[0001] Die Erfindung betrifft einen Formspannbacken für eine Spannvorrichtung zum umfangseitigen
Spannen von Werkstücken mit beliebiger Umfangskontur, mit einem Grundkörper und mit
einer an dem Grundkörper angeordneten Spannfläche, die durch eine Vielzahl von in
dem Grundkörper unabhängig voneinander verschiebbaren und in ihrer Spannstellung arretierbaren
Spannstößeln gebildet wird, wobei die Spannstößel jeweils in einem Stößelzylinder
des Grundkörpers geführt und durch Beaufschlagen mit Hydraulikflüssigkeit in Spannrichtung
bewegbar sind, und wobei die Spannstößel durch Absperren der Stößelzylinder in ihrer
Spannstellung arretierbar sind.
[0002] Spannbacken sind Bestandteile von Spannvorrichtungen, wie sie beispielsweise in Schraubstöcken,
Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren zum Festhalten von Werkstücken benötigt
werden. Eine beispielhafte Anwendung ist das Einspannen von Turbinenschaufeln, die
zur Bearbeitung der Endabschnitte in der Mitte eingespannt werden müssen. Da Turbinenschaufeln
eine unregelmäßige Form aufweisen und mehrere Schaufelformen und -größen in einer
Spannvorrichtung bearbeitbar sein sollen, müssen sich die Spannbacken der Schaufelform
selbsttätig anpassen. Ferner muß gewährleistet sein, daß die Turbinenschaufel auch
bei hohen auf sie wirkenden Bearbeitungskräften sicher gehalten werden.
[0003] Hierzu wird in der DE-A 42 39 180 ein Formspannbacken mit den oben erwähnten Merkmalen
vorgeschlagen. Nach Einlegen des Werkstücks zwischen zwei Formspannbacken werden die
Spannstößel hydraulisch in den Stößelzylindern vorwärts bewegt, bis ihre die Spannfläche
bildenden Druckstücke an der Werkstückoberfläche anliegen. Auf diese Weise kann die
Spannfläche sich selbsttätig auch einer unregelmäßig geformten Werkstückoberfläche
anpassen. Um die Spannstößel in ihrer Spannstellung zu verriegeln, ist jedem Spannstößel
ein Absperrventil zugeordnet, über welches die Fluidverbindung zu einem die Spannstößel
vorwärtsbewegenden ersten Hydraulikverteiler absperrbar ist. Die Absperrventile weisen
jeweils einen Steuerkolben auf, der über einen zweiten Hydraulikverteiler mit Druck
beaufschlagt und hierdurch in seiner Sperrstellung gehalten wird. Soll das Werkstück
wieder freigegeben werden, so wird die Druckbeaufschlagung durch den zweiten Hydraulikverteiler
gelöst und der Steuerkolben über den auf die gegenüberliegende Seite des Steuerkolbens
wirkenden ersten Hydraulikverteiler, in seine Öffnungstellung gedrückt. Wird nun der
Druck des ersten Hydraulikverteilers gelöst, so kann die Hydraulikflüssigkeit aus
den Stößelzylindern verdrängt werden und die Spannstößel lassen sich aus ihrer Spannstellung
in ihre Lösestellung überführen, so daß das Werkstück aus der Spannvorrichtung entnommen
werden kann. Nachteilig an einer derartigen, jedem Spannstößel ein gesondertes Absperrventil
zuordnenden Anordnung ist jedoch der hierfür erforderliche komplizierte Aufbau des
Grundkörpers. Es ist eine Vielzahl hochgenau zu bearbeitender Absperrventile notwendig,
die bei einer Beschädigung durch aufwendige Demontage des Grundkörpers ausgetauscht
werden müssen. Ferner ist die Steuerung der Hydraulikölzufuhr zu den einzelnen Verteilerräumen
kompliziert, da eine vielschrittige, aufeinander abgestimmte Reihenfolge eingehalten
werden muß.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Aufbau eines gattungsgemäßen Formspannbackens
zu vereinfachen und das Spannen von Werkstücken mit beliebiger Umfangskontur auf einfachere
Art und Weise zuverlässig zu gewährleisten.
