EP2178668A1

EP2178668A1 - Spannvorrichtung und basismodul dafür

Info

Publication number: EP2178668A1
Application number: EP08783445A
Authority: EP
Inventors: Hanspeter Sautter; Jürgen BANHOLZER
Original assignee: SWISSCETEC GmbH
Current assignee: SWISSCETEC GmbH
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-04-28
Also published as: WO2009021345A1; US20110204552A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine universelle Spannvorrichtung für ein einzuspannendes Werkstück, aufweisend ein Gehäuse (1) mit einer mit einem Druckmedium gefüllten Druckkammer (5) und eine das Gehäuse und die Druckkammer abschliessende Abdeckung (2). Im Bereich des Gehäuses befindet sich ein Druckeinleitungselement (4) zur Beaufschlagung des Druckmediums mit Druck, sowie ein Druckübertragungselement zur Übertragung des Drucks des Druckmediums auf ein zu spannendes Spannelement. Das Druckmedium ist ein elastischer Festkörper (6) und der Druck ist über einen Drucksensor (10) variabel einstellbar und kontrollierbar. Vorzugsweise ist das Druckmedium eine einstückige Silikonmasse, über welche ein radial zur Längsachse der Vorrichtung eingeleiteter Druck, über das Druckübertragungselement axial auf das Spannelement übertragen wird.

Description

SPANNVORRICHTUNG UND BASISMODUL DAFÜR

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Spannvorrichtungen für Werkstücke, und betrifft insbesondere eine Spannvorrichtung und ein Basismodul dafür, mit einer mit einem Hydraulikmittel gefüllten Druckkammer gemäss den unabhängigen Patentansprüchen.

Aus der Patentliteratur sind hydraulische Spannvorrichtungen bekannt, bei welchen eine Druckübertragung auf Spannbacken zum Einspannen eines Werkzeugs über ein Hydraulikmittel geschieht. In DE 20 2006 015 097 wird eine solche Spannvorrichtung zum Innen- und Aussenspannen beschrieben. Dabei werden dem hydraulischen Spannzylinder Drucksensoren zugeordnet, um über einen in den jeweiligen Druckkammern erreichten Druck einen gespannten oder losen Zustand der Spannbacken zu erkennen. Die beschriebene Vorrichtung hat, wie sämtliche hydraulischen Spannvorrichtungen, den Nachteil, dass bei Verwendung eines Hydraulikmittels garantiert sein muss, dass der Flüssigkeitskreislauf genauestens abgedichtet ist. Zuverlässig funktionierende Abdichtungen sind bekanntermassen teuer, aufwändig und/oder defektanfällig, insbesondere bei hohen Betriebsdrücken. Ein auslaufendes Hydraulikmittel ist nicht nur aufgrund unerwünschter Verschmutzung der Umgebung zu verhindern, eine auch nur leicht variable Füllmenge wirkt sich stark auf den Druck im Hydrauliksystem aus. Wird ein Werkzeug oder Werkstück zu stark gespannt, können sich Verformungen bis hin zu Brüchen ergeben. Ein zu leicht gespanntes Werkstück kann seine Lage während der Bearbeitung verändern oder sich sogar vollständig lösen. Beides sind unerwünschte bzw. gefährliche Zustände und sind zu vermeiden.

In der aus DE 20 2006 015 097 bekannten Vorrichtung ist der Spanndruck vorbestimmt und über die Druckmessung wird angegeben, ob die Spannbacken sich in einem gespannten oder losen Zustand befinden. Für eine Verwendung für unterschiedliche Werkstücke, welche einen unterschiedlichen Spanndruck erfordern ist die Vorrichtung damit nicht geeignet. Zudem ist diese ,Zwei-Zustands- Anzeige' über die Hydraulikleitungen nicht für genaue Angaben über den am Werkstück herrschenden Spanndruck geeignet.

In WO 2005/044491 wird eine Drehspanneinrichtung für Werkzeuge beschrieben. Darin ist das flüssige Hydraulikmittel durch in einer schmalen Druckkammer angeordnete elastische Feststoffringe ersetzt. Ein Werkzeug einspannende Dehnbüchse, die Feststoffringe, sowie ein Spannring sind massgenau und zentrisch nebeneinander angeordnet. Durch Einschrauben des Spannrings wird die Druckkammer verkleinert und die Feststoffringe übertragen den Druck auf die Dehnbüchse. Um die Feststoffringe von der Drehbewegung zu entkoppeln, ist an einer Stirnfläche ein Gleitring vorgesehen. Zudem muss ein flüssiges Schmiermittel zwischen Feststoffringen und Spannring vorgesehen sein um Reib- und Torsionskräfte zu verhindern. Auch in dieser Vorrichtung ist der gespannte Zustand durch einen Anschlag des Spannrings gegeben. Ein Anpassen eines Spanndrucks, beispielsweise bei einem gewissen Verschleiss der Feststoffkörper ist nicht möglich. Diese Vorrichtung eignet sich ausschliesslich für rotationssymmetrische und toleranzhaltige Werkzeuge.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung und ein Basismodul für eine solche Spannvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile gemäss dem Stand der Technik überwindet, und welche insbesondere einen kompakten Aufbau aufweist und eine universelle Werkstückaufspannung mit einer variablen und kontrollierbaren Druckbeaufschlagung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Spannvorrichtung und das Basismodul, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind.

