Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung, insbesondere zum Greifen und Spannen runder Körper bei der maschinellen Bearbeitung.

Bei der automatisierten Bearbeitung von Werkstücken werden beispielsweise in der metallverarbeitenden Industrie Bearbeitungsstationen mit Robotern verse hen, welche Werkstücke greifen und einer Werkzeugmaschine zu führen kön nen. Werkstücke werden dabei üblicherweise mit Spannmitteln gehalten, für die es auf dem Gebiet der Spanntechnik unterschiedliche Ausgestaltungen gibt.

Um eine möglichst hohe Auslastung der Werkzeugmaschinen erreichen zu können, sollten Umrüstzeiten beim Wechsel der Werkstücke möglichst gering sein.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Spannvorrichtungen bekannt, die in der industriellen Praxis beim Greifen von Rundmaterial wie beispielsweise Stangen mit kreisförmigen Durchmessern verwendet werden. So werden Spannvorrichtungen verwendet, bei denen sich zwei Spannbacken in Form von Prismen gegenüberstehen. Zwischen diese Prismen wird das Rundmaterial eingebracht. Allerdings führt die Verwendung zweier Prismen zu insgesamt vier Kontaktpunkten am Stangenmaterial, sodass toleranzbedingt keine exakte Aus richtung der Prismenbacken zueinander möglich ist, was in der Praxis zu star ken Kippen des Rundmaterials führen kann.

Des Weiteren sind Spannvorrichtungen bekannt, bei denen die Spannbacken einen vollständigen Formschluss zum Rundmaterial hersteilen, sodass eine derartige Vorrichtung jedoch nur für einen einzigen Durchmesser verwendet werden kann. Ebenso ist es möglich, mittels eines Prismas gegen eine gerade Fläche zu Spannen, wobei sich jedoch das Spannzentrum den Durchmesser des Rund materials entsprechend verändert, sodass insbesondere beim Greifen mit Ro boterarmen eine Kalibrierung der Nullpunktposition beim Greifen erforderlich wird.

Ebenfalls bekannt sind Spannvorrichtungen mit einem Spannfutter mit drei Ba cken, welche jedoch eine großen Raumbedarf aufweisen und darüber hinaus sehr kostenintensiv sind. Des Weiteren ist kein seitliches Greifen durch die drei Spannbacken möglich.

Aus der EP 0 411 472 A1 ist ein Maschinenschraubstock bekannt, bei dem die Mittelebenen relativ zur Grundplatte des Maschinenschraubstocks justierbar sind. Dabei umfasst der Maschinenschraubstock eine Einrichtung, bei der für jede der Spannbacken ein Kraftverstärker vorgesehen ist, der von einer ge meinsamen Kurbel angetrieben werden kann.

Aus der EP 2 839 928 A1 ist ein Zentrischspanner zum zentrischen Spannen von Werkstücken bekannt. Der Zentrischspanner weist einen Grundträger auf, auf den ein erster Backenträger durch einen ersten Schlitten und ein zweiter Backenträger durch einen zweiten Schlitten geführt und mittels eines Spindel triebes entlang eines parallel zu der Längsachse orientierten Verstellwegs ver stellbar gelagert sind. Dem ersten Schlitten sind ein paar erster Kufen und dem zweiten Schlitten ein paar zweiter Kufen zugeordnet, wobei die Differenz zwi schen der Spurweite der ersten Kufen und der Spurweite der zweiten Kufen größer ist als die Breite der zweiten Kufen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich der Erfinder nun die Aufga be gestellt, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die im Vergleich zu den bekann ten Spannvorrichtungen ein einfacheres Greifen insbesondere beim Roboterbe- trieb von Rundmaterial ermöglicht und darüber hinaus Umrüstzeiten bei Werk stückwechsel verringert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteran sprüche. Diese können in technologisch sinnvollerweise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeich nung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.

