DE102006027988B4

DE102006027988B4 - Spannmittel

Info

Publication number: DE102006027988B4
Application number: DE200610027988
Authority: DE
Inventors: Josef Steinberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: DE102006027988A1; WO2007143976A2; WO2007143976A3

Abstract

Spannmittel (1) mit mehreren umfangsverteilt angeordneten Spannelementen (3) und mehreren umfangsverteilt und schräg zur Symmetrieachse des Spannmittels (1) umfangsverteilt angeordneten Zentrierelementen (4), wobei die Zentrierelemente (4) über ein axial innerhalb eines Futterkörpers (2) bewegbar angeordnetes, zentrales Steuerelement betätigbar sind und jeweils eine Führungsstange (46) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Führungsstangen (46) unmittelbar mit einem Mitnehmer (48) verbunden ist und diese Mitnehmer (48) in einer radialen Ausnehmung (51) des Steuerelementes aufgenommen sowie in dieser radial bewegbar und gleitend führbar angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannmittel mit mehreren umfangsverteilt angeordneten Spannelementen und mehreren umfangsverteilt und schräg zur Symmetrieachse des Spannmittels umfangsverteilt angeordneten Zentrierelementen, wobei die Zentrierelemente über ein axial innerhalb eines Futterkörpers bewegbar angeordnetes, zentrales Steuerelement betätigbar sind und jeweils eine Führungsstange aufweisen.
Gattungsgemäße Spannmittel sind zur spanabhebenden Bearbeitung bekannt und werden beispielweise für Drehmaschinen benötigt. Die Spannmittel dienen hierbei dazu, das zu bearbeitende Werkstück aufzunehmen und ohne Verformung sicher zu halten, während eine spanabhebende Bearbeitung erfolgt. Hierzu reicht es im Normalfall aus, wenn ein solches Spannmittel innerhalb eines Futterkörpers mit mehreren umfangsverteilten Spannelementen ausgestattet ist. Wenn aber beispielweise Rohre bearbeitet werden sollen, ist nicht sichergestellt, dass diese vollständig axial symmetrisch ausgebildet sind, sodass die Gefahr besteht, dass mit einzelnen Spannelementen zwar der Rohrkörper gehalten wird, jedoch nicht zentrisch zur Achse der Maschine gelagert ist, sodass bei der weiteren Bearbeitung die Axialsymmetrie und zentrische Lagerung des Rohrs und insbesondere die zentrische Anordnung der vorgenommenen Bearbeitung nicht in dem erforderlichen Maße gewährleistet ist. Aus diesem Grund werden Zentrierelemente verwendet, die vor einem Eingriff der Spannelemente zunächst das zu bearbeitende Werkstück entlang einer Drehachse zentrieren, bevor die Spannelemente das Werkstück in dieser Position fixieren und für die weitere Bearbeitung festhalten.
Vorzugsweise wird ein solches Spannmittel dann eingesetzt, wenn unrunde Rohre oder ungerade Stangen eingespannt werden sollen, um beispielweise eine Abdrehung vorzunehmen oder ein Gewinde zu schneiden. Durch die unrunde oder ungerade Lagerung der Werkstücke entspricht beispielweise die Lage des Spanndurchmessers nicht der Lage des zu bearbeitenden Zylinders beziehungsweise Gewindeabschnitts, weil bei einer Ungeradheit die Achse des Werkstücks beziehungsweise die Achse der Spannstelle nicht zentrisch angeordnet ist. Im Bereich des zu bearbeitenden Werkstü ckes ist demzufolge eine Zentrierung erforderlich. Durch die Zentrierung wird erreicht, dass die Spindelachse der Drehmaschine mit der Bearbeitungsachse des zu bearbeitenden Werkstücks übereinstimmt. Hierbei müssen die Spannbacken in der Lage sein, Lage- und Formabweichungen an der Spannstelle zu überbrücken, ohne eine Verformung des zu bearbeitenden Werkstücks zu verursachen.
Aus dem Stand der Technik sind Spanneinrichtungen bekannt, bei denen drei schräge Bolzen aus dem Futterkörper nach vorne gefahren werden und das Werkstück zunächst zentrieren. Der Antrieb dieser Zentrierbolzen erfolgt nach dem Stand der Technik mit Druckzylindern, die zum Erreichen der Zentrierung einzeln angesteuert werden. Die hydraulisch angetriebenen Zentrierbolzen weisen jedoch das Problem auf, dass kein notwendiger Gleichlauf erzielt werden kann, sodass ihre Zentrierung nicht ausreichend ist. Des Weiteren sind Lösungen bekannt, bei denen diese ungleiche Bewegung nachträglich durch mechanische Glieder synchronisiert werden, die zum Beispiel aus einer Zahnstange an den Bolzen und einem Zahnrad bestehen und eine Synchronisierung hervorrufen. Die Verwendung von Kipphebeln zur Zentrierung ist aus der DE 34 34 307 C1 bekannt.
Des Weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 04 876 A1 eine automatische Werkstück-Spannvorrichtung mit Spannbacken und Zentrierbacken bekannt, wobei die Zentrierbacken über einen ringförmigen Zentrierkolben antreibbar sind. Dazu sind an den ringförmigen Zentrierkolben Stellstangen mit Zahnstangen vorgesehen, die mit einem Zahnrad kämmen, welches wiederum mit Zahnstangen versehenen Zentrierstangen kämmt, wobei an den Zentrierstangen Ausgleichsstücke und ein Bolzen angeordnet sind, an denen die Zentrierbacken befestigt sind. Durch diesen Verstellmechanismus und die dabei verwendete Vielzahl von Bauelementen der Spannvorrichtung ist eine entsprechende Zentrierung eines Werkstückes mit Ungenauigkeiten behaftete, da die Bauelemente herstellungsbedingt mit einer Toleranz versehen sind, welche einer präzisen Zentrierung eines Werkstückes entgegenwirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannmittel zu schaffen, mit dem eine Zentrierung eines Werkstückes mit maximaler Genauigkeit erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch das Spannmittel nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Spannmittels sind in den Unteransprüchen offenbart. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jede der Führungsstangen unmittelbar mit einem Mitnehmer verbunden ist und diese Mitnehmer in einer radialen Ausnehmung des Steuerelementes aufgenommen sowie in dieser radial bewegbar und gleitend führbar angeordnet sind.
Gegenüber dem Stand der Technik werden die Zentrierelemente bei dem erfindungsgemäßen Spannmittel über ein einzelnes Steuerelement beaufschlagt, wobei eine Kopplung zwischen Zentrierelement und Steuerelement durch einen Mitnehmer erfolgt. Die Zentrierelemente und Mitnehmer sind hierbei umfangsverteilt angeordnet und werden durch das zentrale Steuerelement beaufschlagt, wobei die Zentrierelemente jeweils eine exakt gleiche Wegstrecke zurücklegen und somit eine sehr genaue Zentrierung des Werkstücks ermöglichen. Bei dieser Zentrieraufgabe muss gegebenenfalls das Werkstück, das normaler Weise waagerecht angeordnet ist, auf die Mitte der Bearbeitungsachse, also der Spindelachse der Drehmaschine angehoben werden, sodass entsprechende Reaktionskräfte auf die Mitnehmer entstehen. Das Steuerelement selbst besteht aus einem beweglichen Zylindergehäuse, welches auf einer ortsfest gehaltenen Kolbenstange geführt ist. Hierdurch wird erreicht, dass eine gleichmäßige Krafteinwirkung auf die Mitnehmer ausgeübt wird, die wiederum mit den Zentrierelementen verbunden sind. Das Steuerelement beziehungsweise das Zylindergehäuse weisen ferner eine radiale Ausnehmung auf, die vorzugsweise auf der koaxial außen liegenden Radialfläche ausgebildet ist und in welche die Mitnehmer der Zentrierelemente aufgenommen sind. Der Mitnehmer ist hierbei innerhalb der wenigstens einen Ausnehmung radial beweglich und gleitend geführt und überträgt die Kraft des Steuerelements auf die Zentrierelemente. Die Zentrierelemente selbst sind unter einem Winkel zur Symmetrieachse der Drehbank angeordnet und werden somit mit Hilfe des Steuerelements und der Mitnehmer entlang eines Kegelmantels in eine zentrische Position aufeinander zu bewegt, sodass das zu bearbeitende Werkstück, soweit eine unsymmetrische Lagerung vorliegt, im zu bearbeitenden Abschnitt zentriert wird. Hierbei kann es auch sein, dass das Werkstück, welches beispielweise endseitig außermittig zunächst angeordnet ist, durch die Zentrierelemente in eine zentrische Position gedrückt wird. Zu diesem Zweck besitzen die Zentrierelemente Aufnahmebacken, die an dem Werkstück direkt zur Anlage gebracht werden oder über Andruckrollen an dem Werkstück anliegen.
