Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Spannsystem, das eine Vorrichtung zum Prägen definierter Ausnehmungen in ein zu bearbeitendes Werkstück, einen Zentrierspanner mit zwei Spannbacken und das darin zur Bearbeitung eingespannte Werkstück umfasst .

Spannsysteme mit einem Zentrierspanner der genannten Art sind in einer großen Anzahl verschiedener Bauformen aus dem Stand der Technik bekannt . Dazu geben z . B . die DE 10 2014 112 845 Al und DE 20 2014 104 201 Ul einen Überblick und of fenbaren ein Spannbacken-Schnellverschluss-System für eine präzise Bearbeitung bei besonderer Flexibilität eines Einsatzes an verschiedenen Maschinen mit unterschiedlichen Bearbeitungsarten .

Die EP 2105257 A2 of fenbart die Verwendung einer zusätzlichen Verschraubung in einem Nahbereich von Spannflächen an Spannbacken neben einer Spann-Spindel zum Bewegen der Spannbacken des Zentrierspanners .

DE 10 2007 008 132 Al und DE 10 2020 101 059 Al lehren die Verwendung einer separat angebrachten Markierung zur Kennzeichnung einer Vorzugsposition an einem Werkstück, wobei das in einem Zentrierspanner fixierte Werkstück über separate Fußbol zen in einer Aufnahmeplatte einer j eweiligen Bearbeitungsmaschine fixiert ist .

Aus der DE 20 2020 100 356 Ul ist ein Spannsystem bekannt , bei dem zum Spannen eines Werkstücks in einem Maschinenschraubstock bzw . Zentrierspanner ein Grundkörper, wenigstens zwei an dem Grundkörper längsverschieblich gelagert angeordnete und über eine Spannspindel zur Verstellung miteinander beweglich gekoppelte Spannbacken vorgesehen sind . Die Spannbacken sind mit regelmäßig in einer Reihe angeordneten Formschluss- bzw . Eingri f fselementen in der Form von Vorsprüngen bzw . Zähnen besetzt , die von entsprechenden Anlageflächen der Spannbacken vorstehen . In einem Vorbereitungsschritt werden an dem in dem zur Bearbeitung einzuspannenden Werkstück durch eine Prägevorrichtung komplementäre Ausnehmungen eingeprägt , die nachfolgend als Kupplungselemente dienen, indem Eingri f fselemente der Spannbacken des Zentrierspanners in diese Ausnehmungen eingrei fen . Das Spannsystem bewirkt damit eine gemischte reib- und formschlüssige Fixierung des Werkstücks , die eine Übertragung großer Haltekräfte mit geringem Flächenbedarf an dem Werkstück und an den Spannelementen ermöglicht . Zusätzlich lehrt die DE 20 2020 100 356 Ul , das Eingri f fselement nach Art eines Keils unter Erzeugung einer in dem Werkstück auf eine Auflagefläche des Spannsystems hin gerichteten Kraft in die Ausnehmung eingrei fend aus zubilden . Durch diese Kraft wird das Werkstück unter Einfluss des Spannsystems immer auf eine definierte Auflagefläche gedrückt . Dadurch wird neben einer definierten und reproduzierbaren Positionierung des Werkstücks in dem Spannsystem ein Undefiniertes Anheben des Werkstücks verhindert . Auch wird eine Schwingungsneigung des Werkstücks bei einer Bearbeitung gemindert .

Vorrichtungen gemäß der Lehre der DE 20 2020 100 356 Ul haben sich auch im Bereich spanabhebender Bearbeitung von Werkstücken in einem Spannsystem an fünf der prinzipiell sechs vorhandenen äußeren Seiten ohne Umspannen des Werkstücks bewährt .

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe , ein Spannsystem mit mehr als einem Eingri f fselement hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit bei einer spanabhebenden Bearbeitung unter hohen mechanischen Beanspruchungen eines Werkstücks weiterzubilden . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst , dass an j edem Spannbacken eine Reihe von Eingri f fselementen, die der Lehre der DE 20 2020 100 356 Ul entsprechend ausgebildet sind, eine weitere Reihe von Eingri f f selementen in einem Abstand parallel angeordnet ist .

Ein Werkstück ist in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt in Bereichen, die zum Einspannen in einem Zentrierspanner im Zuge einer Bearbeitung vorgesehen sind, durch plastische Verformung in einer Prägevorrichtung mit Prägezähnen mit korrespondierenden Vertiefungen versehen, die gemäß vorliegender Erfindung nun also ebenfalls zweireihig angeordnet sind . Die Prägezähne der Prägevorrichtung und die Eingri f fselemente des Zentrierspanners sind als Teile des Spannsystems so aufeinander relativ zu dem Werkstück abgestimmt positioniert , dass bei form- und kraf tschlüssigen Eingrei fen der Eingri f fselemente z . B . durch einen Höhenversatz der Vertiefungen im Werkstück gegenüber den Eingri f fselementen ein Niederzugef fekt hervorgerufen wird, durch den das Werkstück definiert auf eine Unterlage bzw . Auflagefläche gepresst wird . Der Vorteil des neuartigen Spannsystems gegenüber dem gemäß der DE 20 2020 100 356 Ul liegt darin, dass hier nun ein maximales Moment , wie es im Zuge einer spanabhebenden Bearbeitung an einem betref fenden Werkstück hervorgerufen wird, deutlich erhöht ist . Der Grund liegt darin, dass durch die in einem Abstand und parallel zu einer ersten Reihe von Eingri f fselementen angeordnete zweite Reihe von Eingri f fselementen und deren Abstand zu der ersten Reihe von Eingri f fselementen die Hebelverhältnisse am Werkstück verbessert werden, wie nachfolgend noch anhand eines Aus führungsbeispiels im Detail beschrieben wird .