Die Spannvorrichtung für ein einzuspannendes Werkstück weist ein Basismodul und ein zu spannendes Spannelement auf, welches mit dem Basismodul fest, aber vorzugsweise lösbar, verbunden ist. Dabei geschieht der eigentliche Druck- bzw. Kraftaufbau, der zum Spannen eines Werkstücks benötigt wird im Basismodul, und das eigentliche Spannen des, oder allgemein die Kraftübertragung direkt auf ein Werkstück im Spannelement.

Das Basismodul weist ein Gehäuse mit einer mit einem Druckmedium gefüllten Druckkammer und eine das Gehäuse und die Druckkammer abschliessende Abdeckung auf. Im Bereich des Gehäuses befindet sich ein Druckeinleitungselement zur Beaufschlagung des Druckmediums mit Druck, sowie ein Druckübertragungselement zur Übertragung des Drucks des Druckmediums auf ein zu spannendes Spannelement, wobei das Druckmedium ein elastischer Festkörper ist und der Druck über einen Drucksensor messbar ist.

Der Drucksensor ist dabei vorzugsweise ebenfalls im Gehäuse eingebracht und steht in direktem Kontakt mit dem Druckmedium. Er erlaubt eine ständige Beobachtung und dadurch Einstellung, Variierung und Kontrolle des Drucks, wobei eine Druckanzeige ausserhalb oder auch an der Vorrichtung, elektronisch oder mechanisch, erfolgen kann. Es ist das Verdienst dieser Erfindung unter anderem erkannt zu haben, dass es ein Bedürfnis ist, eine Spannvorrichtung zu schaffen, in welcher ein Spanndruck kontrolliert, und nach Bedarf auch eingestellt und variiert werden kann. Dies erlaubt nicht nur eine vielfältige Ersetzbarkeit der Spann Vorrichtung für die unterschiedlichsten Werkstückformen- und Materialien, es ist damit auch möglich genau reproduzierbare Spanndrücke zu erreichen. Insbesondere die Schaffung eines Basismoduls, welches mit vielfältigen Spannelementen kombiniert werden kann, macht die vorliegende Erfindung universell einsetzbar.

Bis anhin erlaubte eine Spannvorrichtung entweder nur einen bestimmten Spanndruck oder es war der Erfahrung einer Fachperson überlassen, einen möglichst geeigneten Spanndruck für ein bestimmtes Werkstück einzustellen. Mit der

Erfindung ist dank der Möglichkeit einer präzisen Drucküberwachung sogar ein erstmaliges präzises Einstellen eines optimalen Sparundruckes möglich. Anhand der

Druckanzeige kann beispielsweise gesehen werden, wann die Elastizitäts- oder Fliessgrenze eines Werkstücks erreicht ist.

Mit der Verwendung eines elastischen Festkörpers als Druckmedium nutzt die Spannvorrichtung die Vorteile einer hydraulischen Druckübertragungen, ohne jedoch deren Nachteile, die der Einsatz von Hydraulikflüssigkeiten mit sich bringt. Durch den Aufbau des Basismoduls, welcher vorzugsweise ohne jegliche Torsionsbewegung des Druckmediums auskommt, wird dieses geschont, was sich nicht nur auf die Langlebigkeit, sondern auch auf die Präzision und Reproduzierbarkeit der Vorrichtung positiv auswirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Druckübertragungselement entlang einer Längsachse des Basismoduls bewegbar angeordnet, wobei die eigentliche Druckeinleitung jedoch seitlich am Gehäuse vorgenommen wird und auch radial in die Druckkammer eingeleitet wird. Dies geschieht bevorzugt durch eine im Gehäuse eingebrachte Druckeinleitungsschraube, welche mit einem in der Druckkammer angeordneten Druck-Verteilkolben verbunden ist. Dieser verteilt den eingeleiteten Druck auf eine möglichst grosse Fläche des Druckmediums.