Um die Bewegung des Steuerelements in Axialrichtung zu ermöglichen, weist dieses eine Ausnehmung auf, welche vorzugsweise auf der innenliegenden Radialfläche angeordnet und als abzudichtender Druckraum ausgebildet ist, wobei der Druckraum zusätzlich durch einen Dichtring unterteilt ist. Die beiden hierdurch entstehenden Druckräume können jeweils getrennt mit einem Druckmittel beaufschlagt werden, sodass der eine Druckraum dazu verwendet werden kann, um das Steuerelement axial in eine nach vorne gedrückte Position verfahren zu können, während der weitere Druckraum dazu verwendet wird, das Steuerelement in die ursprüngliche Position zurückzufahren. Hierbei ist der Dichtring, welcher den vorhandenen Druckraum in zwei Teildruckräume unterteilt, mit dem Steuerelement verbunden. Die Mitnahmeeinrichtung selbst ist mit einer Führungsstange des Zentrierelements verbunden, vorzugsweise verschraubt und ermöglicht somit die Kraftübertragung von der Mitnahmeeinrichtung auf die Führungsstange des Zentrierelementes und damit wird die notwendige Anpresskraft der Aufnahmebacken auf das Werkstück erreicht. Die Mitnahmeeinrichtung besteht bei einer bevorzugten Lösung aus einer Kolbenscheibe mit einem Schrägbolzen, welcher in die Ausnehmung des Zylindergehäuses des Steuerelements hineinragt, wobei die einzelnen Mitnehmereinrichtungen untereinander nicht synchronisiert sind.
Durch die aufgezeigte erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist vielmehr sichergestellt, dass die Zentrierelemente jeweils eine gleiche Wegstrecke zurücklegen und hierbei über die Mitnehmereinrichtung und das Steuerelement angetrieben werden, sodass die gewünschte exakte Zentrierposition des Werkstücks erreicht wird. Um auch unter Last eine synchrone Bewegung zu erreichen, kann das Steuerelement mit einem Führungsbolzen zusätzlich verbunden sein, welcher axial beweglich in einem in eine Ausnehmung aufgenommen Führungsrohr hin und her gleitet. Das Führungsrohr ist hierbei mit dem Futterkörper verbunden, insbesondere eingepasst und verschraubt, sodass eine sichere Führung gewährleistet ist. Der besondere Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass das Führungsverhältnis wesentlich vergrößert ist, und zwar die Führungslänge gegenüber dem Führungsdurchmesser, sodass ein Stick-Slip-Effekt des Zylindergehäuses verhindert wird. Bei der aufgezeigten Lösung wird sogar erreicht, das mit zunehmender Bewegung des Steuerelements die Führungsfläche ansteigt.
Das Steuerelement und ebenso die Spannelemente werden innerhalb des Futterkörpers durch ein Druckmedium beaufschlagt, welches beispielweise aus Hydrauliköl oder Druckluft oder anderen verwendbaren Medien bestehen kann. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das Spannmittel mit einer ausreichenden Menge des Druckmediums versehen wird, das sodann durch entsprechende Rückschlagventile innerhalb des Futterkörpers unter Beibehaltung des erzeugten Drucks verbleibt. Zu diesem Zweck ist eine Injektoreinheit vorgesehen, welche zum Spannen eines zu bearbeitenden Werkstücks an den Futterkörper herangefahren wird und über entsprechende Druckmittelanschlüsse verfügt, um zunächst verschiedene Steuerfunktionen unabhängig voneinander auszuführen. Mit Hilfe des Druckmediums wird zunächst die Zentrierung des zu bearbeitenden Werkstücks vorgenommen und nach dem dies erfolgt ist, anschließend eine Einspannung mit Hilfe der Spannelemente durchgeführt. Danach werden die Zentrierungselemente zurückgefahren und das Werkstück ausschließlich über die Spannelemente zur weiteren Bearbeitung gehalten. Hierbei wurde durch die vorherige Zentrierung sichergestellt, dass die Spannelemente das zu bearbeitende Werkstück in einer zentrischen Position halten. Nach der erfolgten Spannung des Werkstücks wird die Injektoreinheit zurückgezogen und über ein Hauptrückschlagventil der Druck des Druckmediums innerhalb des Futterkörpers aufrecht erhalten, und zwar solange bis die Bearbeitung des Werkstücks beendet wird. Zum Ausspannen werde die Injektoreinheit nach der erfolgten Bearbeitung wieder an den Futterkörper herangefahren und die Spannelemente geöffnet. Die Zuführung des Druckmediums kann daher nur im Stillstand der Maschine mit der Injektoreinheit erfolgen, wobei die Injektoreinheit beispielsweise über eine radial bewegliche Druckmittelkupplung verfügt und das Druckmedium, beispielweise Hydrauliköl, mit dem entsprechenden Druck von bis zu 200 Bar in den Futterkörper hineinpresst. Besonders wichtig sind hierbei die Rückschlagventile, die nach Erreichen des erforderlichen Druckes das Druckmedium innerhalb des Futterkörpers halten und somit mögliche Druckmittelverluste verhindern.
Aufgrund der großen Durchmesser solcher Spannmittel sind normalerweise große Durchmesser für die Druckmittelzuführung erforderlich. Praktisch ist dies jedoch wegen der hohen Leckölraten und Reibleistungsverluste nicht sinnvoll. Deshalb sind in einem Spannmittel für den vorgenannten Zweck die Kraft erzeugenden Elemente in Form von Spannzylindern direkt in das Spannzeug eingebettet, wobei die Spannkräfte durch die Zuführung des Druckmediums erzielt werden.
Die erfindungsgemäßen Spannmittel eignen sich besonders für die Bearbeitung von Rohren, beispielweise um endseitig ein Gewinde zu schneiden. Die verwendeten Rohre entstehen in der Regel aufgrund eines Walzprozesses und sind daher nicht gerade oder rund ausgebildet, sodass sichergestellt werden muss, dass zum Schneiden eines Gewindes beispielsweise einer exakter Rundlauf gewährleistet ist, um eine Fleckigkeit des geschnittenen Gewindes zu vermeiden und die Genauigkeit der zentrischen Gewindelänge zu erreichen. Aus diesem Grunde erfolgt eine vorherige Zentrierung des zu bearbeitenden Rohrs an der zu bearbeitenden Stelle vor der Spannebene. Beim Spannen muss dann das Rohr in dieser Position exakt fixiert werden und zur Übertragung der Drehmomente und Kräfte der Maschine festgehalten werden. Dabei liegen die Spannbacken an der unregelmäßigen Geometrie des Rohraußendurchmessers an und bauen die erforderliche Spannkraft auf. Hierbei müssen die Spannbacken demzufolge in der Lage sein, eine Unrundheit und Exzentrizität, eventuell auch eine Kegeligkeit des Werkstücks, auszugleichen. Nach diesem Spannvorgang werden die Zentrierelemente zurückgefahren und geben den Platz für die Bearbeitung des Rohrs, beispielweise zum Gewinde schneiden, frei. Das Werkstück darf aus der durch die Zentrierebene vorgegebenen Lage durch seine Massenkräfte und durch die auftretenden Zerspannungskräfte nicht versetzt werden. Es muss also seine Lage in jedem Fall während des Bearbeitungsprozesses beibehalten.
