EP1071542B1 - Spannsystem und -verfahren zum spannen von werkstücken - Google Patents

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EP1071542B1
EP1071542B1 EP99945679A EP99945679A EP1071542B1 EP 1071542 B1 EP1071542 B1 EP 1071542B1 EP 99945679 A EP99945679 A EP 99945679A EP 99945679 A EP99945679 A EP 99945679A EP 1071542 B1 EP1071542 B1 EP 1071542B1
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EP
European Patent Office
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clamping
positive
elements
workpiece
locking elements
Prior art date
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EP99945679A
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English (en)
French (fr)
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EP1071542A1 (de
Inventor
Günter Lang
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1071542B1 publication Critical patent/EP1071542B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B1/00—Vices
    • B25B1/24—Details, e.g. jaws of special shape, slideways
    • B25B1/2405—Construction of the jaws
    • B25B1/241—Construction of the jaws characterised by surface features or material

Definitions

  • the invention relates to a method for Tighten Workpieces, as well as a clamping device to carry out this method.
  • the workpieces must be machined in machine tools firmly clamped in suitable clamping positions and being held.
  • the clamping must be so be that especially when machining on the workpiece machining operations to be carried out also greater forces can be easily derived and not for relocation of the workpiece.
  • that's supposed to Workpiece should be as accessible as possible in order as many machining operations on the workpiece as possible to be able to carry out a single clamping. Both There is a certain contradiction between requirements. Should the workpiece be accessible from five sides, for example , a clamping is required that the Access to the pages to be edited is not blocked.
  • the gripping elements are made of a hard, possibly brittle, material formed and in one less hard carrier stored.
  • the gripping elements serve to the surface of a workpiece to be gripped penetrate.
  • the gripping elements form sharp teeth that to hold a workpiece with a smooth surface.
  • the Surface of the workpiece is created by clamping with such Gripping elements deformed, i.e. damaged.
  • the Gripping elements are therefore designed so that the Surface of the workpiece when clamping to the gripping elements adapts.
  • EP 0482570 A2 describes a clamping jaw for Vices known to be parallel to one another has displaceably mounted pressure elements. These stand on the side facing away from the workpiece in connection with a so-called compensation filling. This enables clamping of workpieces with uneven ones or structured surface with even distribution the tension or the simultaneous tensioning of several Items of unequal dimensions.
  • the jaws fits through the pressure elements and the compensation filling more or less to the workpiece contour.
  • DE-PS 705856 is also a clamping jaw known that a rubber plate on its clamping surface has, which is provided with metal bodies.
  • the metal body are prismatic and lay with their A flat or curved surface.
  • the rubber sheet allows several to be tightened evenly Workpieces or the clamping of workpieces with irregular Surface in which they are the individual metal body slightly resilient.
  • DE-AS 2937061 is a tensioning device for the gripping and clamping of irregularly shaped workpieces known with a very rugged gripping surface geometry.
  • Such Workpieces are, for example, guide rails, profile rails or similar.
  • the gripping jaws are the surface contour adapted to the workpiece to be gripped. The tension takes place based on the existing workpiece contour, without Deformation of the same.
  • the tensioning device for performing the method has two jaws or clamping elements that with Form-fit elements are provided that are complementary to corresponding coupling elements of the workpiece are.
  • the coupling elements are on the workpiece specially trained in a preparatory step. They usually have no other function, but only serve to clamp the workpiece in question in the tensioning device according to the invention. This enables through the positive locking elements the attack on the Workpiece, for example in an extremely narrow strip-shaped Area.
  • the non-positive between the clamping elements clamped workpiece is due to the positive locking elements and the coupling elements are also held positively. It is therefore possible to clamp workpieces that are relative far from that defined between the two clamping elements Protrude gap.
  • the positive locking elements are designed that they have every movement of the workpiece in every oriented parallel to the contact surfaces of the clamping elements Prevent or block direction. Because both clamping elements each with corresponding positive locking elements are provided, each will Prevents the workpiece from rotating, swiveling or tilting. The corresponding holding forces are provided by the positive locking elements transferred to the clamping elements and derived.
  • both clamping elements adjustable towards and away from each other or only one of the two clamping elements is movably arranged is pressed onto the workpiece, so that they clamp it between each other, grab it the positive locking elements automatically into the coupling elements and lock the workpiece.
  • the mixed positive and non-positive clamping or Holds the workpiece in the clamping device the additional advantage that the Work piece from the beginning in relation to the clamping device occupies a defined position. incorrect positioning can be almost completely excluded. This can the workload when setting up the workpieces under Circumstances can be significantly reduced.
  • the form-locking element for example by projections or recesses on the clamping elements can, are preferably in one piece with the clamping elements connected. This ensures high resilience.
  • the coupling elements of the workpiece are corresponding Indentations or protrusions in one the clamping process preceding machining step on the workpiece be attached.