Gemäß der Erfindung wird eine Spannvorrichtung, insbesondere zum Greifen und Spannen runder Körper bei der maschinellen Bearbeitung, geschaffen, welche ein Spannprisma und einen Spannbacken umfasst, die gemeinsam auf einer Führungsschiene entlang einer Verschiebeachse relativ zueinander ver schoben werden können, wobei das Spannprisma zwei bezüglich der Verschie beachse spiegelsymmetrische Schenkel aufweist, deren Öffnung in Richtung des Spannbackens weist, wobei zur Aufnahme eines Werkstücks das Spann prisma entlang der Verschiebeachse um einen erste Strecke und gleichzeitig der Spannbacken entlang der Verschiebeachse um einen zweite Strecke mittels eines Antriebs verschiebbar ist, wobei das Verhältnis der ersten Strecke zur zweiten Strecke in Relation zum Öffnungswinkel der Schenkel des Spannpris mas gewählt ist, sodass Werkstücke unterschiedlichen Durchmessers bezüglich ihrer im Kreisinneren ausgebildeten Mittelachse an gleicher Stelle zwischen Spannprisma und Spannbacken liegen.

Demnach erfolgt bei der Erfindung das Einspannen des Werkstücks an drei Auflagepunkten, sodass eine kippfreie Halterung in der Spannvorrichtung auch bei Werkstücken mit Toleranzen möglich ist. Die beiden Auflagepunkte am Spannprisma bewegen sich jedoch ausgehend von ihrer vollständig geschlos senen Nullstellung bei einer Vergrößerung der Öffnungsweite der Spannvorrich tung mit größerer Geschwindigkeit als der Auflagepunkt am Spannbacken. Folglich sind die zurückgelegten Strecken unterschiedlich. Das Verhältnis der beiden zurückgelegten Strecken wird dabei so gewählt, dass beim Einspannen von Werkstücken mit kreisförmigem Querschnitt deren Mittelpunkte auch beim Einstellen unterschiedlicher Durchmesser unverändert bleiben. Ein Greifarm eines Roboters muss daher bei der Verarbeitung von Werkstücken mit unter schiedlichen Durchmessern keine Neukalibrationen des Nullpunktes durchfüh ren, da sich die Mittelpunkte der kreisförmigen Querschnitte immer an der glei chen Stelle befinden. Bei einem stabförmigen Werkstück sind die Mittelpunkte entlang einer Mittelachse orientiert. Als Antrieb sind unterschiedliche Vorrich tungen denkbar, die unten noch detaillierter erläutert werden. Wichtig ist jedoch, dass das Verhältnis der ersten Strecke zur zweiten Strecke nur vom Öffnungs winkel der Schenkel des Spannprismas abhängt, sodass bei gegebenem Spannprisma das Verhältnis entsprechend gewählt werden kann. Das Verhält nis variiert insbesondere nicht mit dem Durchmesser der Werkstücke.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis der ersten Stre cke zur zweiten Strecke als U(a) = 1/(sin(a/2)) gewählt, wobei a der Öffnungs winkel der Schenkel ist.

Aufgrund einfacher geometrischer Überlegungen lässt sich das Verhältnis der beiden Strecken wie dargelegt ableiten. Dieser Zusammenhang folgt dabei auch der intuitiven Vorstellung, da bei einer Veränderung des Querschnitts des einzuspannen Werkstücks das Spannprisma eine größere Strecke zurücklegen muss als der Spannbacken. Je kleiner der Öffnungswinkel des Spannprisma gewählt ist, desto größer wird der Unterschied der Strecken im Vergleich zum Spannbacken ausfallen. Wenn beide Schenkel auf einer Linie liegen, d. h. der Öffnungswinkel 180° beträgt, wird das Spannprisma zum Spannbacken und das Verhältnis beträgt eins. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Spannbacken und das Spannprisma mittels eines Spindelantriebs verstellbar, der unterschied liche Gewindesteigungen für den Spannbacken und das Spannprisma aufweist, die dem Verhältnis der ersten Geschwindigkeit zur zweiten Geschwindigkeit folgen. Dabei können zumindest das Spannprisma und der dem Spannprisma zugeordnete Teil des Spindelantriebs austauschbar sein.

