Die Erfindung betrifft einen Formspannbacken zum Einspannen von Werkstücken der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Spannbacken sind Bestandteile von Spannvorrichtungen, wie sie beispielsweise in Schraubstöcken, Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren zum Festhalten von Werkstücken benötigt werden. Zum Spannen von Profilstäben insbesondere für den Fenster-, Türen- oder Fassadenbau werden bisher Formspannbacken verwendet, die in ihrer Oberflächenkontur der Kontur des einzuspannenden Werkstücks angepaßt sind. Für jeden Werkstücktypus wird also ein spezieller Formspannbacken hergestellt, der im Falle eines Wechsels des zu bearbeitenden Werkstücks in der betreffenden Spannvorrichtung ausgetauscht werden muß. Die bekannten Formspannbacken sind daher wegen der hohen Umrüstzeiten nur in der Serienfertigung bei mittleren und größeren Losgrößen von mindestens 200 Stück, nicht jedoch in der Einzel- oder Kleinserienfertigung wirtschaftlich einsetzbar. Dies gilt besonders für den Einsatz bei großen Reihenbohr- und Fräsmaschinen, in denen eine Vielzahl Spannvorrichtungen mit Formspannbacken zum Einsatz kommen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind Formspannbacken bekannt (US-A-3 211 445), die einen Grundkörper und eine am Grundkörper angeordnete, durch Verschieben des Grundkörpers gegen ein Werkstück bis zum Erreichen einer Spannstellung verformbare und dabei selbsttätig an die Kontur der Werkstückoberfläche anpaßbare Spannfläche aufweisen. Die Spannfläche ist dabei aus einer Vielzahl von relativ zum Grundkörper unabhängig voneinander verschiebbaren und an diesem in der Spannstellung arretierbaren Druckstücken zusammengesetzt. Jedes Druckstück ist mit einem Spannstößel in einer Schubführung des Grundkörpers geführt, wobei die Spannstößel je einen in einen Stößelzylinder des Grundkörpers eingreifenden Stößelkolben tragen und die Stößelzylinder über einen gemeinsamen Hydraulikverteiler in Spannrichtung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind. Beim bekannten Formspannbacken wird als nachteilig empfunden, daß die Druckstücke in ihrer Spannstellung nicht arretiert werden können.
Aus der US-A-2 399 824 und der US-A 3 868 102 ist es bei Formspannbacken zwar an sich bekannt, die Druckstücke bei Erreichen der Sperrstellung mittels handbetätigbarer Absperrventile zu arretieren. Im praktischen Betrieb kommt es aber immer wieder vor, daß einzelne Druckstücke durch das eingespannte Werkstück bei arretierten Absperrventilen mit einer erhöhten Anpreßkraft beaufschlagt werden. Dabei kann es zu einer lokalen punktweisen oder linienförmigen Drucküberhöhung des Werkstücks kommen, die zu einer Verschlechterung der Einspannung oder zu einer unerwünschten Verformung des Werkstücks führen kann.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Formspannbacken der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückkonturen möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß zwischen den einzelnen Stößelzylindern und dem Hydraulikverteiler jeweils ein Absperrventil angeordnet ist und daß die Absperrventile mit dem gleichen Druck aus einem gemeinsamen Hydraulikverteiler beaufschlagt werden Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Absperrventile je einen zweiseitig mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren, in einem Steuerzylinder angeordneten Steuerkolben tragen und daß die Steuerkolben an ihren einander gegenüberliegen Kolbenflächen über zwei getrennte Hydraulikverteiler jeweils gemeinsam mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind.
Die Stößelkolben können auf ihrer dem Hydraulikverteiler gegenüberliegenden Kolbenfläche mit Atmosphärendruck aus der Umgebungsluft beaufschlagt werden.
Die eine, vorzugsweise absperrventilseitige Kolbenfläche der Steuerkolben und die Stößelkolben werden zweckmäßig mit Hydraulikflüssigkeit aus dem gleichen Hydraulikverteiler beaufschlagt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die einander zugeordneten Stößelzylinder und die Steuerzylinder koaxial zueinander ausgerichtet, so daß die Absperrventile über ihre Steuerkolben axial zu den Stößelzylindern betätigt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die Hydrozylinder in einem gemeinsamen Zylinderblock angeordnet sind, während die Absperrventile in einer gemeinsamen, mit dem Zylinderblock verbundenen, vorzugsweise mit diesem verschraubten Ventilplatte angeordnet sind. Die Steuerzylinder können ihrerseits in einer gemeinsamen, mit der Ventilplatte verbundenen, vorzugsweise verschraubten, auf der der Ventilplatte gegenüberliegenden Seite durch eine Grundplatte verschlossenen Zylinderplatte angeordnet sein. Auf diese Weise ist es mit einfachen baulichen Mitteln möglich, den Hydraulikverteiler durch einen zwischen Ventilplatte und Zylinderplatte angeordneten freien Zwischenraum auszubilden, während zwischen Ventilplatte und Grundplatte zusätzlich ein zweiter, mit dem Steuerzylinder kommunizierender Hydraulikverteiler als freier Zwischenraum angeordnet werden kann. Auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Seite kann eine den Zylinderblock verschließende, die Schubführung bildende Durchbrüche für den Durchgriff der Spannstößel aufweisende Deckplatte vorgesehen werden, wobei zwischen Deckplatte und Zylinderblock ein mit den Stößelzylindern verbundener, vorzugsweise mit der Atmosphäre kommunizierender freier Zwischenraum ausgespart werden kann.
