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Kraftbet ät i gte Spanne in r i chtn£?.
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Kraftbetätigte Spanneinrichtungen auch Kraítspannfutter genannt, fiir
viele Verwendungszwecke und zum Einsat auf den verschiedensten Maschinen sind seit
langem in der Technik bekannt. Insbesondere an Senkrechtdrehmaschinen jedoch tritt
häufig des Problem auf, daß ein zu bearbeitendes Werkstück von dem als Planscheibe
ausgebildeten Kraftspannfutter in einer zweiten Aufspannung für die Fertigbearbeitung
aufgenommen werden muß, Wie diese Aufgabe zu lösen ist, wird am Beispiel der Bearbeitung
von Eisenbahnrädern in dem Aufsatz "Kraftbetätigte Spanneinrichtungen für Eisenbahnräder
und Radreifen" aus TL für praktische Metallbearbeitung, 68 Jahrgang 1974, lleft
9, ab Seite 315, insbesondere in Bild 2 und 3 und den hierzugehörigen Textstellen
beschrieben. Danach werden für die verschiedenen Spannaufgaben die ersten Aufsatzbacken
abgeschraubt und durch neue Aufsatzbacken, welche der zweiten Spannaufgabe angepaßt
sind, ersetzt. Die beiden Spannaufgaben lauten also: rohe Werkstückoberfläche spannen
- fertigbearbeitete Werkstückfläche spannen. Der Einsatz unterschiedlicher Spannbacken
in der beschriebenen Art und Weise macht jedoch nachteiligerweise einen viel Platz
in Anspruch nehmenden Zwischenspeicher erforderlich, damit ein komplettes einseitig
fertigbearbeitetes Los von Werkstücken hier zwischengespeichert werden kann, um
dann, nach Umrüsten der Maschine, aus dem Zwischenspeicher für die Bearbeitung der
zweiten Seite des Werkstückes entnommen werden zu können.
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Außerdem sind zur Bewältigung dieser Aufgabe zusätzliche Transporteinrichtungen
erforderlich. Darüberhinaus wird in einem Gesamtwerk für die nachfolgenden Maschinen,
welche die
auf der Senkrechtdrchmaschine bearbeitenden Werkstücke,
im Beispielsfalle also Bisenbahnräder, weiterbearbeiten z.B zu fertigen Radsätzen,
ein weiterer Zwischenspeicher erforderlich weil der Ausstoß der Senkrechtdrehmaschine
an Werkstücken nicht Kontinuierlich ist. I)ie nach dem Stand der Technik vorgeschlagene
lösung des Problems macht also cin i 11 ei t benöt i gendes ljmrüsten der Senkrechtdrehmaschine
erforderlich und setzt mindestens zwei viel Platz beansprouchende Zwischenspeicher
sowie entsprechende zusätzliche Transporteinrichtungen voraus.
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Is handelt sich also um eine sehr kostenaufwendige lösung I).'is hier
erläuterte Kraftspannfutter nach dein Stande der @echni@ ist darüberhinaus nicht
in der lage, daß Eisenbahnr.id oder e in ähnliches ringförmiges Werkstück zuverlässig
zu spannen. Da die Werkstücke nach dem Auflegen auf die Planscheibe der Senkrechtdrehmaschine
nicht genau konzentrisch tir Drehachse liegen, fällt den Aufnahmebacken des Kraftspannfutters
neben der Spannaufgabe eine Zentrieraufgabe zu.
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Durch die Radialbewegung der Aufnahmebacken während des Spann-Vorganges
kommen zunächst eine, dann zwei Spannbacken an der Werkstückoberfläche zur Anlage.
Da das zu spannende Werkstück in aller Rogel schwer ist, setzt es einem Verschieben
in Richtung zentrum entsprechend großen Widerstand entgegen.
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Der Kontaktdruck zwischen Spannbacke und Werkstückoberfl äche st während
des Verschiebens also relativ groß.
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I)ie Radialbewegung der Spannbacken aber verursacht auch eine Veränderung
des Bogenmaßes zwischen zwei Spannbacken, was zur folge hat, daß die Spannbacken
nicht nur radial gegen das Werkstück drücken, sondern sich raltiv zur Werkstück
oberfläche auch in Umfangsrichtung bewegen. Diese Bewegung unter last aber verursacht
häufig ein Eingraben von zwei der drei Spannbacken in die Oberfläche des Werkstückes,
was zum Still stand der Spannbewegung am Spannfutter führt, wodurch von bekannten
Kontrollorganen die Meldung Werkstück gespannt" abgegeben wird.