Ein Spindelantrieb ist eine gängige Verstellmöglichkeit einer Spannvorrichtung, wobei die unterschiedlichen Gewindesteigungen für unterschiedlich zurückge legte Wegstrecken von Spannprisma und Spannbacken sorgen. Sofern unter schiedlich geformte Spannprismen vorgesehen werden sollen, müsste zumin dest der dem Spannprisma zugeordnete Teil des Spindelantriebs anfassbar sein, um dem veränderten Öffnungswinkel der Schenkel des Spannprismas Rechnung zu tragen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung treibt ein Motor den Spannbacken und das Spannprisma über ein Getriebe an.

In einer alternativen Ausführungsform werden die unterschiedlich zurückgeleg ten Wegstrecken von Spannprisma und Spannbacken mittels eines Getriebes eines Motors erzeugt. Die Getriebeübersetzungen folgen dabei dem oben be schriebenen Verhältnis der beiden Strecken.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung treiben ein erster Motor den Spannbacken und ein zweiter Motor das Spannprisma an, deren Drehzah len dem Verhältnis der ersten Geschwindigkeit zur zweiten Geschwindigkeit folgen. Anstelle eines einzelnen Motors können in einer alternativen Ausführungsform auch zwei Motoren verwendet werden, welche mit unterschiedlichen Geschwin digkeiten betrieben werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Spannbacken und das Spannprisma mittels eines Keilspannantriebs verstellbar, der für den Spannbacken und das Spannprisma unterschiedliche Keilwinkel aufweist, die dem Verhältnis der ersten Geschwindigkeit zur zweiten Geschwindigkeit folgen. Dabei kann zumindest das Spannprisma und der dem Spannprisma zugeordne te Teil des Keilspannantriebs austauschbar sein.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist bei der Spannvorrichtung nach der Spannbacken austauschbar und das Spannprisma und der Spannbacken können mittels Befestigungsmittel lösbar befestigt sein. Dadurch können bei Bedarf Sonderbacken zum Einsatz kommen, welche ein seitlich angeordnetes oder versetzt angeordnetes Prisma nebst zugehörigem Backen aufweisen.

Neben dem oben beschriebenen Spindelantrieb sind bei bekannten Spannvor richtungen auch Keilspannantriebs in Verwendung, mit denen sich die Erfin dung ebenfalls problemlos nutzen lässt, wobei hier das unterschiedliche Ver stellen von Spannprisma und Spannbacken mittels entsprechend angepasster Keile durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Spannbacken keilförmig mit einer Anlegekante an der Keilspitze ausgebildet, die in Richtung des Spannprismas weist. Dabei kann der Winkel an der Keilspitze so gewählt sein, dass der Spannbacken und das Spannprisma vollständig ineinander schiebbar sind. Vorteilhafterweise lässt sich eine derartige Spannvorrichtung von einer voll ständig geschlossenen Stellung bis zur maximal bereitgestellten Öffnungsweite variieren, sodass ein breites Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Spannvor richtung denkbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Spannbacken eine senkrecht zur Verschiebeachse verlaufende plane Anlagefläche auf.

Alternativ zu einer keilförmigen Ausgestaltung kann der Spannbacken auch als plane Anlagefläche ausgebildet sein, die ebenfalls ein Einspannen des Werk stücks ohne Kippen bei Werkstücktoleranzen ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Spannbacken eine senkrecht zur Verschiebeachse verlaufende punktförmige Anlagestelle auf.

