FLEXIBLE SPANNBACKE FüR EINEN SCHRAUBSTOCK

Die Erfindung betrifft eine Spannbacke für einen Schraubstock mit einer Spannplatte und mindestens zwei Brücken.

Zum genauen Bearbeiten eines Werkstückes, beispielsweise in einer Funkenerosionsmaschine, Werkzeugmaschine etc., ist es erforderlich, dass das Werkstück, welches bearbeitet werden soll, fest gegen das Schraubstockbett eingespannt ist. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich das Werkstück geringfügig beim Einspannen vom Schraubstockbett weg bewegt. Diese Unsicherheit kann zu Ungenauigkei- ten führen.

Aus der EP 0 196 544 A1 wird ein Schraubstock mit einem Bett beschrieben, über das sich eine erste feststehende, eine erste Spannplatte aufweisende Spannbacke erhebt, sowie mit einer zweiten, am Bett beweglich geführten, eine zweite Spann- platte aufweisenden Spannbacke, die mit einer an Bett drehbar befestigten Spindel drehbar verbunden ist, wobei die Spindel sich in einem im Bett ausgebildeten Längskanal erstreckt, und im Längskanal vom Fuß der zweiten Spannbacke umfasst ist, welche über einen in einem Längsschlitz des Bettes eingefangen Hals mit der zweiten Spannplatte verbunden ist. Zur exakten Positionierung eines zwischen den Spannbacken eirtgespannten Werkstückes ist vorgesehen, dass das Bett eine ebene, sich quer zu den Spannplatten und zwischen diesen erstreckende Referenzfläche aufweist, dass am Bett wenigstens zwei benachbarte sich in Richtung der Referenzfläche erstreckende Spannflächen ausgebildet sind, von denen eine erste Spannfläche relativ zur Referenzfläche geneigt ist und die zweite Spannfläche relativ zur Referenzfläche gegensinnig geneigt ist, und dass an der zweiten Spannbacke wenigstens zwei zu den Spannflächen benachbarte Klemmflächen ausgebildet sind, von denen die erste Klemmfläche sich parallel zur ersten Spannfläche und die zweite Klemmfläche parallel zur zweiten Spannfläche erstreckt. Dadurch wird eine sehr schmale Gestaltung des Schraubstockes ermöglicht, die diesen zur Verwendung an eine Drahtschneide-Funkerosionsmaschine besonders geeignet macht.

Eine weitere Einspannvorrichtung ist in der EP 0 362 753 offenbart. Sie dient zum Halten von Werkstücken und weist dazu im Abstand relativ zueinander verstellbare

Spannbacken auf, die zueinander weisende Spannflächen haben. Ausserdem ist eine Werkstück-Auflage vorhanden. Es ist bei der oder den Spannflächen der Spannbacken eine vom einzuspannenden Werkstück verstellbare und in Spannrichtung beaufschlagbare Niederzugvorrichtung vorgesehen. Diese weist ein über die Spannfläche überstehendes und schräg zu der Werkstück-Auflage hinweisendes Niederzugelement auf. Während des Spannvorganges wird dieses Niederzugelement beaufschlagt und schwenkt dabei schräg nach unten in Richtung zu der Werkstück-Auflage, wobei das Werkstück entweder mitgenommen wird oder aber in diese Richtung kraftbeaufschlagt wird, so dass eine sichere Anlage auf der Auflage erfolgt.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 43 41 744 A1 zeigt ein Tiefziehspann-System für Spannvorrichtungen an Werkstückbearbeitungsmaschinen, bestehend aus zwei gegenüberliegenden Teilen, einem Anschlag - Tiefziehspanner mit festen Spannbacken und einem Tiefziehspanner mit beweglichen Spannbacken, zwischen denen das zu bearbeitende Werkstück eingespannt ist, wobei ein Anschlag-Tiefziehspanner als ortsfestes Anschlagteil vorhanden ist, welcher aus einem Backenkörper besteht, der auf einer Halteplatte angeordnet ist, wobei der Backenkörper zum Einspannen eines Werkstückes mit Schutzbacken ausgerüstet ist, die eine vertikale Spannfläche zur Halteplatte besitzt, wobei der Backenkörper an einer Auflage anliegt und mit einem elastisch verbiegbaren Teil gegenüber der Halteplatte und eine Formgebung besitzt, wodurch bei Einwirkung einer parallel zur Halteplatte wirkende Schubkraft über die Schutzbacken eine auf die Halteplatte gerichtete Kraft, die größer als die Hebekraft ist, auf das Werkstück übertragen wird.

