Zur Bearbeitung in Werkzeugmaschinen müssen die Werkstücke auf geeigneten Spannplätzen fest aufgespannt und gehalten werden. Die Aufspannung muss dabei so be- schaffen sein, dass insbesondere bei spanenden, an dem Werkstück durchzuführenden Bearbeitungsvorgängen auch größere Kräfte ohne weiteres abgeleitet werden können und nicht zur Ortsverlagerung des Werkstücks führen. Anderer-

seits soll das Werkstück möglichst gut zugänglich sein, um nacheinander möglichst viele Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück mit einer einzigen Aufspannung durchführen zu können. Beide Anforderungen stehen in einem gewissen Gegensatz zueinander. Soll das Werkstück bspw. von fünf Seiten her zugänglich sein, ist eine Aufspannung erfor- derlich, die den Zugang zu den zu bearbeitenden Seiten nicht versperrt.

Werden Werkstücke zwischen Spannbacken bspw. eines Maschinenschraubstocks geklemmt, verdeckt der Maschinen- schraubstock mit seinen beiden Spannbacken zwei einander gegenüberliegende Seiten des Werkstücks großflächig.

Dadurch wird der Zugang zu dem Werkstück beeinträchtigt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spanneinrichtung für Werkstücke zu schaffen, mit der Werkstücke sicher gehalten werden können und die einen guten Zugang zu den gespannten Werkstücken ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit der Spanneinrichtung nach Anspruch 1, sowie dem Spannverfahren nach Anspruch 18 gelöst.

Die Spanneinrichtung weist zwei Spannbacken oder Spannelemente auf, die mit Formschlußelementen versehen sind, die komplementär zu entsprechenden Kupplungselemen- ten des Werkstücks ausgebildet sind. Die Kupplungselemen- te werden an dem Werkstück in einem vorbereitenden Ar- beitsschritt eigens ausgebildet. Sie haben in der Regel keine sonstige Funktion, sondern dienen lediglich dem Spannen des betreffenden Werkstücks in der erfindungs- gemäßen Spannvorrichtung. Diese ermöglicht durch die Formschlußelemente den Angriff an dem Werkstück, bspw. in einem extrem schmalen streifenförmigen Bereich. Das kraftschlüssig zwischen den Spannelementen geklemmte Werkstück ist durch die Formschlußelemente und die Kupp- lungselemente zusätzlich formschlüssig gehalten. Es ist

deshalb möglich, Werkstücke zu spannen, die relativ weit aus dem zwischen beiden Spannelementen definierten Zwi- schenraum ausragen. Hier können lediglich beschränkt durch die Eigenelastizität des Werkstücks spanenden Bearbeitungsvorgänge oder sonstige Bearbeitungsvorgänge an dem Werkstück ausgeführt werden, die sowohl Seiten- flächen als auch die Stirnfläche des Werkstücks mit erheblichen Kräften beaufschlagen. Das Werkstück sitzt lediglich mit einem sehr kurzen Fussbereich zwischen beiden Spannelementen, wobei die Formschlußelemente verhindern, dass es unter der Einwirkung größerer Kräfte aus den Spannbacken herausgekippt wird. Die Formschluß- elemente sind so ausgebildet, dass sie jede Bewegung des Werkstücks in jeder parallel zu den Anlageflächen der Spannelemente orientierten Richtung formschlüssig verhin- dern, oder sperren. Weil beide Spannelemente jeweils mit entsprechenden Formschlußelementen versehen sind, wird dadurch auch jede Dreh-, Schwenk-oder Kippbewegung des Werkstücks verhindert. Die entsprechenden Haltekräfte werden von den Formschlußelementen auf die Spannelemente übertragen und abgeleitet. Dies gilt unabhängig davon, ob beide Spannelemente aufeinander zu und voneinander weg verstellbar oder lediglich eins der beiden Spannelemente beweglich angeordnet ist. Werden die Spannelemente an das Werkstück gepresst, so dass sie es zwischeneinander klemmen, greifen die Formschlußelemente automatisch in die Kupplungselemente und arretieren das Werkstück.

Die gemischt form-und-kraftschlüssige Klemmung bzw. Halterung des Werkstücks in der Spanneinrichtung bringt durch den Formschluß den zusätzlichen Vorteil, dass das Werkstück von vorne herein in Bezug auf die Spanneinrichtung eine definierte Lage einnimmt. Fehlposi- tionierungen lassen sich nahezu vollständig ausschließen.