Zur Zuführung einer großen Menge des Druckmittels ist hierzu beispielsweise vorgesehen, dass das Druckmittel über Verteilungskanäle in das Futter gelangt, welche zumindest teilweise als Ringkanal ausgebildet sind. Die Ringkanäle sind hierbei vorzugsweise in Radialflächen angeordnet, wobei im Weiteren zur Kompensation der auftretenden Kräfte die Ringkanäle in gegenüber liegenden Radialflächen, versetzt zueinander, angeordnet sind. Durch die Anordnung der Ringkanäle in den Radialflächen wird sichergestellt, dass die auftretenden hohen Druckkräfte durch den Futterkörper aufgefangen werden. Es hat sich beispielweise gezeigt, das eine Anordnung der Ringkanäle in Axialrichtung zu Kräften führt, die bei den heute üblichen Werkstückdurchmessern in der Praxis nicht mehr beherrschbar sind oder so aufwendige Verschraubungen erforderlich machen, dass ein wesentlich höherer Mehraufwand erforderlich ist. Während hingegen über die Ringkanäle in Radialflächen die auftretenden Reaktionskräfte von dem Futterkörper aufgenommen werden.
Um ein Versetzen des zu bearbeitenden Werkstücks innerhalb des Spannmittels zu vermeiden ist in besonderer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass jedem Spannelement ein Sperrventil vorgeschaltet ist, welches den Druckraum des Spannkol bens von einem Zuführungskanal trennt, sodass eine radiale Bewegung des Spannelements infolge der ansonsten möglichen Druckmittelverteilung verhindert wird und das Werkstück unverrückbar in der vorbestimmten Lage verbleibt. Durch die Verwendung jeweils eines Sperrventils für ein Spannelement ist ferner eine Synchronisierung der Spannelemente über einen Druckausgleich nicht gegeben, sodass diese gegenseitig nicht beeinflusst werden können. Dies würde sich beispielweise besonders nachteilig auswirken, wenn die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt und durch die entstehenden Schneidkräfte und Unwucht des Werkstückes eine Verlagerung innerhalb des Spannmittels eintreten würde. Soweit eine Synchronisierung der Spannmittel vorliegen würde, käme es gegebenenfalls dazu, das auf ein einzelnes Spannmittel ein erhöhter Anpressdruck ausgeübt wird, wodurch dieses gegebenenfalls nachgeben könnte und die übrigen Spannmittel durch das Druckmedium aufgrund der vorhandenen Synchronisierung ebenfalls gegen das Werkstück in gleicher Richtung drücken und das Werkstück versetzen würden. Durch die fehlende Synchronisierung wird dieser Fehler jedoch vermieden.
Trotzdem kann es sein, dass für spezielle Anwendungsfälle eine Synchronisierung der Spannelemente gewünscht wird. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, dass innerhalb des Futterkörpers eine Synchronisierungsscheibe vorhanden ist, welche ein Kopplung der Spannelemente untereinander durch jeweils einen den Spannelementen zugeordneten Synchronisierungsbolzen ermöglicht, wobei die Synchronisierungsbolzen jeweils in dem Spannkolben des Spannelements aufgenommen sind und in einen Durchbruch der Synchronisierungsscheibe hineinragen und somit eine Synchronisierung der Spannelemente untereinander hervorrufen. Die Synchronisierungsbolzen sind hierbei axial verstellbar, sodass diese axial verlagert werden können, damit der Eingriff in die Synchronisierungsscheibe aufgehoben werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Fliehkraftkompensation jeweils ein Druckkolben innerhalb des Futterkörpers vorgesehen ist, der über ein Ausgleichs gewicht verfügt, welches unmittelbar auf einen Kolben mit einer kleineren Kolbenfläche einwirkt, wobei der Druckraum mit dem Druckraum des zugehörigen Spannmittels kommunizierend verbunden ist. Infolge der hohen Umdrehungszahlen des Spannmittels werden die Spannelemente aufgrund der vorherrschenden Fliehkräfte nach außen gezogen, sodass die Spannkraft nachlassen würde. Um eine derartige Fliehkraftkompensation herbei zu führen ist neben den Spannelementen ein Druckkolben vorgesehen, der ebenfalls innerhalb des Futterkörpers radial beweglich gelagert ist und über ein entsprechend dimensioniertes Ausgleichsgewicht verfügt. Der Druckkolben besitzt eine relativ kleine Kolbenfläche, während demgegenüber der Spannkolben des Spannmittels entsprechend größer dimensioniert ist, sodass mit Hilfe des Ausgleichsgewichts und des Druckkolbens eine Kompensation der Fliehkräfte ermöglicht wird. Das Verhältnis der Fläche des Druckkolbens für die Fliehkraftkompensation wird hierbei gegenüber der Fläche des Spannkolbens so berechnet, dass eine teilweise oder vollständige Kompensation der Fliehkräfte ermöglicht wird.
Durch die geringe Kompressibilität von beispielsweise Hydrauliköl wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine zusätzliche Druckmittelkompensation über einen Druckmittelfederspeicher erfolgt, wobei die jeweils untereinander verbundenen Druckmittelleitungen und Druckmittelkanäle, insbesondere Ringkanäle, mit dem Druckmittelfederspeicher verbunden sind. Der Druckmittelfederspeicher weist zumindest einen, vorzugsweise zwei, Druckräume auf, die von dem gleichen Druckmedium beaufschlagt werden und jeweils ein Federpaket zusammenpressen, welches im Falle eines geringen Druckabfalls innerhalb der Druckmittelkanäle einen Druckausgleich durch die Federentspannung gewährleistet. Ein Druckausgleich kann immer dann erforderlich sein, wenn beispielweise Leckageverluste an den Dichtungen für die Zeit der Bearbeitung entstehen und diese können insofern durch den Druckmittelfederspeicher ausgeglichen werden. Der Druckmittelfederspeicher wird ebenso wie die Spannelemente und Zentrierelemente nach jeder Bearbeitung erneut über die Injektoreinheit bis zum vorgegebenen Maximaldruck gefüllt.
Der Druckmittelfederspeicher weist im Weiteren eine nach außen geführte Kolbenstange auf, welche beispielweise zum Auslösen eines Schalterelements vorgesehen ist, um für den Fall eines unerwarteten Druckabfalls den Bearbeitungsvorgang zu stoppen. Hierbei ist das Schaltelement unmittelbar der Kolbenstange zugeordnet und kann ein elektrisches Signal erzeugen, welches zur Steuerung der Maschine verwendet werden kann oder ein akustisches und/oder optisches Signal auslöst, wodurch der Stillstand der Maschine veranlasst werden kann, um einen möglichen Spannkraftverlust rechtzeitig zu signalisieren und die Bearbeitung einzustellen. Der Schalter ist hierbei in einer bedämpften Schaltungsanordnung angeordnet, welche verhindert das fehlerhafte Meldungen infolge eines Kabelbruchs auftreten können.