Eine Hauptforderung für ein optimales Spannsystem ist eine Einspannung eines Werkstückes, welches sich beim Einspannen und im eingespannten Zustand nicht von dem Schraubstockbett weg bewegen darf. Beispielsweise wird in Drahterosionsmaschinen während der Bearbeitung das Werkstück von fliessendem Wasser bis zu Drücken von 100 bar beaufschlagt, um Späne oder Abfallmaterial wegzuspülen. Dies kann zu Vibrationen des eingespannten Werkstückes führen, die sich auf die genaue Einspannung des Werkstückes negativ auswirken kann. Das Problem beim Stand der Technik ist, dass die geforderte Festigkeit beim Einspannen eines Werkzeuges aufgrund von anspruchsvolleren Anforderungen an die Anwendung nicht erreicht wird. Die Werkstücke werden beispielsweise grösser, so dass eine

Einspannvorrichtung der vorliegenden Art die Fähigkeit haben muss, auch Werkstücke, die relativ gross zu der Grosse des Einspannwerkzeuges ist, optimal einspannen zu können. Beispielsweise haben Drahterosionmaschinen höhere Arbeitsgeschwindigkeiten. Dies erfordert höhere Wasserdrücke zum Abtransport der anfallenden Späne, was wiederum eine höhere Belastung auf das Werkstück zur Folge hat.

Ein weiterer Nachteil ist der Einsatz von überstehenden Werkstücken aufgrund von zu geringer Belastungsmöglichkeit. Ein herausstehendes Werkstück erzeugt ein gewisses Biegemoment, welches die Einspannkraft negativ belasten kann.

Für eine Bedienperson kann es von körperlichem Nachteil (Belastung der Gelenke und Muskeln) sein, wenn beispielsweise der Schraubstock mittels eines Schraubenschlüssels vielmals hintereinander manuell bedient werden muss.

Somit ist es die Aufgabe der Erfindung alle diese Nachteile zu vermeiden, nämlich die Einspannkraft bei gleicher Bedienkraft in Richtung Schraubstockbett und die Einspannfestigkeit zu vergrössem.

Erfindungsgemäss wird die Erfindung dadurch gelöst, dass die Spannkraft der Spannplatte auf das eingespannte Werkstück entlang der zum Werkstück gerichteten Oberfläche variabel ist.

Durch die variable Spannkraft der Spannbacken wird eine Erhöhung des Drehmomentes erreicht, indem bevorzugt die resultierende Spannkraft oberhalb der Mitte der Oberfläche der Spannplatte liegt.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Spannplatte eine äussere und eine innere Brücke auf.

Weiterhin kann die äussere und innere Brücke in Spannungsrichtung elastisch federnd sein, wobei die Federkonstante der inneren Brücke kleiner als die Federkonstante der äusseren Brücke ist.

Gemäss den Unteransprüchen sind die Brücken gekrümmt, wobei die Krümmungsradien der beiden Brücken unterschiedlich sein können.

Beispielsweise weist die innere Brücke eine grossere Krümmung auf als die äussere Brücke.

Durch eine oder mehrerer dieser Massnahmen wird eine Verlagerung des Angriffspunktes der Spannkraft parallel zum Schraubstockbett erzielt mit der Folge einer Vergrösserung des Drehmomentes, welches auf das Werkstück wirkt. Infolgedessen wird die Festigkeit der Einspannung in Richtung senkrecht zum Schraubstockbett vergrössert. Das wesentliche Merkmal ist die Erreichung einer maximalen Belastbarkeit. Die Belastbarkeit ist durch das maximale Biegemoment gegeben, welches eine Funktion der resultierenden Kräfte auf das Werkstück ist. Die Belastbarkeit wird mit dieser Erfindung wesentlich vergrössert.

