DE4311857A1 - Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken - Google Patents
Spannvorrichtung zum Spannen von WerkstückenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch- oder
pneumatisch betätigtes Spannkrafthalteelement für
Spannglieder oder Spannvorrichtungen zum Spannen von
Werkstücken auf Maschinentische, Vorrichtungen oder
Paletten.
Es ist bekannt Werkstücke auf Maschinentischen,
Vorrichtungen und/oder Paletten mittels Spannvorrichtungen
zu spannen. Je nach Bearbeitungsgang sind Kräfte
aufzubringen, die sicher stellen, daß das Werkstück während
des Bearbeitungsvorganges unverrückbar in seiner Lage
verbleibt.
So lange die Spannkraft aufrechterhalten bleibt, ist die
Spannvorrichtung ausreichend gesichert. Fällt die
Spannkraft jedoch aus, z. B. dadurch, daß der Hydraulikfluß
oder der Luftdruck ausfallen, dann reicht in der Regel die
Spannkraft nicht mehr aus, um das Werkstück so zu sichern,
das es gegenüber den Bearbeitungskräften unverrückbar
bleibt.
Man ist daher dazu übergegangen Sicherheitsvorkehrungen zu
treffen, durch die das Spannelement unabhängig vom
Kraftfluß des Kraftflußmittels den Spanndruck aufrecht
erhält. So ist es bekannt, in die Kolbenstange des
Spannelementes Bohrungen einzubringen, in die im gespannten
Zustand Stifte eingreifen und so verhindern, daß die
Kolbenstange bewegt werden kann. Es ist ferner bekannt,
parallel zur Kolbenstange des Spannelementes eine zweite
Kolbenstange zu führen und beide Kolbenstangen über einen
bestimmten Teilabschnitt mit gleichgerichteten oder
entgegengesetzt gerichteten keilförmigen Flächen zu
versehen. Zwischen diesen keilförmigen Flächen wirkt ein
ebenfalls an seinen Enden keilförmig ausgebildeter Stößel,
der die beiden Kolbenstangen in ihrer Bewegung hemmt. Das
bedingt, daß bei rückwärts wirkender Kraft, insbesondere
bei ungünstigem Keilwinkel, ein erheblicher
Spannkraftverlust eintreten kann.
Bei verminderter Spannkraft wird eine Selbsthemmung
hervorgerufen, die auch erhalten bleibt, wenn der Kraftfluß
unterbrochen wird. Bei Verwendung von Stiften werden diese
jedoch auf Biegung beansprucht und müssen dementsprechend
groß genug sein, was dazu führt, daß die Spannelemente
überdimensioniert sind. Bei Anwendung von keilförmigen
Flächen müssen zwei parallel liegende Kolben vorgesehen
sein, wodurch das Spannelement aufwendig ausgeführt sein
muß, was zu relativ großen Spanneinheiten führt.
Die Spanneinheiten, die insbesondere auf Paletten und
Vorrichtungen eingesetzt werden, müssen so klein wie
möglich gehalten werden. Dabei wird von ihnen verlangt, daß
sie jedes Werkstück sicher festhalten und bei Ausfall der
Hydraulik oder Pneumatik den Spanndruck auf das Werkstück
sicher stellen.
Die Haltekraft ist abhängig von der Reibkraft der beiden
aufeinanderliegenden Keilflächen. Je flacher der Winkel
zwischen den Keilflächen gehalten wird, um so größer ist
die Haltekraft. Ein flacher Winkel bedingt jedoch eine
relativ große Bauweise mit einem langen Halteweg. Ein
steiler Winkel läßt zwar kurze Wege zu und damit auch eine
kurze Bauweise, hat aber den Nachteil der geringeren
Haltekraft und der geringeren Selbsthemmung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Spannvorrichtung mit einem Spannkrafthalteelement so zu
verbinden, daß eine kleine Baueinheit erhalten bleibt, der
Spanndruck dagegen in jeder Situation voll wirksam ist,
unabhängig vom Spannmittelfluß, womit die Selbsthemmung
gegeben ist. Ferner soll das Halteelement nur auf Druck und
nicht auf Zug beaufschlagt sein.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in die
Keilflächen der aufeinander gleitenden Elemente zusätzlich
ein Keil eingebracht wird, dem beide Elemente angepaßt
sind, so daß ein Keil in eine Keilnut einfährt, womit der
Flächendruck vergrößert wird und zwischen den aufeinander
gleitenden Keilflächen eine Reibkraft entsteht, die um ein
Vielfaches größer ist.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der
Abstützbereich am Spannkolben in seiner Größe unabhängig
ist von der Gesamthublänge des Spannkolben. Der Hub des
Stellkolbens wird auch nicht durch unterschiedliche
Spannkolbenhübe beeinflußt. Das Lösen des Stellkolbens wird
durch unterschiedliche Kolbendurchmesser erzielt, so daß
die Rückstellkraft um ein Vielfaches größer ist als die
Stellkraft. Durch die Verbindung zwischen Stößel und
Kolbenstange wird eine in allen Situationen wirksame
Selbsthemmung geschaffen.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher
beschrieben:
Fig. 1 Zeigt die Spannvorrichtung mit integriertem
Spannkrafthalteelement im gespannten Zustand,
Fig. 2 ist eine Seitenansicht dazu,
Fig. 3 zeigt die Kolbenstange des Halteelementes,
Fig. 4 zeigt die Spannvorrichtung im entspannten
Zustand,
Fig. 5 zeigt den Kräfteverlauf.
