DE19921939A1 - Spanneinrichtung zur lösbaren Befestigung und Zentrierung eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zur lösbaren Befestigung und Zentrierung eines Werkstücks. DOLLAR A Der besondere Vorteil der Spanneinrichtung besteht darin, dass nach einer Zentrierung durch erste an Kolbenstangen befestigte Spannbacken das Werkstück über weitere an Kolbenstangen befestigte Spannbacken fest in der Spanneinrichtung positioniert ist. Die Kolbenstangen befinden sich in Kolben. Weiterhin ist die erste Gruppe von Kolben axial gegenüber der zweiten Gruppe von Kolben verfahrbar. DOLLAR A Die Trennung der Spannbacken in eine Gruppe für die Zentrierung und eine Gruppe für die Befestigung führt dazu, dass für die erstere präzise und/oder empfindliche Konstruktionen vorgesehen werden können. Während der Bearbeitung ist die erste Gruppe nicht im Einsatz, so dass keine Beanspruchung der Konstruktion einschließlich dessen Antrieb vorhanden ist. Dabei werden die Spannbacken der zweiten Gruppe auf Anschlag gleich der Werkstückoberfläche gefahren. Die Spannbacken der zweiten Gruppe sind nicht mechanisch synchronisiert, sie übernehmen die Werkstücklage, wie diese die erste Gruppe vorzentriert hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zur lösbaren Be­ festigung und Zentrierung eines Werkstücks.

Spannvorrichtungen für rotationssymmetrische Werkstücke sind durch viele Veröffentlichungen bekannt. Vorzugsweise für den Einsatz an Drehmaschinen sind derartige Spannvorrichtungen vor­ gesehen. Dabei werden die Endbereiche der Werkstücke befestigt und positioniert. Dementsprechend sind diese Spannvorrichtungen sehr schmal ausgeführt und für das Spannen sehr langer Werk­ stücke weniger geeignet. Derartige Lösungen sind unter anderem in den DE 32 04 987 (Spannvorrichtung für scheibenförmige Werk­ stücke), DE 35 40 534 (Spannfutter für eine Drehmaschine), DE 40 25 773 (Spannbacke für Spannvorrichtungen, insbesondere für Mehrbacken-Spannfutter von Werkzeugmaschinen) und DE 42 02 134 (Spannvorrichtung an der Planscheibe einer Drehmaschine zum Einspannen von Werkstückenden) aufgeführt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Werkstück zentrisch so zu spannen, dass eine Be­ arbeitung insbesondere mit schnelldrehenden Werkzeugen und/oder großem Spanvolumen ermöglicht wird.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Spanneinrichtung dient der lösbaren Befestigung und Zen­ trierung eines Werkstücks. Der besondere Vorteil der Spannein­ richtung besteht darin, dass nach einer Zentrierung durch erste an Kolbenstangen befestigte Spannbacken das Werkstück über wei­ tere an Kolbenstangen befestigte Spannbacken fest in der Spann­ einrichtung positioniert ist. Die Kolbenstangen befinden sich in Kolben. Weiterhin ist die erste Gruppe von Kolben axial ge­ genüber der zweiten Gruppe von Kolben verfahrbar.

Die Trennung der Spannbacken in eine Gruppe für die Zentrierung und eine Gruppe für die Befestigung führt dazu, dass für die erstere präzise und/oder empfindliche Konstruktionen vorgesehen werden können. Während der Bearbeitung ist die erste Gruppe nicht im Einsatz, so dass keine Beanspruchung der Konstruktion einschließlich dessen Antrieb vorhanden ist. Erst nach der Po­ sitionierung des Werkstücks in der Mitte der Spanneinrichtung erfolgt über die weitere Gruppe von Spannbacken der feste Halt. Dabei werden die Spannbacken der zweite Gruppe auf Anschlag gefahren. Der Anschlag ist dabei das Werkstück.

