DD242991B1 - Einrichtung zum fixieren und spannen von werkstuecken - Google Patents

Description

Übertragungsringes eine Bewegung der Hülse in axialer Richtung nach oben erzeugt wird und die Spannbewegung der Spannzange bewirkt.

Diese hauptsächlich der Kraftverstärkung dienende Einrichtung, die u.a. keinen Ausgleich von Werkstücktoleranzen ermöglicht, ist für Werkstücke mit komplizierter geometrischer Gestaltung nicht geeignet. Insbesondere bei relativ kleinen Werkstücken mit mehreren, auf engstem Räume angeordneten Spannstellen sowie an Mehrfachspannvorrichtungen ist diese, eine kompakte Bauweise und großen Platzbedarf aufweisende, Einrichtung nicht anwendbar.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, eine Einrichtung zum Fixieren und Spannen von Werkstücken, insbesondere von relativ kleinen, eine komplizierte geometrische Gestaltung aufweisenden Werkstücken, zu schaffen, die bei wenig Platzbedarf und relativ einfachem Aufbau große Spannkräfte verwirklicht und einen Ausgleich von Werkstücktoleranzen ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Ursachen der Mängel der bekannten technischen Lösungen liegen im wesentlichen in der konstruktiven Ausführung sowie der Anordnung der Spannelemente begründet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zum Fixieren und Spannen von Werkstücken, insbesondere von relativ kleinen, eine komplizierte geometrische Gestaltung aufweisenden Werkstücken, unter Verwendung von der Übertragung der Spannkraft dienenden Kugeln, die mit schräg zur Bewegungsrichtung verlaufenden Flächen eines mit einem externen Antrieb gekoppelten Betätigungselementes in Wirkverbindung stehen, wobei unter Ausnutzung der beim Zusammenwirken von Kugeln mit schrägen Flächen entstehenden Kraftverhältnisse relativ bewegliche, kleine Abmessungen aufweisende Spannelemente eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird von einem an einer Grundplatte befestigten Aufnahmeteil eine gleichschenklige Wippe aufgenommen, die um eine Achse schwenkbar ist und zwei weitere, symmetrisch und parallel zu letzterer angeordnete Achsen aufweist, um die jeweils ein Hebel schwenkbar gelagert ist, der einerseits über die in einem sich an die Grundplatte anschließenden Führungsteil beweglich gelagerte Kugel der schrägen, selbsthemmend ausgebildeten Fläche eines Druckstößels, der innerhalb des Führungsteiles senkrecht zu den Achsen verschiebbar ist, und andererseits dem Werkstück zugeordnet ist.

Nach einem weiteren Merkmal besitzt die Einrichtung ein Lagesicherungselement, das einen innerhalb eines weiteren mit der Grundplatte verbundenen Führungsteiles parallel zu den Druckstößeln verschiebbaren, mit deren externen Antrieb verbundenen Verriegelungsstößel aufweist, der durch eine Druckfeder belastet ist und über dessen schräge, selbsthemmend ausgebildete Fläche die im Führungsteil beweglich gelagerte Kugel in direkten Kontakt mit dem Werkstück bringbar ist, wobei der vom Verriegelungsstößel zurückzulegende Weg bis zur Anlage der Kugel am Werkstück kürzer ist, als der von den Druckstößeln zurückzulegende Weg bis zur Anlage der Hebel am Werkstück.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Einrichtung Fig.2: einen Schnitt A-A nach Fig. 1

