen. Außerdem ist der Bauraumbedarf für die Schnellspanneinrichtung relativ groß. Das federelastische Erzeugen der Spannkraft führt zu einer Klemmung, deren Genauigkeit vom Betrag der Spannkraft bzw. der Federcharakteristik abhängt.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Spannsystem bereitzustellen, das den Einsatz unterschiedlicher Werkstückhalteeinheiten gestattet und ein wiederholbares genaues Positionieren und Spannen der Werkstückhalteeinheit in einer Schnellspanneinrichtung des Spannsystems gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spannsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Spannsystem hat eine Schnellspanneinrichtung mit mehreren um eine Spannachse verteilt angeordneten Spannelementen. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Spannsystem mehrere und insbesondere drei um die Spannachse verteilt angeordnete Spannelemente. Die Schnellspanneinrichtung weist außerdem einen Grundkörper mit einer Positionieranordnung auf. Der Grundkörper kann beispielsweise ein Tisch oder Drehteller einer Messmaschine sein. Der Grundkörper kann um die Spannachse drehbar sein.
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Das Spannsystem weist wenigstens eine Werkstückhalteeinheit auf. Die Werkstückhalteeinheit ist zum Halten eines Werkstücks eingerichtet und kann in der Schnellspanneinrichtung angeordnet und eingespannt werden. Zur Zusammenarbeit mit der Schnellspanneinrichtung hat die Werkstückhalteeinheit ein Fußteil. Mit Abstand vom Fußteil sind die Haltemittel zum Halten des Werkstücks angeordnet, die an die jeweilige Form und Größe des Werkstücks angepasst sind. Um unterschiedliche Werkstücke einfach und schnell mittels des Spannsystems spannen zu können, kann das Spannsystem mehrere verschieden ausgestaltete Werkstückhalteeinheiten aufweisen, wobei die Werkstückhalteeinheiten jeweils dasselbe Fußteil als Schnittstelle zur Schnellspanneinrichtung aufweisen.
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Das Fußteil jeder Werkstückhalteeinheit hat eine Unterseite und eine der Unterseite entgegengesetzte Oberseite. An der Unterseite sind mehrere und beispielsweise drei Positionierkörper angeordnet, die mit der Positionieranordnung des Grundkörpers zusammenarbeiten, um das Fußteil und mithin die Werkstückhalteeinheit in der Schnellspanneinrichtung gegenüber der Spannachse zu positionieren und auszurichten. Insbesondere wird durch Kontakt der Positionierkörper mit der Positionieranordnung der Grundkörper in allen sechs Freiheitsgraden gegenüber der Schnellspanneinrichtung definiert angeordnet.
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An der Oberseite hat jedes Fußteil für jedes Spannelement eine Spannfläche. Den Spannelementen kann eine gemeinsame Spannfläche, beispielsweise eine ringförmige Spannfläche, zugeordnet sein. Die Spannfläche ist vorzugsweise eine ebene Fläche, die bei hergestellter Verbindung zwischen den Positionierkörpern und der Positionieranordnung vorzugsweise rechtwinklig zur Spannachse ausgerichtet ist. Insbesondere hat die Spannfläche keine Steigung in Umfangsrichtung.
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Jedes Spannelement ist zwischen einer Spannstellung und einer Freigabestellung bewegbar. Die Bewegung kann ausschließlich eine Schwenkbewegung, ausschließlich eine Translationsbewegung entlang einer Bahn oder eine Kombination aus Schwenkbewegung und Translationsbewegung sein. Die Bewegung des Spannelements erfolgt in einer Axialebene, die sich parallel zur Spannachse erstreckt. Diese Axialebene kann beispielsweise die Spannachse enthalten. Die Axialebene kann somit durch eine parallel zur Spannachse verlaufende Axialrichtung und eine radial zur Spannachse verlaufende Radialrichtung aufgespannt werden.