Eine seitliche Druckeinleitung erlaubt ein einfaches Aufbringen des Basismoduls bzw. der Spannvorrichtung auf eine Werkbank oder Maschine. In bekannten Spannvorrichtungen geschieht eine Druckbeaufschlagung in der Regel in axialer Richtung zur Spannvorrichtung und zum ebenfalls axial eingespannten Werkstück, also entweder von einer Werkstückseite her oder von der Rückseite der Spannvorrichtung her. Ist die Spannvorrichtung zum Aufsatz auf eine Maschine vorgesehen, ist ein Anschluss oder ein Zugang von der Rückseite entweder umständlich oder erlaubt kein Spannen in montiertem Zustand der Spannvorrichtung. Das erfmdungsgemässe Basismodul und die erfindungsgemässe Spannvorrichtung weisen somit bevorzugt keinerlei Anschlüsse oder Zugänge im Bodenbereich auf, welche während einem Spannprozess zugänglich sein müssten. Damit ist gegebenenfalls auch möglich ein Basismodul bereits zu montieren und ein Spannelement nachträglich am Basismodul anzubringen bzw. ein solches auszuwechseln.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Spannelement zum Innen- und Aussenspannen mehrere, z.B. 6-10, miteinander verbundene Segmente auf. Diese

Segmente entstehen durch radial durchgängige Einkerbungen in einem oberen

Bereich des Spannelements. Ein unterer Bodenbereich des Spannelements ist zusammenhängend und kann eine variable Dicke aufweisen. Eine geringere Dicke verringert eine benötigte Spannkraft, eine grossere Dicke bietet genügend Festigkeit, z.B. für das Eingreifen einer Spannschraube. Mit dem beschriebenen Aufbau ist eine sehr einfache Umstellung der Spannvorrichtung von einem Innen- auf ein Aussenspannen möglich: Beim Aussenspannen wird ein Basismodul mit einem Spannelement versehen, bei dem ein einzuspannendes Werkstück zwischen die Segmente gelegt wird. Dieses Werkstück muss nicht rotationssymmetrisch sein. Die Segmente können bei Bedarf Ausnehmungen in der Form eines einzuspannenden Werkstücks aufweisen. Zum Innenspannen wird das Basismodul mit einem leicht variierten Spannelement versehen, bei dem zwischen den Segmenten ein konisch geformter Zapfen angeordnet sein kann. Dieser wird dann über die Spannschraube axial verschoben und drückt damit die Segmente auseinander, so dass ein Innenspannen eines über das Spannelement geschobenes Werkstück, oder aber auch einer Haltevorrichtung realisiert werden kann. Eine andere Form eines einzuspannenden Werkstücks erfordert somit lediglich ein Anpassen des Spannelements. Aufgrund des einstellbaren Spanndruckes sind keinerlei Änderungen im Spannungserzeugungsbereich notwendig.

Die Verwendung der Vorrichtung ist weder an rotationssymmetrische Werkstücke, noch an toleranzhaltige Werkzeuge gebunden.

Der Aufbau des Basismoduls, aber auch der Spannvorrichtung, in dem sämtliche für ein Spannen benötigten Komponenten untergebracht sind, ist sehr kompakt und lässt auch den Einsatz in beengten Verhältnissen zu. Das Basismodul und die Spannvorrichtung sind möglichst einfach aufgebaut, und vorzugsweise durch ein einfaches Auseinandernehmen in ihre einzelnen Bestandteile zerlegbar. Mit wenig Aufwand bezüglich Zeit und Material ist das Basismodul so an unterschiedliche Einsatzgebiete, z.B. ein Innen- bzw. Aussenspannen, unterschiedliche zu bearbeitende Werkstückformen und Materialien, an ein Aufsetzen auf eine Werkzeugmaschine etc., anpassbar. Dazu stehen vorzugsweise sämtliche sich im Gehäuse befindlichen und zueinander benachbarten Elemente und Komponenten in Kontakt zueinander. Diese sind aber vorzugsweise nicht miteinander verbunden, ausser ihre Funktion macht dies erforderlich, wie beispielsweise die Verbindung einer Spannschraube mit einem Spannelement. Dies erleichtert auch ein einfaches Auseinandernehmen und Zusammensetzen der Vorrichtung, beispielsweise zum Reinigen oder Auswechseln von einzelnen Komponenten.

Eine möglichst symmetrische Anordnung, die vorzugsweise auch gewuchtet ist, ist für den Einsatz des Basismoduls/der Spannvorrichtung für Rotationssprozesse, wie Drehen oder Schleifen, vorteilhaft. Wird die Spannvorrichtung zum Einspannen, jedoch nicht in rotierendem Zustand verwendet, so kann auf eine Auswuchtung verzichtet werden und beispielsweise die Anordnung der einzelnen Elemente der Vorrichtung, insbesondere des Basismoduls, wie beispielsweise Drucksensor und Druckeinleitungselement, im wesentlichen beliebig im Gehäuse, gegebenenfalls auch in einer Abdeckung, angeordnet werden. Auch bezüglich Form und Ausmasse können die einzelnen Elemente, beispielsweise ein Druckeinleitungskolben, auf ihre eigentliche Funktion hin weiter optimiert werden.