Soweit große Unterschiede hinsichtlich der Werkstückdurchmesser vorliegen und eine Bearbeitung mit der gleichen Maschine und den gleichen Spannmitteln erfolgen soll, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zentrierelemente mit Aufnahmebacken versehen sind, die radial versetzbar gelagert sind und über eine Verzahnung und Nutensteine radial positioniert werden können. Hierdurch kann eine Einrichtung der Maschine auf Werkstücke mit einem geringeren Außendurchmesser erfolgen, wobei insbesondere die Verzahnung rechteckförmig ausgeführt ist, um eine eindeutige Definition der Koordinaten in x, y und z Richtung zu gewährleisten. Durch die rechteckförmige Verzahnung wird hierbei vermieden, dass ein möglicher Teilungsfehler einer Spitzverzahnung auf einen Planlauffehler übertragen würde. Ferner ist vorgesehen, dass die Aufnahmebacken zusätzlich mit Rollen ausgestattet sind, die unmittelbar auf dem Werkstück zu liegen kommen und unnötige Reibstellen und Beschädigungen am Werkstück vermeiden. Zusätzlich können die Rollen über eine Exzenteranordnung eingestellt werden, um eine hohe Rundlaufgenauigkeit zu erreichen.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals beschrieben.
Es zeigt
1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Spannmittel,
2 in einer Draufsicht das Spannmittel gemäß 1,
3 eine geschnittene Ansicht des Spannmittels gemäß 1 durch eine Schnittachse entlang eines Zentrierelements und eines Druckmittelfederspeichers,
4 eine geschnittene Seitenansicht des Spannmittels gemäß 3 mit einem Synchronisierungselement, welches innerhalb des Spannkolbens geführt ist,
5 in einer geschnittenen Seitenansicht das erfindungsgemäße Spannmittel gemäß 1 mit einem Führungsrohr und Führungsbolzen für das Steuerelement und
6 in einer geschnittenen Draufsicht und vergrößerten Darstellung ein Spannelement mit Fliehkraftkompensation.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spannmittel 1, bestehend aus einem Futterkörper 2 mit drei umfangsverteilten Spannelementen 3 sowie drei umfangsverteilten Zentrierelementen 4. Ferner ist aus dieser Ansicht eine Injektoreinheit 5 erkennbar, welche das Spannmittel 1 mit einem Druckmedium einerseits versorgt und andererseits durch unterschiedliche Druckmittelzufuhr die Zentrierelemente 4 und Spannelemente 3 getrennt mit dem Druckmedium beaufschlagt.
Der Futterkörper 2 besteht aus einem Aufnahmeflansch 6, einem Zylinderflansch 7, einem Mittelstück 8 und einer Spannscheibe 9. Der Aufnahmeflansch 6 ist zur Aufnahme des Spannmittels auf den dargestellten spanabhebenden Bearbeitungsmaschine, beispielweise einer Drehmaschine vorgesehen. Der Zylinderflansch 7 dient zur Übertragung und Verteilung des Druckmittels. Das Mittelstück 8 und die Spannscheibe 9 sind zur Aufnahme der Zentrierelemente 4, Spannelemente 3 sowie weiterer Einrichtungen zur Steuerung der Spann- 3 und Zentrierelemente 4 vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Spannmittel 1 ist im Wesentlichen zur Bearbeitung von Rohren vorgesehen. Zur genauen Bearbeitung der Rohrenden ist es erforderlich, dass mit Hilfe der Zentrierelemente 4 zunächst eine Zentrierung der Rohre erfolgt, und zwar in der Weise, dass die Rohrachse mit der Drehachse der Spannmittel 1 zur Deckung kommt. Die Spannelemente 3 dienen dazu, das bearbeitende Werkstück, in diesem Fall das Rohr, in dieser Position zu halten und für den Bearbeitungsvorgang fest einzuspannen. Nach dem die Einspannung erfolgt ist, werden die Zentrierelemente 4 zurückgefahren, sodass das Rohrende freigegeben wird und bearbeitet werden kann. Die Steuerung der Spann- 3 und Zentrierelemente 4 erfolgt über ein Druckmedium, welches durch die Injektoreinheit 5 zugeführt wird. Hierbei ist im Wesentlichen vorgesehen, dass durch einen der vier dargestellten Druckmittelanschlüsse 10 das Druckmedium in das Spannmittel gelangt, und zwar zunächst, um die Zentrierelemente 4 zu beaufschlagen, welche sich, da sie schräg zur Symmetrieachse des Spannmittels 1 gelagert sind, aufeinander zufahrend zur Drehachse bewegen bis eine Anlage an das nicht dargestellte Werkstück erfolgt. Das in 3 und 4 dargestellte Werkstück wird hierbei zentriert, sodass anschließend ein Spannen mit Hilfe der Spannelemente 3 erfolgen kann. Die Spannelemente 3 werden ebenfalls mit einem Druckmittel über einen der Druckmittelanschlüsse 10 versorgt und bewegen sich aufgrund ihrer Anordnung in der Spannscheibe 9 ausschließlich in radialer Richtung bis es zur Anlage an dem Werkstück kommt und durch entsprechenden Druckaufbau eine Spannung erfolgt. Danach werden die Zentrierelemente 4 durch entsprechende Druckbeaufschlagung eines hier nicht erkennbaren Steuerelements zurückgefahren, sodass der Bearbeitungsvorgang gestartet werden kann. Die Versorgung des Spannmittels 1 über die Injektoreinheit 5 erfolgt hierbei im Stillstand des Spannmittels 1. Nach dem das zu bearbeitende Werkstück eingespannt ist, wird die Injektoreinheit 5 von dem Spannmittel 1 getrennt, sodass eine Rotation des Spannmittels 1 ermöglicht wird. Mit der Trennung der Injektoreinheit 5 von dem Spannmittel 1 wird gleichzeitig über ein Hauptrückschlagventil, welches aus 2 erkennbar ist, der aufgebaute Druck innerhalb des Spannmittel 1 für den Bearbeitungszeitraum aufrecht erhalten. Zu diesem Zweck wird das Spannmittel 1 regelrecht mit dem Druckmedium aufgepumpt, wobei der Druck durch weitere Sperrventile für den Bearbeitungszeitraum aufrecht erhalten wird und eventuelle Leckageverluste ausgeglichen werden.
Von den Zentrierelementen 4 ist in dieser Darstellung jeweils nur der Verzahnungskopf 11 und die Zentrierbacke 12 erkennbar, die jeweils über eine Andruckrolle 13 verfügt, die zur Anlage an das Werkstück gedacht ist und verhindern soll, dass Schleifspuren oder eine Beschädigung des Werkstücks eintreten. Die Zentrierbacken 12 werden über Bohrungen 14 und Schraubbolzen 15 mit dem Verzahnungskopf 11 verschraubt, wobei die Möglichkeit besteht, in Abhängigkeit des jeweiligen Durchmessers des zu bearbeitenden Werkstücks, die einzelnen Zentrierbacken 12 in Radialrichtung versetzt zu montieren, sodass unterschiedlich große Durchmesser mit dem gleichen Spannmittel 1 bearbeitet werden können. Der Verzahnungskopf 11 mit der Zentrierbacke 12 bewegt sich während des Zentriervorgangs aus dem Spannmittel 1 heraus, und zwar entlang einer Achse, die schräg zur Spannmittelachse ausgerichtet ist, sodass die drei beabstandeten Zentrierbacken 12 mit Andruckrollen 13 aufeinander zufahren, bis es zur Anlage an das Werkstück kommt. Die Besonderheit dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Zentrierbacken 12 durch ein gemeinsames Steuerelement, welches beispielweise aus 3 ersichtlich ist, beaufschlagt werden und somit gemeinsam den Zentriermittelpunkt des Spannmittels 1 anfahren, ohne dass eine zusätzliche Synchronisierung vorliegt.