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In der Spannstellung drückt das Spannelement auf die zugeordnete Spannfläche des Fußteils und erzeugt dadurch eine Spannkraft in Axialrichtung parallel zur Spannachse. Vorzugsweise hat die Spannkraft keine Komponenten in Umfangsrichtung um die Spannachse und/oder in Radialrichtung radial zur Spannachse. Mittels der Spannkraft der Spannelemente wird das Fußteil zwischen den Spannelementen und der Positionieranordnung in Axialrichtung klemmend gehalten.
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Dadurch, dass die Spannelemente ausschließlich in der Axialebene zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung bewegt werden, werden solche Krafteinleitungen durch die Spannelemente in das Fußteil reduziert oder eliminiert, die zu einem Positionierfehler führen können, insbesondere Krafteinleitungen in Umfangsrichtung um die Spannachse.
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Es ist bevorzugt, wenn jedes Spannelement in der Spannposition in einer Axialrichtung parallel zur Spannachse und/oder in einer Radialrichtung radial zur Spannachse unelastisch bzw. starr abgestützt ist. Innerhalb des Kraftflusses der Spannkraft sind keine Federn oder elastisch verformbaren Vorspannelemente angeordnet. Dies gilt insbesondere für Kräfte, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Spannsystems auftreten können. Somit wird zur Abstützung des Spannelement in der Spannposition weder eine Feder, noch ein anderes elastisch verformbares Vorspannelement verwendet, die bzw. das sich elastisch oder federelastisch in Axialrichtung und/oder Radialrichtung verformen kann, wenn auf die Werkstückhalteeinheit bzw. das Fußteil eine äußere Kraft einwirkt. Es wird dadurch verhindert, dass sich das Spannelement ungewollt aus der Spannposition in Axialrichtung und/oder Radialrichtung wegbewegt. Diese Ausgestaltung kann auch unabhängig davon realisiert werden, ob sich die Spannelemente ausschließlich in der jeweiligen Axialebene bewegen lassen oder nicht. Das vorstehend beschriebene Merkmal stellt somit einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Schnellspanneinrichtung einen koaxial um die Spannachse verlaufenden Spannring aufweist. An dem Spannring können beispielsweise die Spannelemente angeordnet sein. Der Spannring kann die Positionieranordnung umschließen, die durch die Ringöffnung des Spannrings zugänglich ist.
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Die Positionieranordnung kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mehrere und insbesondere drei um die Spannachse verteilt angeordnete Positioniervertiefungen aufweisen. Die Positioniervertiefung kann im Querschnitt V-förmig sein. Die Positioniervertiefung kann beispielsweise durch zwei benachbart zueinander angeordnete Kugeln eines Kugelpaars gebildet sein. Alternativ könnte sie auch durch eine prismatische Vertiefung bzw. Nut gebildet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Positioniervertiefung genau ein Spannelement zugeordnet. Radial benachbart zu jeder Positioniervertiefung kann das zugeordnete Spannelement angeordnet sein. In der Spannposition wird die Spannkraft vorzugsweise axial in Verlängerung der Positioniervertiefung über das jeweils zugeordnete Spannelement in das Fußteil der Werkstückhalteeinheit eingeleitet, wenn sich das Spannelement in der Spannstellung befindet.
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Die Spannelemente und/oder die Positioniervertiefungen der Positionieranordnung sind vorzugsweise regelmäßig in Umfangsrichtung um die Spannachse verteilt angeordnet.