Die Spannvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, das alle
Elemente und Teile aufnimmt. In dem Gehäuse 1 ist ein
Spannkopf 2 mit seinem Spannkolben 3 gelagert. Der
Spannkopf trägt die zum Spannen von Werkstücken notwendigen
Spannelemente bekannter Art. Quer zur Wirkungsrichtung des
Spannkopfes 2 ist ein Spannkrafthalteelement 14 mit dem
Gehäuse 1 verbunden. Das Gehäuse 1 und das Gehäuse des
Spannkraftelementes 14 können auch ein Teil sein.
Auf der dem Spannkopf 2 gegenüberliegenden Seite des
Spannkolbens 3 ist ein Stößel 4 angeordnet, der mit dem
Spannkolben 3 fest verbunden ist. Das untere Ende dieses
Stößels 4 ist mit einer Keilfläche 5 versehen. Über die
Länge der Keilfläche 5 ist der Stößel 4 beidseitig zur
Mittellinie hin mit Keilschrägen 11 versehen.
Das Spannkrafthalteelement 14 besteht aus zwei Stellkolben
6 und 7, die innerhalb des Gehäuses links und rechts vom
Wirkungsbereich des Spannkopfes 2 angeordnet sind. Zwischen
den Stellkolben 6 und 7 ist eine Kolbenstange 8 vorgesehen.
Im Teilabschnitt 15, d. h. unterhalb des Stößels 4 weist die
Kolbenstange 8 auf ihrer zum Stößel 4 zugewandten Seite
eine Keilfläche 9 auf. Die Neigung der Keilfläche 9 und der
Keilfläche 5 sind einander angepaßt. Die Kolbenstange 8
besitzt ferner eine Bohrung 12, die so groß ist, daß der
Stößel 4 durch die Bohrung 12 hindurchfährt. Diese Bohrung
12 nimmt somit den Stößel 4 im entspannten Zustand der
Vorrichtung auf.
Die Neigung der Keilflächen 5 und 9 ist relativ steil
gehalten und dadurch nicht ausreichend selbsthemmend. Somit
würde allein durch die Flächenreibung dieser aufeinander
gleitenden Flächen 5 und 9 noch nicht gewährleistet sein,
daß die Haltekraft in jedem Zustand voll wirksam ist. Um
die Haltekraft zu erhöhen ist daher zusätzlich in die
Keilfläche 9 der Kolbenstange 8 eine Keilnut 10
eingebracht. Diese Keilnut 10 verläuft über die Länge der
Keilfläche 9 und schneidet ein Stück in die Kolbenstange 8
ein, wie in Fig. 2 gezeigt. Entsprechend dieser Keilnut 10
ist der Stößel 4 in seinem unteren Teil parallel zu
Keilfläche 5 beidseitig mit Keilschrägen 11 versehen.
Diese Keilschrägen 11 sind wiederum genau den Schrägen der
Keilnut 10 angepaßt, so daß die Flächen aufeinander
gleiten. Damit wird zusätzlich eine Reibfläche geschaffen,
durch die die Reibkraft wesentlich erhöht wird.
Die Reibkraft ist abhängig vom Flächendruck und damit von
der Normalkraft F2 und F3 zwischen den Keilschrägen 11 und
den entsprechenden Schrägen der Keilnut 10.
Welche Kräfte nunmehr wirksam sind, ergibt sich aus dem
Kräftediagramm gem. Fig. 5.
Das Diagramm nimmt den folgenden Verlauf:
Die Reibkraft, bzw. die Lösekraft zwischen den Schrägen der
Keilnut 10 und den Keilschrägen 11 folgt der Formel:
Flöse = ( F2 + F3) * µ.
Diese um ein Mehrfaches größere Kraft reicht somit aus, um
die in Spannstellung befindliche Spannvorrichtung in jeder
Situation sicher und fest zu halten. Es besteht
Selbsthemmung.