Das Basismodul mit Gehäuse mit Druckkammer, Druckmedium und Abdeckung bildet ein an sich unabhängiges System und ist nur über eine Spannschraube mit einem auf das Gehäuse aufgesetzten Spannelement verbunden. Damit ist der eigentliche Spannungserzeugungsbereich im wesentlichen unabhängig davon, welche Form ein einzuspannendes Werkstück hat, ob diese ein zu bearbeitendes Materialstück oder ein einzuspannendes Werkzeug ist, oder ob ein Innen- oder Aussenspannen erforderlich ist. Diese Trennung von Spannbereich und eigentlichem Spannungserzeugungsbereich, macht die Spannvorrichtung und insbesondere das Basismodul einfach und günstig für verschiedene Bereiche einsetzbar. Die Spannelemente können Spannzangen zum Innen- und Aussenspannen, aber auch Spannbacken, Spannelemente mit zwei, drei oder vier Backenfutter, wie Zentrierspanner, oder auch allgemeine Systeme zur linearen Kraftübertragung etc. sein.

Die Spannvorrichtung, insbesondere das Basismodul, ist somit vielfaltig einsetzbar. Mit der Verwendung eines elastischen Festkörpers als Druckmedium nutzt die Spannvorrichtung die Vorteile einer hydraulischen Druckübertragungen, ohne jedoch deren Nachteile, die der Einsatz von Hydraulikflüssigkeiten mit sich bringt. Sie ist günstig in den Produktionskosten und bietet Vorteile bei der Wartung der Vorrichtung.

Der elastische Festkörper ist zudem vorzugsweise aus einem möglichst temperaturbeständigen Material, welches auch unter dem beaufschlagten Druck nicht fliessfähig ist, bspw. eine Kunststoff masse wie sie für z.B. Fensterabdichtungen Anwendung findet. Um eine Temperaturabhängigkeit des Druckmediums weiter zu verringern, kann in die elastische Masse ein anderes Material eingebracht sein, welches z.B. bezüglich Temperatur noch bessere Parameter aufweist. Dies kann ein nicht-elastischer Festkörper, aber auch eine Flüssigkeit sein, welche von der elastischen Masse vollständig umhüllt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand beispielhafter Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Spannvorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang A-A der Figur 1 , Fig. 3 eine Aufsicht auf die geöffnete Spannvorrichtung,

Fig. 4 eine Ansicht auf die Spannvorrichtung gemäss Fig. 1 ,

Fig. 5 ein Basismodul,

Fig. 6 Aufsicht auf das geöffnete Basismodul,

Fig. 7 eine Variante einer Spannzange für ein Innenspannen.

Fig. 8 eine Ausfuhrungsform eines Druckmediums,

Fig.9 a, b eine Variante eines nicht-rotationssymmetrischen Innenspannens

Fig. 10 eine Variante eines Zweibacken-Zentrierspanners,

Fig, 1 1 eine Variante eines Dreibacken-Zentrierspanners.

Figur 1 und 2 zeigen eine Aussen- und eine Schnittansicht (entlang den Schnittlinien A-A) einer Spannvorrichtung mit einem als Spannzange 3 ausgebildeten Spannelement zum Aussenspannen eines Werkstücks. Die Spannvorrichtung umfasst ein, eine Druckkammer 5 aufweisendes, Gehäuse 1, eine das Gehäuse nach oben bzw. werkstückseitig abschli essende Abdeckung 2 und eine auf der Abdeckung aufgebrachte Spannzange 3. Das im wesentlichen zylinderförmige Gehäuse weist ein, im Bezug auf die Längsachse des Zylinders, seitlich im Gehäuse eingebrachtes Druckeinleitungselement 4 auf. Dieses Druckeinleitungselement besteht aus einer Druckeinleitungsschraube 4a, z. B. einer Imbussschraube und einem Einleitungsdruck-Verteilkolben 4b. Die Schraube 4a wird von ausserhalb des Gehäuses seitlich betätigt, elektronisch oder mechanisch, und erlaubt ein Beaufschlagen der Spannvorrichtung mit einem erforderlichen Druck. Die Druckeinleitungsschraube 4a steht, gegebenenfalls über ein Entkopplungselement, mit dem eine Rotations- und Translationsbewegung getrennt wird, mit dem radial bewegbaren Einleitungsdruck-Verteilkolben 4b in Kontakt. Der Verteilkolben wiederum steht in direktem Kontakt mit einem die Druckkammer ausfüllenden Druckmedium 6, was in Figur 3 gestrichelt eingezeichnet ist. Figur 3 zeigt eine Aufsicht in eine Spannvorrichtung mit durchsichtig eingezeichneten Elementen.