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Es ist vorteilhaft, wenn jeder Positionierkörper des Fußteils eine um zumindest eine Raumrichtung gekrümmte Außenfläche aufweist. Jeder Positionierkörper kann eine zumindest abschnittsweise zylindrische Form aufweisen. Jeder Positionierkörper kann beispielsweise durch einen Zylinderstift oder durch eine Kugel gebildet sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Schnellspanneinrichtung ein Stützelement aufweist, das mit Abstand zur Spannachse angeordnet ist, in Umfangsrichtung beispielsweise zwischen zwei unmittelbar benachbarten Spannelementen. Das Stützelement ist dazu eingerichtet, in Eingriff mit einem Stützgegenelement am Fußteil der Werkstückhalteeinheit gebracht zu werden, insbesondere zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung in Umfangsrichtung um die Spannachse. Das Stützelement kann beispielsweise ein Axialvorsprung und/oder ein Radialvorsprung sein. Das Stützgegenelement kann beispielsweise eine Stützvertiefung sein, die komplementär zum Stützelement ausgebildet sein kann. Durch den Eingriff des Stützelements in das Stützgegenelement kann zum einen die Drehlage der Werkstückhalteeinheit in Umfangsrichtung um die Spannachse eindeutig definiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch den Kontakt zwischen Stützelement und Stützgegenelement eine Drehmomentabstützung in Umfangsrichtung um die Spannachse zwischen dem Fußteil und der Schnellspanneinrichtung erreicht werden. Ein solches Drehmoment zwischen dem Fußteil und der Schnellspanneinrichtung muss somit nicht über die Positionieranordnung und die Positionierkörper abgestützt werden.
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Beim Ausführungsbeispiel kann das Stützelement eine zumindest abschnittsweise zylindrische Form haben und beispielsweise durch einen Zylinderkörper gebildet sein. Das Stützgegenelement kann eine kreisbogenförmige Aussparung am Fußteil sein, die beispielsweise radial nach außen offen sein kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schnellspanneinrichtung,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkstückhalteeinheit,
- 3 die Werkstückhalteeinheit aus 2 in einer Seitenansicht,
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Spannelements des Spannsystems aus 1 in einer Freigabestellung,
- 5 das Spannelement aus 4 in einer Spannstellung,
- 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Spannelements des Schnellspannsystems in einer schematischen Darstellung,
- 7-10 jeweils eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkstückhalteeinheit und
- 11 eine Explosionsdarstellung eines Spannsystems aufweisend die Schnellspanneinrichtung gemäß 1 und die Werkstückhalteeinheit gemäß 2 und 3.
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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem 15 ( 11) aufweisend eine Schnellspanneinrichtung 16 (1) sowie wenigstens eine Werkstückhalteeinheit 17 (2, 3 und 7-10). In 11 ist das Spannsystem 15 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, das lediglich beispielhaft die Werkstückhalteeinheit 17 aus 2 und 3 aufweist. Alle anderen Werkstückhalteeinheiten 17 können auch in der Schnellspanneinrichtung 16 gehalten werden. Dazu hat jede Werkstückhalteeinheit 17 ein Fußteil 18, das als Schnittstelle zur Schnellspanneinrichtung 16 dient. Das Fußteil 18 weist bei sämtlichen Werkstückhalteeinheiten 17 eine oder mehrere identische Spannflächen 38 auf. Mittels des Fußteils 18 können die unterschiedlichen Werkstückhalteeinheiten 17 einfach und schnell in der Schnellspanneinrichtung 16 positioniert und eingespannt werden.
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Die Schnellspanneinrichtung 16 hat bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Spannring 22, der koaxial um eine Spannachse Z angeordnet ist. Eine Richtung, die parallel zur Spannachse Z ausgerichtet ist, wird als Axialrichtung A bezeichnet. Eine Richtung, die radial zur Spannachse Z ausgerichtet ist, wird als Radialrichtung R bezeichnet.
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Die Schnellspanneinrichtung 16 hat mehrere in Umfangsrichtung U um die Spannachse Z verteilt angeordnete Spannelemente 23, beispielsgemäß drei Spannelemente 23. Die Spannelemente 23 sind in Umfangsrichtung U regelmäßig verteilt angeordnet. Jedes Spannelement 23 kann zwischen einer Freigabestellung I und einer Spannstellung II bewegt werden.
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Die Bewegung jedes Spannelements 23 zwischen der Freigabestellung I und der Spannstellung II findet ausschließlich in einer Axialebene statt, die in Axialrichtung A ausgerichtet ist. Die Axialebene kann die Spannachse Z enthalten und somit sowohl in Axialrichtung A, als auch in Radialrichtung R orientiert sein.
