EP1053823A2

EP1053823A2 - Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes

Info

Publication number: EP1053823A2
Application number: EP20000109686
Authority: EP
Inventors: Karl Göckel; Martin Göckel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2000-11-22

Abstract

Die Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes besteht aus mindestens einer Spanneinrichtung mit einer Werkstückauflage und mindestens einem Spannbacken und zeichnet sich dadurch aus, daß für jeden Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) eine erste Verstellvorrichtung (31,58) vorgesehen ist, mit der der jeweilige Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition verschwenkbar ist, und daß eine zweite Verstellvorrichtung (33,49) vorgesehen ist, die den jeweiligen Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) aus der Arbeitsposition in Spannposition in Anlage an das Werkstück (21,47,68,80,86) bringt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Werkzeugmaschinen ist es bekannt, Werkstücke mit Spannmitteln auf einem Arbeitstisch zu unterstützen, auszurichten und zu halten. Die Spannmittel werden am Arbeitstisch in einer für die Bearbeitung des Werkstückes geeigneten Stellung mittels Schraubverbindungen fixiert, wozu z.B. parallele T-Nuten im Arbeitstisch vorgesehen sein können. Zum Höhenausgleich können unter dem Werkstück Auflageplatten untergelegt werden. Um seitliche Abstände zwischen Spannmittel und Werkstück zu überbrücken, können Verlängerungsteile, wie z.B. an Hebeln sitzende Backen, vorgesehen werden. Die Betätigung der Spannmittel kann von Hand oder fernbetätigt geschehen. Besonders verbreitet sind Spannmittel mit pneumatischem oder hydraulischem Antrieb. Nachteilig bei bekannten Spannvorrichtungen ist, daß der Spannvorgang material- und kostenaufwendig ist und daß der Zeitaufwand für das Einrichten der Spannmittel hoch ist. Diese Spannmittel sind nicht effektiv, insbesondere wenn in der Einzelteilefertigung oder Kleinserienfertigung Werkstücke mit komplizierter Geometrie gespannt werden müssen, so wie man es häufig bei der Fertigung von Möbelteilen vorfindet. Ein weiterer Nachteil vorhandener Spannmittel ist, daß diese bei einer Bearbeitung eines Werkstückes an fünf Seiten für das Werkzeug hinderlich sind. Das Werkstück muß in der Regel umgespannt werden, was zusätzliche Rüstzeit verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes auf einem Arbeitstisch zu entwickeln, die flexibel und mit geringem Zeitaufwand an die Geometrie eines beliebigen Werkstückes anpassbar ist, wobei eine Kollision mit einem Werkzeug vermieden werden soll.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung sind zwei Verstellvorrichtungen für die Spannbacken bzw. Spannhebel vorgesehen. Eine erste Verstellvorrichtung bewirkt das Verschwenken oder Verdrehen eines Spannhebels aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition über oder knapp über ein Werkstück. Eine weitere Verstellvorrichtung bewegt die Spannbacken in Richtung des Werkstückes. In Spannposition liegt ein Spannbacken am Werkstück an. Das Werkstück wird gegen eine Unterlage gespannt. In Spannposition kann ein Spannbacken so , z.B. mit einem Kniehebelsystem, verriegelt werden, daß während einer Bearbeitung des Werkstückes sich die Spannung nicht lösen kann.

Um ein zu spannendes Werkstück auch an den nicht horizontal zu einem Arbeitstisch befindlichen Flächen, z.B. an den senkrechten Flächen, vollständig bearbeiten zu können, ist es möglich, zwischen dem Arbeitstisch und dem Werkstück eine Unterlage einzubringen, damit das Werkstück vom Arbeitstisch beabstandet ist. In der Regel besitzt diese Unterlage eine kleinere Grundfläche als das zu spannende Werkstück eine Auflagefläche aufweist. Dadurch entsteht zwischen Werkstück und Arbeitstisch ein Hohlraum mit dem Höhenmaß der Unterlage. Das jeweilige Seitenteil des Werkstückes kann aufgrund der Beabstandung mittels der Unterlage und durch den entstandenen Freiraum zwischen Werkstück und Arbeitstisch, vollständig an der Seite, z.B. mittels eines Fräsers, bearbeitet werden. Aufgrund des geschaffenen Hohlraumes kollidiert das Bearbeitungswerkzeug, z.B. Fräser, nicht mit dem Arbeitstisch. Da jedoch die Unterlage, im Hinblick auf das zu spannende Werkzeug eine kleinere Auflagefläche aufweisen kann, kommt es vor, daß beim Verspannen des Werkstückes unerwünschte Kräfte, in der Regel Dreh- oder Kippkräfte, auftreten, die das Werkstück aus seiner, vor dem Spannen, parallel zum Arbeitstisch liegenden horizontalen Lage, im wesentlichen durch das Kippen um die Achse der Unterlage, bringen. Um diesen unerwünschten Effekt zu eliminieren, ist in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Führung vorgesehen, die diesem unerwünschten Kippeffekt entgegenwirkt bzw. diesen eliminiert. Vorzugsweise ist diese Einrichtung so aufgebaut, daß sie eine Gegenkraft bzw. Gegenmoment zur unerwünschten Kraft aufbaut. Dies wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, daß während des Spannvorganges durch eine einstellbare Zwangsführung eines sich gegen das Werkstück bewegenden Spannbacken die entsprechende Gegenkraft aufgebaut wird. Die notwendige Gegenkraft ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung mittels einer Verstelleinrichtung für ein Führungselement des Spannbacken einstellbar, wobei die Einstellung von Hand oder automatisch erfolgen kann. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Gegenkraft nach Beendigung des Spannvorganges aufzubauen.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann die Spanneinrichtung mit einer Vakuumspannplatte baulich vereinigt sein, wodurch sich der Vorteil der freien Positionierbarkeit der Spanneinrichtung auf einem Vakuumtisch ergibt. Der Vakuumtisch ist vorteilhaft so mit Saugöffnungen versehen, daß in jeder beliebigen Lage der Vakuumspannplatte bzw. der Spanneinrichtung diese Elemente auf dem Vakuumtisch fixierbar sind. Zur verbesserten Anpassung an die Werkstückgeometrie kann die Spanneinrichtung auf der Vakuumspannplatte drehbar vorgesehen sein.