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Tatsäch 1 ich aber ist das Werkstück keineswegs gespannt tind wird
beim ersten Kontakt mit dem Bearbeitungswerkzeug aus der Maschine geschleudert.
Abgesehen von der hohen Unfallgefahr entstehen hierdurch erhebliche Sachbeschädigungen.
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Weiterhin sind Kraftspann futter mit t sechs Für die Anbringung von
Aufnahmebacken geeigneten Grundbacken bekannt, bei welchen sich die jeweils benachbarten
Grundbacken in entgegengesetzter radialer Richtung bewegen. Der Einsatz eines solchen
Kraftspannfutters wird in dem bereits zitierten Artikel aus "TZ für praktische Metallbearbeitung"
auf Seite 317, Bild 10 mit zugehöriger Beschreibung gezeigt. Auch ein solches Spann
futter hat die im Zusammenhang mit dem Dreibackenkraftspannfutter bereitx beschriebenen
Nachteile. Es sind auch immer nur d re i Au fnahmebacken angebracht ; die jeweils
inderen Grundbacken laufen leer.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Kraftspannfutter vorzuschlagen,
mit welchem die beschriebenen Nachteile vermieden werden können.
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Brfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels eines Kraftspann-Futters
mit mindestens sechs Aufnahme- oder Spannbacken, bei denen sich die jeweils benachbarten
Aufnahmen oder Spannbacken radial entgegengesetzt bewegen, dadurch gelöst, daß direkt
oder indirekt auf die Gnrndbacken einwirkende überfahrbare oder lösbare Arretiermittel
oder Positioniermittel vorgesehen sind, welche eine Arretierung oder Positionierung
der Grundbacken auf wenigstens angenähert der hälfte ihres Radialhubes erlauben
und daß die Grundflächen mit je einer Aufnahmebacke ausgerüstet sind, wobei die
Werkstückkontaktflächen aller Aufnahmebacken in Mittelstellung der Grundbacken wenigstens
angenähert auf dem gleichen konzentrischen Kreis liegen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnungen im folgenden
näher erläutert werden.
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Es zeigen: I:igur 1 einen Schnitt durch eine als Kraftspannfutter
ausgebildete Planscheibe einer Senkrechtdrehmaschine in Ausgangsstellung.
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Figur 2 Kraftspanfutter gemäß Figur 1 in erster Spanstellung Figur
3 Kraftspannfutter gemäß Figur 1 in zweiter Spannstellung Figur 4 Draufsicht auf
eine als Kraftspannfutter ausgebildete Planscheibe gemäß Figur 1 Figur 5 Draufsicht
auf eine als Kraftspannfutter ausgebildete Planscheibe in erster Spannstellung gemäß
Figur 2 Schnitt 6 Schnitt durch eine Aufnahmebacke Figur 7 Aufnahmebacke gemäß Figur
6 in Draufsicht ligur 8 Schnitt durch eine Aufnahmebacke Figur 9 Aufnahmebacke gemäß
Figur 8 in Draufsicht Figur 10 Kraftspannfutter wie Figur 1, jedoch mit normalem
Betätigungszylinder und überfahrbaren Arretiermitteln zwischen Futtergrundkörper
und Grundbacken in Grundstellung Figur 11 Kraftspannfutter wie Figur 10, jedoch
in SPannstellung Figur 12 Kraftspannfutte wie Figur 10, jedoch mit auf die Zugstange
einwirkende Arretiermittel Für die Irläuterung der Erfindung sei angenommen, daß
ein Werkstück 12 auf einer Senkrechtdrehmaschine in zwei Aufspannungen bearbeitet
werden soll.
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Hierzu wi rd das Werkstück 12 zunächst auf die auf der Planscheibe
1 befestigten Auflagestücke 24 abgelegt
Das Werkstück liegt in dieser
Lage jedoch nicht genau konzentrisch zur Maschinenachse. Um zu vermeiden, daß nur
zwei der drei Aufnahmebacken 6, welche mit scharfen Mitnehmerzähnen 26 ausgerüstet
sind, greifen und so das Werkstück nur ungenügend und nicht konzentrisch gespannt
wäre, wird zunächst eine durch die Erfindung ermöglichte Zentrierung des Werkstückes
durchgeführt.
