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Title:
DEVICE FOR CLAMPING A WORKPIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/036734
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for clamping a workpiece with a receiving head (1), which is rotatably mounted in a housing (3) and which is connected to a rotary drive by means of a rigid drive connection between a drive motor (4) and the receiving head (1), comprising clamping jaws (7), which are radially adjustable in the receiving head (1) and are connected to a clamping drive in order to externally clamp the workpiece, and comprising linear drives (8), which move the clamping jaws (7), form the clamping drive and, by means of a separate drive motor (13), can be driven jointly by a toothed transmission having a central gearwheel (12) coaxial with the drive shaft (2) of the receiving head (1). In order to create advantageous design conditions it is proposed that the central gearwheel (12) be drivable synchronously with the receiving head (1) in the clamping position of the clamping jaws (7), wherein the rotary drive for the central gearwheel (12) has either a rigid drive connection between the drive motor (13) thereof and the central gearwheel (12) or a transmission (16), which besides the output shaft (17) also comprises two input shafts (18, 19) for driving the central gearwheel (12), which input shafts are drivingly connected on the one hand to the drive motor (4) for the rotary drive of the receiving head (1) and on the other hand to the drive motor (13) for the central gearwheel (12).

Inventors:
MOSER FRIEDRICH (AT)
Application Number:
PCT/AT2018/050018
Publication Date:
February 28, 2019
Filing Date:
August 23, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MOSER FRIEDRICH (AT)
International Classes:
B23B31/165; B23B31/28; B23B31/40
Foreign References:
GB2498061A2013-07-03
DE102010018342A12012-01-05
EP0314945A21989-05-10
US2867441A1959-01-06
US1699359A1929-01-15
GB1131092A1968-10-23
DE102010033859A12012-02-16
US5464233A1995-11-07
US1713797A1929-05-21
Attorney, Agent or Firm:
HÜBSCHER, Helmut et al. (AT)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Vorrichtung zum Klemmen eines Werkstücks mit einem in einem Gehäuse (3) drehbar gelagerten Aufnahmekopf (1 ), der an einen Drehantrieb mit einer starren Antriebsverbindung zwischen einem Antriebsmotor (4) und dem Aufnahmekopf (1 ) angeschlossen ist, mit im Aufnahmekopf (1 ) radial verstellbaren, mit einem

Klemmtrieb verbundenen Klemmbacken (7) zum Außenklemmen des Werkstücks und mit die Klemmbacken (7) verlagernden, den Klemmtrieb bildenden

Lineartrieben (8), die durch ein Zahnradgetriebe mit einem zur Antriebswelle (2) des Aufnahmekopfs (1 ) koaxialen Zentralrad (12) durch einen gesonderten

Antriebsmotor (13) gemeinsam antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrad (12) in der Klemmstellung der Klemmbacken (7) synchron zum

Aufnahmekopf (1 ) antreibbar ist, wobei der Drehantrieb für das Zentralrad (12) entweder eine starre Antriebsverbindung zwischen seinem Antriebsmotor (13) und dem Zentralrad (12) oder ein Überlagerungsgetriebe (16) aufweist, das neben der Ausgangswelle (17) zum Antrieb des Zentralrads (12) zwei Eingangswellen (18, 19) umfasst, die einerseits mit dem Antriebsmotor (4) für den Drehantrieb des

Aufnahmekopfs (1 ) und anderseits mit dem Antriebsmotor (13) für das Zentralrad (12) antriebsverbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die als

Spindeltriebe ausgebildeten Linearantriebe (8) durch je ein Getriebe (10) antreibbar sind, dessen Antriebswelle ein mit dem Zentralrad (12) kämmendes Zahnrad (1 1 ) trägt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrad (12) auf der Antriebswelle (2) des Aufnahmekopfs (1 ) frei drehbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekopf (1 ) zusätzliche Spreizbacken (24) zum Innenklemmen eines hohlen Werkstücks (25) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizbacken (24) mittels eines axial verstellbar in der Antriebswelle (2) des Aufnahmekopfs (1 ) gelagerten Spreizdorns (26) betätigbar sind.

