DE29918229U1

DE29918229U1 - Probenhalter zum Spannen von Werkstücken

Info

Publication number: DE29918229U1
Application number: DE29918229U
Authority: DE
Original assignee: Zwick GmbH and Co
Current assignee: Zwick GmbH and Co
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2009-10-16

Description

Zwick GmbH & Co.
August-Nagel-Straße 11
89079 Ulm

89073 Ulm, 14.10.99 Akte G/10967 h/rr

Probenhalter zum Spannen von Werkstücken

Die Erfindung betrifft einen Probenhalter zum Spannen von Werkstücken mit hoher Spannkraft, mit einem Grundkörper, in dem zwei Spannbacken sowie ein Stempel zum Verstellen zumindest einer der Spannbacken angeordnet sind.

Derartige Probenhalter sind aus der Praxis bekannt, wobei bei Probenhaltern, die für eine Nennkraft größer 10 kN ausgelegt sind, das Problem besteht, daß diese große Nennkraft auch eine große Baugröße des Probenhalters erzwingt, die auch das Spannen großer Werkstücke ermöglicht. Das Erzielen einer großen Klemmkraft bei möglichst kleiner Baugröße des Probenhalters, die trotzdem eine große Öffnungsweite zur Verfügung stellt, ist bei den bisher bekannten Probenhaltern nicht realisiert und aufgrund des denen zugrundeliegenden Konzeptes auch nicht

realisierbar. Es ist darauf hinzuweisen, daß aufgrund des konstruktiven Aufbaus der bekannten Probenhalter sich diese Nachteile mit zunehmender Klemmkraft noch verschärfen, so daß für Nennkräfte größer 30 kN keine Probenhalter verfügbar sind bzw. bei diesen bezüglich Klemmkraft, Baugröße und öffnungsweite Kompromisse eingegangen werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Probenhalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einer kleinen Baugröße des Probehalters eine Nennkraft größer 10 kN erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Probenhalter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine parallel zur Verstellrichtung der Spannbacke ausgerichtete Achsenführung vorgesehen ist, in der langsverschieblich die Achse einer Wippe geführt ist, daß die Achse an der Keilfläche eines Vorschubkeils anliegt, der auf einem an dem Stempel befestigten Keilführungsbolzen angeordnet und dort durch eine im Kraftfluß zwischen dem Stempel und dem Vorschubkeil wirkende Feder beaufschlagt ist, und daß die Wippe mit ihrem einen Ende einem dem Stempel zugeordneten Klemmkeil und mit ihrem anderen Ende der Spannbacke anliegt, wobei die Neigung des Vorschubkeils und des Klemmkeils so gewählt ist, daß in der einen Bewegungsrichtung des Stempels eine Bewegung der Spannbacke in Richtung des Werkstücks erfolgt.

Dieser erfindungsgemäße Probenhalter bietet neben dem Vorteil, daß eine große Öffnungsweite zur Verfügung gestellt wird den weiteren Vorteil, daß beim Spannen des

Werkstückes durch die Verstellung des Stempels zunächst über den an der Achse der Wippe anliegenden Vorschubkeil die Wippe mit hoher Schließgeschwindigkeit in der Achsenführung in Richtung des Werkstückes verstellt wird, wobei sich die Schließgeschwindigkeit noch dadurch erhöht, daß die Wippe durch die Wirkung des Klemmkeiles um ihre Achse verdreht wird. Sobald der Bewegung der Spannbacke durch das Werkstück ein zu großer Widerstand entgegengesetzt wird, tritt zwischen dem Vorschubkeil und der Achse Selbsthemmung ein und eine weitere Verstellung der Wippe in der Achsenführung unterbleibt. Allerdings wird die Verstellung des Stempels weiter fortgesetzt, die zur einer weiteren Verdrehung der Wippe um ihre Achse führt, bei der mit kleiner Schließgeschwindigkeit die große Klemmkraft aufgebaut wird. Die im Kraftfluß zwischen dem Stempel und dem Vorschubkeil wirkende Feder ermöglicht dabei, daß der Stempel vor Eintritt der Selbsthemmung den Vorschubkeil relativ zu der Achse der Wippe verschieben kann, nach Eintritt der Selbsthemmung aber trotz der fortgesetzten Verstellung des Stempels eine weitere Verschiebung des Vorschubkeils unterbleibt. Diese Umschaltung erfolgt automatisch, wenn die Spannbacke auf einen Widerstand, also das Werkstück trifft, wobei dies auf jeder beliebigen Position des Spannweges erfolgen kann und nicht durch die Dicke des Werkstückes beeinflußt wird.

Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Stempel durch einen in einem dem Grundkörper zugeordneten Zylinder geführten, durch ein Druckmittel betätigbaren Kolben gebildet ist. Diese Ausgestaltung führt zu einer kompakten Baugröße, was sich insbesondere dann vorteilhaft bemerkbar macht, wenn der Probenhalter beidseitig schließend mit zwei verstellbaren Spannbacken ausgebildet

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ist, und wenn weiterhin beide Spannbacken synchron durch den einen Stempel verstellbar sind. Dann erfolgt die Krafteinleitung konstruktiv bedingt ohne zusätzliche Synchronisation der beiden Spannbacken bei dem beidseitig schließenden Probenhalter und es ist nicht erforderlich, jeder Spannbacke einen eigenen Zylinder mit druckmittelbetätigtem Kolben zuzuordnen.

Um die gewünschten hohen Spannkräfte auch aufnehmen zu können, ohne daß es zu einer Abspreizung des Vorschubkeils und damit dem Lösen der Selbsthemmung kommt, ist der Vorschubkeil in einer Führungsnut einer an dem Grundkörper befestigten Druckplatte abgestützt.

Zur Verminderung des Verschleißes ist auf der Achse eine der Keilfläche anliegende erste Gleithülse drehbar angeordnet.

Weiterhin ist mit Vorteil der erfindungsgemäße Probenhalter so gestaltet, daß die Wippe durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Seitenlaschen gebildet ist, die durch drei Stifte miteinander verbunden sind, von denen der mittlere Stift die Achse bildet und die äußeren Stifte dem Klemmkeil einerseits, der Spannbacke andererseits anliegen. Diese Ausführungsform besitzt die notwendige Stabilität, die erforderlich ist, um von dem Klemmkeil über die als Hebearm wirkende Wippe die Klemmkraft auf die Spannbacken und damit das Werkstück zu übertragen.
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Um die Kompaktheit der Baugröße des Probenhalters zu fördern, ist vorgesehen, daß der die Achse bildende mittlere Stift die Seitenlaschen durchsetzt und an seinem

in die Achsenführung eingreifenden Ende eine Planfläche zur Verdrehsicherung aufweist. Die Achsenführung ist dabei in dem Grundkörper zugeordneten Seitenwangen ausgebildet, was zu einer guten Steifigkeit des Probenhalters insgesamt führt.

Wiederum um den Verschleiß zu vermindern, ist vorgesehen, daß einer oder beide der äußeren Stifte drehbar gelagert sind. Wenn höhere Kräfte übertragen werden müssen und eine Linienberührung dafür unzureichend ist, ist es günstig, wenn auf einem oder beiden äußeren Stiften eine zweite Gleithülse bzw eine dritte Gleithülse drehbar angeordnet ist.

Dem Ziel der Verschleißminderung dient auch, daß ein Schmiermittel auf dem Vorschubkeil sowie den Klemmkeil aufgetragen ist.

Um eine hohe Betriebssicherheit zu erreichen, ist der Stempel durch in Führungsbohrungen des Grundkörpers eingreifende Führungsbolzen geführt.

Zum Erzielung einer besonders kompakten Baugröße sind zwischen dem Kolben und den Grundkörper Rückstellfedern angeordnet, die nach dem Abbau des Druckes in dem Zylinder den Kolben zurückstellen und so das Lösen der Einspannung des Werkstückes ermöglichen. Alternativ ist es gleichfalls möglich, dazu einen zweiseitig wirkenden Kolben vorzusehen, wozu dann allerdings ein zweiter Druckmittelanschluß erforderlich ist.

Hinsichtlich einer sicheren Einspannung des Werkstückes ist es vorteilhaft, wenn die Spannbacke mit einem Druckbolzen der Wippe anliegt, mit dem Druckbolzen in dem Druckkörper geführt ist und wenn zwischen dem Druckbolzen und dem Grundkörper Rückstellfedern angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Drehbewegung der Wippe über den Druckbolzen in eine geradlinige Verstellung der Spannbacken umgesetzt, wobei die Rückstellfedern wiederum nach dem Abbau der Klemmkraft dazu dienen, die Einspannung zu lösen und die Druckbolzen in den Ruhezustand der Spannbacke zurückzustellen. Diese Rückstellung des Spannbackens kann auch über eine Zwangssteuerung erfolgen.