Wenn die Spanneinrichtung zwei unabhängig voneinander betätigbare Spannbacken aufweist, dann kann die Spannvorrichtung so dimensioniert werden, daß ein Spannbacken ausreichende Haltekräfte aufbringt. Dadurch wird es möglich, in Abhängigkeit von der Arbeitsstellung eines Werkzeuges einen der Spannbacken abzustellen, so daß das Werkzeug freien Arbeitsraum hat. Besonders vorteilhaft sind Spanneinrichtungen mit pneumatischem Arbeitszylinder und mit einem Kniehebelgetriebe betätigten Spannbacken.

Wenn die Spanneinrichtung als Einzelspannelement ausgebildet ist, dann kann bei Verwendung eines zweigliedrigen, abgewinkelten Spannbackens jedes Glied zur verbesserten Anpassung an die Werkstückgeometrie in seiner Länge verstellbar vorgesehen sein. Am Ende eine Spannbacken können Druckstücke austauschbar vorgesehen sein, wobei die Druckstücke der Form der Werkstücke besonders angepaßt sein können.

Es ist bei einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die erste Verstellvorrichtung an einer vertikal verstellbaren zweiten Verstellvorrichtung befestigt ist, wobei zur vertikalen Führung der zweiten Verstellvorrichtung Linearführungen und zur Rückstellung der zweiten Verstellvorrichtung Rückstellfedern vorgesehen sein können.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich den Erfindungsgegenstand unabhängig von einem Arbeitstisch zu betreiben, so ist es auch denkbar die Erfindung auf Basis eines Schraubstockes oder einer Konsole und dergleichen zu verwirklichen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben werden, es zeigen:

Fig. 1: ein Schema einer Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes mit einem Doppelspanner,

Fig. 2: einen Doppelspanner mit einem Kniehebelsystem und geöffnetem Spannhebel,

Fig. 3: den Doppelspanner nach Fig. 2 mit einem Kniehebelsystem und geschlossenem Spannhebel,

Fig. 4: eine Detailansicht eines Kniehebelsystems des in Fig.2 und 3 gezeigten Doppelspanners,

Fig. 5: eine Spannvorrichtung mit einem Einzelspanner in drei Ansichten,

Fig. 6: eine Spannvorrichtung aus mehreren Einzelspannelementen,

Fig. 7: eine Spannvorrichtung mit mehreren wechselweise aneinandergereihten Einzelspannern,

Fig. 8 und 9: eine Spannvorrichtung mit einem Einzelspanner mit einer einstellbaren Führung,

Fig. 10: einen Einzelspanner mit einer positionsveränderbaren Unterlage für ein Werkstück,

Fig. 11: eine Spannvorrichtung mit einem keilförmigen Spannelement,

Fig. 12 und 13: einen Doppelspanner mit positionierbarer Stütze,

Fig. 14: eine Ausführung mit einem gabelförmigen Spannarm,

Fig. 15: eine Spannvorrichtung mit dem Werkstück angepaßter Werkstückunterlage, und

Fig. 16: eine Spannvorrichtung mit mehrteiliger Werkstückunterlage.

Die Figur 1 zeigt einen Arbeitstisch 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht. Der eben ausgeführte Arbeitstisch 1 besitzt ein Raster von durchgehenden Bohrungen 2, die mit einem Vakuumsystem verbindbar sind, was schematisch durch die dargestellte Vakuumpumpe 3 angedeutet sein soll. Die Abstände der Bohrungen 2 sind auf die Abmessungen von Saugplatten 4 ausgelegt, so daß es möglich ist, eine Saugplatte 4 in einer beliebigen Position auf dem Arbeitstisch 1 zu fixieren. Eine Saugplatte 4 besitzt unten liegend einen Hohlraum 5, der mit der Vakuumpumpe 3 evakuiert werden kann. Eine Dichtung 6 zwischen einem Auflagerand der Saugplatte 4 und dem Arbeitstisch 1 gewährleistet die Aufrechterhaltung des Vakuums und damit der Haltekräfte der Saugplatte 4 auf dem Arbeitstisch 1. Über Bohrungen 7, 8 wird das Vakuum an Saugköpfe 9, 10 verteilt, die eine Auflage für einen Doppelspanner 11 bilden. Der Doppelspanner 11 besteht aus einer Grundplatte 12 und einem auf der Grundplatte 12 um eine Achse 13 drehbaren Spannaufsatz, der in beliebiger Drehstellung fixierbar ist. Der Spannaufsatz besteht aus einem Gestell 14, in dem zwei abgewinkelte Hebel 15, 16 mit an den Enden sitzenden Backen 17, 18 um Horizontalachsen 19, 20 schwenkbar gelagert sind. Der Hebel 16 befindet sich in Spannposition. Er erzeugt über ein nicht dargestelltes Kniehebelgetriebe und pneumatische Antriebselemente Spannkräfte F auf ein Werkstück 21 gegen eine Unterlage 22. Dadurch, daß der Hebel 15 in seine Ruheposition gebracht ist, besteht Wirkungsfreiheit für ein Werkzeug 23 zur Bearbeitung des Werkstückes 21 auf der Seite des Hebels 15. Die Pneumatikleitungen 24, 25 für die Antriebselemente der Hebel 15, 16 stehen mit einer Maschinensteuerung 26 in Verbindung. Die Maschinensteuerung 26 bewirkt die Positionierung des Werkzeuges 23 und das An- und Abstellen eines der Hebel 15 oder 16. Das Werkstück 21 bleibt in jedem Fall sicher gespannt, wobei eine Kollision der Hebel 15, 16 mit dem Werkzeug 23 ausgeschlossen ist.