  • the work step can be an embossing process be in which the span of the Workpiece is slightly deformed plastically. This is preferably carried out in an area of the workpiece, by making recesses or protrusions experiences no functional impairment.
  • the coupling elements can be finished the processing can also be eliminated. This is for example possible in one grinding or milling process, then in another, possibly conventional Clamping takes place.
  • the positive locking and coupling elements can, for example. be designed in the manner of a toothing.
  • the single ones Teeth and associated depressions are each equidistant arranged. To establish a clear clamping position however, it is also possible to divide at a predetermined Change position, or a single tooth or omit a single well.
  • the truncated pyramid shape has proven to be advantageous exposed.
  • the shape of a truncated cone is also possible.
  • the interlocking elements find relatively easy in the associated coupling elements. This is particularly the case if the flank angle of the Form-fit elements is not too large. For example. it has turned out to be advantageous if the angle of the side surfaces the truncated pyramid-shaped projections the contact surface is not larger than 45 °.
  • the assigned Depressions that serve as coupling elements can then be easily imprinted, though they are not too deep, a good positive coupling between the workpiece and the jaws.
  • the interlocking elements are, for example, in one straight row arranged on an edge of the jaw. This enables particularly tight space-saving clamping of workpieces.
  • other arrangement schemes are also conceivable and possible. If very large forces are to be absorbed, can, for example, two or more rows of arrangement patterns Find application.
  • the positive locking elements and the coupling elements becomes a real separation of functions between the contact surface and the form-fitting element made that the contact surfaces of the non-positive Serve tension while the positive locking elements the fixation and securing of the workpieces take over during editing.
  • the preference with this Embodiment is that the positive and Coupling elements are not subject to stress when tensioning and a load only occurs during processing. If, however, a clamping is desired in which micro movements of the workpiece are also well suppressed it may be useful if the projections Elements are at least slightly larger than the assigned elements designed as a recess.
  • the oversize or undersize is that on the clamping elements provided positive locking elements and the choice of materials the clamping elements are preferably set so that plastic deformations, if they occur at all, remain limited to the workpiece. With such In the long run, clamping elements are precise and safe Workpieces can be clamped.
  • a workpiece 1 is illustrated in FIG no further by means of two clamping jaws 2, 3 illustrated machine tool is firmly clamped.
  • the clamping jaws 2, 3 are in the direction of that in FIG. 1 illustrated arrow 4 towards and from each other adjustable on a not illustrated further Adjustment device held.
  • the adjustment device is set up with the jaws 2, 3 as needed to apply a force that the clamping jaws 2, 3 moving towards each other.
  • the clamping jaws 2, 3 illustrated in FIG. 1 are mirror-symmetrical to each other. The the following description of the jaw 2 applies accordingly correspondingly for the jaws 3.
  • the clamping jaw 2 has, for example, a cuboid Base body 5 on the one facing the tool 1 Side has a flat surface 6.
  • the flat surface 6 serves as a contact surface for a workpiece 1 also flat clamping surface 7, the in Figure 1 is hidden due to the perspective.
  • the workpiece 1 has a Jaws 3 facing corresponding flat surface 8, which are mirror-symmetrical to the plane surface 7 and is visible due to the perspective in Figure 1. It will be described below instead of the clamping surface 7.
  • the clamping jaws 2 and 3 serve to hold the workpiece 1 only in the immediate vicinity of his lower To grasp margin 9. If necessary, however, can also attack elsewhere. To do this are on the contact surface 6 a plurality of projections 11 arranged in a row trained that serve as positive locking elements.
  • the Projections 11 are identical to one another and extend along an upper edge 12 of the jaw 2.
  • Figure 2 is a section of the jaw 2 in one illustrated another scale.
  • the projections 11 truncated pyramid-shaped. they are each one-piece part of the base body 5. How 2 and 3, they are at intervals arranged from each other, which are preferably larger than their extension in the direction of the edge 12.
  • the truncated pyramids Projections 11 are in the direction of Edge 12 elongated, i.e. they have one rectangular base. In principle, the shape deviate, but results with the shown pyramid frustum shape with a rectangular base a good one Power transmission with minimal space requirement.
  • the Slope angle ⁇ i.e. the angle of each side surface 14, 15, 16, 17 each with the contact surface 6, is preferably relatively flat.
  • the Slope angle to the narrower edges of the base adjacent side surfaces 14, 15 are preferred less than 45 °.
  • the height of each pyramid-scarred Projection 11 is preferably no greater than the length the narrower edge of the base.
  • Recesses 18 are formed in the workpiece 1, each associated with the projections 11 and these are shaped accordingly.
  • the recesses 18 are, for example. manufactured in an embossing process and to the form-locking elements serving projections 11 complementary educated.
  • the recesses are 18 truncated pyramid-shaped depressions.
  • the workpiece 1 Before clamping, the workpiece 1 is on his Clamping surfaces 8 are initially prepared for clamping. To it is placed in an embossing device and if the Recesses 18 desired at precisely specified locations are adjusted first. This is especially so required if the workpiece 1 after clamping in the jaws 2, 3 processed without further adjustment shall be. In other cases where the tension Workpiece 1 first touched or otherwise measured to determine its actual position, a Adjustment in the embossing device is also omitted.