Weiterhin wird das erforderliche Drehmoment, welches die Bedienperson aufwenden muss, verringert, um die gleiche Belastung wie nach dem Stand der Technik zu erzielen. Dies dient der Gesundheit der Bedienperson.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Brücke S-förmig aus- gestaltet. Die Erfindung ist nicht auf die S-förmige Ausgestaltung der Brücke beschränkt. Alle denkbaren Formen, die zum Ziel einer Erhöhung der Spannkraft und Belastbarkeit führen sind denkbar.

Erfindungsgemäss kann die Spannbacke zwischen den Brücken einen Hohlraum aufweisen, wobei die Krümmungen des Hohlraumes zur Vermeidung von überbelastungen entsprechend ausgebildet sind.

Weiterhin kann die Spannbacke unterhalb der inneren Brücke einen gekrümmten Schlitz zur Vermeidung von überbelastungen aufweisen.

Der Schlitz dient als Sicherheit für überlastungen des Spannwerkzeuges. Die Schlitzbreite ist ein geometrisches Mass für die maximal erlaubte Belastung.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 einen Schraubstock nach dem Stand der Technik

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schraubstocks

Fig. 3 eine dreidimensionale Ansicht einer Spannbacke

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Spannbacke

Fig. 5a die Kräfteverhältnisse im Stand der Technik

Fig. 5b die Kräfteverhältnisse gemäss der Erfindung

In der Figur 1 ist ein Schraubstock 2 mit nach dem Stand der Technik bekannten Spannbacken 11 und 12 in dreidimensionaler Darstellung gezeigt. Die Spannbacke 11 ist einstückig mit dem Schraubstockkörper 13 fest verbunden. Im Schraubstockkörper 13 sind Bohrungen 14 für die Befestigung in an sich bekannter Weise an einen Arbeitstisch vorgesehen. Auf der Seite der festen Spannbacke 11 ist das Schraubstockbett 15 angeordnet, auf dem das in Figur 2 gezeigte Werkstück 6 aufgespannt wird. Unterhalb des Schraubstockbettes 15 ist im Innern des Schraubstockkörpers 13 eine Spindelanordnung 16 installiert. Die Spindelanordnung 16 besteht in üblicher Weise aus einer Spindel 22, die auf der einen Seite des Schraubstockkörpers 13 mittels einer Mutter 17 gesichert und auf der anderen Seite durch einen drehbaren Griff 18 zur Betätigung der Spindel 22 abgeschlossen ist. Mit der Spindel 22 wird eine im Schraubstockkörper 13 geführte Spannbacke 12 zum Einspannen eines Werkstückes 6 zwischen den Spannbacken 11 und 12 bewegt. Die Spannbacken 11 und 12 weisen gemäss des Standes der Technik zwei Brücken 19 und 20 auf. Zwischen den Brücken 19 und 20 ist ein parallelgrammförmiger Hohl- räum 21 gezeigt.

Die Figur 2 zeigt die Seitenansicht eines Schraubstockes mit einer beispielhaften Ausführungsform der Spannbacken 1. In die Spannbacken 1 ist ein Werkstück 6 eingespannt. Die Bezugszeichen in Figur 2 entsprechen den Bezugszeichen in Figur 1.

In Figur 3 ist eine Spannbacke 1 , die auf einer Führung 23 beweglich gehalten ist, in dreidimensionaler Ansicht gezeigt.

Eine mögliche Ausgestaltung einer Spannbacke 1 ist der Seitenansicht in Figur 4 zu entnehmen. Die Spannbacke 1 weist eine Spannplatte 3 mit der zum Werkstück 6 gerichteten Oberfläche 7 auf. Ferner sind in der Spannbacke 1 eine äussere und eine innere Brücke 4 und 5 angeordnet. Der Verlauf der inneren und äusseren