Neben dem Anlegen des Werkstücks entlang einer Linie, wie oben beschrie ben, ist es auch denkbar lediglich eine punktförmige Anlegestelle am Spannba cken auszubilden. Weitere Varianten oder Kombinationen sind ebenfalls denk bar.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen nä her erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer perspektivi schen Seitenansicht in einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer perspektivi schen Seitenansicht in einer zweiten Ausführungsform, und Figur 3 eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer perspektivi schen Seitenansicht in einer dritten Ausführungsform.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform einer Spannvorrichtung 2 gezeigt, die nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Die Spannvorrichtung 2 umfasst ei nen Spannbacken 4 der gegenüber liegend zu einem Spannprisma 6 angeord net ist. Das Spannprisma 6 weist symmetrisch zu einer Verschiebeachse 8 Schenkel 10 auf, die einen Öffnungswinkel bilden. Der Öffnungswinkel ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 12 eingezeichnet. Zwischen Spannbacken 4 und Spannprisma 6 kann ein Werkstück 14 eingebracht werden, das im gezeig ten Beispiel als Rundstab ausgebildet ist. Das Werkstück 14 weist daher um eine Mittelachse 16 eine im wesentlichen zylindrische Außenform auf. Da das Werkstück 14 lediglich an drei Punkten oder Anlegekanten in der Spannvorrich tung 2 gehalten wird, können auch kleinere Bauteiltoleranzen kein Kippen des Werkstücks 14 hervorrufen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht nun darin, dass bei größer werdendem Durchmesser des Werkstücks 14 die Mittelachse 16 in ihrer Lage relativ zur Spannvorrichtung 2 unverändert bleibt. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Spannbacken 4 und das Spannprisma 6 relativ zueinander mittels eines Antriebs 18 in Führungsschienen 20 bewegen, wobei beim Öffnen der Spannvorrichtung 2 das Spannprisma 6 in der gleichen Zeit eine erste Strecke zurücklegt, die größer die zweite Strecke des Spannbackens 4 ist. Beim Schlie ßen der Spannvorrichtung 2 wird selbstverständlich entsprechend vorgegan gen, sodass sich Spannbacken 4 und Spannprisma 6 am Ort der Mittelachse 16 treffen könnten. Das Verhältnis der ersten Strecke zur zweiten Strecke hängt dabei nur vom Öffnungswinkel 12 ab, sodass bei einmal gewählten Öffnungs- Winkel 12 der Schenkel 10 am Spannprismas 6 eine feste Einstellung erfolgen kann. Der Antrieb 18 ist in Form eines Spindelantriebs ausgebildet, wobei in Figur 1 lediglich die dem Spannprisma 6 zugeordnete Spindelhälfte 22 und die dem Spannbacken 4 zugeordnete Spindelhälfte 24 gezeigt sind. Die Spindel hälfte 22 und die Spindelhälfte 24 sind dabei mit unterschiedlichen Gewinde steigungen versehen, deren Verhältnis dem oben genannten Verhältnis der ers ten Strecke zur zweiten Strecke folgt. Auf diese Weise lässt sich bei konstanter Drehgeschwindigkeit eine unterschiedliche Geschwindigkeit der Bewegung des Spannprismas 6 im Vergleich zum Spannbacken 4 erzeugen. Der Spannbacken 4 weist auf seiner dem Spannprisma 6 zugeordneten Seite eine Keilspitze 28 auf, die bezüglich ihrer Form so gewählt sein kann, dass der Spannbacken 4 und das Spannprisma 6 bis zur Mittelachse 16 aufeinander zu bewegt werden können, sodass auch sehr kleine Werkstücke 14 durch die Spannvorrichtung 2 gehalten werden können.