[0005] Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Stößelzylinder
über eine Druckplatte absperrbar sind, welche sich über Federn gegen den Grundkörper
abstützt, und daß auf dem der Grundkörper abgewandten Seite der Druckplatte eine Membran
vorgesehen ist, über welche die Druckplatte mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar
und gegen die Wirkung der Federn verschiebbar ist.
[0006] Auf diese Weise wird nicht nur der Aufbau des Grundkörpers wesentlich vereinfacht,
da keine separaten Absperrventile mehr notwendig sind, sondern eine Druckplatte ohne
aufwendige Abdichtung über eine Membran mit Druck beaufschlagt werden kann. Vielmehr
wird zusätzlich eine wesentliche Vereinfachung der Hydraulikölsteuerung ermöglicht,
da die Rückstellung der Druckplatte bei Entlastung des auf sie wirkenden Hydraulikdruckes
selbsttätig über die Federn erfolgt und hierzu keine gesonderte Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit
notwendig ist. Dies vereinfacht und verbilligt somit die Herstellung des Formspannbacken
und beschleunigt gleichzeitig bei einfacherer Steuerung den Spann- und Lösevorgang.
[0007] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden alle Stößelzylinder mittels
einer gemeinsamen Druckplatte abgesperrt, so daß in dem Grundkörper keine gesonderten
Bohrungen zum Absperren der einzelnen Stößelzylinder ausgebildet werden müssen.
[0008] In Weiterbildung der Erfindung ist auf der dem Grundkörper zugewandten Seite der
Druckplatte ein Dichtmedium zum zuverlässigen Abdichten der Stößelzylinder vorgesehen,
so daß die im Stand der Technik verwendeten O-Ringe eingespart und keine hierauf abgestimmten
Dichtflächen hergestellt werden müssen. Zweckmäßigerweise ist das Dichtmedium eine
Dichtpaste oder dergleichen, die auf die Druckplatte aufgetragen wird.
[0009] Vorzugsweise ist die Druckplatte in einer im Grundkörper ausgebildeten Tasche angeordnet,
so daß die Membran ohne aufwendige Kurvenführungen auf der Rückseite der Druckplatte
und des Grundkörpers angeordnet werden kann. Zweckmäßigerweise wird hierbei die Membran
über einen beispielsweise mit Schrauben fixierten Deckel am Grundkörper gehalten.
Diese Gestaltung wird durch die Tasche vereinfacht, die eine ebene Anlagefläche für
den Deckel und die Membran schafft.
[0010] In dem Deckel sind erfindungsgemäß Hydraulikleitungen für die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit
auf die der Druckplatte abgewandte Seite der Membran ausgebildet, über die die Druckplatte
mit Druck beaufschlagt werden kann. Es reicht hierbei aus, daß die Hydraulikleitungen
mit in dem Deckel ausgebildeten Nuten in Verbindung stehen, deren offene Seiten zu
der Membran weisen und über die die Hydraulikflüssigkeit der Membran zugeführt wird.
Ein die Membran vollständig abdeckender Druckbereich ist nicht erforderlich.
[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spannstößel von der
der Druckplatte gegenüberliegenden Seite in die Stößelzylinder einsetzbar und in einer
Buchse verschiebbar gelagert, welche beispielsweise über einen Sicherungsring in dem
Stößelzylinder befestigt ist. Ist ein Spannstößel auszutauschen, so kann dies ohne
Entfernen des Deckels, der Membran und der Druckplatte erfolgen, indem der Spannstößel
auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Grundkörper entnommen wird. Hierzu ist lediglich
der Sicherungsring zu lösen und die Buchse mit dem Spannstößel aus dem Stößelzylinder
herauszunehmen.
[0012] Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Spannstößel
über eine Folie oder dergleichen abgedeckt. Hierdurch wird einer Beschädigung der
Werkstückoberfläche auch bei hohen Spanndrücken vermieden, da die Schutzfolie den
punktuell über die Spannstößel aufgebrachten Druck verteilt und dämpft.