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In den 4-6 sind Ausführungsbeispiele für das Bewegen eines Spannelements 23 zwischen der Freigabestellung I und der Spannstellung II schematisch dargestellt. Die Bewegung kann ausschließlich eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse S sein, die rechtwinklig zur Spannachse Z ausgerichtet ist. Die Schwenkachse S ist beispielsgemäß rechtwinklig zur Radialrichtung R und rechtwinklig zur Axialrichtung A ausgerichtet.
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Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Spannelement 23 in der Axialebene durch eine Translationsbewegung ohne Schwenken oder andere rotatorische Bewegungskomponenten, beispielsweise eine Translationsbewegung entlang einer sich in der Axialebene erstreckenden Bahn erfolgen. Die Bahn kann durch eine Führung 24 der Schnellspanneinrichtung 16 vorgegeben werden, die in 6 lediglich beispielhaft und stark schematisiert dargestellt ist.
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Die beispielhaft in 6 dargestellte Translationsbewegung ist linear, kann abweichend hiervon aber auch einer beliebigen anderen abschnittsweise geraden und/oder abschnittsweise gekrümmten Bahn folgen. Beispielsweise kann ein sich an die Spannstellung II anschließender Bahnendabschnitt in Axialrichtung A ausgerichtet sein.
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Bei den hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Bewegung jedes Spannelements 23 zwischen seiner Freigabestellung I und seiner Spannstellung II entweder eine reine Schwenkbewegung um die Schwenkachse S innerhalb der Axialebene oder eine reine Translationsbewegung des Spannelements 23 entlang einer vorgegebenen Bahn innerhalb der Axialebene. Alternativ kann auch eine kombinierte Schwenk- und Translationsbewegung ausgeführt werden.
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In der Spannstellung II erzeugt jedes Spannelement 23 eine Spannkraft F in Axialrichtung A auf das Fußteil 18, die an der Schnellspanneinrichtung 16 abgestützt werden muss. In der Spannstellung II wird jedes Spannelement 23 zumindest in Axialrichtung A und optional zusätzlich in Radialrichtung R unelastisch starr abgestützt. Darunter ist eine Abstützung zu verstehen, bei der innerhalb des Kraftflusses der Spannkraft F, insbesondere zwischen dem Spannelement 23 und der Abstützfläche keine elastischen oder federelastischen Elemente enthalten sind. Das Spannelement 23 kann daher aus seiner Spannstellung II heraus nicht gegen eine Vorspannkraft einer Feder oder eines anderen elastisch verformbaren Vorspannelements bewegt werden. Auch die Spannelemente 23 selbst sind bei den in bestimmungsgemäßem Gebrauch auftretenden Kräften unelastisch.
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Wie es insbesondere in den 4-6 veranschaulicht ist, kann jedes Spannelement 23 zwei schräg oder rechtwinklig miteinander verbundene Schenkel 25 aufweisen. Mittels des einen Schenkels 25 kann das Spannelement 23 an der Schnellspanneinrichtung 16 schwenkbar oder anderweitig geführt bewegbar gelagert sein. An dem anderen Schenkel weist das Spannelement 23 einen Spannkörper 26 auf. Der Spannkörper verjüngt sich vom Schenkel 25 ausgehend zu seinem freien Ende hin und kann beispielsweise eine konvex gekrümmte Außenfläche aufweisen. Dadurch kann eine linien- oder punktförmige Anlage am Fußteil 18 erreicht werden. Der Spannkörper 26 ist beim Ausführungsbeispiel durch eine Kugel oder eine Kugelkalotte gebildet.
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Die Schnellspanneinrichtung 16 weist einen Grundkörper 30 auf. An dem Grundkörper 30 ist eine Grundfläche 31 vorhanden, die den Spannelementen 23 zugewandt ist. Die Grundfläche 31 ist mit Abstand zu den Spannelementen 23 und insbesondere den Spannkörpern 26 angeordnet, zumindest wenn diese sich in der Spannstellung II befinden. Der Spannring 22 kann auf dem Grundkörper 30 bzw. der Grundfläche 31 befestigt werden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung (11).