Der erfindungsgemäße Probenhalter bietet den großen Vorteil, daß wichtige Parameter des Spannvorganges in weiten Grenzen variiert werden können durch geeignete Wahl der Ausführung von Wippe, Vorschubkeil oder Klemmkeil. So ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß der Keilwinkel des Vorschubkeils eine Größe von 2° bis 12° aufweist, und 0 daß der Keilwinkel des Klemmkeils eine Größe von 2° bis 35° aufweist. Der Keilwinkel des Vorschubkeils bestimmt, wie schnell die Wippe am Anfang des Spannvorganges mit ihrer Achse in der Achsenführung verstellt wird, wobei als Kriterium für die Wahl des Keilwinkels noch zu beachten ist, daß beim Umschalten von der schnellen Zustellbewegung mit geringer Klemmkraft auf langsame Zustellbewegung mit hoher Klemmkraft Selbsthemmung eintreten muß. Der am Klemmkeil einzustellende Keilwinkel beeinflußt die erreichbare Klemmkraft und den Klemmhub, wobei ein kleiner 0 Keilwinkel zu einer großen Klemmkraft und einem kleinen Klemmhub führt und ein großer Keilwinkel einen größeren Klemmhub bei kleinerer Klemmkraft ermöglicht. Wie

vorstehend bereits erwähnt ist, wirkt die Wippe als Hebel, so daß durch Variation der Länge der Hebelarme gleichfalls die zu erreichende Klemmkraft und die Öffnungsweite verändert werden kann.
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Zur Vermeidung von Dichtungsproblemen und Vermeidung einer Probenverschmutzung bei Leckagen ist das Druckmittel durch Druckluft gebildet. Alternativ ist natürlich auch eine Hydraulikausführung denkbar.
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Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines zur besseren Übersichtlichkeit ohne den Grundkörper abgebildeten Probenhalters,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Probenhalters, links in einer Draufsicht, rechts in einem Schnitt dargestellt, und

Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 2.

In der Zeichnung ist ein Probenhalter 1 dargestellt, der zum Spannen von selber nicht abgebildeten Werkstücken dient, die zwischen den beiden Spannbacken 2 positioniert werden. Die beiden Spannbacken 2 sind in einem Grundkörper 3 gelagert, in dem gleichfalls ein als Kolben 4 ausgebildeter Stempel 5 angeordnet ist, und zwar in einem dem Grundkörper 3 zugeordneten Zylinder 6. Der Kolben 4 kann zum Spannen des Werkstückes durch ein Druckmittel, insbesondere Druckluft, verstellt werden.

Zwischen dem Kolben 4 und dem Grundkörper 3 sind Rückstellfedern 7 angeordnet, die die Rückstellbewegung des Kolbens 4 zum Lösen der Einspannung bewirken, wenn der Druck in der Zylinderkammer 8 abgebaut ist. In Führungsbohrungen des Grundkörpers 3 eingreifende Führungsbolzen 9 dienen zur verläßlichen Führung des Kolbens 4 bei seinen Verstellbewegungen.

An dem Grundkörper 3 sind weiterhin Seitenwangen 10 angeordnet, in denen Achsenführungen 11 ausgebildet sind, die parallel zur Verstellrichtung der Spannbacken 2 ausgerichtet sind. In diese Achsenführungen 11 ist jeweils längsverschieblich die Achse 12 einer Wippe 13 geführt, die durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Seitenlaschen 14 gebildet ist, die durch drei Stifte 15, 16, 17 miteinander verbunden sind. Von diesen drei Stiften 15, 16, 17 bildet der mittlere Stift 16 die Achse 12, die in der Achsenführung 11 verstellt wird, während die äußeren Stifte 15, 17 einerseits über Drückstücke 29 der Spannbacke 2, andererseits einem Klemmkeil 18 anliegen, der unmittelbar an dem Kolben befestigt ist. An diesem Kolben 4 ist weiterhin ein Keilführungsbolzen 19 angeschlossen, der einen Vorschubkeil 20 trägt, wobei bei einer Verstellung des Kolbens 4 die Verstellung des auf dem Keilführungsbolzens 19 angeordneten Vorschubkeils 2 0 durch eine im Kraftfluß zwischen dem Kolben 4 und dem Vorschubkeil 20 wirkende Feder 21 erzielt wird. Der Vorschubkeil 20 liegt mit einer Keilfläche 22 der Achse der Wippe 13 an.