Bei langgestreckten und gekrümmten Werkstücken können mehrere Paarungen aus Spannplatten 4 und oben beschriebenen Spannaufsätzen verwendet werden.

Anhand der Fig. 2-4 soll ein Doppelspanner mit einem Kniehebelsystem 27 beschrieben werden, der zusammen mit einer Vakuumspannplatte verwendet werden kann. Wie in Fig. 2 und 3 für einen von zwei Spannhebeln 28 näher gezeigt, enthält der Doppelspanner in einem Gestell 29 einen auf einem Lagerbock 30 befestigten Fahrzylinder 31, eine mit dem Kniehebelsystem 27 gekoppelte abgewinkelte Druckplatte 32 und einen von oben wirkenden Spannzylinder 33. Am Ende des Spannhebels 28 sitzt ein Spannbacken 34 mit einem Druckstück 35. Wie in Fig. 4 näher gezeigt, besteht das Kniehebelsystem 27 aus einer U-förmigen Schaltklaue 36, die mit dem Kolben des Fahrzylinders 31 gekoppelt ist. Zwischen den Schenkeln der Schaltklaue 36 sind zwei Paare von Hebeln 37,38 und 39,40 schwenkbar gelagert. Die außen liegenden, längeren Hebel 37,38 sitzen jeweils auf Lagerbolzen 41, 42 am Ende der abgewinkelten Druckplatte 32 und an einem Ende der innen liegenden, kürzeren Hebel 39,40. Jeweils das andere Ende der innen liegenden Hebel 39,40 sitzt auf einem Lagerbolzen 43 am Spannhebel 28. Der Spannhebel 28 besteht aus zwei flachen Teilen, die mit Distanzstücken 44 voneinander beabstandet sind. Der Spannhebel 28 ist wie dargestellt abgewinkelt und auf der von dem Spannbacken 34 abgewandten Seite auf einem Lagerbolzen 45 an der Druckplatte 32 gelagert. Die Druckplatte 32 ist schwenkbar am Gestell 29 in einem Lagerbolzen 46 gehaltert.

In Fig. 2 ist der Doppelspanner im geöffneten Zustand gezeigt. Durch Aktivieren eines nicht dargestellten 5/2-Handhebelventils fährt der Kolben des Fahrzylinders 31 aus und gleichzeitig erhält ein 3/2-Wege-Verzögerungsventil Druckluft. Beim Ausfahren des Kolben des Fahrzylinders 31 wird über das Kniehebelgetriebe 27 der Spannhebel 28 in die in Fig. 3 gezeigte Spannposition gebracht. Nach dem Ablauf der Verzögerungszeit des 3/2-Wege-Verzögerungsventils wird der Spannzylinder 33 in Richtung der Druckplatte 32 ausgefahren. Der Spannzylinder 33 drückt die Druckplatte 32 mit allen daran befestigten Teilen nach unten. Dadurch entstehen die Spannkräfte die über den Spannhebel 28, den Spannbacken 34 und das Druckstück 35 auf ein Werkstück 47 ausgeübt werden, welches auf einer Unterlage 48 bzw. auf der Oberseite des Gestells 29 aufliegt. In Spannposition bilden die innenliegenden Hebel 39, 40 eine Verriegelung, so daß der Spannhebel 28 arretiert ist und nicht wegdrehen kann. Beim Lösen der Spannvorrichtung wird die Druckluftbeaufschlagung des Spannzylinders 33 aufgehoben. Eine nicht dargestellte Feder zieht die Druckplatte 32 mit den daran befestigten Teilen zurück in die Ausgangsstellung. Der Spannhebel 28 geht zurück in die in Fig. 2 gezeigte Position.

Die in Fig. 5 gezeigte Spannvorrichtung zeigt einen Einzelspanner. Die Spannvorrichtung enthält ein erstes Linearverstellelement 49. Das Linearverstellelement 49 ist an einer Deckplatte 50 eines Gehäuses befestigt. Das Gehäuse besteht weiterhin aus Seitenplatten 51, 52, 53 und einer Grundplatte 54. Die Grundplatte 54 ist mit nicht weiter dargestellten Mitteln auf einer Arbeitsplatte 55 befestigt. Das Linearverstellelement 49 ist geeignet, eine an ihm befestigte Halteplatte 56 in vertikaler Richtung 57 zu verstellen. Das Linearverstellelement 49 kann hydraulisch, pneumatisch oder von Hand mechanisch betätigt werden. An der Halteplatte 56 ist ein zweites Linearverstellelement 58 befestigt. Das Linearverstellelement 58 enthält einen im wesentlichen horizontal wirkenden pneumatischen Arbeitszylinder 59, an den ein Schwenkmechanismus 60 gekoppelt ist, der um Schwenkachsen 61, 62 einen aus zwei Armen 63, 64 bestehenden Spannbacken 65 aus einer Ruheposition in die dargestellte Arbeitsposition bringen kann, so wie es bereits zu den Fig. 1-4 beschrieben wurde. Der Arm 63 ist aus zwei Teleskopstücken 66,67 aufgebaut, damit in seiner Länge verstellbar und an die Höhe h eines Werkstückes 68 anpassbar. Ein Klemmstück 69 verhindert ein Auseinanderdriften der Teleskopstücke 66, 67. Am Ende des Teleskopstückes 67 befindet sich ein Koppelstück 70 für den zweiten Arm 64. Der zweite Arm 64 ist austauschbar und in der angegebenen Richtung 71 im Koppelstück 70 verstellbar vorgesehen. Der Arm 64 ist im Koppelstück 70 geklemmt. An den dem Werkstück 68 zugewandten Ende des Armes 64 ist ein Druckstück 72 um eine Achse 73 schwenkbar befestigt. Das Druckstück 72 kann der Werkstückoberfläche angepaßt andere Formen, z.B. prismenförmige oder runde Formen, annehmen. Das Werkstück 68 liegt zum Spannen auf einer Unterlage 74, die auf der Deckplatte 50 aufliegt.