  • a stamp is used in the embossing device the series shown in Figure 1 successive Recesses 18 stamped. This can be both with a linearly movable flat stamp that all Recesses 18 happen at the same time as even with a stamp the only one recess 18 generated. This stamp will, if it has one Has recessed 18, each one position moved on, so that all the recesses 18 in succession be generated.
  • each frustoconical Form projection 11 arched. This especially in With regard to the recesses 18 on the workpiece are advantageously formed in the embossing process and are therefore not sharply delimited. With a suitable flank curvature can be achieved that each projection 11 is almost completely in the associated Projection 18 is present. This is for security the power transmission and thus the maximization of transferable forces.
  • the curvature and curvature of the protrusions 11 is the on the workpiece itself during embossing adapted surface courses.
  • protrusions 11 with a more or less large oversize so that this when tightening sit prestressed in the recesses 18.
  • the flat ones Slope angles of the protrusions 11 prevent that the workpiece 1 is wedged with the clamping jaws 2, 3.
  • the clamping system described above came with two Jaws 2, 3 off. As Figure 5 illustrates, however also several, e.g. four clamping jaws 2, 3, 2 ', 3' be provided, the opposite each other in pairs are arranged.
  • the jaws 2, 3, 2 ', 3' are designed according to the jaws described above and each have protrusions 11 which in correspondingly prepared recesses in the workpiece 1 to grab. At least two of the jaws 2, 3, 2 ', 3' are by means of a power-operated adjustment device slidably arranged as indicated by arrows 4, 4 ' is indicated.
  • each jaw 2, 2 ' can, like the embodiment 6 shows, also curved, for example cylindrical be arched.
  • the illustrated jaws 2, 3, 2 ' serve to clamp a cylindrical Workpiece 1, each jaw 2, 2 ', 3 a Has cylindrically curved contact surface 6, the Curvature by the radius of curvature of the cylindrical Workpiece 1 is set.
  • Each jaw is in turn studded with protrusions 11 along an edge 12 of each jaw 2, 2 ', 3 are arranged.
  • the positive locking elements on the Clamping jaws 2, 3 are also formed by recesses.
  • the workpiece 1 must be prepared Work step with corresponding complementary projections be provided.
  • the advantage of this embodiment and procedure is that of tensioning required projections on the workpiece 1 after Editing can be easily removed.
  • a clamping system is used for clamping in front of workpieces 1 has been provided to which two or more jaws 2, 3 belong.
  • the jaws are arranged with regular Form-locking elements, for example projections 11 occupied, which protrude from corresponding contact surfaces 6.
  • Complementary recesses 18, which act as coupling elements serve in a preparatory step trained the workpiece. This can be done by embossing.
  • the clamping system produces a mixed friction and positive clamping of the workpiece 1, which is the transfer large holding forces with a small footprint the workpiece and on the clamping elements 2, 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen Werkstücken, sowie eine Spanneinrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.
Zur Bearbeitung in Werkzeugmaschinen müssen die Werkstücke auf geeigneten Spannplätzen fest aufgespannt und gehalten werden. Die Aufspannung muss dabei so beschaffen sein, dass insbesondere bei spanenden, an dem Werkstück durchzuführenden Bearbeitungsvorgängen auch größere Kräfte ohne weiteres abgeleitet werden können und nicht zur Ortsverlagerung des Werkstücks führen. Andererseits soll das Werkstück möglichst gut zugänglich sein, um nacheinander möglichst viele Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück mit einer einzigen Aufspannung durchführen zu können. Beide Anforderungen stehen in einem gewissen Gegensatz zueinander. Soll das Werkstück bspw. von fünf Seiten her zugänglich sein, ist eine Aufspannung erforderlich, die den Zugang zu den zu bearbeitenden Seiten nicht versperrt.
Werden Werkstücke zwischen Spannbacken bspw. eines Maschinenschraubstocks geklemmt, verdeckt der Maschinenschraubstock mit seinen beiden Spannbacken zwei einander gegenüberliegende Seiten des Werkstücks großflächig. Dadurch wird der Zugang zu dem Werkstück beeinträchtigt.
Aus der US-PS 4.632.375 ist eine nach Art eines Schraubstocks ausgebildete Klemmvorrichtung mit einem beweglich gelagerten Backen und einem diesem gegenüberliegend angeordneten ortsfest gehaltenen Backen bekannt. Beide Backen sind mit beweglich gelagerten Klemmelementen versehen, die eine Anpassung an eine gegebene Werkstückkontur gestatten. Die Klemmelemente können bedarfsweise auswechselbar ausgebildet sein. Dies insbesondere, um die Anpassung an unterschiedliche Oberflächenkonturen zu ermöglichen. Bedarfsweise kann die Oberfläche der beweglichen Backen auch gezahnt ausgebildet sein, bspw. um eine Zahnstange zwischen ihrer Zähnung und ihrer flachen Rückseite klemmen zu können.