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Mit dem in der Zeichnung dargestellten Probenhalter 1 ergibt sich damit beim Spannen eines Werkstückes der folgende Ablauf. Durch Beaufschlagung der Zylinderkammer 8 im Zylinder 6 mit Druckluft wird der Kolben 4 gegen die Kraft der Rückstellfedern 7 in der Zeichnung abwärts bewegt, wobei diese Abwärtsbewegung über die Federn 21 auf die Vorschubkeile 20 übertragen wird, die zur Vermeidung einer Aufspreizung jeweils in einer Führungsnut 23 einer an dem Grundkörper 3 befestigten Druckplatte 24 abgestützt sind. Der Vorschubkeil 20 bewirkt bei seiner Abwärtsbewegung eine Verstellung der Achse 12 der Wippe 13 in der Achsenführung 11 nach innen. Zugleich erfolgt eine Verdrehung der Wippe 13 um ihre Achse 12 durch den am Klemmkeil 18 anliegenden äußeren Stift 15. Sobald die Spannbacken 2 des beidseitig wirkenden Probenhalters 1 am Werkstück zur Anlage kommen, steigt die Klemmkraft an, bis eine weitere translatorische Verstellung der Achse 12 in der Achsenführung 11 unterbleibt, weil die Feder 21 keine entsprechend hohe Kraft mehr zur weiteren Verstellung des Vorschubkeils 20 übertragen kann, der mit der Achse 12 in der Achsenführung 11 in den Verharrungszustand der Selbsthemmung übergeht. Die Verstellung des Kolbens 4 mit seiner Abwärtsbewegung wird aber weiterhin fortgesetzt, wobei die Feder 21 zusammengedrückt wird und der Klemmkeil 18 eine weitere Verdrehung der Wippe 13 bewirkt, durch die die Spannbacken 2 weiter auf das Werkstück zugestellt werden und sich somit die Klemmkraft erhöht. Es ist ersichtlich, daß die Neigung des Vorschubkeils 20 und des Klemmkeils 18 so gewählt ist, daß in der einen Bewegungsrichtung des Kolbens 4 zum Spannen des Werkstückes die Spannbacken 2 sich auf dieses zubewegen, und zwar synchron, da beide Spannbacken 2 durch den einen Kolben 4 verstellt werden.

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Die drei Stifte 15, 16, 17 können drehbar gelagert sein. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind allerdings auf den drei Stiften 15, 16, 17 der Wippe 13 jeweils eine erste Gleithülse 25, eine zweite Gleithülse 26 und eine dritte Gleithülse 27 drehbar angeordnet, die eine Verminderung des Verschleißes bewirken, wozu auch ein auf den Vorschubkeil 20 sowie den Klemmkeil 18 aufgetragenes Schmiermittel dient, das die Reibung zwischen der ersten Gleithülse 25 und der Gleitfläche 22 des Vorschubkeiles 20 sowie zwischen der zweiten Gleithülse 2 6 und dem Klemmkeil 18 beeinflußt. Der Keilwinkel alpha des Vorschubkeils 20 ist so gewählt, daß die gewünschte Selbsthemmung eintritt, wobei der Keilwinkel alpha in Abhängigkeit des verwendeten Schmiermittels eine Größe von 2 bis 12° aufweist. Der Keilwinkel beta des Klemmkeils besitzt eine Größe von 2 bis 35°, wobei der konkret einzustellende Keilwinkel beta sich aus dem Anwendungsfall ergibt. Bei einem kleinen Keilwinkel beta wird eine große Klemmkraft erreicht, wobei ein kleiner Klemmhub zur Verfügung steht. Ein großer Klemmhub wird bei einem großen Keilwinkel beta erzielt, was allerdings mit einer Reduktion der Klemmkraft verbunden ist.

Aus Fig. 2 ist schließlich noch ersichtlich, daß der die Achse 12 bildende mittlere Stift 16 der Wippe 13 die Seitenlaschen 14 durchsetzt und an seinem in die Achsenführung 11 eingreifenden Ende eine Planfläche 28 zur Verdrehsicherung aufweist. In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Spannbacken 2 mit einem Druckbolzen 29 der Wippe 13 anliegen, wobei der Druckbolzen 29 in dem Grundkörper 3 geführt und durch Rückstellfedern 30 beaufschlagt ist, die beim Ausspannen des Werkstückes die Rückstellbewegung der

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Spannbacken 2 bewirken.