Brücke 4 und 5 ist nicht parallel. Die innere Brücke 5 ist mehr gekrümmt als die äussere Brücke 4, um eine geringere Steifigkeit zu erreichen. Aufgrund der so erzielten Federeigenschaften ist es möglich, einen vollflächigen Kontakt der Oberfläche 7 der Spannplatte 3 mit dem Werkstück 6 zu erreichen. Die Kräfteverhältnisse im einge- spannten Zustand wird in den Figuren 5a und 5b näher beschrieben. Die hier gezeigte Ausführungsform zeigt eine bogenförmig geformte äussere Brücke 4 und eine S-förmige innere Brücke 5. Der von den Brücken 4 und 5 eingeschlossene Hohlraum 8 ist mit derartigen Krümmungen 9 versehen, dass eine überbelastung der Spannbacken verhindert wird. Weiterhin ist als überlastschutz ein gekrümmter, beispiels- weise S-förmigen Schlitz 10 zwischen dem Schraubstockbett 15 und der inneren Brücke 5 vorgesehen. Die durch den Schlitz 10 gebildete Spaltbreite wird zu Null, wenn der beim Einspannen entstehende Drehmoment zu hoch werden würde.

Ein Vergleich der Kräfteverhältnisse im eingespannten Zustand zwischen einer be- kannten Spannbacke und einer beispielhaften erfindungsgemässen Spannbacke zeigen die Figuren 5a und 5b.

Die Figur 5a zeigt die Situation nach dem Stand der Technik. Die beiden Brücken 19 und 20 schliessen als Hohlraum 21 ein Parallelogramm ein. Die Spannkraft K ist über die gesamte Oberfläche 24 der Spannebene 25 konstant. Die resultierende Kraft K _r greift in der Mitte M der Spannebene 25 an, so dass sich ein Drehmoment D _m i, gebildet aus der resultierenden Kraft K _r und dem Abstand L-i, ergibt.

Anders ist der Kraftfluss bei der Erfindung, dargestellt am Beispiel in Figur 5b. Infolge der speziell gekrümmten Brücken 4 und 5 nehmen die Spannkräfte K von oben nach unten ab. Der Angriffspunkt der resultierenden Kraft K _r liegt oberhalb der Mitte M der Oberfläche 7 der Spannplatte 3. Damit wird der Abstand 1_ ₂ grösser als der Abstand Li in Figur 5a. Folglich vergrössert sich das Drehmoment D _m2 gegenüber dem Dreh- moment D _m i gegenüber dem Stand der Technik. Wesentlich ist die Erreichung eines maximalen Biegemomentes, welches sich aus den Kräften K _r und F ₂ multipliziert mit dem Arm L ₂ ergibt. Das Werkstück wird durch Friktion in der kritischen Biegerichtung gehalten. Die Biegefestigkeit ist wesentlich von der Länge L ₂ abhängig.

Der Vergleich der Kräfteverteilung von Figur 5a mit dem der Figur 5b zeigt, dass die zum Schraubstockbett 15 gerichtete Kraft F ₂ in Figur 5b grösser ist als die Kraft Fi in Figur 5a. Damit wird das Werkstück 6 bei dem erfindungsgemässen Beispiel stärker nach unten gezogen und fester gehalten, was ein wesentliches Ziel der Erfindung ist.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigten gekrümmten Formen der Brücken und des Schlitzes beschränkt. Wesentlich ist eine solche Geometrie zu finden, die in einer höheren Kraft in Richtung Schraubstockbett gegenüber dem Stand der Technik mit geraden und parallelen geometrischen Eigenschaften resultiert.

Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, durch eine geeignete Form der Spannbacken eine grossere Belastbarkeit und eine grossere Spannkraft bei gleichem Bediendrehmoment zu erreichen. Für eine Bedienperson ist die Handhabung des Schraubstocks mit den erfindungsgemässen Spannbacken weniger belastbar für ihre Gelenke und Muskeln.

Bezugszeichenliste

1 Spannbacke K Kraft

2 Schraubstock K _r resultierende Kraft

3 Spannplatte M Mitte

4 Brücke Dm1 Drehmoment

5 Brücke D _m2 Drehmoment

6 Werkstück L ₁ Abstand

7 Oberfläche von 3 L ₂ Abstand

8 Hohlraum Fi Kraft

9 Krümmung F ₂ Kraft

10 Schlitz

11 Spannbacke

12 Spannbacke

13 Schraubstockkörper

14 Bohrungen

15 Schraubstockbett

16 Spindelanordnung

17 Mutter

18 Griff

19 Brücke

20 Brücke

21 Hohlraum

22 . Spindel

23 Führung

24 Oberfläche

25 Spannebenen