Das Werkstück wird dabei in unmittelbarer Nähe seines Endberei­ ches durch die erste Gruppe von Spannbacken zentriert. Der axiale Abstand zwischen der ersten und der zweiten Gruppe der Spannbacken ist dabei bis zu seinem Maximum wählbar. Nach der Befestigung des Werkstücks in der Spanneinrichtung durch die zweite Gruppe von Spannbacken, wird die erstere vom Werkstück zurückgefahren und gibt das Werkstück frei. Anschließend wird die erste Gruppe von Kolben axial in Richtung der zweiten Grup­ pe verfahren, so dass der Endbereich des Werkstücks frei zu­ gänglich ist. Damit ist eine Bearbeitung des Endbereichs des Werkstücks möglich.

Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung eignet sich damit insbe­ sondere für größere und/oder längere Werkstücke deren Endbe­ reiche bearbeitet werden sollen. Die erfindungsgemäße Spann­ einrichtung zeichnet sich dabei weiterhin dadurch aus, dass große Kräfte ausübende Spannbacken zur Befestigung des Werk­ stücks in der Spanneinrichtung eingesetzt werden, so dass ein sicherer Halt des Werkstücks insbesondere bei Werkzeugen mit einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder mit einem großen Spanvolumen gegeben ist. Damit sind Werkstücke ökono­ mischer herstellbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

Die Spannbacken einer Gruppe begrenzen bereichsweise in der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 in der Ebene eine Öffnung, in die das Werkstück plaziert wird. Demzufolge ist die Abmes­ sung größer als die in der Spanneinrichtung einzubringenden Werkstücke zu wählen.

Eine günstige Realisierung der gleichförmigen und gleichzei­ tigen Bewegung der Kolbenstangen der ersten Gruppe ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 jeweils eine an der Kolben­ stange angeordnete oder integrierte Zahnstange, einem darin eingreifenden Zahnrad, einem die Zahnräder entweder verbinden­ den und außenverzahnten oder umschließenden und innenverzahnten Stirnzahnrad, wobei entweder eines der Zahnräder, das außen- oder das innenverzahnte Stirnzahnrad mit dem eine gleichförmige Bewegung liefernden Antrieb direkt oder weitere Übertragungs­ mechanismen verkoppelt ist. Eine derartige Ausgestaltung sichert die Plazierung des Werkstücks in der Mitte der Öffnung der Spanneinrichtung.

Die hydraulische Ausgestaltung des Antriebs und der Realisier­ ung der Andruckkraft der Spannbacken der zweiten Gruppe an das Werkstück nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 sichert die Realisierung großer Kräfte zum Positionieren des Werkstücks in der Spanneinrichtung. Damit sind unter anderem insbesonders große Werkstücke in der Spanneinrichtung fest positionierbar. Da der Aufbau einfach gestaltet ist, wird der Verschleiß der Spannbacken einschließlich deren Antrieb minimiert.

Günstige Ausgestaltungen der Spannbacken sind nach der Weiter­ bildung des Patentanspruchs 5 ein geradliniger, v-förmiger oder bogenförmiger Querschnitt der in Richtung der Öffnung und damit dem Werkstück weisenden Fläche.

Ein hydraulischer Trieb zum axialen Verfahren der ersten Gruppe von Kolben gegenüber der zweiten Gruppe nach den Weiterbildun­ gen der Patentansprüche 6 und 7 stellt eine einfach zu reali­ sierenden Antrieb dar. Besonders im Zusammenhang mit der hy­ draulischen Bewegung der Kolbenstangen der zweiten Gruppe, bietet sich eine derartige Ausgestaltung an. Über ein Ventil ist die dafür notwendige Pumpe gleichzeitig für die Bewegung der ersten Gruppe einsetzbar. Damit ist ein multifunktionaler Einsatz der Pumpe gegeben.

Günstige Anordnungen der Pumpe und des Druckbehälters sind in der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 angegeben. Besonders mit der Integration der Pumpe in oder an die Spanneinrichtung ist ein kompakter Aufbau gegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Seitendarstellung einer Spanneinrich­ tung im Schnitt und

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Spanneinrichtung.

Die Spanneinrichtung 1 zur lösbaren Befestigung und Zentrierung eines Werkstücks 2 besteht aus zwei Gruppen von Kolben 3, 4 (Darstellung in der Fig. 1).