Das Spannen des Werkstückes 68 gegen die Unterlage 74 wird bewerkstelligt, indem das Linearverstellelement 49 betätigt wird. Der Spannbacken 65 bewegt sich bei Betätigung des Linearverstellelementes 49 aus der gezeigten Arbeitsposition in vertikaler Richtung 75 gegen das Werkstück 68 in seine Spannposition. Die Wirkungslinie 76 der Spannkraft verläuft senkrecht zur Symmetrieachse des Werkstückes 68, so daß durch das Spannen keine oder nur geringste Kippmomente am Werkstück 68 wirken. Während seiner Vertikalbewegung läuft die Halteplatte mit allen daran gekoppelten Teilen in vier Vertikalführungen 77. Im Einzelnen bestehen die Vertikalführungen 77 jeweils aus einem an der Halteplatte 56 befestigten zylindrischen Führungsbolzen 78, der spielfrei in einer Hülse 79 gleitet, die an der Grundplatte 54 befestigt ist. Zwischen der Grundplatte 54 und dem Grund einer Bohrung 80 im Führungbolzen 78 befindet sich jeweils eine Druckfeder 81, die eine Rückstellung der Halteplatte 56 bzw. des Spannbacken 65 bewirkt, sobald die Kraftwirkung des Linearverstellelementes 49 außer Betrieb gesetzt wird. Außer einer Gleitpaarung zwischen Führungsbolzen 78 und Hülsen 79 kommen Präzisionspaarungen mit Wälzkörpern, wie Kugeln oder Rollen, in Frage.

In den Figuren 6 und 7 sind Anwendungen der zu Fig. 5 beschriebenen Spannvorrichtung gezeigt. Das Werkstück 80 in Fig. 6 weist eine mehrfach abgewinkelte Form auf. Mehrere gleichartige Einzelspanner 81 sind wechselseitig entlang der Kontur des Werkstückes 80 in einer Dichte angeordnet, die ein sicheres Halten des Werkstückes 80 gewährleistet.

Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Einzelspanner 82-85 dicht aneinander gereiht. In dieser Anordnung stützen sich die Einzelspanner 82-85 gegenseitig, wobei zusätzlich durch das in Bezug auf die Werkstückmittelachse wechselseitige Spannen besonders hohe Haltekräfte für ein Werkstück 86 erreicht werden können.

In den Figuren 8 und 9 sind jeweils in geöffnetem und geschlossenem Zustand ein Einzelspanner gezeigt, der besondere Führungselemente für einen zweigliedrigen Spannbacken 87 aufweist. Zum besseren Verständnis ist in den Fig. 8 und 9 ein x-y-z-Koordinatensystem eingeführt. Das erste Glied besteht aus einem Hebelarm 88 mit einem Gewindestück 89. Auf das Gewindestück 89 ist ein Führungsstück 90 geschraubt und mit einer Mutter 91 drehgesichert. Das Führungsstück 90 besitzt zwei seitlich eingefräste Führungsschlitze 92, die parallel zu Achse des Gewindestückes 89 liegen. Das zweite Glied des Spannbacken 87 ist auf das Gewindestück 89 aufgeschraubt und ebenfalls mit einer Mutter 93 gesichert. Das zweite Glied ist als Hebelarm 94 ausgebildet, wobei am Ende ein um eine Achse 95 schwenkbares Druckstück 96 angeordnet ist. Der Hebelarm 88 ist mit Elementen 97, 98, 99 eines nicht weiter dargestellten Kniehebelgetriebes verbunden. Durch die Aktion eines Arbeitszylinders kann das Kniehebelgetriebe bewirken, daß der Spannbacken 87 aus einer in Fig. 8 gezeigten Ruheposition in die in Fig. 9 gezeigte Arbeitsposition gebracht wird. In der Arbeitsposition liegen die Führungsschlitze 92 im wesenlichen vertikal in z-Richtung. Wenn durch die Aktion einer zweiten Verstellvorrichtung der komplette Spannbacken 87 aus der Arbeitsposition in eine Spannposition in Anlage an ein Werkstück gebracht wird, dann bewegt sich der Spannbacken 87 in Richtung des Pfeiles 100 nach unten. Bei dieser Bewegung kommen in die Führungsschlitze 92 Indexbolzen 101, 102 in Eingriff, die sich jeweils an einer Halterung 103, 104 befinden. Die Indexbolzen 101, 102 und die Führungsschlitze 92 bewirken eine Zwangsführung des Spannbacken 87 bei seiner Abwärtsbewegung. Die Abwärtsbewegung kann dabei neben der vertikalen eine horizontale, in y-Richtung liegende Komponente aufweisen. Der Betrag der y-Komponente ist einstellbar, wozu die Halterungen 103, 104 als Wippen ausgebildet sind. Die Halterungen 103, 104 sind mit jeweils zwei Justierschrauben 105-108 an einer vertikalen Seitenwand 109 der Spannvorrichtung befestigt. Die der Seitenwand 109 zugewandten Flächen der Halterungen 103, 104 bestehen aus zwei ebenen Flächen, die winklig zueinander stehen. Die Schnittlinien der Flächen bilden jeweils eine Kante 110, 111, die parallel zur x-Richtung liegen und eine Kippachse der Halterung 103 bzw.104 darstellen. Die Kanten 110, 111 sitzen in einer Rille 112, welche in x-Richtung in der Seitenwand 109 eingebracht ist. Mit Hilfe der Justierschrauben 105-108 können die Halterungen 103, 104 in Richtung des Pfeiles 113 verkippt werden. Der jeweilige außerhalb der Kippachse an der Halterung 103, 104 angeordnete Indexbolzen 101, 102 wird dabei ebenfalls eine Verdrehung um die Kippachse vollführen, wobei seine Position in y-Richtung verändert wird.