Ein Werkstück 1 benötigt zu seiner sicheren Spannung neben der erfindungsgemäßen Einrichtung drei weitere Spanneinrichtungen I, II, III, die aber nicht Gegenstand dieser Erfindung sind. Die Betätigung aller Spanneinrichtungen kann dabei gleichzeitig von einem zentralen, hier nicht gezeigten. Antrieb erfolgen. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen symmetrischen Aufbau auf, wobei auf einer Seite zusätzlich ein Lagesicherungselement 2 angeordnet ist. An einer Grundplatte 3 ist ein Aufnahmeteil 4 befestigt, das eine gleichschenklige, um ihre Achse A schwenkbare Wippe 6 aufnimmt. Diese weist zwei weitere, parallel und symmetrisch zur Achse A angeordnete. Achsen X, Y auf, um die jeweils ein Hebel 7 schwenkbar gelagert ist. Senkrecht zu den Achsen A, X, Y wird innerhalb einer Hülse 8, die von einem sich an die Grundplatte 3 anschließenden Führungsteil Saufgenommen wird, ein Druckstößel 10 geführt, der von einem extern angeordneten, hier nicht gezeigten, Antrieb betätigt wird. Im Führungsteil 9 ist des weiteren quer zur Bewegungsrichtung des Druckstößels 10 eine Kugel 11 innerhalb einer Durchgangsbohrung beweglich gelagert. Diese Kugel 11 steht einerseits mit dem Hebel 7 über ein an diesem befindlichen Druckstück 12 und andererseits mit einer schrägen, selbsthemmend ausgebildeten Fläche 13 des Druckstößels 10 in Wirkverbindung. Der Hebel 7 weist in Bewegungsrichtung des Druckstößels 10 einen Anlagepunkt 14 sowie quer zu dessen Bewegungsrichtung einen Spannpunkt 15 auf, die, jeweils als Druckstück ausgebildet, mit dem Werkstück 1 in Kontakt bringbar sind. Des weiteren stützt sich der Hebel 7 an einem an der Wippe 6 angebrachten Gegenhalter 16 ab.

Das Lagesicherungselement 2 ist auf einer Seite des Werkstückes 1 angeordnet und weist einen parallel zum Druckstößel 10 bewegbaren Verriegelungsstößel 17 auf, der innerhalb einer weiteren, von der Grundplatte 3 sowie von einem Führungsteil 18 aufgenommenen Hülse 19 geführt wird. Der Verriegelungsstößel 17 ist an seinem abgesetzten Mittelteil durch eine Druckfeder 20 belastet, wobei ein mit dem Mittelteil verbundenes, kugelförmiges Formteil 21 innerhalb eines Langloches, das sich im Verriegelungsstößel 17 befindet, in dessen Bewegungsrichtung verschiebbar ist. Über eine im Führungsteil 18 analog zur Kugel 11 angeordneten Kugel 22 befindet sich der Verriegelungsstößel 17 mittels einer schrägen, selbsthemmend ausgebildeten Fläche 23 mit dem Werkstück 1 in Wirkverbindung, wobei die Kugel 22 in direkten Kontakt mit dem Werkstück 1 bringbar ist. Des weiteren befindet sich im Führungsteil 18 ein als Verdrehsicherung für den Verriegelungsstößel 17 dienender federnder Haltestift 24. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:

Werden der Druckstößel 10 und der Verriegelungsstößel 17 von ihrem gemeinsamen, extern angeordneten Antrieb angetrieben, bewegen sie sich in ihren Führungen innerhalb der Hülsen 8 bzw. 19 und der Führungsteile 9 bzw. 18 zum Werkstück 1 hin. Die schrägen Flächen 13 und 23 des Druckstößels 10 bzw. des Verriegelungsstößels 17 gleiten dabei entlang der innerhalb von Durchgangsbohrungen beweglich gelagerten Kugeln 11 bzw. 22. Dadurch wird die Kugel 22 unmittelbar an das Werkstück 1 und die Kugel 11 an das Druckstück 12 des Hebels 7 gedrückt. Dabei ist der Verriegelungsstößel 17derart ausgebildet, daßüber seine schräge Fläche 23 die Kugel 22 eher an das Werkstück 1 zur Anlage gebracht wird als über die schräge Fläche 13 des Druckstößels 10 die Kugel 11 den Hebel 7 an das Werkstück 1 bringt, wodurch ein Verschieben von letzterem während des Spannvorganges verhindert wird. Bei der weiteren Bewegung wird die Druckfeder 20 des Verriegelungsstößels 17 zusammengedrückt, während der Druckstößel 10 die Kugel 11 an das Druckstück 12 preßt und damit den Hebel 7 über seinen Anlagepunkt 14 bzw. seinen Spannpunkt 15 zur Anlage an das Werkstück 1 bringt. Damit ist das Werkstück 1 sicher fixiert und gespannt.