Aus der EP 0065939, die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist ein Spannbacken mit Greifelementen bekannt. Die Greifelemente sind aus einem harten, möglicherweise spröden, Werkstoff ausgebildet und an einem weniger harten Träger gelagert. Die Greifelemente dienen dazu, in die Oberfläche eines zu ergreifenden Werkstücks einzudringen. Die Greifelemente bilden scharfe Zähne, die ein Werkstück mit glatter Oberfläche halten sollen. Die Oberfläche des Werkstücks wird durch das Spannen mit solchen Greifelementen deformiert, d.h. beschädigt. Die Greifelemente sind demnach so ausgebildet, dass sich die Oberfläche des Werkstücks beim Spannen an die Greifelemente anpasst.
Aus der EP 0482570 A2 ist ein Spannbacken für Schraubstöcke bekannt, der mehrere parallel zueinander verschiebbar gelagerte Druckelemente aufweist. Diese stehen an ihrer dem Werkstück abgewandten Seite stirnseitig mit einer sogenannten Kompensierfüllung in Verbindung. Dies ermöglicht das Spannen von Werkstücken mit unebener oder gegliederter Oberfläche mit gleichmäßiger Verteilung der Spannkraft oder das gleichzeitige Spannen mehrerer Gegenstände mit ungleichen Abmessungen. Der Spannbacken passt sich durch die Druckelemente und die Kompensierfüllung mehr oder weniger an die Werkstückkontur an.
Aus der DE-PS 705856 ist darüber hinaus ein Spannbacken bekannt, der an seiner Spannfläche eine Gummiplatte aufweist, die mit Metallkörpern versehen ist. Die Metallkörper sind prismatisch ausgebildet und legen mit ihren Stirnseiten eine ebene oder gewölbte Fläche fest. Die Gummiplatte gestattet ein gleichmäßiges Festspannen mehrere Werkstücke oder das Spannen von Werkstücken mit unregelmäßiger Oberfläche, in dem sie die einzelnen Metallkörper geringfügig federnd lagert.
Aus der DE-AS 2937061 ist eine Spannvorrichtung für das Erfassen und Spannen unregelmäßig geformter Werkstücke mit stark zerklüfteter Greifflächengeometrie bekannt. Solche Werkstücke sind bspw. Führungsschienen, Profilschien oder dergleichen. Die Greifbacken sind der Oberflächenkontur des zu greifenden Werkstücks angepasst. Das Spannen erfolgt somit anhand der vorhandenen Werkstückkontur, ohne Deformierung derselben.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Spannen von Werkstücken zu schaffen, mit denen Werkstücke sicher gehalten werden können und die einen guten Zugang zu den gespannten Werkstücken ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit Verfahren nach Anspruch 1 und einer Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 9 gelöst.
Die Spanneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist zwei Spannbacken oder Spannelemente auf, die mit Formschlusselementen versehen sind, die komplementär zu entsprechenden Kupplungselementen des Werkstücks ausgebildet sind. Die Kupplungselemente werden an dem Werkstück in einem vorbereitenden Arbeitsschritt eigens ausgebildet. Sie haben in der Regel keine sonstige Funktion, sondern dienen lediglich dem Spannen des betreffenden Werkstücks in der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung. Diese ermöglicht durch die Formschlusselemente den Angriff an dem Werkstück, bspw. in einem extrem schmalen streifenförmigen Bereich. Das kraftschlüssig zwischen den Spannelementen geklemmte Werkstück ist durch die Formschlusselemente und die Kupplungselemente zusätzlich formschlüssig gehalten. Es ist deshalb möglich, Werkstücke zu spannen, die relativ weit aus dem zwischen beiden Spannelementen definierten Zwischenraum ausragen. Hier können lediglich beschränkt durch die Eigenelastizität des Werkstücks spanenden Bearbeitungsvorgänge oder sonstige Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück ausgeführt werden, die sowohl Seitenflächen als auch die Stirnfläche des Werkstücks mit erheblichen Kräften beaufschlagen. Das Werkstück sitzt lediglich mit einem sehr kurzen Fussbereich zwischen beiden Spannelementen, wobei die Formschlusselemente verhindern, dass es unter der Einwirkung größerer Kräfte aus den Spannbacken herausgekippt wird. Die Formschlusselemente sind so ausgebildet, dass sie jede Bewegung des Werkstücks in jeder parallel zu den Anlageflächen der Spannelemente orientierten Richtung formschlüssig verhindern, oder sperren. Weil beide Spannelemente jeweils mit entsprechenden Formschlusselementen versehen sind, wird dadurch auch jede Dreh-, Schwenk- oder Kippbewegung des Werkstücks verhindert. Die entsprechenden Haltekräfte werden von den Formschlusselementen auf die Spannelemente übertragen und abgeleitet. Dies gilt unabhängig davon, ob beide Spannelemente aufeinander zu und voneinander weg verstellbar oder lediglich eins der beiden Spannelemente beweglich angeordnet ist. Werden die Spannelemente an das Werkstück gepresst, so dass sie es zwischeneinander klemmen, greifen die Formschlusselemente automatisch in die Kupplungselemente und arretieren das Werkstück.