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Dies geschieht wie folgt: An der Planscheibe 1, welche mittels des
Planscheibenhaupt lagers 3 auf dem liaschinenständer 2 gelagert ist und von dem
Antriebsritzel 4 angetrieben wird, befindet sich auf der Unterseite ein Aufnahmestück
15, welches über eine Zwischenplatte 17 einen Zylinder 18 trägt. Dieser Zylinder
18 wird über eine drehbare Druckmittel ztiführung 22 mit dem notwendigen Druckmittel
versorgt. Dieser Zvl inder 18 setzt sich zusammen aus einer größeren Zyl inderkammer
29 tind einer kleineren Zylinderkammer 30. In der größeren Zyl inderkammer 29 befindet
sich ein Kolben 21, welcher mit keinerlei Kolbenstange verbunden ist, welcher also
freifl iegend angeordnet ist. In der kleineren Zyl inderkammer 30 befindet sich
ein Kolben 19, welcher über eine Zugstange 16 mit einem Verschiebeteil 14 verbunden
ist, welches in einer Ausnehmung 13 der Planscheibe 1 geführt tind vertikal bewegbar
ist.
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I)ieses Verschiebetei 1 14 ist in bekannter Weise mit in der Planscheibe
1 radial verschiebbaren Grundbacken 5 verbunden.
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Das Verschiebteil 14 ist wie in der Technik allgemein bekannt, mit
Schrägschlitzen ausgerüstet in welche die Grundbacken 5 eingreifen. Die Schrägschlitze
haben dabei, wie ebenfalls allgemein bekannt, einen derartigen Verlauf, daß bei
einer Vertikalbewegung des Verschiebeteils 14 sich die (;rundhacken 5 radial bewegen
und zsar derart, daß jeweils benachbarte Grundbacken sich radial entgegengesetzt
bewegen.
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Die (;rundbacken 5 sind in der hier beispielsweise gezeigten Anordnung
mit T-Nuten 9 ausgerüstet und weisen an ihrer Oherfläche eine Verzahnung 8 auf.
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In diese Verzahnung 8 greift die entsprechende Gegenverzahnung der
Aufnahmebacken 6 bzw. 7 ein, welche über Schrauben 11 und T-Nutcnsteine 10 in der
Verzahnung festgehalten werden. Durch lösen der Schrauben ii können die Aufnahmebacken
6 bzw. 7 auf der Verzahnung 8 radial versetzt und dadurch auf neue Werkstückabmessungen
eingestellt werden.
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Die Aufnahmebacken 6 bzw. 7 werden immer so eingerichtet, daß der
Anlageteil 25 bzw. der Mitnehmerzahn 26 jeder Aufnahmebacke 6 bzw. 7 wenigstens
angenähert auf dem gleichen konzentrischen Kreis liegt, wenn die Grundbacken 5 sich
in Mittelstellung befinden.
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I)iese Situation ist dargestellt in Figur 4.
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lir Durchführung des Zentriervorganges werden nun über die Druckmitteleitungen
27 und 23 die Zylinderkammern 29 und :ü mit Druckmittel beaufschlagt, während die
Druckmittel -leitung 28 zum Tank hin geöffnet wird. Das über die Druckmittel leitung
27 zugeführte Druckmittel hält den Kolben 21 in der in Figur 1 dargestellten Anschlagstellung.
Das über die Druckmitteleitung 23 zugeführte Druckmittel hingegen bewirkt, daß sich
der Kolben 19, welcher sich in der in Figur 1 dargestellten Ausgangsstellung über
ein Distanzstück 20 aiif dciii Kolben 21 abstützt, aufwärts bewegt. Hierdurch werden
die die Aufnahmebacken 7 tragenden Grundbacken 5 radial nach außen bewegt, während
die die Aufnahmebacken 6 tragend,en Grundbacken 5 radial einwärts bewegt werden.
Durch diese Bewegung entfernen sich die Mitnehmerzähne 26 vom Werkstück 12, während
die Anlageteile 25, welche auf ihrer Ben'ihrungsfläche glatt sind und keinerlei
Kanten aufweisendic sich in das Werkstück eingraben könnten, alle nacheinander mit
s dem Werkstück in Berührung kommen, da# Werkstück hierbei verschieben und konzentrisch
spannen. Die beschriebene Oberflächengestaltung der Anlageteile 25 hat hierbei verhindert,
daß sich diese Anlageteile während des Verschiebe- und Spannvorganges in der Werkstückoberfläche
verhaken.