Dadurch kann der Arbeitsaufwand beim Einrichten der Werkstücke unter Umständen erheblich gesenkt werden.

Die Formschlußelement, die bspw. durch Vorsprünge oder Vertiefungen an den Spannelementen ausgebildet sein können, sind vorzugsweise einstückig mit den Spannelemen- ten verbunden. Dies stellt eine hohe Belastbarkeit si- cher. Entsprechend sind die Kupplungselemente des Werk- stücks Vertiefungen oder Vorsprünge, die in einem dem Spannvorgang vorausgehenden Bearbeitungsschritt an dem Werkstück angebracht werden. Bspw. kann der Arbeits- schritt ein Prägebearbeitungsvorgang sein, bei dem der Spannbereich des Werkstücks plastisch geringfügig defor- miert wird. Dies wird vorzugsweise in einem Bereich des Werkstücks vorgenommen, der durch das Anbringen von Vertiefungen oder Vorsprüngen keine Funktionsbeeinträch- tigung erfährt. Insbesondere bei Werkstücken, bei denen solche Bereiche nicht vorhanden sind, können die Kupp- lungselemente nach Beendigung der Bearbeitung auch besei- tigt werden. Dies ist bspw. in einem Schleif-oder Fräs- bearbeitungsvorgang möglich, der dann in einer anderen, möglicherweise konventionellen Aufspannung erfolgt.

Die Formschluß-und Kupplungselemente können bspw. nach Art einer Verzahnung ausgebildet sein. Die einzelnen Zähne und zugeordneten Vertiefungen sind jeweils äquidi- stant angeordnet. Zur Festlegung einer eindeutigen Spann- lage ist es jedoch auch möglich, die Teilung an einer vorgegebenen Stelle zu ändern, oder einen einzelnen Zahn bzw. eine einzelne Vertiefung wegzulassen.

Für die Formschlußelemente bzw. die Kupplungsele- mente hat sich die Pyramidenstumpfform als vorteilhaft herausgestellt. Auch die Kegelstumpfform ist möglich. In beiden Fällen wird erreicht, dass die Formschlußelernente relativ leicht in die zugeordneten Kupplungselemente einfinden. Dies insbesondere, wenn der Flankenwinkel der Formschlußelemente nicht zu groß ist. Bspw. hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel der Seitenflächen der pyramidenstupfförmigen Vorsprünge gegenüber der Anlagefläche nicht größer als 45° ist. Die

zugeordneten Vertiefungen, die als Kupplungselemente dienen, können dann leicht eingeprägt werden, wobei sie, obwohl sie nicht allzu tief sind, eine gute formschlüssi- ge Kupplung zwischen dem Werkstück und den Spannbacken ergeben.

Die Formschlußelemente sind bspw. in einer einzigen geraden Reihe an einer Kante des Spannbackens angeordnet.

Dies ermöglicht ein besonders knappes platzsparendes Spannen von Werkstücken. Andere Anordnungsschemata sind jedoch ebenfalls denkbar und möglich. Sind sehr große Kräfte aufzunehmen, können bspw. zwei oder mhrreihige Anordnungsmuster Anwendung finden.