Die Neigung der Flächen zueinander hat einen Einfluß auf
die Bauweise der Vorrichtung. Je kleiner die Bauweise
gehalten werden kann, um so universeller ist der
Einsatzbereich der Spannvorrichtung. Durch das
Doppelkeilsystem wird ein kurzer Hub des Stellkolbens bei
einem großen Abstützbereich am Spannkolben erreicht. Wird
z. B. eine Neigung von 20° für die Keilflächen 5 und 9
vorgesehen und ein Keilwinkel von 30° für die Keilschrägen
11 in Keilnut 10, so erreicht man bei einem Hub von 15mm
am Stellkolben einen Abstützbereich von 5,4mm am
Spannkolben, also annähernd ein Drittel.
Der Kraftfluß in Richtung Spannen kann in dem
Spannkrafthalteelement 14 noch dadurch verstärkt werden,
daß in Spannrichtung zusätzlich eine Feder 13 wirksam wird.
Das bedeutet, daß die Rückstellkraft auch die Federkraft
überwinden muß. Diese Feder bietet darüber hinaus bei
auftretenden Vibrationen eine zusätzliche Sicherheit gegen
Losrütteln.
Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Rückstellkraft größer
sein muß als die zum Spannen des Stellkolbens notwendige
Kraft.
Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Kolbenflächen der beiden Stellkolben 6 und 7
unterschiedlich sind. Stellkolben 6 ist in seinem wirksamen
Querschnitt dem Kraftfluß angepaßt, der notwendig ist, um
die Kolbenstange 8 sicher unter den Stößel 4 gleiten zu
lassen. Stellkolben 7 dagegen ist in seinem wirksamen
Querschnitt für die Krafteinleitung annähernd um das
Dreifache größer, womit auch die Rückstellkraft um das
Dreifache größer ist.
Bisher wurde davon ausgegangen, daß die für die Reibkräfte
wirksame Fläche aus einer Keilfläche mit eingebrachter
Keilnut und entsprechender Gegenfläche besteht. Anstelle
dieser Keilnutverbindung kann auch eine Keilverzahnung
zwischen Kolbenstange und Stößel vorgesehen sein, so daß
durch die Bildung mehrerer ineinandergreifender Zähne eine
Flächenvergrößerung entsteht, die zu einem geringeren
Verschleiß während der Lebensdauer führt.
Claims (9)
1. Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken auf
Maschinentischen oder Paletten mit hydraulisch oder pneumatisch
betätigtem Spannkraft-Halteelement bei dem die Haltekraft über
Halteelemente erzeugt wird, die mit Keilflächen versehen sind, die
aufeinander gleiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkolben (3)
der Spannvorrichtung und die Stellkolben (6; 7) des Spannkraft-
Halteelementes (14) annähernd senkrecht zueinander angeordnet
sind, daß der Spannkolben in seinem unteren Teil in einen Stößel (4)
übergeht, dessen Ende (5) einen Keil bildet und daß zwischen
den Stellkolben (6; 7) eine Kolbenstange (8) angeordnet ist, die über
einen Teilabschnitt (15) keilförmig ausgebildet und im Bereich des
kleinsten Querschnittes mit einer Bohrung (12) versehen ist.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in den keilförmigen Teilabschnitt (15) der Kolbenstange (8) eine
Keilnut (10) eingearbeitet ist und daß der Stößel (4) im Bereich
seiner Keilfläche (5) beidseitig über die Länge der Keilfläche (5)
mit Keilschrägen (11) versehen ist, die den Seitenflächen der
Keilnut (10) entsprechend angepaßt sind.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (8) über den
Teilabschnitt (15) als Keilverzahnung ausgebildet
ist und daß der Stößel (8) ebenfalls mit einer
Keilverzahnung versehen ist, und daß die
Keilverzahnungen der Kolbenstange und des Stößels
schlüssig ineinander gleiten.
4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (6; 7) des
Spannkraft-Halteelementes (14) unterschiedliche
Querschnittsflächen für die Kraftbeaufschlagung
besitzen.
5. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannkraft-
Halteelement (14) eine Feder (13) angebracht ist,
die dem Kraftfluß in Spannrichtung unterstützt.
6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Kolbenstange (8)
des Spannkraft-Halteelementes (14) im anschließenden
Bereich hinter der Keilnut bzw. Verzahnung eine
Bohrung (12) eingebracht ist, deren Durchmesser
gleich oder größer dem Durchmesser des Stößels (4)
ist.
7. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende,
dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthemmung der
Kolbenstange (8) und des Stößels (4) durch die
Neigung der Keilflächen (5 und 9) zusammen mit der
Keilschräge (11) bestimmbar ist.
8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Spannkrafthalteelement (14)
im Gehäuse (1) der Spannvorrichtung integriert ist.
9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Spannkrafthalteelement (14)
ein eigenes Gehäuse besitzt, das mit dem Gehäuse der
Spannvorrichtung verbunden ist.
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