Die gemischt form- und -kraftschlüssige Klemmung bzw. Halterung des Werkstücks in der Spanneinrichtung bringt durch den Formschluss den zusätzlichen Vorteil, dass das Werkstück von vorne herein in Bezug auf die Spanneinrichtung eine definierte Lage einnimmt. Fehlpositionierungen lassen sich nahezu vollständig ausschließen. Dadurch kann der Arbeitsaufwand beim Einrichten der Werkstücke unter Umständen erheblich gesenkt werden.
Die Formschlusselement, die bspw. durch Vorsprünge oder Vertiefungen an den Spannelementen ausgebildet sein können, sind vorzugsweise einstückig mit den Spannelementen verbunden. Dies stellt eine hohe Belastbarkeit sicher. Entsprechend sind die Kupplungselemente des Werkstücks Vertiefungen oder Vorsprünge, die in einem dem Spannvorgang vorausgehenden Bearbeitungsschritt an dem Werkstück angebracht werden. Bspw. kann der Arbeitsschritt ein Prägebearbeitungsvorgang sein, bei dem der Spannbereich des Werkstücks plastisch geringfügig deformiert wird. Dies wird vorzugsweise in einem Bereich des Werkstücks vorgenommen, der durch das Anbringen von Vertiefungen oder Vorsprüngen keine Funktionsbeeinträchtigung erfährt. Insbesondere bei Werkstücken, bei denen solche Bereiche nicht vorhanden sind, können die Kupplungselemente nach Beendigung der Bearbeitung auch beseitigt werden. Dies ist bspw. in einem Schleif- oder Fräsbearbeitungsvorgang möglich, der dann in einer anderen, möglicherweise konventionellen Aufspannung erfolgt.
Die Formschluss- und Kupplungselemente können bspw. nach Art einer Verzahnung ausgebildet sein. Die einzelnen Zähne und zugeordneten Vertiefungen sind jeweils äquidistant angeordnet. Zur Festlegung einer eindeutigen Spannlage ist es jedoch auch möglich, die Teilung an einer vorgegebenen Stelle zu ändern, oder einen einzelnen Zahn bzw. eine einzelne Vertiefung wegzulassen.
Für die Formschlusselemente bzw. die Kupplungselemente hat sich die Pyramidenstumpfform als vorteilhaft herausgestellt. Auch die Kegelstumpfform ist möglich. In beiden Fällen wird erreicht, dass die Formschlusselemente relativ leicht in die zugeordneten Kupplungselemente einfinden. Dies insbesondere, wenn der Flankenwinkel der Formschlusselemente nicht zu groß ist. Bspw. hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel der Seitenflächen der pyramidenstumpfförmigen Vorsprünge gegenüber der Anlagefläche nicht größer als 45° ist. Die zugeordneten Vertiefungen, die als Kupplungselemente dienen, können dann leicht eingeprägt werden, wobei sie, obwohl sie nicht allzu tief sind, eine gute formschlüssige Kupplung zwischen dem Werkstück und den Spannbacken ergeben.
Die Formschlusselemente sind bspw. in einer einzigen geraden Reihe an einer Kante des Spannbackens angeordnet. Dies ermöglicht ein besonders knappes platzsparendes Spannen von Werkstücken. Andere Anordnungsschemata sind jedoch ebenfalls denkbar und möglich. Sind sehr große Kräfte aufzunehmen, können bspw. zwei oder mehrreihige Anordnungsmuster Anwendung finden.