[0013] Um hierbei eine optimale Anpassung der Spannfläche an die Werkstückoberfläche zu
ermöglichen, ist die Folie seitlich jeweils in einem Folienhalter gehalten, der schwenkbar
gelagert ist und vorzugsweise in drei Freiheitsgraden beweglich ist. Die Folie kann
sich auf diese Weise ebenfalls flexibel der ungleichmäßigen Werkstückoberfläche anpassen,
so daß eine Beschädigung vermieden wird.
[0014] Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich
auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung.
Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich
oder beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
[0015] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Formspannbacken entlang der Linie
I-I in Fig. 3,
- Fig. 2
- eine Ansicht von unten des Formspannbackens gemäß Fig. 1,
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf den Formspannbacken gemäß Fig. 1, und
- Fig. 4
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1.
[0016] Der in der Zeichnung dargestellte Formspannbacken 1 besteht im wesentlichen aus einem
Grundkörper 2, in dem eine Vielzahl von zu einer Seite des Grundkörpers 2 offenen
Stößelzylindern 3 ausgebildet ist. In jedem Stößelzylinder 3 ist ein Spannstößel 4
(in der Zeichnung ist beispielhaft nur ein Spannstößel 4 dargestellt) angeordnet,
der in dem Stößelzylinder 3 über einen Kolbenabschnitt 5 und eine Buchse 6 gleitend
lagert ist. Die Buchse 6 ist von vorne in den Stößelzylinder 3 eingeführt und wird
über einen Sicherungsring 7 gehalten. Die Buchse 6 ist gegenüber dem Stößelzylinder
3 und dem Spannstößel 4 über O-Ringe 8 bzw. 9 abgedichtet.
[0017] An seinem hinteren Ende ist in dem Stößelzylinder 3 eine Druckzufuhröffnung 10 ausgebildet,
die in eine in dem Grundkörper 2 ausgebildete Tasche 11 mündet, in welche Drucköl
über eine erste Hydraulikleitung 12 einführbar ist.
[0018] In der Tasche 11 des Grundkörpers 2 ist ferner eine Druckplatte 13 angeordnet, die
sich über Federn 14 auf dem Grundkörper 2 abstützt. Die Druckplatte 13 ist lose in
die Tasche 11 eingesetzt, ohne seitlich geführt zu sein.
[0019] Auf der dem Grundkörper 2 abgewandten Seite der Druckplatte 13 ist eine Membran 15
angeordnet, die über einen Deckel 16, der mit Schrauben 17 an dem Grundkörper 2 befestigt
ist, gehalten wird.
[0020] In dem Deckel 16 ist eine mit einer nicht dargestellten Hydraulikdruckquelle verbundene
zweite Hydraulikleitung 18 vorgesehen, die in Nuten 19 mündet, welche in der der Membran
zugewandten Seite des Deckels 16 ausgebildet sind. Die Nuten 19 sind hierbei derart
angeordnet, daß sie im wesentlichen den an der Druckplatte 13 anliegenden Abschnitt
der Membran 15 erfassen.
[0021] In den Stößelzylinder 3 mündet im Bereich zwischen dem Kolbenabschnitts 5 und der
Buchse 6 jeweils eine dritte Hydraulikleitung 20, über die die Spannstößel 4 in ihre
Ausgangslage zurückführbar sind.
[0022] Die Funktion des in der Zeichnung dargestellten Formspannbackens 1 ist folgende:
[0023] Nach Einbringen eines nicht dargestellten Werkstücks in eine die Formspannbacken
1 aufweisende Spannvorrichtung und Anordnen der Formspannbacken 1 in ihrer Spannstellung
wird den Stößelzylindern 3 über die erste Hydraulikleitung 12, die Tasche 11 und die
Druckzufuhröffnung 10 Drucköl, beispielsweise unter einem Druck von 6 bis 15 bar,
zugeführt, wodurch die Spannstößel 4 in dem Stößelzylinder 3 verschoben werden, bis
sie an dem Werkstück anliegen. Da jeder Spannstößel 4 auf diese Weise bis zum Anschlag
an der Werkstückoberfläche ausgefahren wird, kann sich die durch die Spannstößel 4
gebildete Spannfläche exakt der ggf. unregelmäßigen Oberfläche des Werkstücks, beispielsweise
einer Turbinenschaufel, anpassen. Befinden sich die Spannstößel 4 in ihrer an der
Werkstückoberfläche anliegenden Spannstellung, so wird die Membran 15 über die zweite
Hydraulikleitung 18 und die Nuten 19 im Deckel 16 mit einem hohen Druck, beispielsweise
von 60 bar beaufschlagt, wodurch die Druckplatte 13 gegen die Wirkung der Federn 14
in die Tasche 11 des Grundkörpers 2 hineingedrückt wird, bis sie am Boden der Tasche
11 anliegt und die Druckzufuhröffnungen 10 der Stößelzylinder 3 absperrt. Auf diese
Weise werden die Spannstößel 4 zuverlässig in ihrer Spannstellung verriegelt. Um hierbei
eine zuverlässige Abdichtung der Stößelzylinder 3 zu gewährleisten, ist auf der Unterseite
der Druckplatte 13 ein Dichtmedium, beispielsweise eine Dichtpaste, vorgesehen.