Sind die Formschlußelemente und die Kupplungsele- mente untereinander gleich groß, oder haben sie sogar ein geringfügiges Spiel zueinander, wird eine echte Funk- tionstrennung zwischen Anlagefläche und Formschlußelement dahingehend vorgenommen, dass die Anlageflächen der kraftschlüssigen Spannung dienen, während die Form- schlußelemente die Lagefixierung und Lagesicherung der Werkstücke während der Bearbeitung übernehmen. Der Vorzug bei dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Vor- schluß-und Kupplungselemente beim Spannen keiner Bela- stung unterliegen und eine Belastung erst während der Bearbeitung auftritt. Wird jedoch eine Aufspannung ge- wünscht, bei der auch Mikrobewegungen des Werkstücks gut unterdrückt werden kann es zweckmäßig sein, wenn die als Vorsprünge ausgebildeten Elemente wenigstens geringfügig größer sind als die zugeordneten, als Vertiefung ausge- bildeten Elemente. Dabei ist das Übermaß, bzw. Untermaß der an den Spannelementen vorgesehenen Formschlußelemente und die Materialwahl der Spannelemente vorzugsweise so festgelegt, dass plastische Deformationen, falls sie überhaupt auftreten, auf das Werkstück beschränkt blei- ben. Mit derartigen Spannelementen ist auf Dauer eine präzise und sichere Spannung von Werkstücken möglich.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen : Fig. 1 das erfindungsgemäße Spannsystem in einer ausschnittsweisen schematisierten und perspektivischen Darstellung, Fig. 2 das Spannsystem nach Figur 1, in einer sche- matisierten ausschnittsweisen Draufsicht, Fig. 3 ein Spannelement für das Spannsystem nach den Figuren 1 und 2, in einer vereinfachten Vorderansicht, in ausschnittsweiser Darstellung, Fig. 4 ein zu dem Spannsystem nach den Figuren 1 bis 3 gehöriges Spannelement mit abgewandelten Formschluß- elementen, in einer schematisierten Draufsicht, Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform eines Spannsystems mit mehreren mit Formschlußelementen ver- sehenen Spannelementen, in einer schematisierten Drauf- sicht, und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Spann- systems mit Spannelementen, die mit Vorschlußelementen versehen sind, in einer schematisierten Draufsicht.

Beschreibuna : In Figur 1 ist ein Werkstück 1 veranschaulicht, das mittels zweier Spannbacken 2,3 in einer nicht weiter veranschaulichten Werkzeugmaschine fest spannbar ist.

Dazu sind die Spannbacken 2,3 in Richtung des in Figur 1 veranschaulichten Pfeils 4 aufeinander zu und voneinander weg verstellbar an einer nicht weiter veranschaulichten Verstelleinrichtung gehalten. Die Verstelleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Spannbacken 2,3 bedarfsweise mit einer Kraft zu beaufschlagen, die die Spannbacken 2,3 aufeinander zu bewegt.

Die in Figur 1 veranschaulichten Spannbacken 2,3 sind spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet. Die nachfolgende Beschreibung des Spannbackens 2 gilt demzu- folge entsprechend für den Spannbacken 3.

Der Spannbacken 2 weist bspw. einen quaderförmigen Grundkörper 5 auf, der an seiner dem Werkzeug 1 zugewand- ten Seite eine Planfläche 6 aufweist. Die Planfläche 6 dient als Anlagefläche für eine an dem Werkstück 1 vor- gesehene, ebenfalls plan ausgebildete Spannfläche 7, die in Figur 1 infolge der Perspektive verdeckt ist. An der gegenüberliegenden Seite weist das Werkstück 1 eine dem Spannbacken 3 zugewandte entsprechende Planfläche 8 auf, die zu der Planfläche 7 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist und infolge der Perspektive in Figur 1 sichtbar ist.

Sie wird nachfolgen anstelle der Spannfläche 7 beschrie- ben.

Die Spannbacken 2 und 3 dienen dazu, das Werkstück 1 lediglich in unmittelbarer Nachbarschaft seines unteren Randes 9 zu fassen. Bedarfsweise können sei jedoch auch an anderen Stellen angreifen. Dazu sind auf der Anlage- fläche 6 mehrere in einer Reihe angeordnete Vorsprünge 11 ausgebildet, die als Formschlusselemente dienen. Die Vorsprünge 11 sind untereinander gleich ausgebildet und

erstrecken sich entlang einer oberen Kante 12 des Spann- backens 2. Entsprechendes gilt für den Spannbacken 3. In Figur 2 ist ein Ausschnitt des Spannbackens 2 in einem anderen Maßstab veranschaulicht. Wie insbesondere in Verbindung mit Figur 3 ersichtlich wird, sind die Vor- sprünge 11 pyramidenstumpfförmig ausgebildet. Sie sind jeweils einstückiger Bestandteil des Grundkörpers 5. Wie aus Figur 2 und 3 ersichtlich, sind sie in Abständen voneinander angeordnet, die vorzugsweise größer sind als ihre Ausdehnung in Richtung der Kante 12. Die pyramiden- stumpfförmigen Vorsprünge 11 sind dabei in Richtung der Kante 12 länglich ausgebildet, d. h. sie weisen eine rechteckige Grundfläche auf. Prinzipiell kann die Form abweichen, jedoch ergibt sich mit der dargestellten pyramidenstumpfform mit rechteckiger Basis eine gute Kraftübertragung bei minimalem Platzbedarf. Der Böschungswinkel a, d. h. der Winkel den jede Seitenfläche 17 jeweils mit der Anlagefläche 6 ein- schließt, ist vorzugsweise relativ flach. Die Böschungswinkel der an die schmaleren Kanten der Grund- fläche angrenzenden Seitenflächen 14,15 sind vorzugs- weise kleiner als 45°. Die Höhe jedes pyramidenartigen Vorsprungs 11 ist vorzugsweise nicht größer als die Länge der schmaleren Kante der Grundfläche.