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Der Grundkörper 30 kann beispielsweise ein Tisch oder ein Drehteller einer Messmaschine sein. Beim Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 30 drehbar um die Spannachse Z gelagert. Die Grundfläche 31 des Grundkörpers 30 ist beim Ausführungsbeispiel eine Kreisfläche, deren Mittelpunkt von der Spannachse Z durchsetzt wird.
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Am Grundkörper 30 ist eine Positionieranordnung 32 vorhanden. Die Positionieranordnung 32 ist dazu eingerichtet, mit Positionierkörpern 33 zusammenzuarbeiten, die am Fußteil 18 der Werkstückhalteeinheit 17 angeordnet sind, um die Werkstückhalteeinheit 17 in der Schnellspanneinrichtung 16 relativ zur Spannachse Z zu positionieren und auszurichten. Insbesondere werden durch eine Anlage zwischen der Positionieranordnung 32 und den Positionierkörpern 33 sämtliche linearen und rotatorischen Freiheitsgrade eliminiert, so dass die Position und die Ausrichtung des Fußteils 18 und damit der Werkstückhalteeinheit 17 relativ zum Grundkörper 30 und mithin zur Schnellspanneinrichtung 16 definiert ist.
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Beim Ausführungsbeispiel weist die Positionieranordnung 32 drei in Umfangsrichtung U um die Spannachse Z verteilt angeordnete Positioniervertiefungen 34 auf. Beim Ausführungsbeispiel sind drei in Umfangsrichtung U gleichmäßig verteilte Positioniervertiefungen 34 vorhanden. Die Positioniervertiefungen 34 sind an der Grundfläche 31 des Grundkörpers 30 zugänglich. Jede Positioniervertiefung 34 ist beim Ausführungsbeispiel zwischen zwei in Umfangsrichtung U nebeneinander angeordneten Kugeln 35 eines gemeinsamen Kugelpaares gebildet. Die Kugeln 35 können miteinander in Kontakt stehen oder im Bereich der Positioniervertiefung einen Abstand zueinander aufweisen.
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Jeder Positioniervertiefung 34 ist genau ein Positionierkörper 33 des Fußteils 18 zugeordnet. Beim Ausführungsbeispiel hat jeder Positionierkörper 33 zumindest an der der Positioniervertiefung 34 zugewandten Seite eine konvex gekrümmte Fläche. Beim Ausführungsbeispiel haben die Positionierkörper 33 eine zumindest abschnittsweise zylindrische Gestalt und sind vorzugsweise durch jeweils einen Zylinderstift gebildet. Die Zylinderachsen der Zylinderstifte sind radial zu einer Mittelachse M des Fußteils 18 ausgerichtet, was insbesondere in 3 zu erkennen ist. Die Positionierkörper 33 bzw. Zylinderstifte können in Nuten oder Vertiefungen am Fußteil 18 angeordnet sein und ragen parallel zur Mittelachse M über eine Unterseite 36 am Fußteil 18 hinaus. In 3 ist auch zu erkennen, dass bei einem Eingriff des Positionierkörpers 33 in die Positioniervertiefung 34 ein Abstand zwischen den Kugeln 35 und mithin der Positionieranordnung 32 und der Unterseite 36 des Fußteils 18 verbleibt.
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Das Fußteil 18 hat eine der Unterseite 36 entgegengesetzte Oberseite 37. An der Oberseite 37 weist das Fußteil 18 wenigstens eine Spannfläche 38 für die Spannelemente 23 und insbesondere zur Anlage der Spannkörper 26 auf. Beim Ausführungsbeispiel ist eine gemeinsame Spannfläche 38 allen Spannelementen 23 bzw. Spannkörpern 26 zugeordnet. Die Spannfläche 38 erstreckt sich koaxial zur Mittelachse M und ist als Ringfläche ausgeführt. Die Spannfläche 38 erstreckt sich rechtwinklig zur Mittelachse M.
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Das Fußteil 18 ist beim Ausführungsbeispiel im Wesentlichen kreisförmig und kann als Ring oder Platte ausgebildet sein.