Claims

1. Probenhalter zum Spannen von Werkstücken, mit einem Grundkörper (3), in dem zwei Spannbacken (2) sowie ein Stempel (5) zum Verstellen zumindest einer der Spannbacken (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zur Verstellrichtung der Spannbacke (2) ausgerichtete Achsenführung (11) vorgesehen ist, in der längsverschieblich die Achse (12) einer Wippe (13) geführt ist, daß die Achse (12) an der Keilfläche (22) eines Vorschubkeils (20) anliegt, der auf einem an dem Stempel (5) befestigten Keilführungsbolzen (19) angeordnet und dort durch eine im Kraftfluß zwischen dem Stempel (5) und dem Vorschubkeil (20) wirkende Feder (21) beaufschlagt ist, und daß die Wippe (13) mit ihrem einen Ende einem dem Stempel (5) zugeordneten Klemmkeil (18) und mit ihrem anderen Ende der Spannbacke (2) anliegt, wobei die Neigung des Vorschubkeils (18) und des Klemmkeils (18) so gewählt ist, daß in der einen Bewegungsrichtung des Stempels (5) eine Bewegung der Spannbacke (2) in Richtung des Werkstücks erfolgt.

2. Probenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) durch einen in einem dem Grundkörper (3) zugeordneten Zylinder (6) geführten, durch ein Druckmittel betätigbaren Kolben (4) gebildet ist.

3. Probenhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser beidseitig schließend mit zwei verstellbaren Spannbacken (2) ausgebildet ist.

4. Probenhalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spannbacken (2) synchron durch den einen Stempel (5) verstellbar sind.

5. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubkeil (20) in einer Führungsnut (23) einer an dem Grundkörper (3) befestigten Druckplatte (24) abgestützt ist.

6. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Achse (12) eine der Keilfläche (22) anliegende erste Gleithülse (25) drehbar angeordnet ist.

7. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (13) durch zwei mit Abstand voneinander angeordnete Seitenlaschen (14) gebildet ist, die durch drei Stifte (15, 16, 17) miteinander verbunden sind, von denen der mittlere Stift (16) die Achse (12) bildet und die äußeren Stifte (15, 17) dem Klemmkeil (18) einerseits, der Spannbacke (2) andererseits anliegen.

8. Probenhalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Achse (12) bildende mittlere Stift (16) die Seitenlaschen (14) durchsetzt und an seinem in die Achsenführung (11) eingreifenden Ende eine Planfläche (28) zur Verdrehsicherung aufweist.

9. Probenhalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide der äußeren Stifte (15, 17) drehbar gelagert sind.

10. Probenhalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem oder beiden äußeren Stiften (15, 17) eine zweite Gleithülse (26) bzw eine dritte Gleithülse (27) drehbar angeordnet ist.

11. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel auf den Vorschubkeil (20) sowie den Klemmkeil (18) aufgetragen ist.

12. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) durch in Führungsbohrungen des Grundkörpers (3) eingreifende Führungsbolzen (9) geführt ist.

13. Probenhalter nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (4) und dem Grundkörper (3) Rückstellfedern (7) angeordnet sind.

14. Probenhalter nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiseitig wirkender Kolben (4) vorgesehen ist.

15. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacke (2) mit einem Druckbolzen (29) der Wippe (13) anliegt, mit dem Druckbolzen (29) in dem Grundkörper (3) geführt ist.

16. Probenhalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckbolzen (29) und dem Grundkörper (3) Rückstellfedern (30) angeordnet sind.

17. Probenhalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückstellung des Spannbackens eine Zwangssteuerung vorgesehen ist.

18. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (alpha) des Vorschubkeils (20) eine Größe von 2° bis 12° aufweist.

19. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (beta) des Klemmkeils (18) eine Größe von 2° bis 35° aufweist.

20. Probenhalter nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch Druckluft gebildet ist.

21. Probenhalter nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch eine Hydraulikflüssigkeit gebildet ist.

22. Probenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsenführung (11) in dem Grundkörper (3) zugeordneten Seitenwangen (10) ausgebildet ist.