[0024] Ist die Bearbeitung des Werkstücks beendet, so wird zum Lösen der Spannstößel 4 die
Druckzufuhr zu der Membran 15 beendet. Sobald der auf die Membran 15 wirkende Druck
abgebaut ist, wird die Druckplatte 13 durch die Wirkung der Federn 14 selbsttätig
vom Boden der Tasche 11 abgehoben und die Druckzufuhröffnungen 10 der Stößelzylinder
3 werden geöffnet. Nun wird über die dritte Hydraulikleitung 20 Hydrauliköl in die
Stößelzylinder 3 eingeführt, das derart auf die Kolbenabschnitte 5 der Spannstößel
4 wirkt, daß diese in die Stößelzylinder 3 zurückgedrückt werden. Nun befinden sich
die Spannstößel 3 in der in Fig. 1 gezeigten Freigabestellung, so daß das Werkstück
aus der Spannvorrichtung entnommen werden kann.
[0025] Um eine Beschädigung der Werkstückoberfläche zu vermeiden, sind die Spannstößel 4
über eine Schutzfolie 21 abgedeckt. Die Schutzfolie 21 muß sehr große Kräfte und Dehnungen
aufnehmen, so daß hierfür ein elastisches, hochwiderstandsfähiges Kunststoffmaterial
vorgesehen wird. Um sicherzustellen, daß sich die Schutzfolie beim Ausfahren der Spannstößel
4 an die ungleichmäßige Werkstückoberflächenkontur anpassen kann, ist die Schutzfolie
21 an ihren Enden über eine Klemmleiste 23 in einem Folienhalter 22 eingespannt, der
gelenkig gelagert und in drei Freiheitsgraden beweglich ist.
[0026] Im einzelnen ist der Folienhalter 22 an einem im Grundkörper 2 um eine erste Schwenkachse
A schwenkbar gelagerten Schwenkkörper 24 angebracht. Der Schwenkkörper 24 stützt sich
gegen einen über eine Feder 25 vorgespannten Federstift 26 gegen den Grundkörper 2
ab, so daß die Schutzfolie 21 immer gespannt bleibt. Der Folienhalter 22 ist ferner
gegenüber dem Schwenkkörper 24 über eine in diesem axial verschiebbar gelagerte Führungsstange
27 axial verschiebbar. Ferner ist der Folienhalter 22 um eine zweite Schwenkachse
B schwenkbar. Hierdurch wird eine optimale Beweglichkeit der Schutzfolie 21 sichergestellt,
die sich in Abhängigkeit von der Bewegung der Spannstößel 4 der Werkstückoberflächenkontur
anpassen kann.
[0027] Zur Demontage der Spannstößel 4, beispielsweise zur Reparatur oder Wartung, kann
der Folienhalter 22 aus dem Schwenkkörper 24 ausgehakt werden, so daß die Spannstößel
4 von der Unterseite des Grundkörpers 2 frei zugänglich sind. Nach Entfernen des Sicherungsringes
7 kann die Buchse 6 mit dem Spannstößel 4 einfach nach vorne aus dem Stößelzylinder
3 herausgezogen und ausgetauscht werden. Eine Demontage des Deckels 16 ist zur Wartung
der Spannstößel 4 somit nicht erforderlich.