Description:
Vorrichtung zum Klemmen eines Werkstücks

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Klemmen eines Werkstücks mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten Aufnahmekopf, der an einen

Drehantrieb mit einer starren Antriebsverbindung zwischen einem Antriebsmotor und dem Aufnahmekopf angeschlossen ist, mit im Aufnahmekopf radial

verstellbaren, mit einem Klemmtrieb verbundenen Klemmbacken zum

Außenklemmen des Werkstücks und mit die Klemmbacken verlagernden, den Klemmtrieb bildenden Lineartrieben, die durch ein Zahnradgetriebe mit einem zur Antriebswelle des Aufnahmekopfs koaxialen Zentralrad durch einen gesonderten Antriebsmotor gemeinsam antreibbar sind.

Stand der Technik

Zum Richten von Werkstücken mit einer ausgeprägten Längsachse, wie Stäbe, Stangen, Profile und Rohre, kann das endseitig in Aufnahmeköpfen geklemmte Werkstück mithilfe der Aufnahmeköpfe in sich zumindest in vorgegebenen

Winkelbereichen ändernden Richtungen ausgebogen und wieder zurückgebogen werden, indem die die beiden Enden des Werkstücks klemmenden Aufnahmeköpfe nicht nur um ihre Längsachse gedreht, sondern zusätzlich um eine dazu senkrechte Schwenkachse verschwenkt werden. Die endseitige Werkstückklemm ung in den Aufnahmeköpfen stellt allerdings hohe Ansprüche hinsichtlich der Aufnahme der auftretenden großen Belastungskräfte und der Spannweite der Klemmbacken, die ja Werkstücke mit einem vergleichsweise weiten Durchmesserbereich sicher klemmen sollen. Übliche Spannfutter sind daher für einen solchen Einsatzzweck ungeeignet. Um bei Spannfuttern mit durch einen Klemmantrieb betätigbaren Klemmbacken eines drehend antreibbaren Aufnahmekopfs die Spannweite der Klemmbacken in einem weiten Bereich einstellen zu können, ist es bekannt (US 4 482 163 A), für die radiale Einstellung der Klemmbacken Schraubtriebe vorzusehen, die über ein durch die hohle Antriebswelle des Aufnahmekopfs antreibbares, zentrales Tellerrad betätigt werden, das mit den Schraubtrieben zugehörigen Kegelrädern kämmt.

Durch die Schraubtriebe werden die Klemmbacken in Rahmen verlagert, die radial verschiebbar im Aufnahmekopf geführt und mithilfe von Umlenkhebeln durch eine hydraulisch betätigbare Schubstange beaufschlagt werden. Dieser Klemmantrieb wirkt somit auf die Rahmen, in denen die Klemmbacken durch die Schraubtriebe zur Einstellung der jeweils geforderten Spannweite radial verlagert werden. Die

Klemmbacken müssen daher für den Klemmvorgang verschiebefest in den Rahmen gehalten werden, was dadurch erreicht wird, dass das für den gemeinsamen Antrieb der Schraubtriebe vorgesehene Tellerrad durch eine Verriegelungseinrichtung drehfest mit dem Aufnahmekopf verbunden wird. Abgesehen davon, dass sich durch gesonderte, im Aufnahmekopf radial verschiebbar gelagerte und mit dem Klemmantrieb verbundene Rahmen zur Aufnahme der Klemmbacken und durch die radiale Verlagerung der Klemmbacken in den Rahmen mithilfe von Schraubtrieben ein erheblicher Konstruktionsaufwand ergibt, müssen insbesondere die durch den Klemmantrieb durch Umlenkhebel bedingten Beschränkungen hinsichtlich der Klemmkräfte in Kauf genommen werden.