Im Übrigen besteht die Spanneinrichtung aus einer Grundplatte 114, einer Deckplatte 115 und weiteren Seitenwänden 116, 117. Wenn ein Werkstück zwischen Druckstück 96 und einer auf der Deckplatte 115 befindlichen Unterlage 118 gespannt werden soll, dann ist es erwünscht, daß die über das Druckstück 96 auf das Werkstück ausgeübten Spannkräfte durch die Schwerpunktlinie des Werkstückes verlaufen, andernfalls würden unerwünschte Kippmomente auf das Werkstück wirken. Dadurch, daß beim Spannen des Werkstückes der Spannbacken 87, wie oben bereits ausgeführt, eine Bewegung in y-Richtung ausführen kann, ist es möglich, die Kippmomente verursachenden Kräfte durch Einstellung der Position der Indexbolzen 101, 102 zu kompensieren.

Zur Kompensation besagter unerwünschter Kippmomente sind Ausführungen mit automatischen Verstellelementen der Spannbacken möglich. Bei so einer Variante werden die Kippmomente bzw. Kippkräfte gemessen und automatisch ausgeglichen.

Der in Fig. 10 gezeigte Einzelspanner entspricht in den wesentlichen Teilen dem bereits mit Fig. 8 bzw. 9 beschriebenen Einzelspanner. Die Besonderheit des Einzelspanners nach Fig. 10 besteht in der Ausführung der Unterlage 119 unter ein zu spannendes Werkstück. Die Unterlage 119 ist seitlich an der Deckplatte 120 um einen Stift 121 in der eingezeichneten Richtung 122 drehbar gelagert. Beim Verschwenken in besagter Richtung 122 gleitet die Unterlage 119 auf der Oberfläche der Deckplatte 120. Der Stift 121 ist in einem Schieber 123 befestigt, der mit Hilfe von Gewindestiften 124, 125 in einer horizontalen Richtung 126 verschoben werden kann, die parallel zu der in Fig. 8 bzw. 9 eingeführten y-Richtung liegt. Durch die Möglichkeit der Verschiebung und Verdrehung der Unterlage 119 ist eine optimale Verteilung der Spannkräfte für jede beliebige, insbesondere gekrümmte Werkstückform möglich.

Bei dem in Fig. 11 gezeigten Einzelspanner ist auf einer Grundplatte 127 ein Gehäuse 128 aufgebaut, das Verstellvorrichtungen für einen zweiarmigen Spannbacken 129 beherbergt. Eine erste Verstellvorrichtung bewirkt eine Verschwenkung des Spannbacken 129 um eine horizontal liegende Achse 130. Eine zweite Verstellvorrichtung bewirkt eine Verschiebung in vertikaler Richtung 131. Die Oberseite des Gehäuses 128 bildet die Werkstückauflage 132 für ein Werkstück 133. Das Werkstück 133 liegt zwischen einem Stützelement 134, welches an dem Gehäuse 128 befestigt ist, und einer Kathetenfläche eines keilförmigen Druckstückes 135. Das prismatische Druckstück 135 hat den Querschnitt eines rechtwinkligen, ungleichschenkeligen Dreiecks. Mit der zweiten Kathetenfläche gleitet das Druckstück 135 in der Ebene der Werkstückauflage 132. Die Hypothenusenfläche des Druckstückes 135 ist mit der Hypothenusenfläche eines Keiles 136 gepaart, der ebenfalls einen Querschnitt eines rechteckförmigen Dreieckes aufweist. Der Keil 136 liegt mit der einen Kathetenfläche gegen eine weiteres Stützelement 137, welches am Gehäuse 128 befestigt ist. Das Stützelement 137 und das Druckstück 135 sind mit einer Zugfeder 138 verbunden. Wenn das am Ende des zweiten Armes des Spannbacken 129 sitzende Druckstück 139 durch die Wirkung der zweiten Verstellvorrichtung für den Spannbacken 129 in der angegebenen Richtung 131 gegen die zweite Kathetenfläche des Keiles 136 gedrückt wird, dann bewegt sich der Keil 136 abwärts, so daß das Drückstück 135 in horizontaler Richtung gegen das Werkstück 133 gedrückt wird. Das Werkstück 133 wird gegen das Stützelement 134 gespannt. Beim Entspannen des Werkstückes 133 wird der Spannbacken 129 in Richtung 131 nach oben bewegt. Die Zugfeder 138 zieht das Druckstück 135 in Richtung des Stützelementes 137, wodurch das Werkstück 133 freigegeben und der Keil 136 bis zu einem Anschlag nach oben bewegt wird. Die Besonderheit bei diesem Einzelspanner ist, daß der Spannbacken 129 nicht unmittelbar zum Spannen des Werkstückes 133 dient, sondern die vertikalen Spannkräfte des Spannbacken 129 mit Hilfe des Keiles 136 in horizontale Spannkräfte umgewandelt werden.