Sind die Formschlusselemente und die Kupplungselemente untereinander gleich groß, oder haben sie sogar ein geringfügiges Spiel zueinander, wird eine echte Funktionstrennung zwischen Anlagefläche und Formschlusselement dahingehend vorgenommen, dass die Anlageflächen der kraftschlüssigen Spannung dienen, während die Formschlusselemente die Lagefixierung und Lagesicherung der Werkstücke während der Bearbeitung übernehmen. Der Vorzug bei dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Formschluss- und Kupplungselemente beim Spannen keiner Belastung unterliegen und eine Belastung erst während der Bearbeitung auftritt. Wird jedoch eine Aufspannung gewünscht, bei der auch Mikrobewegungen des Werkstücks gut unterdrückt werden kann es zweckmäßig sein, wenn die als Vorsprünge ausgebildeten Elemente wenigstens geringfügig größer sind als die zugeordneten, als Vertiefung ausgebildeten Elemente. Dabei ist das Übermaß, bzw. Untermaß der an den Spannelementen vorgesehenen Formschlusselemente und die Materialwahl der Spannelemente vorzugsweise so festgelegt, dass plastische Deformationen, falls sie überhaupt auftreten, auf das Werkstück beschränkt bleiben. Mit derartigen Spannelementen ist auf Dauer eine präzise und sichere Spannung von Werkstücken möglich.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
  • Fig. 1 das erfindungsgemäße Spannsystem in einer ausschnittsweisen schematisierten und perspektivischen Darstellung,
  • Fig. 2 das Spannsystem nach Figur 1, in einer schematisierten ausschnittsweisen Draufsicht,
  • Fig. 3 ein Spannelement für das Spannsystem nach den Figuren 1 und 2, in einer vereinfachten Vorderansicht, in ausschnittsweiser Darstellung,
  • Fig. 4 ein zu dem Spannsystem nach den Figuren 1 bis 3 gehöriges Spannelement mit abgewandelten Formschlusselementen, in einer schematisierten Draufsicht,
  • Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Spannsystems mit mehreren mit Formschlusselementen versehenen Spannelementen, in einer schematisierten Draufsicht, und
  • Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Spannsystems mit Spannelementen, die mit Formschlusselementen versehen sind, in einer schematisierten Draufsicht.
    • In Figur 1 ist ein Werkstück 1 veranschaulicht, das mittels zweier Spannbacken 2, 3 in einer nicht weiter veranschaulichten Werkzeugmaschine fest spannbar ist. Dazu sind die Spannbacken 2, 3 in Richtung des in Figur 1 veranschaulichten Pfeils 4 aufeinander zu und voneinander weg verstellbar an einer nicht weiter veranschaulichten Verstelleinrichtung gehalten. Die Verstelleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Spannbacken 2, 3 bedarfsweise mit einer Kraft zu beaufschlagen, die die Spannbacken 2, 3 aufeinander zu bewegt.
    Die in Figur 1 veranschaulichten Spannbacken 2, 3 sind spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Die nachfolgende Beschreibung des Spannbackens 2 gilt demzufolge entsprechend für den Spannbacken 3.
    Der Spannbacken 2 weist bspw. einen quaderförmigen Grundkörper 5 auf, der an seiner dem Werkzeug 1 zugewandten Seite eine Planfläche 6 aufweist. Die Planfläche 6 dient als Anlagefläche für eine an dem Werkstück 1 vorgesehene, ebenfalls plan ausgebildete Spannfläche 7, die in Figur 1 infolge der Perspektive verdeckt ist. An der gegenüberliegenden Seite weist das Werkstück 1 eine dem Spannbacken 3 zugewandte entsprechende Planfläche 8 auf, die zu der Planfläche 7 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist und infolge der Perspektive in Figur 1 sichtbar ist. Sie wird nachfolgen anstelle der Spannfläche 7 beschrieben.
    Die Spannbacken 2 und 3 dienen dazu, das Werkstück 1 lediglich in unmittelbarer Nachbarschaft seines unteren Randes 9 zu fassen. Bedarfsweise können sei jedoch auch an anderen Stellen angreifen. Dazu sind auf der Anlagefläche 6 mehrere in einer Reihe angeordnete Vorsprünge 11 ausgebildet, die als Formschlusselemente dienen. Die Vorsprünge 11 sind untereinander gleich ausgebildet und erstrecken sich entlang einer oberen Kante 12 des Spannbackens 2. Entsprechendes gilt für den Spannbacken 3. In Figur 2 ist ein Ausschnitt des Spannbackens 2 in einem anderen Maßstab veranschaulicht. Wie insbesondere in Verbindung mit Figur 3 ersichtlich wird, sind die Vorsprünge 11 pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Sie sind jeweils einstückiger Bestandteil des Grundkörpers 5. Wie aus Figur 2 und 3 ersichtlich, sind sie in Abständen voneinander angeordnet, die vorzugsweise größer sind als ihre Ausdehnung in Richtung der Kante 12. Die pyramidenstumpfförmigen Vorsprünge 11 sind dabei in Richtung der Kante 12 länglich ausgebildet, d.h. sie weisen eine rechteckige Grundfläche auf. Prinzipiell kann die Form abweichen, jedoch ergibt sich mit der dargestellten pyramidenstumpfform mit rechteckiger Basis eine gute Kraftübertragung bei minimalem Platzbedarf. Der Böschungswinkel α, d.h. der Winkel den jede Seitenfläche 14, 15, 16, 17 jeweils mit der Anlagefläche 6 einschließt, ist vorzugsweise relativ flach. Die Böschungswinkel der an die schmaleren Kanten der Grundfläche angrenzenden Seitenflächen 14, 15 sind vorzugsweise kleiner als 45°. Die Höhe jedes pyramidenarbigen Vorsprungs 11 ist vorzugsweise nicht größer als die Länge der schmaleren Kante der Grundfläche.