Beim Lösen des Werkstückes 1 erfolgt die Bewegung des Druckstößels 10 bzw. des Verriegelungsstößels 17 in entgegengesetzter Richtung. Dabei verharrt der Verriegelungsstößel 17 bis zum entspannten Zustand der Druckfeder 20 in seiner Stellung, während der Druckstößel 10 mit seiner schrägen Fläche 13an der Kugel 11 entlanggleitet. Dadurch löst sich die Kugel 11 vom Druckstück 12 und damit der Hebel 7 mit seinem Anlagepunkt 14 und Spannpunkt 15 vom Werkstück 1. Bei entspannter Druckfeder 20 löst sich die Kugel 22 im Lagesicherungselement 2 ebenfalls vom Werkstück 1. Das Werkstück 1 kann aus der Spanneinrichtung entnommen werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen im wesentlichen in folgendem begründet:

Die Einrichtung verwirklicht bei kleinen Abmessungen und wenig Platzbedarf eine große Spannkraft. Sie ist damit insbesondere für die Spannung von Werkstücken geeignet, die mehrere Spannstellen auf engstem Räume aufweisen. In Abhängigkeit von der Größe und der geometrischen Gestaltung der Werkstücke kann sie allein oder zusammen mit weiteren Spanneinrichtungen (s. Ausführungsbeispiel) Verwendung finden. Die an den einzelnen Spannstellen angeordneten Spanneinrichtungen können dabei von einem gemeinsamen Antrieb betätigt werden. Auf das der Verriegelung des Werkstückes in der Spannstellung dienende Lagesicherungselement kann auch verzichtet werden. Zum anderen besteht die Möglichkeit, das Lagesicherungselement in Verbindung mit anderen Spanneinrichtungen anzuwenden. Über die Wippe wird außerdem ein Ausgleich von Werkstücktoleranzen erreicht.

Insbesondere für Mehrfachspannvorrichtungen, bei denen mehrere Werkstücke auf engstem Räume gespannt werden müssen, sind diese Spanneinrichtungen gut geeignet.

Claims (2)

1. Einrichtung zum Fixieren und Spannen von Werkstücken, insbesondere von relativ kleinen, eine komplizierte geometrische Gestaltung aufweisenden Werkstücken, unter Verwendung von der Übertragung der Spannkraft dienenden Kugeln, die mit schräg zur Bewegungsrichtung verlaufenden Flächen eines mit einem externen Antrieb gekoppelten Betätigungselementes in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß von einem an einer Grundplatte (3) befestigten Aufnahmeteil (4) eine gleichschenklige Wippe (6) aufgenommen wird, die um eine Achse (A) schwenkbar ist und zwei weitere, symmetrisch und parallel zu letzterer angeordnete Achsen (X, Y) aufweist, um die jeweils ein Hebel (7) schwenkbar gelagert ist, der einerseits über die in einem sich an die Grundplatte (3) anschließenden Führungsteil (9) beweglich gelagerte Kugel (11) der schrägen, selbsthemmend ausgebildeten Fläche (13) eines Druckstößels (10), der innerhalb des Führungsteiles (9) senkrecht zu den Achsen (A, X, Y) verschiebbar ist, und andererseits dem Werkstück (1) zugeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Lagesicherungselement (2) besitzt, das einen innerhalb eines weiteren mit der Grundplatte (3) verbundenen Führungsteiles (18) parallel zu den Druckstößeln (10) verschiebbaren, mit deren externen Antrieb verbundenen Verriegelungsstößel (17) aufweist, der durch eine Druckfeder (20) belastet ist und über dessen schräge, selbsthemmend ausgebildete Fläche (23) die im Führungsteil (18) beweglich gelagerte Kugel (22) in direktem Kontakt mit dem Werkstück (1) bringbar ist, wobei der vom Verriegelungsstößel (17) zurückzulegende Weg bis zur Anlage der Kugel (22) am Werkstück (1) kürzer ist als der von den Druckstößeln (10) zurückzulegende Weg bis zur Anlage der Hebel (7) am Werkstück (1).