In den Figuren 12 und 13 ist ein Doppelspanner mit zwei Spannbacken 140, 141 gezeigt, die wechselweise zum Spannen verwendet werden. Die Spannbacken 140, 141 besitzen den zu Fig. 11 beschriebenen Aufbau. Sie sind jeweils um Achsen 142, 143 schwenkbar und vertikaler Richtung 144 verschiebbar. Der Doppelspanner umfaßt ein Gehäuse 145 mit einer Auflagefläche 146. Weiterhin enthält der Doppelspanner eine an- und abstellbare Werkstückstütze 147. Die Werkstückstütze 147 ist um eine Achse 148 schwenkbar und entlang einer Gradführung 149 horizontal positionierbar. Unter einem zu spannenden Werkstück 150 befindet sich eine feste Unterlage 151. Der Spannvorgang läuft im Einzelnen wie folgt ab: Wie in Fig. 12 näher gezeigt, wird das prismatische Werkstück 150 mit rechteckförmigen Querschnitt zunächst vom Spannbacken 141 gehalten. Das Druckstück 152 des Spannbacken 141 übt in vertikaler Richtung 144 eine Spannkraft auf das Werkstück 150 aus. Die Wirkungsrichtung 153 der Spannkräfte verläuft annähernd durch die Mitte der Unterlage 151. Die Werkstückstütze 147 und der zweite Spannbacken 142 sind in abgeschwenkter Position. Mit einem Werkzeug, wie z.B. einem Formfräser, ist es möglich, die gestrichelt dargestellte Kontur 154 des Werkstückes 150 auszuspanen. Das Werkzeug wird weder durch den Spannbacken 142 noch von der Unterlage 151 in seiner Funktion behindert. Nach Fertigstellung der Kontur 154 wird zunächst die Werkstückstütze 147 auf die in Fig. 13 gezeigte Position gefahren. Die Werkstückstütze 147 liegt dann an einer horizontalen Fläche 155 der zuvor ausgearbeiteten Kontur 154. In einem weiteren Schritt wird der Spannbacken 142 in Spannposition gebracht. Das Druckstück 156 des Spannbacken 142 übt eine Spannkraft in vertikaler Richtung 144 auf das Werkstück 150 aus. Die Wirkungsrichtung 157 der Spannkräfte verläuft annähernd zwischen der vertikalen Projektion der Auflagelinie der Werkstückstütze 147 an der Fläche 155 und der vertikalen Mittelachse 158 der Unterlage 151. Wie in Fig. 13 gezeigt, wird der Spannbacken 141 zur Freigabe der Bearbeitung einer zweiten Kontur 159 abgeschwenkt. Die Lage der Unterlage 151 unter dem Werkstück 150 und die Position der Werstückstütze 147 ist so gewählt, daß auch bei Wirkung von Bearbeitungskräften stets eine sichere Spannung gewährleistet ist.

In Fig. 14 ist ein Spannbacken mit einem gabelförmigen Spannarmende dargestellt. Das Spannarmende ist mit zwei Auslegerteilen 160, 161 ausgebildet, die um einen Befestigungspunkt 162 schwenkbar sind. Am Ende der Auslegerteile 160, 161 sitzen Hebelarme 163, 164, die jeweils um Achsbolzen 165, 166 schwenkbar sind. Die Hebelarme 163, 164 besitzen Langlöcher 167, 168, durch die die Achsbolzen 165, 166 ragen. Die wirksame Hebellänge ist durch Verschieben der Hebelarme 163, 164 in den Langlöchern 167, 168 einstellbar. An den Enden der Hebelarme 163, 164 befinden sich Druckstücke 169, 170, die beim Spannen mit einem Werkstück in Kontakt sind. Nach dem Einrichten des Spannbacken auf die Abmessungen des Werkstückes werden die Positionen der Hebelarme 163, 164 an den Auslegerteilen 160, 161 und der Auslegerteile 160, 161 an dem Befestigungspunkt 162 fixiert.

Die in Fig. 15 dargestellte Spannvorrichtung mit einem Spannbacken 171 enthält eine Werkstückunterlage 172 und ein Druckstück 173, welche der Form eines Werkstückes 174 angepaßt sind. Im Übrigen ist die Spannvorrichtung so aufgebaut, wie es zu Fig. 11 beschrieben wurde. Das Werkstück 174 weist einen quadratischen Querschnitt auf. Um mit einem Werkzeug die dargestellte Kontur 175 ausfräsen zu können, ist das Werkstück 174 über seine Diagonale gespannt. Hierzu sind in der Werkstückunterlage 172 eine rechtwinklige Nut 176 und in dem Drückstück 173 eine rechtwinklige Kerbe 177 eingearbeitet. Die Werkstückunterlage 172 ist am Gehäuse 178 der Spannvorrichtung befestigt.