Von den Spannelementen 3 ist der Spannkolben 33 aus den 2 und 3 ersichtlich, der endseitig mit einer zur Mitte ausgerichteten Spannbacke 17 versehen ist. Die Spannbacken 17 bestehen im Ausführungsbeispiel aus einem Ringsegment, welches mittig mit dem Spannkolben 33 über einen Schraubbolzen 18 verschraubt ist und weisen jeweils vier Spanneinsätze 19 auf, die unmittelbar auf der Oberfläche des Werkstücks zu liegen kommen. Die Form der Spannbacken 17 wurde hierbei bereits der Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks angepasst. Ein Austausch der Spannbacken 17 gegen andere Ausführungen ist ohne Weiteres möglich.
Über Schraubbolzen 20, welche in Bohrungen 21 aufgenommen sind, ist die Spannscheibe 9 mit dem Mittelstück verschraubt, wobei mehrere Schraubbolzen 20 umfangsverteilt über die Fläche der Spannscheibe 9 angeordnet sind. Des Weiteren sind aus dieser Ansicht Einsätze 22 ersichtlich, hinter denen beispielsweise die Zentrierbolzen der Spannkolben angeordnet sind oder Einsätze 23, hinter denen beispielweise Teile für die Druckübertragung angeordnet sind sowie eine Ausnehmung 24, welche zur Aufnahme der Teile für die Druckanzeige vorgesehen ist. Weitere Einsätze 25 sind zur Aufnahme der Federdruckspeicher vorgesehen, während ein Einsatz 26 die Aufnahmebohrung der Spannelemente 3 verschließt beziehungsweise fest mit dem Spannelement verbunden ist. Ein Einsatzkopf 28 verdeckt ein Führungsrohr für das Steuerelement. Ferner sind in der Nähe der Injektoreinheit 5 an dieser sowie den Aufnahmeflansch 6 und Zylinderflansch 7 Schaltelemente 27 angeschlossen.
2 zeigt das Spannmittel 1 gemäß 1 in einer teilweise geschnittenen Draufsicht, aus der die Lage der drei umfangsverteilten Spannelemente 3 sowie Zentrierelemente 4 ersichtlich ist. In dieser Darstellung ist das zu bearbeitende Werkstück, in diesem Fall ein Rohr 30 mit Hilfe der Spannbacken 17 und Spanneinsätze 19 eingespannt. Die Zentrierelemente 4 befinden sich in der in das Spannmittel 1 eingefahrenen Position, sodass kein Kontakt zu dem Rohr 30 besteht. Von den Zentrierelementen 4 ist in dieser Ansicht jeweils die Zentrierbacke 12 mit Andruckrolle 13 ersichtlich, während ein Spannelement 3 zusätzlich in einer Schnittdarstellung eingezeichnet ist. Aus der nicht geschnittenen Darstellung der Spannelemente 3 ist erkennbar, dass diese in einem Durchbruch 31 aufgenommen sind, der durch den Einsatz 26 nach dem Einbau der Spannelemente 3 verschlossen wird. Jedes Spannelement 3 besteht aus einer Kolbenbuchse 32 und einem Spannkolben 33, wobei ein radial außen liegender Druckraum 34 vorhanden ist, der mit dem Druckmittel versorgt wird. Hierbei ist jedem Spannelement 3 ein Rückschlagventil 35 zugeordnet, welches über Verbindungskanäle 36, 37 und Versorgungskanäle 38 Druckmittel zuführt und den Druckraum 34 von dem Versorgungskanal 38 abkoppelt. Solange die Injektoreinheit 5 auf dem Spannmittel 1 aufgesetzt ist, erfolgt zunächst die Zentrierung des Werkstücks und anschließend eine Druckbeaufschlagung für die Spannelemente 3, wobei nach Erreichen des vorgesehenen Enddrucks und Abkoppeln der Injektoreinheit 5 der Druck innerhalb des Spannmittels 1 gespeichert ist und zusätzlich ein Rückfluss des Druckmittels aus dem Druckraum der Spannkolben 33 eines jeden Spannelementes 3 in den Versorgungskanal 38 durch das Rückschlagventil 35 verhindert wird. Hierdurch wird erreicht, dass jedes Spannelement 3 eine autarke Einheit darstellt und keine gegenseitige Beeinflussung durch eine Druckänderung während des Bearbeitungsvorgangs gegenüber den anderen Spannelementen 3 eintritt. Somit sind sämtliche Spannelemente 3 nicht miteinander synchronisiert.
Für den Fall, dass eine Synchronisation ausnahmsweise gewünscht wird, besteht die Möglichkeit durch jeweils einen axial verschiebbaren Synchronisierungsbolzen und über eine nicht dargestellte Synchronisierungsscheibe eine Verbindung der Spannelemente 3 untereinander herzustellen. Um die Synchronisierung jederzeit aufzuheben ist vorgesehen, dass der Synchronisierungsbolzen 39 in axialer Richtung soweit zurückgedreht werden kann, dass der Eingriff in die Synchronisierungsscheibe unterbrochen wird. Um die Synchronisierungsbolzen 39 zu verstellen, muss gegebenenfalls der Einsatz 22 entfernt werden, sodann die Verstellung vorgenommen werden, bevor der Einsatz 22 wieder mit der Spannscheibe 9 verschraubt wird.
Zur Durchführung der Zentrierung und des Spannens verfügt die Injektoreinheit 5 über insgesamt vier Druckmittelanschlüsse 10, wobei der hier dargestellte Anschluss K1 zur Druckbeaufschlagung der Zentrierelemente 4 vorgesehen ist, während K2 zur Druckbeaufschlagung des Steuermittels zum Zurückfahren der Zentrierungselemente 4 und K4 zur Beaufschlagung der Spannelemente 3 vorgesehen ist, während Druckmittelanschluss K3 zur Zurückführung der Spannelemente, also zum Entspannen, vorgesehen ist.
3 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht in der oberen Hälfte ein Zentrierelement 4 und in der unteren Hälfte ein Spannelement 3 sowie einen Druckmittelfederspeicher 40. Beide Teilfiguren zeigen nochmals den prinzipiellen Aufbau des Spannmittels 1, und zwar mit Aufnahmeflansch 6, Zylinderflansch 7, Mittelstück 8 und Spannscheibe 9, wobei zusätzlich die Montage an einer Maschine 41 angedeutet ist. Aus dieser Ansicht wird erkennbar, dass der Aufnahmeflansch 6 über Schraubbolzen 42 unmittelbar mit Teilen der Maschine 41 verschraubt ist, während der Aufnahmeflansch 6 über weitere Schraubbolzen 43 mit dem Zylinderflansch 7 verschraubt ist und dieser wiederum über Schraubbolzen 44 mit dem Mittelstück 8. Letztendlich ist die Spann scheibe 9 über weitere umfangsverteilte Schraubbolzen 45 (1) mit dem Mittelstück 8 verschraubt.