Der Verteilkolben 4b erstreckt sich über die gesamte Höhe und weitgehend über die Breite der Druckkammer. Durch ein Anziehen bzw. Eindrehen der Einleitungsschraube 4a wird über den Verteilkolben 4b Druck auf das Druckmedium ausgeübt. Der Verteilkolben ist so gestaltet, dass er den Druck der Einleitungsschraube auf einen möglichst grossen Bereich des Druckmediums verteilen kann. Aufgrund der Elastizität des Druckmediums überträgt sich der Druck nach allen Seiten, auch auf einen, zentral im Gehäuse angeordneten und axial darin beweglich eingebrachten Druckübertragungskolben 7. Dieser steht in direktem Kontakt mit zumindest dem Kopfende einer Spannschraube 8, welche wiederum, vorzugsweise über ein Gewinde, mit der Spannzange 3, verbunden ist. Der Druckübertragungskolben 7 weist einen zylinderförmigen hohlen Schaft zur Aufnahme der Spannschraube auf. Des weiteren weist er einen verbreiterten flächig ausgeführten unteren Bereich mit einer Druckfläche 9 auf. Das Druckmedium steht auch in direktem Kontakt mit dieser Druckfläche 9, so dass der auf das Druckmedium ausgeübte Druck, direkt auf diese Druckfläche 9 wirkt. Der Kolben 7 bewegt sich dadurch nach unten, um dem Druck auszuweichen und drückt dabei die Spannschraube ebenfalls nach unten. Die am gegenüberliegenden Ende der Spannschraube angebrachte Spannzange 3 wird dadurch in ihrem zentralen Bereich nach unten gezogen. Dadurch verformt sich die Spannzange, und die einzelnen Segmente 3 a der Spannzange bewegen sich leicht nach unten und zueinander hin und spannen ein zwischen den Segmenten eingebrachtes Werkstück ein.

Die Elastizität des Druckmediums lässt eine Verformung zu und garantiert auch nach Druckbeaufschlagung einen zuverlässigen Kontakt mit den Wänden der

Druckkammer bzw. den in der Druckkammer befindlichen Komponenten. Dasselbe gilt auch bei einer Druckentlastung. Die Eigenspannung der Spannzange strebt den gelösten, d.h. unbelasteten, Zustand an. Das Druckmedium wird entsprechend entspannt und nimmt seine ursprüngliche Form an. Durch eine genaue Einpassung des Druckmediums in eine Druckkammer ist insbesondere auch ein ständiger Kontakt zu dem, aus rotationssymmetrischen Gründen, auf der gegenüberliegenden Seite der Druckeinleitung eingebrachten Drucksensor 10 gegeben. Dieser ist über einen aussen am Gehäuse eingebrachten Stecker 10 mit einer externen elektronischen Druckanzeige verbind- und ablesbar (nicht eingezeichnet), diese könnte jedoch auch direkt am Gehäuse ablesbar angebracht sein. Entsprechend ist die für ein Spannen wichtige Druckinformation zu jedem Zeitpunkt kontrollier- und einstellbar. Auch Veränderungen eines zu spannenden Werkstücks, beispielsweise ein Erreichen einer Elastizitäts- oder Fliessgrenze, können damit erkannt werden.

Anstelle eines Steckers kann auch eine Schnittstelle für eine kontaktlose Übertragung der Sensorinformation, z. B. via Funk, Infrarot, Bluetooth, etc. vorhanden sein.

Die axiale Bewegung des Druckübertagungskolbens, und damit auch der Spannschraube, liegt in der Regel in einem sehr kleinen Bereich von 0.1 -2mm, vorzugsweise zwischen 0.2mm und 0.8mm, z. B. 0.4mm. Die Ausdehnung der axialen Bewegung kann je nach Grosse der Spann Vorrichtung auch in einem grosseren Bereich variieren, jedoch ist es möglich mit den sehr kleinen

Kolbenbewegungen in der vorliegenden Anordnung, von beispielsweise einem Bruchteil eines Millimeters, ein sehr kompaktes Basismodul und damit auch eine sehr kompakte Spannvorrichtung zu gestalten. Insbesondere kann der Kolben in das abgeschlossene, sehr klein gehaltene Gehäuse integriert werden. Beispielhafte Werte und Masse für eine Ausführungsform sind erreichbare Zugkräfte bis 2OkN, welche in einer Spannvorrichtung mit Gehäuseabmessungen von ca. 100mm Durchmesser und 75mm Höhe erreicht werden können. Die Spannzange weist mehrere, in ihrem Bodenbereich zusammenhängende Spannsegmente 3\ auf. Der Bodenbereich der Spannzange ist zwischen den Segmenten nicht gleichmässig dick, sondern zu den Randbereichen hin gleichmässig ausgedünnt. Eine gewisse Dicke im Bereich der Spannschraube garantiert Festigkeit und Halt. Durch die Ausdünnung gegen den Randbereich hin, wird die benötige Kraft für eine Deformation der Spannzange verringert.