[0028] Mit der Erfindung wird ein Formspannbacken für eine Spannvorrichtung zum Spannen
von Werkstücken mit beliebiger Umfangskontur geschaffen, mit dem auf einfache Weise
ein zuverlässiges Einspannen des Werkstücks gewährleistet werden kann.
Bezugszeichenliste:
[0029]
- 1
- Formspannbacken
- 2
- Grundkörper
- 3
- Stößelzylinder
- 4
- Spannstößel
- 5
- Kolbenabschnitt
- 6
- Buchse
- 7
- Sicherungsring
- 8
- O-Ring
- 9
- O-Ring
- 10
- Druckzufuhröffnung
- 11
- Tasche
- 12
- erste Hydraulikleitung
- 13
- Druckplatte
- 14
- Feder
- 15
- Membran
- 16
- Deckel
- 17
- Schrauben
- 18
- zweite Hydraulikleitung
- 19
- Nut
- 20
- dritte Hydraulikleitung
- 21
- Schutzfolie
- 22
- Folienhalter
- 23
- Klemmleiste
- 24
- Schwenkkörper
- 25
- Feder
- 26
- Federstift
- 27
- Führungsstange
- A
- erste Schwenkachse
- B
- zweite Schwenkachse
1. Formspannbacken für eine Spannvorrichtung zum umfangseitigen Spannen von Werkstücken
mit beliebiger Umfangskontur, mit einem Grundkörper (2) und einer am Grundkörper (2)
angeordneten Spannfläche, die durch eine Vielzahl von in dem Grundkörper (2) unabhängig
voneinander verschiebbaren und in ihrer Spannstellung arretierbaren Spannstößeln (4)
gebildet wird, wobei die Spannstößel (4) jeweils in einem Stößelzylinder (3) des Grundkörpers
(2) geführt und durch Beaufschlagen mit Hydraulikflüssigkeit in Spannrichtung bewegbar
sind, und wobei die Spannstößel (4) durch Absperren der Stößelzylinder (3) in ihrer
Spannstellung arretierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößelzylinder (3) über eine Druckplatte (13) absperrbar sind, welche sich
über Federn (14) gegen den Grundkörper (2) abstützt, und daß auf der dem Grundkörper
(2) abgewandten Seite der Druckplatte (13) eine Membran (15) vorgesehen ist, über
welche die Druckplatte (13) mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar und gegen die
Wirkung der Federn (14) verschiebbar ist.
2. Formspannbacken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stößelzylinder (3) mittels einer gemeinsamen Druckplatte (13) absperrbar
sind.
3. Formspannbacken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Grundkörper (2) zugewandten Seite der Druckplatte (13) ein Dichtmedium
zum zuverlässigen Abdichten der Stößelzylinder (3) vorgesehen ist.
4. Formspannbacken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmedium eine Dichtpaste oder dergleichen ist.
5. Formspannbacken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (13) in einer im Grundkör per (2) ausgebildeten Tasche (11) angeordnet
ist.
6. Formspannbacken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (15) über einen beispielsweise mit Schrauben (17) fixierten Deckel
(16) an dem Grundkörper (2) gehalten wird.
7. Formspannbacken nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Deckel (16) Hydraulikleitungen (18) für die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit
auf die der Druckplatte (13) abgewandte Seite der Membran (15) ausgebildet sind.
8. Formspannbacken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikleitung (18) mit in dem Deckel (16) ausgebildeten Nuten (19) in
Verbindung stehen, die zu der Membran (15) hin geöffnet sind.
9. Formspannbacken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstößel (4) von der der Druckplatte (13) gegenüberliegenden Seite des
Grundkörpers (2) in die Stößelzylinder (3) einsetzbar und in einer Buchse (6) verschiebbar
gelagert sind, welche beispielsweise über einen Sicherungsring (7) in dem Stößelzylinder
(3) befestigt ist.
10. Formspannbacken nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstößel (4) über eine Folie (21) oder dergleichen abgedeckt sind.
11. Formspannbacken nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (21) seitlich jeweils in einem Folienhalter (22) gehalten wird, der
schwenkbar gelagert ist.
12. Formspannbacken nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienhalter (22) in drei Freiheitsgraden bewegbar ist.