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Wird den Aufnahmebacken 7 ausschließlich eine Zentrierfunktion und
niemals eine Alitnahmefunktion zugedacht, daß heißt, sollen die Aufnahmebacken 7
niemals Umfangskräfte auf das Werkstück übertragen, kann es durchaus zweckmäßig
sein, die Anlageteile der Aufnahmebacken z.B. als Kugel- wie in Figur 6 und 7 dargestellt-
oder als einfaches Wälzlager - wie in Figur 8 darzestellt - auszubilden.
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Natürlich sind hier noch weitere Variationen äIml icher oder gleicher
Funktionsmerkmal,e denkbar.
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Nachdem die Zentrierung des Werkstückes in der beschriebenen Weise
durchgeführt ist, werden die Druckmittelleitungen umgeschaltet und nunmehr die Leitungen
23 und 27 frei in den Tank gelegt und die Druckmittel leitung 28 mit Druck beaufschlagt
hierdurch bewegt sich der Kolben 21 bis in seine untere Endlage und auch der Kolben
19 bewegt sich abwärts. hierdurch werden, während das Werkstück in seiner Zentrierlage
verbleibt, die Aufnahmebacken 7 vom Werkstück zurückgezogen und die Aufnahmebacken
6 mit den scharfen Mitnehmerzähnen 26 am Werlçstück zur Anlage gebracht.
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Es ist eine Spann- und Mitnahmestellung erreicht, wie in Figur 2 dargestellt.
hier wird auch deutlich, daß dann wenn sich ein Werkstück auf der Planscheibe befindet
und die Aufnahmebacke 6 und 7 auf den Grundbacken 5 richtig eingestellt wurden,
daß Distanzstück 20 am Kolben 21 in Spannsituation nicht zur Anlage kommen darf.
Es muß ein Spalt 31 verbleibe damit die ordnungsgemäße Spannung des Werkstückes
gewährleistet ist. Die Grenzt auge des Kolbens 19 kann durch geeignete, in der Technik
bekannte Mittel überwacht werden.
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Ist das Werkstück, wie in Figur 2 dargestellt, gespannt, so wird beispielsweise
die Zentrierung 32 angedreht. Nachfolgend soll nun das Werkstück gewendet und für
die Weiterbearbeitung über diese Zentrierung 32 zentrisch gespannt werden. Es muß
also zunächst das Werkstück aus der bisherigen Aufspannung gelöst werden. Dies geschieht
dadurch, daß die Druckmittelleitungen 23 und 28 mit dem Tank verbunden werden und
die Druckmittel leitung 27 mit Druckmittel beaufschlagt w'i rd.
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Flierdurch drückt der Kolben 21 über das Distanzstück 20 den Kolben
19 und die entsprechenden, mit ihm verbundenen Bauteile aufwärts bis in die in Figur
1 dargestellte Grundstellung. Nun kann das Werkstück abgenommen und gewendet und
neuerlich auf die Miflagestücke 24 aufgelegt werden. In dieser gewendeten Lage nun
soll das Werkstück für die Weiterbearbeitung über die Anfnahmebacken welche mit
den bereits beschriebenen glatten Anlageteilen 25 ausgerüstet sind, gespannt werden.
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Durch die glatten Anlageteile 25 wird gewährleistet, daß während des
neuerlichen tentrlez- tind Spannvorganges das Werkstück an der bereits bearbeiteten
Oberfläche nicht verletzt wird.
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Darüberhinaus kann aber über Reibschluß die für die weitere Bcarbeitung
erfor(ltI-Iiche Iimfangskra ft aufgebracht werden.
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Um den Zentrier- und Spannvorgang mittels der Aufnahmebacken 7 durchzuführen,
bleibt nunmehr die l)ruckmittelleitung 28 frei auf Tank gelegt und die Druckmittelleitung
23 wird mit Druckmittel beaufschlagt. hierdurch bewegt sich der Kolben 19 und die
entsjorcchenden mit ihm verbundenen Bauelemente weiter aufwärts wodurch s ich die
Aufnahmebacken 7 radial auswärts und die Aufnahmebacken 6 radial einwärts bewegen.
hierdurch wird das Werkstück 12 von den Aufnahmebacken 7 über die Anlageteile 25
in Zentrierlage gezogen und gespannt. Die Werkstückbearbettung kann fortgesetzt
werden. Auch hier ist selbstverständlich darauf ZU achten, daß der Kolben 19 in
Spannstellung seine Endlage nicht erreicht hat, weil sonst auch hier die ordnungsgemäße
Einspannung des Werkstückes nicht gewährleistet ist.