Wie bereits erwähnt, ist das Verhältnis der ersten Strecke zur zweiten Strecke lediglich vom Öffnungswinkel 12 der Schenkel 10 des Spannprismas 6 abhän gig, wobei anhand einfacher geometrischer Zusammenhänge bei einer Berech nung das Verhältnis der ersten Strecke zur zweiten Strecke als

U(a) = 1/(sin(a/2)) gewählt wird, wobei a der Öffnungswinkel 12 der Schenkel 10 ist.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird nachfolgend eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die im Vergleich zu Figur 1 bestehenden Unterschiede erläutert, die im Rahmen der Erfindung relevant sind. Die Spannvorrichtung 2 wird hier mit einem Keil spannantrieb versehen, bei dem unterschiedlich geformte Keilflächen für unter schiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten in Bezug auf das Spannprisma 6 und auf den Spannbacken 4 sorgen, sodass die Mittelachse 16 des Werkstücks 14 unverändert bleibt, wenn unterschiedliche Durchmesser vorliegen. Der Spann backen 4 weist bei der Spannvorrichtung 2 gemäß Figur 2 anstelle der Keilspit ze 28 eine plane Anlagefläche 30 auf. Neben einer planen Anlagefläche 30 wä re es ebenso möglich, eine einzelne Anlagestelle zu verwenden, sodass das Werkstück 14 lediglich punktförmig am Spannbacken 4 gehalten wird. Da die genaue Ausgestaltung sowohl der Form des Spannbackens 4 als auch des Spannprismas 6 lediglich bezüglich des Öffnungswinkels 12 der Schenkel 10 für die Erfindung relevant ist, sind vielerlei Variationen denkbar, um die Erfin dung ausüben zu können. Unterschiedlich gestaltete Backen bzw. Prismen sind dem Fachmann jedoch geläufig.

In Bezug auf Figur 3 wird eine weitere Ausführungsform der Spannvorrichtung 2 gezeigt, die in Form eines Greifers ausgebildet ist. Dazu weisen der Spannba cken 4 und das Spannprisma 6 nach oben ragende Segmente 32 bzw. 34 auf, die wie oben beschrieben zueinander bewegt werden können der dazu erfor derliche Antrieb 18 ist hier lediglich schematisch angedeutet.

Wie bereits erwähnt, können unterschiedlich gestaltete Backen bzw. Prismen zum Einsatz kommen, die beispielsweise auch seitlich versetzt sein, so dass die Mittelachse 16 des Werkstücks 14 in ihrer Lage in einem vorgegebenen Ab stand beispielsweise zu den Längsachsen der Spindelhälften 22, 24 des Spin delantriebs angeordnet ist. Derartige Sonderformen des Spannbackens 4 bzw. des Spannprismas 6 sind dem Fachmann aber geläufig. Um zwischen ver schiedenen Formen wechseln zu können, können Spannbacken 4 bzw. Spann prisma 6 mittels beispielsweise als lösbare Schraubverbindungen ausgebildete Befestigungsmittel 36, welche in Fig. 2 und 3 sowohl für den Spannbacken 4 als auch für das Spannprisma 6 eingezeichnet sind, auswechselbar ausgeführt sein. Neben der Verwendung eines Keilspannantriebs oder eines Spindelantriebs kann der Antrieb 18 auch noch auf andere Weise erfolgen. So wäre es denkbar, die Bewegung des Spannbacken 4 und des Spannprismas 6 mittels eines Elektromotors und unterschiedlich abgestufter Getriebe vorzunehmen. Ebenso wäre es denkbar, zwei Motoren für den Spannbacken 4 und das Spannprisma 6 vorzusehen, die in ihrer Drehgeschwindigkeit entsprechend aufeinander abge stimmt sind.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbil- düngen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebe nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Liste der Bezugszeichen:

2 Spannvorrichtung

4 Spannbacken 6 Spannprisma

8 Verschiebeachse

10 Schenkel

12 Öffnungswinkel

14 Werkstück 16 Mittelachse

18 Antrieb

18 Keilspannantriebs

18 Spindelantriebs

20 Führungsschiene 22 Spindelhälfte

24 Spindelhälfte

28 Keilspitze

30 Anlagefläche

32 Segment 34 Segment

36 Befestigungsmittel