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Wie erläutert, kann die Schnellspanneinrichtung 16 des Spannsystems 15 unterschiedlich ausgestaltete Werkstückhalteeinheiten 17 halten. Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Werkstückhalteeinheit 17 ist in den 2, 3 und 11 veranschaulicht. In dem Fußteil 18 ist hier beispielhaft eine Aufnahmeeinrichtung 39 insbesondere für ein Hydroden-Spannfutter gemäß 8 angeordnet, die eine zentrale Durchbrechung aufweist, die sich entlang der Mittelachse M erstreckt.
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In den 7-10 sind weitere Ausführungsbeispiele für Werkstückhalteeinheiten 17 dargestellt.
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Die in 7 dargestellte Werkstückhalteeinheit hat eine Spannfläche 40 mit Befestigungslöchern, in denen Befestigungselemente verschiedenen Typs und verschiedener Gestalt angeordnet werden können, um Werkstücke mit komplexerer Geometrie zu spannen.
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In 8 ist ein Hydrodehn-Spannfutter veranschaulicht, mittels dem insbesondere Spanndorne mit darauf befestigten Werkstücken gespannt werden können, die gleichermaßen in Maschinen zur Werkstückbearbeitung genutzt werden.
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Zum Halten oder Klemmen eines Werkstücks kann die Werkstückhalteeinheit 17 mehrere bewegbare Spannbacken 41 aufweisen, beispielsweise drei Spannbacken 41 zum Halten oder Klemmen eines zylindrischen bzw. stabförmigen Werkstücks zentriert an der Mittelachse M (9). Die Werkstückhalteeinheit 17 mit zwei Spannbacken 41 gemäß 10 ist dazu eingerichtet, Werkstücke mit zwei parallelen Planseiten zentriert an der Mittelachse M zu spannen. Für das zentrierte Spannen sind die mehreren Spannbacken 41 mit gleichem Abstand zur Mittelachse M aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegbar angeordnet.
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Die Art und Anzahl der Werkstückhalteeinheiten 17, die auswechselbar mit der Schnellspanneinrichtung 16 durch das Spannsystem 15 bereitgestellt werden, kann variieren.
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Wie es insbesondere anhand der 1 und 2 sowie 11 zu erkennen ist, umschließt der Spannring 22 einen im Wesentlichen zylindrischen Raum 45 für das Fußteil 18. Durch den oder in dem Raum 45 ist die Positionieranordnung 32 zugänglich.
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Vom Spannring 22 ragt beispielsgemäß ein Stützelement 46 radial nach innen in den Raum 45 hinein. Das Stützelement 46 hat beim Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form und ragt in den Raum 45 hinein. Die in den Raum hineinragende Querschnittsfläche rechtwinklig zur Spannachse Z ist beim Ausführungsbeispiel halbkreisförmig. In Abwandlung hierzu könnte das Stützelement 46 auch andere Formen und insbesondere andere Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise einen Polygonquerschnitt. Das Stützelement 46 kann durch einen in den Raum 45 vorstehenden Teil eines zylindrischen Körpers gebildet sein, der am Spannring 22 angebracht ist und dessen Zylinderachse vorzugsweise in Axialrichtung A orientiert ist.
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Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann das Stützelement 46 auch axial vom Grundkörper 30 nach innen in den Raum 45 hineinragen.
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Am Fußteil 18 ist ein mit dem Stützelement 46 zusammenarbeitendes Stützgegenelement vorhanden. Das Stützgegenelement 47 ist beim Ausführungsbeispiel durch eine Aussparung 48 am Rand des Fußteils 18 gebildet, die radial von der Mittelachse M nach außen offen ist und den Fußteil 18 parallel zur Mittelachse M vollständig durchsetzt. Die Querschnittsform dieser Aussparung 48 kann in den Raum 45 hineinragenden Querschnitt des Stützelements 46 derart angepasst sein, dass in Umfangsrichtung U eine formschlüssige Verbindung besteht, wenn das Stützteil in Eingriff ist mit der Aussparung 48.