Aus der oberen Teilfigur ist ersichtlich, dass das Zentrierelement 4 aus einer schräg zur Längsmittelachse des Spannmittels 1 angeordneten Führungsstange 46 und einer Führungsbuchse 47 besteht. Über einen Mitnehmer 48, welcher endseitig mit der Führungsstange 46 verschraubt ist, erfolgt die Kraftübertragung auf die Führungsstange 46. Die Kraft zum Herausdrücken der Führungsstange 46 wird hierbei über ein Zylindergehäuse 49 des Steuerelementes erzeugt, welches entlang einer axialen Kolbenstange 50 verfahrbar ist. Das Zylindergehäuse 49 weist eine Ausnehmung 51 auf, die radial nach außen angeordnet ist und zur Aufnahme eines Mitnehmerzapfens 52 vorgesehen ist. Hierbei wurde die Anordnung so gewählt, dass der radial ausgerichtete Mitnehmerzapfen 52 in der Ausnehmung 51 radial verschieblich gleiten kann, um den sich ändernden Abstand zwischen Zylindergehäuse 49 und Mitnehmer 48 zu berücksichtigen. Sämtliche Zentrierelemente 4 sind ähnlich aufgebaut und werden somit gemeinsam von dem Zylindergehäuse 49 beaufschlagt, wobei die Bewegung des Zylindergehäuses 49 durch das Druckmedium über die Kanäle K1 und K2 ermöglicht wird. Zu diesem Zweck ist die Kolbenstange 50 mit einer Ausnehmung 51 versehen, die einen Druckraum bildet. Zusätzlich ist der Druckraum durch einen Dichtungsring 54 unterteilt, der fest mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden ist. Beide Druckräume können unabhängig voneinander mit Druckmedien beaufschlagt werden, und zwar über den Kanal K1 zum Verfahren des Zylindergehäuses 49 in der Zeichenebene nach rechts, während der Kanal K2 zum Verfahren des Zylindergehäuses 49 in der Zeichenebene in Richtung links vorgesehen ist. Somit können über die Kanäle K1 und K2 die Zentrierelemente 4 verfahren werden, wobei die jeweiligen Zentrierbacken 12 mit ihren Andruckrollen 13 an dem Werkstück, im vorliegenden Fall an dem Rohr 30, zu liegen kommen und dieses durch Druckerhöhung zentrieren. Die Zentrierbacken 12 sind hierbei in zwei Positionen dargestellt, einerseits in der eingefahrenen Position ohne Anlage an dem Rohr 30 und andererseits in der ausgefahrenen Position mit Anlage der Andruckrolle 13 auf der Außenfläche des Rohres 30. Das Rohr selbst ragt nur insoweit aus dem Spannmittel 1 heraus als eine spätere Bearbeitung, beispielweise zum Schneiden eines Gewinde mit Hilfe eines Schneidstahls 55, erforderlich ist. Bevor jedoch die Bearbeitung erfolgt muss nach erfolgter Zentrierung des Rohrs 30 zunächst eine Spannung durchgeführt werden, wie sie in der unteren Figurenhälfte dargestellt ist. Das hier gezeigte Spannelement 3, bestehend aus Kolbenbuchse 32 und Spannkolben 33 wird ebenfalls durch das verwendete Druckmedium beaufschlagt, und zwar zum Spannen über den aus 2 erkennbaren Kanal K4 und zum Entspannen über den Kanal K3. Zum Spannen wird der Druckraum 56 demzufolge mit Druckmittel beaufschlagt, sodass der Spannkolben in Richtung auf das Rohr 30 verfährt, während zum Entspannen der Druckraum 57 beaufschlagt wird. Das Spannelement 3 wird hierbei mit einem Druck von bis zu 200 Bar beaufschlagt, damit die Spannbacken 17 mit ihren Spanneinsätzen 19 auf der Oberfläche des Rohrs 30 zu liegen kommen und dieses sicher während der Bearbeitung halten.
Des Weiteren ist aus der unteren Figurenhälfte ein Druckmittelfederspeicher 40 erkennbar, der während des Spannens des Spannkolben 33 beaufschlagt wird, sodass ein Federpaket 58 ebenfalls mit dem Druckmittel beaufschlagt und demzufolge zusammengepresst wird. Das Federpaket 58 ist hierbei in zwei Stellungen dargestellt. Nach Entfernen der hier nicht dargestellten Injektoreinheit wird infolge des eingebauten Hauptrückschlagventils und eines weiteren Rückschlagventils, welches dem Spannelement 3 zugeordnet ist, der Druck innerhalb der Verbindungskanäle und des Druckraums 56 sowie eines Druckraums 59 der Druckmittelfederspeicher 40 aufrecht erhalten. Sollte es aufgrund einer Leckage in den vorhandenen Dichtungen während des Bearbeitungsprozesses zu einem geringen Verlust des Druckmediums kommen, kann somit das Federpaket 58 den vorhandenen Druckverlust ausgleichen, wobei über eine Kolbenstange 60 zusätzlich ein Schaltelement 61 beaufschlagt wird, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckabfalls ein elektrisches Signal erzeugt oder ein optisches und/oder akustisches Signal auslöst. Erwähnenswert ist, dass die Zentrierelemente 4 sowie Spannelemente 3 jeweils als kompakte Einheiten vorgesehen sind, welche in die Spannscheibe 9 in entsprechende Bohrungen eingesetzt und mit der Spannscheibe 9 verschraubt werden, sodass bei einer Beschädigung eine leichte Austauschmöglichkeit besteht. Gleiches gilt für den Druckmittelfederspeicher, der ebenfalls radial von außen in eine vorhandene Bohrung 76 eingesetzt wird.
Ferner ist aus der unteren Darstellung ein Führungsrohr 62 und ein Führungsbolzen 63 ersichtlich. Der Führungsbolzen 63 ist unmittelbar mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden und dient zur Vergrößerung der Führungsflächen dem der Führungsbolzen 63 bei der Bewegung des Zylindergehäuses 49 in das Führungsrohr 62 gleitet, sodass während eines Druckaufbaus durch das Druckmedium gleichzeitig die Führungsfläche für das Zylindergehäuse 49 vergrößert wird. Das Führungsrohr 62 ist hierbei in einer Ausnehmung 64 aufgenommen, die in der Stirnfläche 65 der Spannscheibe 9 eingearbeitet ist. Das Führungsrohr 62 und der Führungsbolzen 63 sind hierbei gegenüber der Position der Zentrierelemente 4 und Spannelemente 3 versetzt angeordnet, sodass die Bewegung der Spannelemente 3 nicht beeinträchtigt wird.
4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht das erfindungsgemäße Spannmittel 1, wobei die Figur weitestgehend der 3 entspricht. Zusätzlich ist in der unteren Hälfte eine Synchronisierungsscheibe 66 sowie eine Synchronisierungseinheit 67 dargestellt, welche quer zur Bewegungsrichtung des Spannkolbens 33 angeordnet ist und durch diesen hindurch mit einem Synchronisierkopf 68 in eine korrespondierende Ausnehmung 64 der Synchronisierungsscheibe 66 eindrehbar ausgebildet ist. Die geschnittene Darstellung zeigt in der oberen Hälfte die Position, in der der Synchronisierungskopf 68 soweit zurückgedreht ist, dass kein Eingriff in die Synchronisierungsscheibe 66 erfolgt, während die untere Hälfte den Eingriff des Synchronisierungskopf 68 in die Synchronisierungsscheibe 66 darstellt. In besonderen Fällen, in denen eine Synchronisierung der Spannelemente 3, wie bereits vorher beschrieben gewünscht wird, besteht die Möglichkeit durch Entfernen eines Einsatzes 22 eine Verstellung des Synchronisierungskopfs 68 vorzunehmen und anschließend den Einsatz 22 wieder mit der Spannscheibe 9 zu verschrauben. Die Verstellung erfolgt während der Maschineneinrichtung im Stillstand, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass der Spannkolben 33 des Spannelementes 3 auch nach erfolgter Synchronisierung innerhalb der Kolbenbuchse radial beweglich gelagert ist.