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Fixieren und Spannen von Werkstücken, insbesondere von relativ kleinen, eine komplizierte geometrische Gestaltung aufweisenden Werkstücken, unter Verwendung von der Übertragung der Spannkraft dienenden Kugeln, die mit schräg zur Bewegungsrichtung verlaufenden Flächen eines Antriebs- bzw. Betätigungselementes in Wirkverbindung stehen. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Werkzeugmaschinenbau.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Werkstücke mit komplizierter geometrischer Gestaltung müssen zur Gewährleistung einer sicheren Bearbeitungslage an mehreren Stellen gespannt werden. Üblicherweise werden die Werkstücke manuell in die Vorrichtung eingelegt und durch Einzelspannung (z. B. mittels Spanneisen) gespannt. Dieses Spannprinzip hat den Nachteil, daß die Gefahr des Verschiebens des Werkstückes sowohl während des Einspannvorganges als auch während des Bearbeitungsvorganges auf Grund der nacheinander erfolgenden Festklemmung an den einzelnen Spannstellen sowie der relativ geringen Spannkraft dieser Spannelemente groß ist. Hinzu kommt ein hoher Aufwand an Zeit und Arbeitskraft. Außerdem sind derartige Spannvorrichtungen für einen automatisiert ablaufenden Fertigungsprozeß ungeeignet. In der DD-WP 224251 wird eine Spannvorrichtung beschrieben, die ein automatisches Spannen von dünnwandigen Werkstücken mit komplizierter geometrischer Gestaltung ermöglicht. Dabei sind in der Vorrichtung entsprechend der geometrischen Gestaltung des Werkstückes in dessen Richtung bewegliche Unterstützungsbolzen zu seiner Lagefixierung angebracht. Über ein geschlossenes Druckmittelübertragungssystem erfolgt die Lagefixierung der Unterstützungsbolzen. Die Gestaltung der Vorrichtung ermöglicht ein sanftes und gleichmäßiges Spannen des Werkstückes, so daß ein verformungssicheres Halten des Werkstückes während der Bearbeitung erreicht wird. Außerdem kann sie für automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse eingesetzt werden. Die Nachteile dieser Lösung bestehen insbesondere in der geringen Spannkraft, die erreicht wird. Dadurch ist ihre Anwendung im Werkzeugmaschinenbau, wo große Bearbeitungskräfte vorhanden sind und demzufolge große Spannkräfte benötigt werden, nicht möglich. Des weiteren ist sie platzaufwendig, weist einen relativ komplizierten Aufbau auf und ist nur für eine konkrete geometrische Gestaltung des Werkstückes verwendbar. Die mit einem Druckmittelsystem verbundenen und durch Druckfedern belasteten Unterstützungsbolzen sind zudem störanfällig.

Zum bekannten Stand der Technik gehört auch die Anordnung von als Übertragungsglieder der Spannkraft dienenden Kugeln, die mit entsprechend angeordneten schrägen Flächen von Antriebs- bzw. Betätigungselementen in Wirkverbindung stehen (DE-OS 1502830). Gemäß dieser Lösung ist zwischen einem pneumatischen Kolben und einer eine Spannzange betätigenden Hülse ein Übersetzungstrieb geschaltet, der die vom Kolben ausgeübte Betätigungskraft in eine erhöhte, in anderer Richtung verlaufende Kraft umwandelt. Dabei weisen der Kolben und ein fest mit der Hülse verbundener Übertragungsring schräge Betätigungsflächen auf, die zwischen sich eine Anzahl von an einem Kreisumfang entlang in gleichmäßigen Abständen angeordneten Kugeln enthalten. Wird nun durch Einleiten der Druckluft der Kolben nach unten bewegt, drängt dessen schräge Betätigungsfläche die Kugeln radial nach innen, wobei über die ebenfalls schräg verlaufende Betätigungsfläche des