In den Figuren gut zu sehen sind die einzelnen Elemente und ihre geometrische Abstimmung aufeinander. Beispielsweise erstreckt sich der Druckverteilkolben über die gesamte Höhe der Druckkammer und bis an, jedoch nicht in der Bereich des Druckübertragungskolbens 7. Dieser liegt mit seinem verbreiterten Ende in einem ausgesparten Bereich im Boden der Druckkammer. Diese Aussparung wird jedoch vom Kolben ausgefüllt, derart dass die Druckfläche 9 des Kolbens 7 ohne Druckbeaufschlagung bündig zum übrigen Boden der Druckkammer liegt. So entstehen keine, vor allem auch keine temporären, Leerräume in der Druckkammer, welche vom elastischen Druckmedium nicht erreicht werden. Mit der Wahl des Verhältnisses der Fläche des Druckverteilkolbens zur Druckfläche des Druckübertragungskolbens wird im wesentlichen die gewünschte Druckbeaufschlagung und Bewegungsstrecke eingestellt.

Um eine Druckeinleitung empfindlich, mit nur wenig Drehung oder wenig bzw. geringem Kraftaufwand der Druckeinleitungsschraube 4a zu gestalten, wird die Steigung des Gewindes der Schraube entsprechend gewählt. Damit keine Torsionskräfte von der Druckeinleitungsschraube 4a auf den Druckverteilkolben 4b übertragen werden, ist in dieser Ausfuhrungsform in das innen liegende Ende der Schraube 4a ein Entkopplungselement, vorzugsweise eine Kugel eingebracht (in der Figur nicht zu sehen). Dieses Element oder die Kugel ist typischerweise in der Schraube gehalten, aber frei um die Schraubenlängsache rotierbar. Im Falle einer Kugel ist der Bereich, welcher mit dem Druckverteilkolben direkt in Verbindung steht abgeflacht, um die Auflagefläche zwischen Kugel und Kolben zu vergrössern. Durch das Entkopplungselement wird die Rotations- und Translationsbewegung der Schraube getrennt und es wird lediglich die seitlich axiale Bewegung der Einleitungsschraube 4a auf den Verteilkolben 4b übertragen, aber keine Rotationsbewegung.

Figur 4 zeigt eine Schrägansicht der Spannvorrichtung mit Gehäuse 1 , Abdeckung 2, rotationssymmetrischer Spannzange mit acht Spannsegmenten 3% sowie Druckeinleitungselement 4 und Steckeranschluss 1 1 des Drucksensors.

Ein einzuspannendes Werkstück wird zwischen die Segmente 3' der Spannzange gelegt. Ist die Form des einzuspannenden Werkstücks nicht symmetrisch und weder rund noch quadratisch, dann kann in der Spannzange die Form des Werkstücks ausgenommen, bspw. ausgefräst werden. So sind im wesentlichen beliebige Formen von Werkstücken, insbesondere auch exzentrisch einspannbar. Ein Beispiel dazu, für ein Innenspannen, ist in Figur 9a und 9b gezeigt.

Figur 5 zeigt eine Schrägaufsicht auf ein Basismodul 100, hier Spannvorrichtung mit entfernter Spannzange, welche den sehr kompakten Aufbau verdeutlicht. Zu sehen sind eine zentrale Öffnung 14 in einer Vertiefung in der Abdeckung zur Einführung einer Spannschraube. Des weiteren weist die Abdeckung einen Verdrehschutz 12 und weitere Positioniermittel, hier in der Form von zwei gegenüberliegenden Bohrungen auf, in welche entsprechende Vorsprünge einer Spannzange, oder eines anderen Spannelements, einsetzbar sind. Dadurch kann eine Position eines Spannelements und damit auch eines Werkstücks bezüglich Rotation bestimmt und fixiert werden. Die Abdeckung weist zudem einen leicht erhöhten, nach aussen abgerundeten Rand 13 auf. Dieser unterstützt ein gleichmässiges, zentrales Verformen der Spannzangensegmente und bietet genügend Raum für eine axiale Bewegung der

Segmente.

Das Basismodul 100 als eigentlicher spannungserzeugender Bereich der Vorrichtung ist sehr kompakt und durch Aufbringung eines geeigneten Spannelements in unterschiedlichen Spannsituationen oder für die unterschiedlichsten zu spannenden Werkstücke verwendbar.

In der Figur 6 ist eine Schrägaufsicht in ein Basismodul 100 mit entfernter Abdeckung gezeigt. Gut zu sehen ist der Einleitungsdruck-Verteilkolben 4b. Er weist in seiner Mitte eine leichte Aussparung auf der Höhe des Schafts des Druckübertragungskolbens 7 auf. Der Verteilkolben 4b weist eine doppelte Führung im Gehäuse (parallele vertikale Seitenflächen) und in der Abdeckung auf, um ein Verkanten des Verteil kolbens zu verhindern.