5 zeigt in einer geschnittenen Detailansicht eine obere Ecke des Spannmittels 1 mit Zylinderflansch 7, Mittelstück 8 und Spannscheibe 9. In der Spannscheibe 9 ist eine Ausnehmung 64 eingearbeitet, in die ein Führungsrohr 62 eingeschraubt ist, von dem der Einsatzkopf 28 bereits aus 1 erkennbar ist. Das Führungsrohr 62 dient zusammen mit einem Führungsbolzen 63, welcher unmittelbar mit dem Zylindergehäuse 49 verbunden ist, und zwar über einen Schraubbolzen 69, zur Vergrößerung der Führungsfläche des Zylindergehäuses 49 bei Druckbeaufschlagung zur Bewegung der Zentrierelemente 4. Gleichzeitig mit der Bewegung des Zylindergehäuses 49 in Richtung auf die Stirnfläche 65 des Spannmittels 1 wird die Führungsfläche durch das Eintauchen des Führungsbolzen 63 in das Führungsrohr 62 kontinuierlich vergrößert, damit die während der Zentrierung auftretenden Kräfte sicher in das Futtergehäuse eingeleitet werden. Des Weiteren ist aus dieser Ansicht ein Spannelement 3 mit Spannbacken 17 und Spanneinsatz 19 erkennbar, die umfangsversetzt und versetzt zur Führungseinrichtung angeordnet ist. Ferner ist aus dieser Figur ersichtlich, wie die Anordnung der Versorgungskanäle 38 erfolgt. Die Versorgungskanäle 38 sind vorzugsweise in einer Ausnehmung der jeweiligen Einzelteile des Spannmittels 1 angeordnet, im vorliegenden Fall beispielweise im Mittelstück 8 und der Spannscheibe 9, wobei einzelne Versorgungskanäle 38 axial gegeneinander versetzt angeordnet und über Dichtungen 77 abgedichtet sind. Der besondere Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass, soweit die Versorgungskanäle 38 in einer Radialfläche angeordnet sind, entstehende Kräfte infolge einer Druckmittelbeaufschlagung von bis zu 200 Bar durch das Futtergehäuse unmittelbar aufgenommen werden und somit keine aufwändigen Verschraubungen zwischen dem Mittelstück 8 und der Spannscheibe 9 erforderlich sind. Gleiches gilt für den Aufnahmeflansch 6 und den Zylinderflansch 7 soweit Versorgungskanäle vorgesehen sind.
6 zeigt in einer geschnittenen Darstellung ein Spannelement 3, welches mit einem Einsatz 26 in die Axialfläche der Spannscheibe 9 eingesetzt ist. Ferner ist das aus 2 bekannte Rückschlagventil 35 dargestellt, welches zwischen einem Versorgungskanal 38 und den Verbindungskanälen 36, 37 für den Druckraum 34 des Spannkolbens 33 vorgesehen ist. Aus dieser Darstellung ist ein weiteres Detail des Spannmittels 1 ersichtlich, und zwar eine Fliehkraftkompensationseinheit 70, die aus einem Kolben 71 und aus einem Ausgleichsgewicht 72 besteht. Ein Druckraum 73 steht hierbei kommunizierend in Verbindung mit dem Druckraum 34 des Spannkolbens 33 des Spannelementes 3. Der Druckraum 73 und die Größe des Kolbens 71 ist unter Berücksichtigung des Ausgleichsgewichtes 72 auf die Kolbenfläche des Spannelementes 3 insoweit abgestimmt, dass infolge der auftretenden Fliehkräfte eine Kompensation durch einen Druckausgleich des Druckmediums durchgeführt wird. Jedem Spannelement 3 ist eine solche Fliehkraftkompensationseinheit 70 zugeordnet, wobei durch das Rückschlagventil 35 sichergestellt ist, dass die weiteren Spannelemente 3 unbeeinflusst bleiben. Die Fliehkraftkompensationseinheit 70 ist hierbei in einer Bohrung 74 aufgenommen und mittels Schraubbolzen 75 in die Axialfläche, durch Dichtmittel gegenüber den Kontaktflächen abgedichtet, eingeschraubt, sodass lediglich der Einsatzkopf 29 in der Axialfläche der Spannscheibe 9 zu sehen ist.
Das erfindungsgemäße Spannmittel 1 ist vorzugsweise für die Bearbeitung von Rohren 30 vorgesehen, und zwar von Rohren 30 die aufgrund des Fertigungsverfahrens unrund oder ungerade ausgebildet sind, sodass bei einer abschließenden Bearbeitung an den jeweiligen Kopfenden eine vorherige Zentrierung des Rohres 30 erfolgen muss, bevor das Rohr 30 durch die Spannmittel 1 eingespannt wird. Zu diesem Zweck sind mehrere umfangsverteilte Zentrierelemente 4 vorgesehen, welche eine Zentrierung in der Art vornehmen, dass die Rohrmittelachse mit der Drehachse zur Deckung gebracht wird und sodann kann mit Hilfe von Spannelementen 3 eine Einspannung des Rohres 30 vorgenommen werden. Zur weiteren Bearbeitung werden die Zentrierelemente 4 in ihre ursprüngliche Position zurückgefahren und nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wird durch Entspannen der Spannelemente 3 das Rohr 30 gelöst. Die Zentrierung und Spannung des Rohres 30 erfolgt hierbei im Stillstand der Maschine beziehungsweise des Spannmittels 1, sodass eine Injektoreinheit 5 an das Spannmittel 1 herangefahren werden kann und über Druckmittelkanäle K1 bis K4 eine Betätigung der Spannelemente 3 und Zentrierelemente 4 erfolgen kann.
Die Besonderheit des Spannmittels 1 besteht darin, dass zur Beaufschlagung der Zentrierelemente 4 ein einzelnes Steuerelement verwendet wird, welches in Form einer feststehenden Kolbenstange 50 und eines axial beweglichen Zylindergehäuses 49 vorliegt und über einen Mitnehmer die Zentrierung vornimmt. Eine weitere Besonderheit des Spannmittels 1 besteht darin, dass die Spannelemente 3 unabhängig voneinander arbeiten und dies wird beispielsweise dadurch sichergestellt, dass die Verbindung zwischen dem Druckraum der Spannelemente 3 und eines Versorgungskanals 38 durch ein Rückschlagventil 35 aufgehoben wird. Hierdurch wird gleichzeitig sichergestellt, dass sämtliche Spannelemente 3 nicht synchronisiert sind. Soweit eine Synchronisierung erforderlich ist, sieht das Spannmittel 1 eine Synchronisierungseinheit vor, bestehend aus einer Synchronisierungsscheibe 66 und jeweils einem Synchronisierungskopf 68, wobei aufgrund einer axialen Verstellbarkeit des Synchronisierungskopfes 68 diese Synchronisierung ein- und ausgeschaltet werden kann. Als weitere Besonderheit des Spannmittels 1 ist vorgesehen, dass mit Hilfe einer Fliehkraftkompensation gearbeitet wird, wobei ein Kolben 71 und ein Ausgleichsgewicht 72 auf einen Druckraum 73 einwirken, der kommunizierend mit dem Druckraum 34 des Spannkolbens 33 des Spannelementes 3 verbunden ist. Die Fläche des Kolbens 71 ist hierbei so bemessen, dass unter Berücksichtigung des Ausgleichgewichtes 72 eine vollständige Kompensation gewährleistet ist.
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Versorgungskanäle beziehungsweise Verbindungskanäle 36, 37 und Versorgungskanal 38 für das Druckmedium in den Radialflächen angeordnet sind und somit unter Berücksichtigung eines Spannmitteldruckes von bis zu 200 Bar die auftretenden Kräfte von dem Futterkörper 2 aufnehmbar sind und somit auf aufwändige Verschraubungen, soweit beispielsweise derartige Verbindungskanäle in den Axialflächen angeordnet sind, verzichtet werden kann. Letztendlich wird der Erfindungsgedanke durch das Steuerelement bestimmt, welches zentral sämtliche Zentrierelemente 4 beaufschlagt und zu diesem Zweck ist unter anderem vorgesehen, dass umfangsverteilte Führungsbolzen 63 mit dem Zylindergehäuse 49 des Steuerelementes verbunden sind, welche innerhalb eines Führungsrohrs 62 aufgenommen sind, sodass infolge einer Axialbewegung nicht nur eine gleiche Führungsfläche vorliegt, sondern mit zunehmendem Druckaufbau und Axialverschiebung des Zylindergehäuses 49 die Führungsfläche ansteigt. Das gesamte Spannmittel 1 zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass sämtliche beweglichen Elemente in vorteilhafter Weise von außen in den Futterkörper 2 eingeschraubt werden können und somit eine Montage und Demontage wesentlich erleichtert wird und im Falle eines Defektes eines Einzelelementes ein sofortiger Austausch vorgenommen werden kann.