Bei der in Fig. 16 gezeigten Variante einer Spannvorrichtung mit einem Spannbacken 179 werden mehrere Werkstückunterlagen 180, 181, 182 zum Spannen eines Werkstückes 183 auf einer Werkstückauflage 184 verwendet. Die gleichartigen Werkstückunterlagen 180, 181, 182 sind so horizontal versetzt zueinander angeordnet, daß sie mit jeweils einer Seitenfläche an einer vorhandenen Kontur 185 des Werkstückes 183 anliegen und diesem beim Bearbeiten mit einem Werkzeug seitlichen Halt geben.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1: Arbeitstisch
2: Bohrung
3: Vakuumpumpe
4: Saugplatte
5: Hohlraum
6: Dichtung
7: Bohrung
8: Bohrung
9: Saugkopf
10: Saugkopf
11: Doppelspanner
12: Grundplatte
13: Achse
14: Gestell
15: Hebel
16: Hebel
17: Backe
18: Backe
19: Horizontalachse
20: Horizontalachse
21: Werkstück
22: Unterlage
23: Werkzeug
24: Pneumatikleitung
25: Pneumatikleitung
26: Maschinensteuerung
27: Kniehebelsystem
28: Spannhebel
29: Gestell
30: Lagerbock
31: Fahrzylinder
32: Druckplatte
33: Spannzylinder
34: Spannbacken
35: Druckstück
36: Schaltklaue
37: Hebel
38: Hebel
39: Hebel
40: Hebel
41: Lagerbolzen
42: Lagerbolzen
43: Lagerbolzen
44: Distanzstück
45: Lagerbolzen
46: Lagerbolzen
47: Werkstück
48: Unterlage
49: Linearverstellelement
50: Deckplatte
51: Seitenlatte
52: Seitenplatte
53: Seitenplatte
54: Grundplatte
55: Arbeitsplatte
56: Halteplatte
57: Richtung
58: Linearverstellelement
59: Arbeitszylinder
60: Schwenkmechanismus
61: Schwenkachse
62: Schwenkachse
63: Arm
64: Arm
65: Spannbacken
66: Teleskopstück
67: Teleskopstück
68: Werkstück
69: Klemmstück
70: Koppelstück
71: Richtung
72: Druckstück
73: Achse
74: Unterlage
75: Richtung
76: Wirkungslinie
77: Vertikalführungen
78: Führungsbolzen
79: Hülse
80: Werkstück
81: Einzelspanner
82: Einzelspanner
83: Einzelspanner
84: Einzelspanner
85: Werkstückmittelachse
86: Werkstück
87: Spannbacken
88: Hebelarm
89: Gewindestück
90: Führungsstück
91: Mutter
92: Führungsschlitz
93: Mutter
94: Hebelarm
95: Achse
96: Druckstück
97: Element
98: Element
99: Element
100: Pfeil
101: Indexbolzen
102: Indexbolzen
103: Halterung
104: Halterung
105: Justierschraube
106: Justierschraube
107: Justierschraube
108: Justierschraube
109: Seitenwand
110: Kante
111: Kante
112: Rille
113: Pfeil
114: Grundplatte
115: Deckplatte
116: Seitenwand
117: Seitenwand
118: Unterlage
119: Unterlage
120: Deckplatte
121: Stift
122: Richtung
123: Schieber
124: Gewindestift
125: Gewindestift
126: Richtung
127: Grundplatte
128: Gehäuse
129: Spannbacken
130: Achse
131: Richtung
132: Werkstückauflage
133: Werkstück
134: Stützelement
135: Druckstück
136: Keil
137: Stützelement
138: Zugfeder
139: Druckstück
140: Spannbacken
141: Spannbacken
142: Achse
143: Achse
144: Richtung
145: Gehäuse
146: Auflagefläche
147: Werkstückstütze
148: Achse
149: Gradführung
150: Werkstück
151: Unterlage
152: Druckstück
153: Wirkungsrichtung
154: Kontur
155: Fläche
156: Druckstück
157: Wirkungsrichtung
158: Mittelachse
159: Kontur
160: Auslegerteil
161: Auslegerteil
162: Befestigungspunkt
163: Hebelarm
164: Hebelarm
165: Achsbolzen
166: Achsbolzen
167: Langloch
168: Langloch
169: Druckstück
170: Druckstück
171: Spannbacken
172: Werkstückunterlage
173: Druckstück
174: Werkstück
175: Kontur
176: Nut
177: Kerbe
178: Gehäuse
179: Spannbacken
180: Werkstückunterlage
181: Werkstückunterlage
182: Werkstückunterlage
183: Werkstück
184: Werkstückauflage
185: Kontur