Darüber hinaus sind Klemmvorrichtungen mit einem durch einen Antriebsmotor antreibbaren Aufnahmekopf bekannt (EP 0 554 685 A1 , DE 28 16 163 A1 ), der radial verschiebbare, gemeinsam über je einen Spindeltrieb antreibbare

Klemmbacken aufweist, wobei der Drehantrieb für die Spindeltriebe ein durch einen gesonderten Antriebsmotor antreibbares Zentralrad umfasst. Der Drehantrieb für das Zentralrad ist mit einer Schaltkupplung versehen, mit deren Hilfe die

Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Zentralrad unterbrochen werden kann, sodass sich das Zentralrad beim Antrieb des Aufnahmekopfs antriebslos mit dem Aufnahmekopf mitdrehen und damit die eingestellte

Klemmstellung der Klemmbacken halten kann, allerdings mit dem Nachteil, dass die Klemmstellung der Klemmbacken nach der Entkopplung des Zentralrads von seinem Antrieb nicht mehr bestimmt werden kann. Es ist daher weder eine Überprüfung noch eine Änderung der Klemmkraft während des Antriebs des

Aufnahm ekopfs möglich.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Klemmen von Werkstücken so auszugestalten, dass den insbesondere bei Aufnahmeköpfen mit einem weiten Spannbereich und großen Klemmkräften auftretenden

Anforderungen hinsichtlich der Überprüfung und Änderung der Klemmkräfte vorteilhaft entsprochen werden kann.

Ausgehend von einer Klemmvorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Zentralrad in der Klemmstellung der Klemmbacken synchron zum Aufnahmekopf antreibbar ist, wobei der

Drehantrieb für das Zentralrad entweder eine starre Antriebsverbindung zwischen seinem Antriebsmotor und dem Zentralrad oder ein Überlagerungsgetriebe aufweist, das neben der Ausgangswelle zum Antrieb des Zentralrads zwei Eingangswellen umfasst, die einerseits mit dem Antriebsmotor für den Drehantrieb des

Aufnahmekopfs und anderseits mit dem Antriebsmotor für das Zentralrad

antriebsverbunden sind.

Um den Vorteil der als Lineartriebe ausgebildeten Klemmtriebe insbesondere hinsichtlich des größeren Spannweitenbereichs und der Klemm kraftaufbringung vorteilhaft nützen zu können, muss eine Betätigung der Lineartriebe durch die

Drehung des Aufnahmekopfs um seine Antriebswelle ausgeschlossen werden. Dies gelingt in einfacher Weise dadurch, dass das Zentralrad in der Klemmstellung der Klemmbacken synchron mit dem Aufnahmekopf angetrieben wird. Der synchrone Antrieb des Zentralrads bringt im Vergleich zu einer bloßen Verriegelung des Zentralrads gegenüber dem Aufnahmekopf den Vorteil mit sich, dass bei einer entsprechenden Beaufschlagung des Zentralrads die Klemmkräfte zwischen den Klemmbacken und dem Werkstück in Abhängigkeit von den jeweiligen

Anforderungen vorgegeben werden können. Zum Antrieb des Zentralrads ergeben sich zwei Möglichkeiten, wobei für den Zentralradantrieb jeweils ein gesonderter Antriebsmotor vorzusehen ist. Das Zentralrad kann nämlich über eine starre Antriebsverbindung mit diesem

Antriebsmotor verbunden oder durch ein Überlagerungsgetriebe antreibbar sein, das neben der Ausgangswelle zum Antrieb des Zentralrads zwei Eingangswellen aufweist, die einerseits mit dem Antriebsmotor für den Drehantrieb des

Aufnahmekopfs und anderseits mit dem Antriebsmotor für das Zentralrad

antriebsverbunden sind. Bei einer starren Antriebsverbindung zwischen dem

Zentralrad und seinem Antriebsmotor muss der Antriebsmotor so angesteuert werden, dass das Zentralrad synchron mit dem Aufnahmekopf umläuft, wenn das geklemmte Werkstück vom Aufnahmekopf gedreht werden soll. Der Drehwinkel zwischen dem Aufnahmekopf und dem Zentralrad bestimmt somit unter