Zwischen Gehäuse und Abdeckung kann eine Nut für einen O-Ring vorgesehen sein. Diese Abdichtung dient dazu, die Druckkammer vor Verschmutzungen und Flüssigkeiten von aussen zu schützen..

Figur 7 zeigt sehr schematisch einen Ausschnitt einer Spannvorrichtung im Bereich einer Spannzange 9', wie sie mit einem ansonsten unveränderten Basismodul für ein Innenspannen verwendet werden kann. Im Gegensatz zu einer Aussenspannung wird ein zusätzlicher konisch geformter Zapfen 19 zentrisch in die Spannzange eingebracht, welche dazu einen zentral ausgefrästen Bereich aufweist. Dieser Zapfen steht, vorzugsweise über ein Gewinde, mit der Spannschraube 8 in Verbindung. Wird Druck in eine Druckkammer eingeleitet, so wird die Spannschraube nach unten gezogen und mit ihr der konische Zapfen. Je weiter dieser hinuntergedrückt wird, desto stärker werden die Backen der Spannzange nach aussen gedrückt und eine Innenspannung im Bereich des Umfangs der Spannzange bewirkt.

Der Zapfen kann auch so ausgestaltet sein, dass der Zapfen, und damit auch die Spannschraube von oben her befestigt wird, oder dass auch eine Druckeinleitung axial, über den Zapfen geschieht. Dazu weist der Zapfen entsprechende Schraubmittel 20 auf. Mit den Schraubmitteln wird entweder der gesamte Zapfen eingedreht, oder aber der Zapfen ist mit einer Durchführung versehen, welche ein Anziehen des Zapfens ohne eine Drehung desselben in der Spannzange bewirkt.

In Figur 8 ist schematisch ein Druckmedium 6 gezeigt, wie es im Basismodul 100 bzw. der Spannvorrichtung gemäss den vorhergehenden Figuren verwendet werden kann. Das Druckmedium ist ein Stück eines geeigneten elastischen

Feststoffmaterials, beispielsweise Silikon oder anderer Kunststoff. Das

Druckmedium weist vorzugsweise genau die Ausmasse der Druckkammer auf, so dass sie diese vollständig ausfüllt und eine gleichmässige Druckübertragung auf allen Seiten des Mediums erfolgt. Das Material des Druckmediums weist eine solche

Viskosität auf, dass es auch unter Druckbeaufschlagung nicht durch Ritzen der

Druckkammer fliesst. Im Innenbereich weist das Druckmedium eine zylinderförmige

Aussparung 17 auf, welche in montiertem Zustand dicht am Schaft des

Druckübertragungskolbens 7 anliegt. Abmessungen des Silikonkörpers für ein in den Fig. 1 -6 gezeigtes Gehäuse liegen bei ca. 70mm Durchmesser und 20mm Höhe. Ein geeigneter Härtewert für die Silikonmasse liegt bei ca. 35 Shore A.

Das Druckmedium weist vorzugsweise nur eine möglichst kleine

Temperaturabhängigkeit auf, so dass ein eingestellter Spanndruck bei sich ändernden

Umgebungs- oder Betriebstemperaturen möglichst konstant bleibt. Um eine Temperaturabhängigkeit zu reduzieren, kann im Druckmedium zusätzlich ein weitgehend temperaturunabhängiger Festkörper 18 eingebracht sein. Dieser ist vom Druckmedium vollständig umgeben und kann somit auch nicht-elastisch oder sogar flüssig sein. Ein solcher Festkörper 18 ist in der Figur gepunktet eingezeichnet. Er schwimmt mit der Silikonmasse mit und ist beispielsweise aus Glas, Keramik oder Kohlenstoff.

Figur 9a und 9b zeigen ein nicht-rotationssymmetrisches Werkstück 92, hier konkret einen Einlassstutzen für einen Heliumtank, welches Werkstück zum Weiterbearbeiten, beispielsweise zum Fräsen oder Schweissen, in eine entsprechend gestaltete Spannzange für ein Innenspannen mit zentralem Zapfen 19 eingespannt ist. Das Werkstück 92 weist bis auf einen unteren Rand 94, keinen zylindrischen Bereich auf, welcher in eine konventionelle Spannvorrichtung eingespannt werden könnte. Zudem weist das Werkstück einen nach unten vorstehenden seitlich beabstandeten geraden Rand auf, der ein Einspannen der Werkstücks praktisch verunmöglicht. Die Spannzange 93 der erfϊndungsgemässen Vorrichtung weist nun korrespondierend zum unteren Rand 94 des Werkstücks eine Aussparung auf, in welche der Rand eingelegt und darin gespannt werden kann. Die Aussparung ist nicht zentrisch in der Spannzange 93 eingebracht, sondern seitlich versetzt, derart, dass der vorstehende Rand seitlich ausserhalb zur Spannvorrichtung verläuft.