Claims

1. Vorrichtung zum Halten eines Werkstückes,
bestehend aus mindestens einer Spanneinrichtung mit einer Werkstückauflage und mindestens einem Spannbacken,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) eine erste Verstellvorrichtung (31,58) vorgesehen ist, mit der der jeweilige Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition verschwenkbar ist,
und daß eine zweite Verstellvorrichtung (33,49) vorgesehen ist, die den jeweiligen Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) aus der Arbeitsposition in Spannposition in Anlage an das Werkstück (21,47,68,80,86) bringt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spanneinrichtung mit einer Vakuumspannplatte (4) baulich vereinigt ist,
wobei die Vakuumspannplatte (4) auf einem ebenen Vakuumtisch (1) entsprechend der Geometrie des Werkstückes (21,47,68,80,86) in eine beliebige Stellung verschiebbar ist und durch Evakuieren eines zwischen der Unterseite der Vakuumspannplatte (4) und der Oberfläche des Vakuumtisches (1) ausgebildeten Hohlraumes (5) in dieser Stellung feststellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spanneinrichtung auf der Vakuumspannplatte (4) um eine Achse (13) senkrecht zur Oberfläche des Vakuumtisches (1) drehbar ist und in beliebiger Drehstellung feststellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehstellung unter Verwendung einer Schraubverbindung feststellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehstellung unter Verwendung eines Vakuums (3) feststellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß für das Feststellen der Vakuumspannplatte (4) in der Drehstellung und der Position auf dem Vakuumtisch (1) jeweils verschiedene Vakuumquellen (3) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine als Doppelspanner ausgebildete Spanneinrichtung zwei unabhängig voneinander betätigbare Spannbacken (15,16) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spanneinrichtung zwei schwenkbare Spannbacken (15,16) aufweist, die gegenüberliegend am Werkstück (21) angreifen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine als Einzelspannelement ausgebildete Spanneinrichtung einen zweigliedrigen, abgewinkelten Spannbacken (65) aufweist, wobei mindestens ein Glied (63,64) in der Länge verstellbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ende eines Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) ein der Form des Werkstückes (21,47,68,80,86) angepaßtes Druckstück (17,72,96,173) austauschbar vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als erste Verstellvorrichtung (31,58) ein Motor oder ein pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder (58) in Verbindung mit mechanischen Stellelementen (60) und einem Kniehebelgetriebe vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als erste Verstellvorrichtung (31) ein Motor oder ein pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder bzw. eine mechanische Verstelleinrichtung und ein Kniehebelgetriebe vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als zweite Verstellvorrichtung (33,49) ein Motor oder ein pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder (49) in Verbindung mit mechanischen Stellelementen (56,78-81) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als zweite Verstellvorrichtung (33) ein Motor oder ein pneumatischer oder hydraulischer Arbeitszylinder bzw. eine mechanische Verstelleinrichtung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Verstellvorrichtung (31,58) an einer vertikal verstellbaren zweiten Verstellvorrichtung (33,49) befestigt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß zur vertikalen Führung der zweiten Verstellvorrichtung (33,49) Linearführungen (77,78,79) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Rückstellen der zweiten Verstellvorrichtung (33,49) aus der Spannposition in die Arbeitsposition mindestens eine Rückstellfeder (81) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) in Abhängigkeit von der Stellung eines das Werkstück (21,47,68,80,86) bearbeitenden Werkzeuges (23) oder einer das Werkstück (21,47,68,80,86) messenden oder inspizierenden Einrichtung vom Werkstück (21,47,68,80,86) an- und abstellbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Spannbacken (15,16,17,18,28,65,87) in seiner Spannposition verriegelbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß eine weitere Verstellvorrichtung vorgesehen ist, welche eine Kraft ausübt bzw. erzeugt, die das Werkstück während oder nach dem Spannen in der ursprünglichen Position hält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bewegung eines Spannbacken (87) aus der Arbeitsposition in die Spannposition die Verstelleinrichtung als eine einstellbare Führung (92,101-108) ausgebildet ist, wobei ein Führungselement (92) an dem Spannbacken (87) angebracht ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß als Führung eine Linearführung aus mindestens einem an dem Spannbacken (87) ausgebildeten Schlitz (92) und einem Führungsbolzen (101,102) besteht, wobei der Führungsbolzen (101,102) in einer einstellbaren Halterung (103,104) befestigt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halterung als Wippe (103,104) ausgebildet ist, wobei mit Hilfe von Stellschrauben (105-108) die Wippe (103,104) um eine Schwenkachse (x,111) drehbar ist und der Führungsbolzen (101,102) mit der Wippe (103,104) in einer Richtung (113) verstellbar ist, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung (100) der Bewegung des Spannbacken (65) aus der Arbeitsposition in die Spannposition liegt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Positionieren und zum Halten der Spanneinrichtung (81-85) auf einem Arbeitstisch (1) oder auf einer Konsole an der Spanneinrichtung vakuumtechnische, magnetische oder mechanische Halteelemente, vorgesehen sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß als mechanisches Halteelement eine Klemmvorrichtung oder Verschraubung vorgesehen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Positionierung die Spanneinrichtung (81-85) mit einer automatisch wirkenden Positioniervorrichtung gekoppelt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Spanneinrichtungen ein modulares Spannsystem (80-86) bilden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebelarm (94) in Ruheposition in eine horizontale Lage gebracht werden kann.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß unter dem Werkstück (21,47,68,80,86) eine in horizontaler Richtung verschwenkbare und/oder verschiebare Unterlage (119) angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterlage (119) drehbar auf einem Schieber (123) befestigt ist, wobei die Drehachse der Unterlage (119) vertikal verläuft und zur Hauptwirkungsrichtung der Spannkraft einen Parallelversatz aufweist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in Spannposition der Spannbacken (129) gegen einen Keil (136) anliegt, dessen Keilflächen jeweils gegen ein an der Werkstückauflage (132) befestigtes erstes Stützelement (137) und gegen ein senkrecht zur Spannbewegung (131) des Spannbacken (129) bewegliches Druckstück (135) anliegen, wobei das Druckstück (135) am Werkstück (133) anliegt und das Werkstück (133) auf der vom Druckstück (135) abgewandten Seite gegen ein zweites an der Werkstückauflage (132) befestigtes Stützelement (134) anliegt.

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Vorrichtung mit zwei Spannbacken (141,142) dem ersten Spannbacken (141) eine erste feste Unterlage (151) für das Werkstück (150) zugeordnet ist und der zweiten Spannbacke (142) eine an- und abstellbare Stütze (147) zugeordnet ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stütze (147) verschiebbar und/oder verschwenkbar vorgesehen ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Spannbacken zwei Druckstücke (169,170) aufweist, deren Abstand zueinander einstellbar ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckstücke (169,170) an Hebeln (163,164) sitzen, die senkrecht zur Wirkungsrichtung der auf ein Werkstück resultierenden Spannkräfte verschiebbar sind,
und die um Achsen (165,166) verschwenkbar sind, die parallel zur Wirkungsrichtung der auf ein Werkstück resultierenden Spannkräfte liegen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Form eines Werstückes (174) angepaßte Werkstückauflage (172) vorgesehen ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstückauflage (180,181,182) mehrteilig ausgebildet ist, wobei mindestens ein Teil seitlich am Werkstück (183) anliegt.