Berücksichtigung der gegebenen Übersetzungsverhältnisse den radialen Stellweg der Klemmbacken. Wird das Zentralrad mittels eines Überlagerungsgetriebes angetrieben, so können die Übersetzungsverhältnisse so gewählt werden, dass bei Stillstand des

Antriebmotors für das Zentralrad das Zentralrad synchron mit dem Aufnahmekopf angetrieben wird. Dies bedeutet, dass der Drehwinkel des Antriebsmotors für das Zentralrad die radiale Verlagerung der Klemmbacken vorgibt, was besonders einfache Einstellbedingungen schafft.

Um hohe Klemmkräfte aufbringen zu können, empfiehlt es sich, die als

Spindeltriebe ausgebildeten Linearantriebe durch je ein Getriebe anzutreiben, dessen Antriebswelle ein mit dem Zentralrad kämmendes Zahnrad trägt, sodass einerseits auch für einen Aufnahmekopf mit großer Spannweite für den dann großen radialen Abstand der Getriebe von der Drehachse des Aufnahmekopfs günstige Konstruktionsverhältnisse geschaffen werden und anderseits für den Antrieb der einzelnen Spindeltriebe vorteilhafte Übersetzungsverhältnisse sichergestellt werden können. Als Getriebe für den Spindelantrieb kommen vorzugsweise Schneckenoder Winkelgetriebe in Frage. Obwohl das Zentralrad lediglich koaxial zur Drehachse des Aufnahmekopfs gelagert sein muss, ergeben sich besonders einfache Konstruktionsbedingungen, wenn das Zentralrad auf der Antriebswelle des Aufnahmekopfs frei drehbar gelagert ist, weil in diesem Fall ein größeres Platzangebot für den Antrieb der Linearantriebe genützt werden kann.

Bei den für manche Einsatzzwecke erforderlichen hohen Klemmkräften besteht bei hohlen Werkstücken, insbesondere bei dünnwandigen Rohren, die Gefahr, dass die hohlen Werkstücke durch die Klemmbacken eingedrückt werden. Um dieser Gefahr zu begegnen, kann der Aufnahmekopf zusätzliche Spreizbacken zum

Innenklemmen der hohlen Werkstücke aufweisen, sodass die Spreizbacken einen Gegenhalter für die Klemmbacken bilden. Zur Betätigung der Spreizbacken kann ein Spreizdorn vorgesehen sein, der beispielsweise axial verstellbar in der

Antriebswelle des Aufnahmekopfs gelagert ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Klemmen eines Werkstücks in

einem schematischen Blockschaltbild,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung ebenfalls in einem schematischen Blockschaltbild.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Klemmvorrichtung weist einen Aufnahmekopf 1 auf, dessen Antriebswelle 2 in einem Gehäuse 3 drehbar gelagert ist und durch einen

Antriebsmotor 4 angetrieben wird, und zwar über ein zweistufiges Zahnradgetriebe mit den Getriebestufen 5 und 6. Im Aufnahmekopf 1 sind radial verschiebbar geführte Klemmbacken 7 vorgesehen, die mithilfe eines als Spindeltrieb ausgebildeten Lineartriebs 8 radial verlagert werden können. Die Spindeln 9 sind zu diesem Zweck über ein Winkelgetriebe 10 antreibbar, dessen Antriebswelle ein Zahnrad 1 1 trägt, das mit einem allen Lineartrieben 8 gemeinsamen Zentralrad 12 kämmt. Dieses Zentralrad 12 ist auf der Antriebswelle 2 des Aufnahmekopfs 1 frei drehbar gelagert und wird von einem Antriebsmotor 13 über ein zweistufiges