In dem Werkstück 1 sind Ausnehmungen 18 ausgebildet, die jeweils den Vorsprüngen 11 zugeordnet und diesen entsprechend geformt sind. Die Ausnehmungen 18 sind bspw. in einem Prägeverfahren hergestellt und zu den als Form- schlußelemente dienenden Vorsprüngen 11 komplementär ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind die Ausnehmungen 18 jeweils pyramidenstumpfförmige Vertiefungen.

Beim Spannen von Werkstücken 1 wird folgendermaßen vorgegangen : Vor dem Spannen wird das Werkstück 1 an seinen Spannflächen 8 zunächst zur Aufspannung vorbereitet. Dazu

wird es in eine Prägevorrichtung eingelegt und falls die Ausnehmungen 18 an exakt vorgegebenen Stellen gewünscht sind, zunächst justiert. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Werkstück 1 nach dem Spannen in den Spannbacken 2,3 ohne weitere Justage bearbeitet werden soll. In anderen Fällen, bei denen das gespannte Werkstück 1 zunächst angetastet oder sonstwie gemessen wird, um seine Ist-Position zu bestimmen, kann eine Justage in der Prägevorrichtung auch entfallen.

In der Prägevorrichtung wird mittels eines Präge- stempels die aus Figur 1 ersichtliche Reihe aufeinand- erfolgender Ausnehmungen 18 eingeprägt. Dies kann sowohl mit einem linear beweglichen flachen Stempel, der alle Ausnehmungen 18 gleichzeitig eindrückt geschehen, als auch mit einem Stempel der ledigliche eine einzige Aus- nehmung 18 erzeugt. Dieser Stempel wird, wenn er eine Ausnehmung 18 eingedrückt hat, jeweils eine Position weiterbewegt, so dass alle Ausnehmungen 18 nacheinander erzeugt werden.

Darüber hinaus ist es möglich, die Ausnehmungen 18 mit einer Rolle einzudrücken, die Vorsprünge aufweist und über die Spannfläche 8 geführt wird.

Sind die Vorsprünge 18 ausgebildet, wird das Werk- stück zwischen die Spannbacken 2,3 geführt, wonach diese in Richtung des Pfeils 4 aufeinander zu bewegt werden, bis die Vorsprünge 11 in die Ausnehmungen 18 eingreifen und die Anlageflächen 6 fest gegen die Spannflächen 7,8 drücken. Die Vorsprünge 11 sitzen spielfrei in den Aus- nehmungen 18 und halten das Werkstück 1 formschlüssig, falls die aufzunehmenden Kräfte größer sind als die Haftreibung zwischen den Anlageflächen 6 und den Spann- flächen 7,8. Durch die reibschlüssige Unterstützung der Formschlußverbindung wird jedes Spiel und jede Positio- nierunsicherheit vermieden. Schwingungen des Werkstücks 1 bei der Bearbeitung können dadurch vermieden werden. Die

Formschlußverbindung zwischen den Vorsprüngen 11 und den Ausnehmungen 18 verhindert hingegen, dass das Werkstück 1 mit Gewalt aus den Spannbacken 2,3 herausgeführt wird.

Die vorstehend beschriebenen, als Formschlußelemente dienenden Vorsprünge 11 sind geradflankig ausgebildet.