In den Kolben 3, 4 befinden sich Kolbenstangen 5, 6. An deren Enden in Richtung des Werkstücks 2 sind Spannbacken 7 lösbar befestigt. Jeweils drei Spannbacken 7 sind in einer Ebene ange­ ordnet in der Spanneinrichtung 1. Die Kolben schließen jeweils einen Winkel von 120° ein (Darstellung in der Fig. 2). Die Kol­ ben 3, 4 sind so angeordnet, dass die Kolbenstangen 5, 6 jeder Gruppe in oder in entgegengesetzter Richtung zur Mittellinie der durch die Spannbacken 7 begrenzten Öffnung bewegbar sind. Die drei Kolbenstangen 5 mit Spannbacken 7 einer ersten Gruppe von Kolben 3 weisen je eine Zahnstange 8 auf. In diese greift jeweils ein Zahnrad 9 ein. Die Zahnräder 9 sind gleichverteilt in der Spanneinrichtung 1 angeordnet. Die Zahnräder 9 besitzen eine zweite Verzahnung, in die ein die drei Zahnräder 9 verbin­ dendes außenverzahntes Stirnzahnrad 10 eingreift.

In einer ersten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels ist eines der Zahnräder 9 mit einem eine gleichförmige Bewegung liefernden Antrieb verbunden.

In einer zweiten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels ist das außenverzahnte Zahnrad 10 über ein weiteres in diese Ver­ zahnung eingreifendes Stirnzahnrad mit dem eine gleichförmige Bewegung liefernden Antrieb verbunden.

Über eine radiale Bewegung des außenverzahnten Zahnrades 10 sind die Kolbenstangen 5 der ersten Kolben 3 translatorisch gegenüber der Mittellinie der durch die Spannbacken 7 begrenz­ ten Öffnung in der Spanneinrichtung 1 bewegbar.

Die Kolbenstangen 6 der zweiten Gruppe von Kolben 4 einschließ­ lich der Spannbacken 7 sind über eine Verstellvorrichtung gleichzeitig gegenüber der Mittellinie der durch die Spann­ backen 7 begrenzten Öffnung in der Spanneinrichtung 1 bewegbar. Die Kolben 4 der zweiten Gruppe sind über Hohlräume oder Lei­ tungen in der Spanneinrichtung 1 mit einem Druckbehälter ver­ bunden, der weiterhin mit einer Pumpe versehen ist. Die Kolben 4 der zweiten Gruppe und der Druckbehälter und entweder die Hohlräume oder die Leitungen beinhalten eine Druckflüssigkeit. Die Kolben 3 der ersten Gruppe sind über einen Hydraulikzylin­ der mit einem Kolben 11 gegenüber den Kolben 4 der zweiten Gruppe axial verfahrbar angeordnet. Der Verfahrmechanismus ist der Hydraulikzylinder mit dem Kolben 11. Dieser Hydraulikzylin­ der selbst ist Bestandteil der zweiten Gruppe von Kolben 4, während das freie Ende des Kolbens des Hydraulikzylinders an der ersten Gruppe von Kolben 3 befestigt ist. Der Hydraulikzy­ linder ist weiterhin über Leitungen und einem Ventil mit dem Druckbehälter verbunden. Damit ist mit der Pumpe sowohl eine Bewegung der Kolbenstangen 6 der zweiten Gruppe von Kolben 4 als auch die axiale Bewegung der ersten Kolben 3 gegenüber der zweiten realisiert.

Die einzelnen Bewegungen der Pumpe und des Ventils werden über eine Steuereinrichtung ausgelöst oder gestoppt.

Die in Richtung des Werkstücks 2 weisenden Flächen der Spann­ backen 7 sind im Querschnitt geradlinig, v-förmig oder bogen­ förmig ausgebildet.

In einer ersten Ausführungsform der Spanneinrichtung 1 sind alle an einem entsprechend ausgeführten Gestell befestigt, das über eine Führung gegenüber der Vorrichtung zur Bearbeitung insbesondere der Werkzeuge bewegbar ist.