    In dem Werkstück 1 sind Ausnehmungen 18 ausgebildet, die jeweils den Vorsprüngen 11 zugeordnet und diesen entsprechend geformt sind. Die Ausnehmungen 18 sind bspw. in einem Prägeverfahren hergestellt und zu den als Formschlußelemente dienenden Vorsprüngen 11 komplementär ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die Ausnehmungen 18 jeweils pyramidenstumpfförmige Vertiefungen.
    Beim Spannen von Werkstücken 1 wird folgendermaßen vorgegangen:
    Vor dem Spannen wird das Werkstück 1 an seinen Spannflächen 8 zunächst zur Aufspannung vorbereitet. Dazu wird es in eine Prägevorrichtung eingelegt und falls die Ausnehmungen 18 an exakt vorgegebenen Stellen gewünscht sind, zunächst justiert. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Werkstück 1 nach dem Spannen in den Spannbacken 2, 3 ohne weitere Justage bearbeitet werden soll. In anderen Fällen, bei denen das gespannte Werkstück 1 zunächst angetastet oder sonstwie gemessen wird, um seine Ist-Position zu bestimmen, kann eine Justage in der Prägevorrichtung auch entfallen.
    In der Prägevorrichtung wird mittels eines Prägestempels die aus Figur 1 ersichtliche Reihe aufeinanderfolgender Ausnehmungen 18 eingeprägt. Dies kann sowohl mit einem linear beweglichen flachen Stempel, der alle Ausnehmungen 18 gleichzeitig eindrückt geschehen, als auch mit einem Stempel der ledigliche eine einzige Ausnehmung 18 erzeugt. Dieser Stempel wird, wenn er eine Ausnehmung 18 eingedrückt hat, jeweils eine Position weiterbewegt, so dass alle Ausnehmungen 18 nacheinander erzeugt werden.
    Darüber hinaus ist es möglich, die Ausnehmungen 18 mit einer Rolle einzudrücken, die Vorsprünge aufweist und über die Spannfläche 8 geführt wird.
    Sind die Vorsprünge 18 ausgebildet, wird das Werkstück zwischen die Spannbacken 2, 3 geführt, wonach diese in Richtung des Pfeils 4 aufeinander zu bewegt werden, bis die Vorsprünge 11 in die Ausnehmungen 18 eingreifen und die Anlageflächen 6 fest gegen die Spannflächen 7, 8 drücken. Die Vorsprünge 11 sitzen spielfrei in den Ausnehmungen 18 und halten das Werkstück 1 formschlüssig, falls die aufzunehmenden Kräfte größer sind als die Haftreibung zwischen den Anlageflächen 6 und den Spannflächen 7, 8. Durch die reibschlüssige Unterstützung der Pormschlußverbindung wird jedes Spiel und jede Positionierunsicherheit vermieden. Schwingungen des Werkstücks 1 bei der Bearbeitung können dadurch vermieden werden. Die Formschlußverbindung zwischen den Vorsprüngen 11 und den Ausnehmungen 18 verhindert hingegen, dass das Werkstück 1 mit Gewalt aus den Spannbacken 2, 3 herausgeführt wird.
    Die vorstehend beschriebenen, als Formschlußelemente dienenden Vorsprünge 11 sind geradflankig ausgebildet. Wie Figur 4 veranschaulicht ist es jedoch auch möglich, die Flanken 14, 15, 16, 17 jedes kegelstumpfförmigen Vorsprungs 11 gewölbt auszubilden. Dies insbesondere im Hinblick auf die Ausnehmungen 18, die an dem Werkstück vorteilhafterweise im Prägeverfahren ausgebildet werden und die demzufolge nicht scharfkantig begrenzt sind. Mit einer geeigneten Flankenwölbung kann erreicht werden, dass jeder Vorsprung 11 nahezu vollflächig in dem zugeordneten Vorsprung 18 anliegt. Dies dient der Sicherheit der Kraftübertragung und somit der Maximierung der übertragbaren Kräfte. Die Wölbung und Krümmung der Vorsprünge 11 wird dabei den am Werkstück sich beim Prägen ausbildenden Flächenverläufen angepasst. Hier ist es auch möglich, die Vorsprünge 11 mit einem mehr oder weniger großen Übermaß zu versehen, damit diese beim Spannen vorgespannt in den Ausnehmungen 18 sitzen. Die flachen Böschungswinkel der Vorsprünge 11 verhindern, dass sich das Werkstück 1 mit den Spannbacken 2, 3 verkeilt.
    Das vorstehend beschriebene Spannsystem kam mit zwei Spannbacken 2, 3 aus. Wie Figur 5 veranschaulicht, können jedoch auch mehrere, bspw. vier Spannbacken 2, 3, 2', 3' vorgesehen werden, die einander jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Die Spannbacken 2, 3, 2', 3' sind den vorbeschriebenen Spannbacken entsprechend ausgebildet und weisen jeweils Vorsprünge 11 auf, die in entsprechend vorbereitete Ausnehmungen des Werkstücks 1 greifen. Wenigstens zwei der Spannbacken 2, 3, 2', 3' sind mittels einer kraftbetätigten Verstelleinrichtung verschiebbar angeordnet, wie durch die Pfeile 4, 4' angedeutet ist.
    Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Spannbacken 2, 3 jeweils plane Anlageflächen 6 aufweisen, können diese, wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 zeigt, auch gewölbt, bspw. zylindrisch gewölbt ausgebildet sein. Die veranschaulichten Spannbacken 2, 3, 2' dienen dem Spannen eines zylindrischen Werkstücks 1, wobei jeder Spannbacken 2, 2', 3 eine zylindrisch gewölbte Anlagefläche 6 aufweist, deren Krümmung durch den Krümmungsradius des zylindrischen Werkstücks 1 festgelegt ist. Jeder Spannbacken ist wiederum mit Vorsprüngen 11 besetzt, die entlang einer Kante 12 jedes Spannbackens 2, 2', 3 angeordnet sind. Mit einer derartigen Spannvorrichtung ist es möglich, Werkstücke 1 in Drehmaschinen, Reibschweißmaschinen und bei ähnlichen Anwendungen kurz zufassen. Der Vorzug liegt darin, dass lediglich ein sehr kurzer Axialbereich des Werkstücks zum Spannen erforderlich ist. Steht ein größerer Bereich zur Verfügung und sollen Werkstücke 1 mit unterschiedlichen Durchmessern gespannt werden, können die vorsprünge 11 abweichend von der dargestellten Ausführungsform auch in Axialrichtung angeordnet sein, wobei die Spannbacken dann lediglich Spannkanten aufweisen, deren schmalen streifenförmige Anlageflächen mit Vorsprüngen 11 besetzt sind.
    Bedarfsweise können die Formschlußelemente an den Spannbacken 2, 3 auch durch Ausnehmungen gebildet werden. In diesem Fall muss das Werkstück 1 im vorbereitenden Arbeitsschritt mit entsprechenden komplementären Vorsprüngen versehen werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform und Vorgehensweise liegt darin, dass die zum Spannen erforderlichen Vorsprünge an dem Werkstück 1 nach der Bearbeitung leicht entfernt werden können.
    Zum Spannen vor Werkstücken 1 ist ein Spannsystem vorgesehen worden, zu dem zwei oder mehrere Spannbacken 2, 3 gehören. Die Spannbacken sind mit regelmäßig angeordneten Formschlußelementen, bspw. Vorsprüngen 11 besetzt, die von entsprechenden Anlageflächen 6 vorstehen. Komplementäre Ausnehmungen 18, die als Kupplungselemente dienen, werden in einem Vorbereitungsschritt an dem Werkstück ausgebildet. Dies kann durch Prägen geschehen. Das Spannsystem erbringt eine gemischte reib- und formschlüssige Spannung des Werkstücks 1, die die Übertragung großer Haltekräfte mit geringem Flächenbedarf an dem Werkstück und an den Spannelementen 2, 3 ermöglicht.

    Claims (11)

    1. Verfahren zum Spannen von Werkstücken,
         bei dem in einem vorbereitenden Arbeitsschritt an den Werkstücken (1) Verformungen (18) angebracht werden, die lediglich als Kupplungselemente beim Spannen mit einer entsprechenden Spannvorrichtung dienen, sonst aber keine Funktion haben, und
         bei dem die Werkstücke (1) dann mit Spannbacken (2, 3), die zum reibschlüssigen Halten an ihren Spannbacken (2, 3) Anlageflächen (6) aufweisen und die zur formschlüssigen Positionierung und Lagesicherung zu den Verformungen (18) komplementäre Formschlusselemente (6) aufweisen, gemischt reib- und formschlüssig gespannt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungen in einem spanlosen Bearbeitungsschritt ausgebildet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spannen ein schmaler streifenförmiger Bereich des Werkstücks verwendet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen plan oder gewölbt sind.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formschlusselemente konkav oder konvex ausgebildete Flächenbereiche verwendet werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formschlusselemente jede Bewegung des Werkstücks in jeder parallel zu einer Anlagefläche orientierten Richtung verhindert oder gesperrt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück durch die Formschlusselemente positioniert wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente nach Beendigung der Bearbeitung beseitigt werden.
    9. Spanneinrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
         mit wenigstens zwei Spannbacken (2, 3), die eine jeweils Anlagefläche (6) mit mehreren darauf regelmäßig angeordneten Formschlusselementen (11) aufweisen, die zu den vorgeformten Kupplungselementen (18) des Werkstücks (1) komplementär ausgebildet sind,
         wobei die Spannelemente (2, 3), die die Anlageflächen (6) aufweisen, an einer Halteeinrichtung befestigt sind, mit der der Abstand zwischen den Anlageflächen (6) verstellbar ist.
    10. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (11) auf der Anlagefläche (6) angeordnete Vorsprünge oder Vertiefungen sind.
    11. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (11) unmittelbar an eine Kante (12) der Anlagefläche (6) angrenzend angeordnet sind.
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