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Durch das Stützelement 46 und das Stützgegenelement 47 kann das Fußteil 18 lediglich in einer einzigen Drehlage in Umfangsrichtung U in den Raum 45 bzw. in den Spannring 22 eingesetzt werden. Damit wird die Relativdrehlage zwischen der eingesetzten Werkstückhalteeinheit 17 und der Schnellspanneinrichtung 16 eindeutig vorgegeben. Außerdem können das Stützelement 46 und das Stützgegenelement 47 ein Drehmoment zwischen der Werkstückhalteeinheit 17 und der Schnellspanneinrichtung 16 in Umfangsrichtung U abstützen, das somit nicht oder nur zu einem vernachlässigbar geringen Teil durch die Positionieranordnung 32 und die Positionierkörper 33 abgestützt bzw. aufgenommen werden muss.
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In Abwandlung zum dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Aussparung 48 auch am Spannring 22 und das einen Vorsprung bildende Stützelement 46 am Fußteil angeordnet sein.
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Anhand der 4-6 wird im Folgenden die Funktionsweise beim Spannen und Entspannen einer Werkstückhalteeinheit 17 in der Schnellspanneinrichtung 16 erläutert.
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In einer Ausgangsstellung befinden sich die Spannelemente 23 in ihrer jeweiligen Freigabestellung I. Das Fußteil 18 der Werkstückhalteeinheit 17 wird entlang der Spannachse Z in den Raum 45 eingesetzt, so dass das Stützelement 46 in die Aussparung 48 eingreift. Die Positionierkörper 33 des Fußteils 18 werden in die jeweils zugeordnete Positioniervertiefung 34 eingesetzt, wodurch das Fußteil 18 in sämtlichen Freiheitsgraden eindeutig relativ zur Spannachse Z positioniert ist. Die Mittelachse M des Fußteils 18 bzw. der Werkstückhalteeinheit 17 erstreckt sich dabei entlang der Spannachse Z (11).
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Anschließend werden die Spannelemente 23 aus ihrer Freigabestellung I in die Spannstellung II bewegt. Diese Bewegung findet in der jeweiligen Axialebene des Spannelements 23 statt. Beim Erreichen der Spannstellung II gelangt der Spannkörper 26 des jeweiligen Spannelements 23 in Kontakt mit der zugeordneten Spannfläche 38 und übt auf die Spannfläche 38 eine Spannkraft F in Axialrichtung A aus. Dadurch wird das Fußteil 18 in Axialrichtung A zwischen den Spannkörpern 26 und den Positioniervertiefungen 34 der Positionieranordnung 32 eingespannt bzw. klemmend gehalten.
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Dadurch, dass die Bewegung der Spannelemente 23 beim Erreichen der Spannstellung II keine Komponente in Umfangsrichtung U aufweist und/oder durch das starre Abstützen des Fußteils 18 relativ zum Grundkörper 30 bzw. der Positionieranordnung 32, wird eine sehr genaue Positionierung der Werkstückhalteeinheit 17 in der Schnellspanneinrichtung 16 erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 15
- Spannsystem
- 16
- Schnellspanneinrichtung
- 17
- Werkstückhalteeinheit
- 18
- Fußteil
- 22
- Spannring
- 23
- Spannelement
- 24
- Führung
- 25
- Schenkel
- 26
- Spannkörper
- 30
- Grundkörper
- 31
- Grundfläche
- 32
- Positionieranordnung
- 33
- Positionierkörper
- 34
- Positioniervertiefung
- 35
- Kugel
- 36
- Unterseite
- 37
- Oberseite
- 38
- Spannfläche
- 39
- Aufnahmeeinrichtung
- 40
- Spannfläche
- 41
- Spannbacke
- 45
- Raum
- 46
- Stützelement
- 47
- Stützgegenelement
- 48
- Aussparung
- I
- Freigabestellung
- II
- Spannstellung
- A
- Axialrichtung
- F
- Spannkraft
- M
- Mittelachse
- R
- Radialrichtung
- S
- Schwenkachse
- U
- Umfangsrichtung
- Z
- Spannachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014004713 U1 [0002]
- DE 10317339 A1 [0003]
- DE 102018111368 B3 [0004]
- EP 1640094 B1 [0005, 0006]
- US 6072569 [0005]