Zahnradgetriebe mit den Getriebestufen 14 und 15 angetrieben. Wird demnach bei stillstehendem Antriebsmotor 4 für den Aufnahmekopf 1 der Antriebsmotor 13 für die Lineartriebe 8 eingeschaltet, so werden die Klemmbacken 7 durch das gemeinsame Zentralrad 12 entsprechend verstellt, sodass ein Werkstück zwischen den Klemmbacken 7 gespannt werden kann. Wird anschließend der Antriebsmotor 4 für den Aufnahmekopf 1 betätigt, so muss der Antriebsmotor 13 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors 4 so angesteuert werden, dass das Zentralrad 12 synchron mit dem Aufnahmekopf 1 angetrieben wird, weil eine Relativdrehung zwischen Aufnahmekopf 1 und Zentralrad 12 eine Verlagerung der Klemmbacken 7 bewirkt. Der Antriebsmotor 13 für das Zentralrad 12 kann aber im Sinne einer

Erhöhung der Klemmkraft angesteuert werden. Die Abstützung der Klemmbacken 7 am Werkstück unterbindet ja eine Relativdrehung zwischen Aufnahmekopf 1 und Zentralrad 12. Die Ansteuerung der Antriebsmotoren 4 und 13 für den

Aufnahmekopf 1 und das Zentralrad 12 erfolgt mithilfe einer entsprechenden Steuereinrichtung, die jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 im

Wesentlichen nur durch den Drehantrieb für das Zentralrad 12. Zwischen den beiden Getriebestufen 14 und 15 der Antriebsverbindung zwischen Zentralrad 12 und Antriebsmotor 13 ist nämlich ein Überlagerungsgetriebe 16 eingeschaltet, dessen Ausgangswelle 17 die Getriebestufe 15 antreibt und dessen beide

Eingangswellen 18 und 19 einerseits von der Getriebestufe 14 und anderseits von der Antriebswelle 2 des Aufnahmekopfs 1 angetrieben werden. Die

Übersetzungsverhältnisse sind dabei so gewählt, dass bei Stillstand des

Antriebsmotors 13 das Zentralrad 12 mit der Drehzahl des Aufnahmekopfs 1 angetrieben wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Ausgangswelle 17 von einem Getriebeglied 20 gebildet, während das gegenüberliegende Getriebeglied 21 von der Eingangswelle 18 angetrieben wird. Der die Eingangswelle 19 bildende Steg 22 steht mit der Antriebswelle 2 des Aufnahmekopfs 1 über eine Getriebestufe 23 in Antriebsverbindung. Eine solche Ausbildung des

Überlagerungsgetriebes 16 ist jedoch keinesfalls zwingend. Wie die Fig. 3 erkennen lässt, kann der Aufnahmekopf 1 zusätzlich zu den

Klemmbacken 7 zur Außenklemmung eines Werkstücks mit Spreizbacken 24 zum Innenklemmen eines hohlen Werkstücks 25, beispielsweise eines Rohrs, versehen sein. Diese radial verschiebbar im Aufnahmekopf 1 geführten Spreizbacken 24 können mithilfe eines Spreizdorns 26 nach Art eines Keilgetriebes betätigt werden und bilden einen Gegenhalter zu den das Werkstück 25 von außen greifenden Klemmbacken7, sodass das hohle Werkstück 25 nicht durch die Klemmbacken 7 eingedrückt werden kann. Die Spreizbacken 24 sind dabei vorteilhaft schwimmend gelagert, um eine selbständige Zentrierung gegenüber den Klemmbacken 7 sicherzustellen. Der Spreizdorn 26 kann zu seiner Betätigung innerhalb der hohlen Antriebswelle 2 geführt und mit einem Kolben 27 verbunden sein, der zum Spreizen der

Spreizbacken 24 hydraulisch beaufschlagt wird. Für die Verstellung des Spreizdorns 26 kann aber auch ein anderer Stelltrieb eingesetzt werden.