Die erfindungsgemäßen Formspannbacken werden mit besonderem Vorteil in Spannvorrichtungen eingesetzt, die einen an einem Maschinengestell in Spannrichtung auf einen vorzugsweise über eine Zentralsteuerung nach Maßgabe der Größe eines einzuspannenden Werkstücks einstellbaren Blockanschlag verfahrbaren Blockschlitten und einen auf dem Blockschlitten in Spannrichtung verfahrbaren, den Formspannbacken tragenden Form- und Spannschlitten aufweisen. Grundsätzlich ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Formspannbacken auch an einem herkömmlichen Schraubstock möglich. Dazu muß lediglich der Grundkörper des Formspannbackens am Spannbacken des Schraubstocks befestigt werden.
Das Einspannen von Werkstücken erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Formspannbacken dadurch, daß zunächst der Grundkörper gegen das Werkstück verschoben und dabei die Spannfläche unter selbsttätiger Anpassung an die Kontur der Werkstückoberfläche verformt wird, und daß die Spannfläche nach Erreichen einer Spannstellung relativ zum Grundkörper unverformbar gestellt und unter Einspannen des Werkstücks mit einer vorgegebenen Haltekraft gegen dessen Oberfläche gedrückt wird. Damit wird erreicht, daß Werkstücke mit weitgehend beliebigen, auch komplizierten Oberflächenkonturen unter automatischem Toleranzausgleich mit großflächiger Anlage bei vollautomatischer Handhabung kraft- und formschlüssig erfaßt werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Der in der Zeichnung dargestellte Formspannbacken 10 besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper 12 und einer Spannfläche 14, die aus einer Vielzahl von unabhängig voneinander relativ zum Grundkörper 12 verschiebbaren Druckstücken 16 aus elastomerem Material zusammengesetzt ist. Die Druckstücke 16 sind am einen Ende je eines Spannstößels 18 angeordnet, der in einer Schubführung 20 des Grundkörpers 12 in Hubrichtung verschiebbar gelagert ist.
Die Spannstößel 18 werden mit ihren Druckstücken 16 hydraulisch in ihre in Fig. 2 gezeigte Ausgangslage verschoben und mit einem hydraulisch betätigbaren Absperrventil 70 in ihrer Spannstellung arretiert. Zu diesem Zweck greifen die Stößel 18 mit einem an ihrem rückwärtigen Ende angeordneten Stößelkolben 72 in einen Stößelzylinder 74 innerhalb des Grundkörpers 12 ein, der bodenseitig über einen Hydraulikverteiler 76 und die durch den konischen Sitz 78 des Absperrventils 70 begrenzte Ventilöffnung 80 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. An ihrem stangenseitigen Ende kommunizieren die Stößelzylinder 74 über einen Verteilerraum 82 und die Öffnung 84' vorzugsweise mit der Umgebungsluft. Die Ventilnadel 84 des Absperrventils 70 wird über einen in einem Steuerzylinder 86 geführten, zweiseitig mit Hydraulikflüssigkeit aus den Verteilerkammern 76 und 88 beaufschlagbaren Steuerkolben 90 betätigt.
Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist der Grundkörper 12 aus mehreren, block- oder scheibenförmigen Bauteilen zusammengesetzt, die durch mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Spannschrauben 50 miteinander verbunden sind. Die Spannzylinder 74 befinden sich dabei in einem gemeinsamen Zylinderblock 92, der stangenseitig durch eine die Schubführungen 20 für die Stößel 18 enthaltende Deckplatte 94 und eine den Anschluß 84' und den Verteilerraum 82 enthaltende Zwischenplatte 96 verschlossen ist. An der bodenseitigen Breitseitenfläche des Zylinderblocks 92 befindet sich eine Ventilplatte 98 mit den Ventilsitzen 78, den Ventilöffnungen 80 und einem zum Verteilerraum 76 führenden Hydraulikanschluß 100. Auf der dem Zylinderblock gegenüberliegenden Seite der Ventilplatte 98 befindet sich eine Zylinderplatte 102 mit den Steuerzylindern 86 zur Aufnahme der Steuerkolben 90, die zusätzlich mit stirnseitigen Ausnehmungen zur Bildung der Hydraulikverteiler 76,88 sowie einem zum Hydraulikverteiler 88 führenden Anschluß 104 versehen und außenseitig durch eine Grundplatte 106 verschlossen ist.
Die Funktion des hydraulischen Formspannbackens ist wie folgt: Zum Ausfahren der Spannstößel 18 in ihre in Fig. 2 gezeigte Ausgangslage wird der Verteilerraum 76 über den Anschluß 100 mit Drucköl beaufschlagt, während der Verteilerraum 88 mit dem Tank verbunden wird. Dadurch bewegen sich die Steuerkolben 90 mit den Ventilnadeln 84 von ihrer in Fig. 3 gezeigten Sperrstellung in die Durchlaßstellung gemäß Fig. 2. In dieser Stellung gelangt Drucköl aus dem Verteilerraum 76 in die Stößelzylinder 74 und treibt die Stößel 18 in ihre in Fig. 2 gezeigte Ausgangsstellung. Bei einem Spannvorgang wird der Formspannbacken 10 mit seinen Druckstücken 16 gegen eine einzuspannende Oberfläche bewegt, wobei der Verteilerraum 76 bei geöffneten Ventilen 70 zum Tank oder gegen einen elastischen Druckspeicher so geöffnet ist, daß Hydraulikflüssigkeit aus den Spannzylindern 74 verdrängt werden kann. Nach Erreichen der Spannstellung wird der Verteilerraum 88 über den Anschluß 104 mit Drucköl beaufschlagt und dadurch die Ventile 70 in ihre Sperrstellung gebracht. Um Leckströme aus den Spannzylindern zu vermeiden, kann auch im Verteilerraum 76 noch ein gewisser Hydraulikdruck aufrechterhalten werden.