Wie Figur 4 veranschaulicht ist es jedoch auch möglich, die Flanken 14,15,16,17 jedes kegelstumpfförmigen Vorsprungs 11 gewölbt auszubilden. Dies insbesondere im Hinblick auf die Ausnehmungen 18, die an dem Werkstück vorteilhafterweise im Prägeverfahren ausgebildet werden und die demzufolge nicht scharfkantig begrenzt sind. Mit einer geeigneten Flankenwölbung kann erreicht werden, dass jeder Vorsprung 11 nahezu vollflächig in dem zu- geordneten Vorsprung 18 anliegt. Dies dient der Sicher- heit der Kraftübertragung und somit der Maximierung der übertragbaren Kräfte. Die Wölbung und Krümmung der Vor- sprünge 11 wird dabei den am Werkstück sich beim Prägen ausbildenden Flächenverläufen angepasst. Hier ist es auch möglich, die Vorsprünge 11 mit einem mehr oder weniger großen Übermaß zu versehen, damit diese beim Spannen vorgespannt in den Ausnehmungen 18 sitzen. Die flachen Böschungswinkel der Vorsprünge 11 verhindern, dass sich das Werkstück 1 mit den Spannbacken 2,3 verkeilt.

Das vorstehend beschriebene Spannsystem kam mit zwei Spannbacken 2,3 aus. Wie Figur 5 veranschaulicht, können jedoch auch mehrere, bspw. vier Spannbacken 2,3,2', 3' vorgesehen werden, die einander jeweils paarweise gegen- überliegend angeordnet sind. Die Spannbacken 2,3,2', 3' sind den vorbeschriebenen Spannbacken entsprechend ausge- bildet und weisen jeweils Vorsprünge 11 auf, die in entsprechend vorbereitete Ausnehmungen des Werkstücks 1 greifen. Wenigstens zwei der Spannbacken 2,3,2', 3' sind mittels einer kraftbetätigten Verstelleinrichtung verschiebbar angeordnet, wie durch die Pfeile 4,4' angedeutet ist.

Während bei den vorstehend beschriebenen Ausfüh- rungsformen die Spannbacken 2,3 jeweils plane Anlageflä- chen 6 aufweisen, können diese, wie das Ausführungsbei- spiel nach Figur 6 zeigt, auch gewölbt, bspw. zylindrisch gewölbt ausgebildet sein. Die veranschaulichten Spann- backen 2,3,2'dienen dem Spannen eines zylindrischen Werkstücks 1, wobei jeder Spannbacken 2,2', 3 eine zylindrisch gewölbte Anlagefläche 6 aufweist, deren Krümmung durch den Krümmungsradius des zylindrischen Werkstücks 1 festgelegt ist. Jeder Spannbacken ist wie- derum mit Vorsprüngen 11 besetzt, die entlang einer Kante 12 jedes Spannbackens 2,2', 3 angeordnet sind. Mit einer derartigen spannvorrichtung ist es 1Werkstücke in Drehmaschinen, Reibschweißmaschinen und bei ähnlichen Anwendungen kurz zufassen. Der Vorzug liegt darin, dass lediglich ein sehr kurzer Axialbereich des Werkstücks zum Spannen erforderlich ist. Steht ein größerer Bereich zur Verfügung und sollen Werkstücke 1 mit unterschiedlichen Durchmessern gespannt werden, können die Vorsprünge 4 abweichend von der dargestellten Ausführungsform auch in Axialrichtung angeordnet sein, wobei die Spannbacken dann lediglich Spannkanten aufweisen, deren schmalen streifen- förmige Anlageflächen mit Vorsprüngen 11 besetzt sind.

Bedarfsweise können die Formschlußelemente an den Spannbacken 2,3 auch durch Ausnehmungen gebildet werden.

In diesem Fall muss das Werkstück 1 im vorbereitenden Arbeitsschritt mit entsprechenden komplementären Vor- sprüngen versehen werden. Der Vorteil dieser Ausführungs- form und Vorgehensweise liegt darin, dass die zum Spannen erforderlichen Vorsprünge an dem Werkstück 1 nach der Bearbeitung leicht entfernt werden können.

Zum Spannen vor Werkstücken 1 ist ein Spannsystem vorgesehen worden, zu dem zwei oder mehrere Spannbacken 2,3 gehören. Die Spannbacken sind mit regelmäßig an- geordneten Formschlußelementen, bspw. Vorsprüngen 11 besetzt, die von entsprechenden Anlageflächen 6 vorste-

hen. Komplementäre Ausnehmungen 18, die als Kupplungs- elemente dienen, werden in einem Vorbereitungsschritt an dem Werkstück ausgebildet. Dies kann durch Prägen gesche- hen. Das Spannsystem erbringt eine gemischte reib-und formschlüssige Spannung des diedieÜber-1, tragung mitgeringemFlächenbedarfanHaltekräfte dem Werkstück und an den Spannelementen 2,3 ermöglicht.