In einer zweiten Ausführungsform ist die Spanneinrichtung 1 auch in eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkzeugen inte­ grierbar. Dabei sind die Kolben 3 der ersten Gruppe in den Bearbeitungsbereich der Werkzeuge verfahrbar. Nach der Posi­ tionierung und Befestigung des Werkstücks 2 in der Spannein­ richtung 1 werden die Kolben 3 der ersten Gruppe in Richtung der zweiten axial verfahren, so dass das Werkstück 2 zur Be­ arbeitung freigegeben ist.

Diese beiden Varianten sind auch an eine Vorrichtung zur Be­ arbeitung von Werkstücken 2 anordenbar.

Claims (8)

1. Spanneinrichtung zur lösbaren Befestigung und Zentrierung eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass entweder in einer Ebene oder jeweils in einer Ebene in axialer Richtung hintereinander mindestens zwei Gruppen von Kolben (3, 4) angeordnet sind, dass jede Gruppe aus mindestens drei radial gleich verteilten Kolben (3, 4) besteht, dass die Kolben (3, 4) mit Kolbenstangen (5, 6) versehen sind, dass die Kolbenstangen (6, 7) gegenüber der Mittellinie der Spanneinrichtung (1) verfahrbar sind, dass die Kolbenstangen (5) einer ersten Gruppe über einen eine gleichförmige Bewegung liefernden Antrieb verbunden sind, dass die Kolbenstangen (6) der wenigstens zweiten Gruppe über eine Verstellvorrichtung gleichzeitig gegenüber der Mittellinie der Spanneinrichtung (1) bewegbar sind, dass die Kolbenstangen (6) der zweiten Gruppe von Kolben (4) unabhängig voneinander auf Anschlag fahrbar sind, dass die Kolben (3) der ersten Gruppe zusammen axial gegenüber denen der zweiten Gruppe verfahrbar sind und dass am Ende der Kolbenstangen (5, 6) in Richtung der Mittellinie der Spanneinrichtung (1) jeweils eine Spannbacke (7) lösbar befestigt ist.

2. Spanneinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spannbacken (7) einer Gruppe in der Ebene eine Öffnung bereichsweise begrenzen und dass in der Öffnung das Werkstück (2) plazierbar ist.

3. Spanneinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kolbenstangen (5) der ersten Gruppe über jeweils eine an der Kolbenstange (5) angeordnete oder integrierte Zahnstange (8), einem darin eingreifenden Zahnrad (9) und einem die Zahnräder (9) entweder verbindenden und außenverzahnten (10) oder umschließenden und innenverzahnten Stirnzahnrad miteinander verbunden sind und dass entweder eines der Zahnräder (9), das außen- (10) oder das innenverzahnte Stirnzahnrad mit dem eine gleichförmige Bewegung liefernden Antrieb direkt oder über weitere Mechanismen der Bewegungsübertragung verkoppelt ist.

4. Spanneinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kolbenstangen (6) der zweiten Gruppe über eine Druckflüssigkeit in den Kolben (4) bewegbar und dass die Kolben (4) über Leitungen, einer Pumpe mit einem Druckbehälter verbunden sind.

5. Spanneinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die in Richtung der Mittellinie der Öffnung weisenden Flächen der Spannbacken (7) im Querschnitt geradlinig, v-förmig oder bogenförmig ausgebildet sind.

6. Spanneinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Verfahrmechanismus der Kolben (3) der ersten Gruppe ein hydraulischer Trieb ist.

7. Spanneinrichtung nach den Patentansprüchen 1, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Trieb ein Hydraulikzylinder mit einem Kolben (11) und dass der Hydraulikzylinder über ein Ventil mit der Pumpe verbunden ist.

8. Spanneinrichtung nach einem der Patentansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe und der Druckbehälter ein Bestandteil der Spanneinrichtung (1) sind, dass die Pumpe ein Bestandteil der Spanneinrichtung (1) und der Druckbehälter über wenigstens eine Rohrleitung oder mindestens einem Druckschlauch mit der Pumpe oder dass der Druckbehälter einschließlich der Pumpe über wenigstens eine Rohrleitung oder mindestens einem Druckschlauch mit der Spanneinrichtung (1) verbunden sind.