1: Spannmittel
2: Futterkörper
3: Spannelement
4: Zentrierelement
5: Injektoreinheit
6: Aufnahmeflansch
7: Zylinderflansch
8: Mittelstück
9: Spannscheibe
10: Druckmittelanschluss
11: Verzahnungskopf
12: Zentrierbacke
13: Andruckrolle
14: Bohrung
15: Schraubbolzen
17: Spannbacke
18: Schraubbolzen
19: Spanneinsatz
20: Schraubbolzen
21: Bohrung
22: Einsatz
23: Einsatz
24: Ausnehmung
25: Einsatz
26: Einsatz
27: Schaltelement
28: Einsatzkopf
29: Einsatzkopf
30: Rohr
31: Durchbruch
32: Kolbenbuchse
33: Spannkolben
34: Druckraum
35: Rückschlagventil
36: Verbindungskanal
37: Verbindungskanal
38: Versorgungskanal
39: Synchronisierungsbolzen
40: Druckmittelfederspeicher
41: Maschine
42: Schraubbolzen
43: Schraubbolzen
44: Schraubbolzen
45: Schraubbolzen
46: Führungsstange
47: Führungsbuchse
48: Mitnehmer
49: Zylindergehäuse
50: Kolbenstange
51: Ausnehmung
52: Mitnehmerzapfen
53: Druckraum
54: Dichtungsring
55: Schneidstahl
56: Druckraum
57: Druckraum
58: Federpaket
59: Druckraum
60: Kolbenstange
61: Schaltelement
62: Führungsrohr
63: Führungsbolzen
64: Ausnehmung
65: Stirnfläche
66: Synchronisierungsscheibe
67: Synchronisierungseinheit
68: Synchronisierungskopf
69: Schraubbolzen
70: Fliehkraftkompensationseinheit
71: Kolben
72: Ausgleichsgewicht
73: Druckraum
74: Bohrung
75: Schraubbolzen
76: Bohrung
77: Dichtung

Claims

Spannmittel (1) mit mehreren umfangsverteilt angeordneten Spannelementen (3) und mehreren umfangsverteilt und schräg zur Symmetrieachse des Spannmittels (1) umfangsverteilt angeordneten Zentrierelementen (4), wobei die Zentrierelemente (4) über ein axial innerhalb eines Futterkörpers (2) bewegbar angeordnetes, zentrales Steuerelement betätigbar sind und jeweils eine Führungsstange (46) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Führungsstangen (46) unmittelbar mit einem Mitnehmer (48) verbunden ist und diese Mitnehmer (48) in einer radialen Ausnehmung (51) des Steuerelementes aufgenommen sowie in dieser radial bewegbar und gleitend führbar angeordnet sind.
Spannmittel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mitnehmer (48) aus einer Kolbenscheibe mit einem Mitnehmerzapfen (52) besteht, wobei die Kolbenscheibe unmittelbar mit einer der Führungsstangen (46) verbunden ist und der Mitnehmerzapfen (52) in die Ausnehmung (51) ragend angeordnet ist.
Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement aus einem beweglichen Zylindergehäuse (49) besteht, welches auf einer ortsfest gehaltenen Kolbenstange (50) geführt ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement eine radiale Ausdrehung aufweist, welche als abgedichteter Druckraum (53) ausgebildet ist, wobei der Druckraum (53) durch einen Dichtungsring (54) unterteilt ist und jeweils getrennt mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist.
Spannmittel (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (54) mit der Kolbenstange (50) verbunden ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement mit einem Führungsbolzen (63) verbunden ist, welcher axial beweglich auf einem in einer Ausnehmung aufgenommenen Führungsrohr (62) hin- und hergleiten kann, wobei das Führungsrohr (62) mit dem Futterkörper (2) verbunden ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Injektoreinheit (5), über die ein Druckmedium in den Futterkörper (2) eingeleitet werden kann, wobei mit Hilfe des Druckmediums zunächst eine Zentrierung des zu bearbeitenden Werkstückes erfolgt und anschließend eine Einspannung, wonach die Zentrierung aufgehoben wird und der Druck des Druckmediums innerhalb des Futterkörpers (2) über ein Hauptrückschlagventil aufrecht erhalten wird, nachdem die Injektoreinheit (5) zurückgefahren und damit abgekoppelt ist.
Spannmittel (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium ein Hydrauliköl oder Druckluft ist.
Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 78, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium über Verbindungskanäle (36, 37) und Versorgungskanäle (38) in den Futterkörper (2) gelangt, welche zumindest teilweise als Ringkanal ausgebildet sind.
Spannmittel (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle in Radialflächen angeordnet sind, wobei die Ringkanäle in gegenüber liegenden Radialflächen, axial versetzt, angeordnet sind.
Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 9oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbindungskanälen (36, 37) und Versorgungskanälen (38) und der Druckmittelzuführung für die Spannelemente (3) jeweils ein Rückschlagventil (35) angeordnet ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Futterkörpers (2) eine Synchronisierungsscheibe (66) vorgesehen ist, welche eine Kopplung der Spannelemente (3) untereinander durch einen jeweils den Spannelementen (3) zugeordneten Synchronisierungsbolzen vorsieht, wobei die Synchronisierungsbolzen jeweils in einem Spannkolben (33) des Spannelements (3) aufgenommen sind und in einen Durchbruch der Synchronisierungsscheibe (66) hineinragen.
Spannmittel (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsbolzen axial verstellbar angeordnet sind.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fliehkraftkompensation jeweils ein Druckkolben (71) innerhalb des Futterkörpers (2) vorgesehen ist, der über ein Ausgleichgewicht (72) verfügt, welches unmittelbar auf einen Kolben (71) mit einer kleinen Kolbenfläche einwirkt, wobei der Druckraum (73) mit dem Druckraum (34) des zugehörigen Spannmittels (3) kommunizierend verbunden ist.
Spannmittel (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Fläche des Druckkolbens (71) für die Fliehkraftkompensation gegenüber der Fläche des Spannkolbens (33) so gewählt ist, dass eine Kompensation der auftretenden Fliehkräfte erfolgt.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Druckmittelkompensation über einen Druckmittelfederspeicher (40) erfolgt, wobei die jeweils untereinander verbundenen Druckmittelleitungen und Druckmittelkanäle, insbesondere Ringkanäle, mit dem Druckmittelfederspeicher (40) verbunden sind.
Spannmittel (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelfederspeicher (40) zumindest einen, vorzugsweise zwei, Druckräume (56, 57) aufweist, die von dem gleichen Druckmedium beaufschlagt werden und jeweils ein Federpaket (58) zusammenpressen, welches im Falle eines geringen Druckabfalls innerhalb der Druckmittelkanäle einen Druckausgleich durch Federentspannung gewährleistet.
Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelfederspeicher (40) eine nach außen geführte Kolbenstange (60) aufweist, welche zum Auslösen eines Schaltelements (61) vorgesehen ist.
Spannmittel (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (61) bei einem Druckabfall dazu verwendet wird, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches zur Steuerung der Maschine (41) verwendbar ist oder ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt.
Spannmittel (1) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (61) in einer bedämpften Schaltungsanordnung angeordnet ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (4) mit Zentrierbacken (12) versehen sind, die radial versetzbar gelagert sind und über eine Verzahnung und Nutensteine radial positionierbar sind.
Spannmittel (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung rechteckförmig ausgeführt ist.
Spannmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierbacken (12) mit Rollen (13) ausgestattet sind, die unmittelbar auf dem Werkstück zu liegen kommen.
Spannmittel (1) nach der Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (13) über eine Exzenteranordnung einstellbar angeordnet sind.