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Awh hier kann die Endlage des Kolbens 19 mit in der Technik bekannten
Mitteln überwacht werden. Dargestellt ist die Aufnahme und Spannung an der Zentrierung
32 in Figur 3.
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Natürlich kann die bisher erläuterte Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auch durch konstruktive Varianten erreicht werden.
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Alle Konstruktionsvarianten des Spannfutters, des Betätigungszylinders
oder der Kombination beider Teile, durch welche es möglich wird, die Grundbacken
5 des Spannfutters zuverlässig in eine Mittelstellung zu fahren, sind unter Beachtung
der richtigen Stellung der Aufnahmebacken 6, 7 geeignet, die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe zu lösen. Hierzu zählen insbesondere solche Einrichtungen wie in
Figur 10, 11 und 12 dargestellt. Die Kraftspannfutter der Figur 10, 11 und 12 werden
von normalen Betätigungszylindern 33 betätigt.
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Das Einfahren der Mittelstellung der Grundbacken 5 wird durch Arretiereinrichtungen
34 ermöglicht, wobei im dargestellten Beispiel in der gewünschten Mittelstellung
eine über Federspannung sich gegen den Futtergrundkörper 1 abstützende Kugel in
eine entsprechende Ausnehmung der Grundbacken 5 einrastet.
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Eine solche Arretierung kann ffir eine, verschiedene oder alle Grundbacken
vorgesehen sein.
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Es ist erforderlich, daß bei dieser Variante der Betätigungszylinder
33 bei dem Steuc-rkommando Mittelstellung einfahren" mit vermindertem Druck arbeitet,
damit die Kraft der Rasterung ausreicht, um den Kolben des Betätigungszylinders
33 in Mittelstellg zu halten. Mit Spanndruck wird die Arretierung einfach überfahren.
Eine solche Situation zeigt Figur 1l Eine weitere Variationsmöglichkeit der Kugel
rasterung zeigt Figur 12. Itier wird die Arretierung an der Zugstange mittels der
Arretiereinrichtung 35 vorgenommen.
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Natürlich können anstelle der federbelasteten Kugeln auch Indexierbol
zen verwendet werden. Diese müssen dann jedoch mit Rückzugseinrichtungen ausgerüstet
werden, damit die Mittelstellung auch- w-ieder verlassen werden kann.
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Es ist auch denkbar, die (;rundbacken 5 oder die Zugstange 16 mit
elektronischer Weggebern oder mit L:ndschaltern zur Kontrolle der Mittelstellung
anzuwenden Nach-Einfahren der Mittelstellung wird der Kolben des Betätigungszylinders.-33
von den ihn steuernden Schaltelementen dann in einem Schwebezustand gehalten.
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Durch die Erfindung wird es erstmals möglich, Werkstücke ohne Umrüstarbeit
an der Maschine wechselwe-ise mit Spannbacken verschiedener Eigenschaften zu spannen.
Neben der erwähnten Umrüstarbeit können hierdurch die in der Beschreibungseinleitung
bereits erwähnten Zwischenspeicher eingespart werden. Darüberhinaus wird es durch
die Erfindung bei der Bearbeitung von Werkstücken auf Senkrechtdrehmaschinen erstmals
möglich, die Einspannunsicherheit durch die zunächst mit dem einen Teil der Aufnahmebacken
durchzuführende ordnungsgemäße Zentrierung zu be-seiti-gen, wodurch ebenfalls erstmals
ein ordnungsgemäßer, störungsfreier, vollautomatischer Arbeitsablauf ermöglicht
wird.
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Insbesondere die Bearbeitung von Eisenbahnrädern auf Senkrechtdrehmaschinen
bereitete hier große Probleme. Vollautomatisch arbeitende Senkrechtdrehmaschinen
zur Bearbeitung von Eisenbahnrädern wurden immer wieder durch aus dem Spannfutter
herausgerissene Werkstücke schwer beschädigt. Trotz intensiver fle mühungen der
Technik ist es nicht gelungen, die sichere Einspannung eines auf einer Senkrechtdrehmaschine
zu bearbeitenden Eisenbahnrades zu gewährleisten.
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Auch dieses Problem wird Illit der vorliegendell Erfindung sichel
gelöst. Fortan kann die sichere Einspannung eines Eiscenbahnrades auf einer Senkrechtdrchmaschine
zuverlässig überwacht werden.