Das Basismodul 100 ist an einer Halterung 95 angebracht, z.B. angeschraubt, über welche die Spannvorrichtung beispielsweise an eine Werkbank oder Maschine anbringbar ist.

In den Figuren 10 und 11 sind je ein Zwei- und Dreibacken-Zentrierspanner gezeigt. Darin ist ein Basismodul 100, wie es beispielsweise in den Figuren 5 und 6 beschrieben wurde, mit entsprechenden Spannelementen kombiniert. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auf das Basismodul wird ein oder Dreibackenfutter 103,1 13 aufgebracht. Dabei werden zwei bzw. drei horizontal bewegliehe Schieber 1 10.1 1 1 nach innen oder nach aussen gedrückt, je nach Druckbeaufschlagung der Spannvorrichtung. Die Kraftausübung auf die Schieber kann vom Prinzip her ähnlich wie in Figur 7 beschrieben vorgenommen werden: Ein konischer Zapfen korrespondiert mit inneren abgeschrägten Flächen der Schieber (nicht gezeigt) und drückt die Schieber entsprechend nach innen oder aussen um ein Spannen zu bewirken. Die Schieber 103.1 13 sind dabei in seitlichen Rillen R geführt. Dies hat den Vorteil, dass die Mehrzahl von Rillen mit einem herkömmlichen Gewindewerkzeug hergestellt werden können. Sie haben gegenüber einer einzelnen Nut, welche in solchen Vorrichtungen normalerweise üblich ist, auch den Vorteil, dass durch kleinere Rillen keine oder nur eine unwesentliche Schwächung der Schieber, Spannbacken bzw. Spannelemente allgemein erfolgt.

Claims

PATENT ANSPRÜCHE

1. Basismodul (100) für eine Spannvorrichtung für ein einzuspannendes

Werkstück (92), aufweisend ein Gehäuse (1) mit einer mit einem Druckmedium (6) gefüllten Druckkammer (5), eine das Gehäuse und die

Druckkammer abschliessende Abdeckung (2), ferner befinden sich im Bereich des Gehäuses ein Druckeinleitungselement zur Beaufschlagung des

Druckmediums mit Druck, sowie ein Druckübertragungselement zur

Übertragung des Drucks des Druckmediums auf ein zu spannendes Spannelement, wobei das Druckmedium ein elastischer Festkörper ist und der

Druck über einen Drucksensor ( 10) messbar ist.

2. Basismodul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Druckübertragungselement entlang einer Längsachse des Basismoduls bewegbar angeordnet ist und dass ein Druck über das Druckeinleitungselement (4) seitlich zum Basismodul einleitbar ist.

3. Basismodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Druckmedium (6) eine einstückige Silikonmasse ist.

4. Basismodul (100) nach Anspruch 3, wobei vom Druckmedium ein nichtelastischer Festkörper, vorzugsweise ein Glas- oder Keramikkörper, vollständig umschlossen ist.

5. Basismodul (100) nach Anspruch 1 -4, wobei das Druckeinleitungselement (4) als Druckeinleitungsschraube (4a) und mit der Drυckeinleitungsschraube in Verbindung stehender, in der Druckkammer angeordneter Druck-Verteilkolben (4b) ausgestaltet ist.

6. Basismodul nach Anspruch 5, wobei die Druckeinleitungsschraube (4a) bezüglich einer Rotationsbewegung vom Druck-Verteilkolben (4b) getrennt ist.

7. Basismodul (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Drucksensor (10) im Gehäuse ( 1 ) gegenüber der Druckeinleitungsschraube (4a) angeordnet ist.

8. Spannvorrichtung mit einem Basismodul (100) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Spannelement (3) zum Innen- oder

Aussenspannen eines Werkstücks (92).

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Spannelement (3) als mehrere, miteinander verbundene Segmente (3') aufweisende Spannzange ausgestaltet ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Spannzange im wesentlichen zylinderförmig ist, die Segmente (3') durch Einkerbungen in einem oberen Bereich des Zylinders voneinander getrennt sind, und ein unterer Bodenbereich der Spannzange eine variable Dicke aufweist, welche Dicke gegen die Randbereiche der Spannzange abnimmt.

1. Spannvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein von einer Spannzange oder einer Spannschraube auszuführender axialer Spannweg in einem Bereich von 0.1 -2mm liegt.

12. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-1 1 , wobei die Spannzange für ein Aussenspannen in einem oberen Bereich der Spannzange eine, der Form eines einzuspannenden Werkstücks (92), entsprechende Ausnehmung aufweist.

13. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 9-1 1 , wobei für ein Innenspannen im Zentrum der Segmente (3') ein konisch geformter Zapfen (19) angeordnet ist.

14. Spannvorrichtung mit einem Basismodul (100) gemäss einem der Ansprüche 1 -7 und einem als Zentrierspanner ausgebildetem Spannelement.