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche . In einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung sind die beiden Reihen von Eingri f fselementen des j eweiligen Spannbacken gegeneinander ca . 6 mm bis etwa 7 mm versetzt angeordnet . Bei Anordnung der unteren Reihe von Eingri f fselementen des j eweiligen Spannbacken vorzugsweise ca . 3 mm oberhalb einer Unterkante des eingespannten Werkstücks ergibt sich damit ein Bereich von ca . 10 mm Höhe , der an einem Werkstück für Ausnehmungen benötigt wird, um mit einem vorstehend beschriebenen Zentrierspanner ein kompaktes Spannsystem mit deutlich verbesserten Eigenschaften zu bilden .

Vorteilhafterweise sind die Eingri f fselemente der Reihen in einer Aus führungs form fluchtend zueinander angeordnet .

Ein vorstehend beschriebener Zentrierspanner kann grundsätzlich auch zur Vorbereitung eines Werkstücks in der Funktion einer Prägevorrichtung vorgesehen sein . Es ist j edoch vorteilhaft , eine separate Prägevorrichtung vorzusehen, die in ihrem Aufbau zwar im Wesentlichen dem besagten Zentrierspanner entspricht , wobei hier j edoch Spannbacken mit zwei parallel zueinander verlaufenden Reihen von Eingri f fselementen vorgesehen sind, die gegenüber den Reihen der Spannbacken des Zentrierspanners einen Höhenversatz um ca . + 1 / 10 mm gegenüber einer Auflagefläche des Werkstücks aufweisen . Damit ergeben sich an j edem Werkstück nach Einsetzen in dem Zentrierspanner Ausnehmungen, an denen ein neben einer exakten und reproduzierbaren Ausrichtung auch eine Niederzugkraf t hervorgerufen wird .

Vorzugsweise ist zudem statt der Spannspindel des Zentrierspanners in der Prägevorrichtung eine Hydraulik vorgesehen . Damit werden in diesem Schritt des Prägens als Teil einer Vorfertigung bequem und schnell hohe Kräfte zum Prägen vorbestimmter Vertiefungen in das Werkstück aufgebracht .

Es wird weiter bevorzugt , dass die Spannbacken als stark beanspruchte Verschleißteile auswechselbar ausgeführt sind . Das gilt für den Zentrierspanner, wie auch für die Prägevorrichtung .

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile Erfindungsgemäßer Aus führungs formen unter Bezugnahme auf Aus führungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert . Darin zeigen in schematischer Darstellung :

Figur 1 : eine dreidimensionale Ansicht eines Aus führungsbeispiels eines Zentrierspanners ;

Figur 2 : eine Seitenansicht des Zentrierspanners von Figur 1 ;

Figuren 3a und 3b : eine Einzelheit von Figur 2 sowie eine vergrößerte Darstellung einer Schnittdarstellung um in Ausnehmungen des Werkstücks eingrei fende Eingri f fselemente der Spannbacken des Zentrierspanners ;

Figur 4 : eine Seitenansicht eines Anwendungs falls des Spannsystems ;

Figur 5 : eine teilweise geschnittene Darstellung eines Eingri f fs eines Eingri f fselements in einer Ausnehmung des Werkstücks unter Andeutung relevanter Kräfte und

Figur 6 : eine dreidimensionale Ansicht eines bekannten Zentrierspanners .

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugs zeichen verwendet . Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend ein Spannsystem nur unter Verwendung eines quaderförmigen Werkstücks in einem Zentrierspanner dargestellt und beschrieben . Es ist aber für den Fachmann of fensichtlich, dass entsprechend ausgeformte Eingri f fselemente auch an einem Spannfutter einer Drehbank oder eines Dreh- und Fräs zentrums bei gleicher mechanischer Wirkung zur Erzielung der eingangs genannten Vorteile an einem entsprechend geformten und vorbereiteten Werkstück einsetzbar sind .

Figur 6 stellt eine dreidimensionale Ansicht eines bekannten Spannsystems 1 mit einem Zentrierspanner 2 gemäß der Lehre der DE 20 2020 100 356 Ul dar . Zwischen zwei Spannbacken 3 , die über eine Spannspindel 4 zur Verstellung miteinander gekoppelt und auf einem Steg 5 eines Grundkörpers 6 verschieblich gelagert sind, ist ein - hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestelltes - Werkstück 7 unter Erzeugung auf Auflageflächen 8 hin gerichteten Kräfte A fixiert , wie anhand der Abbildung von Figur 5 im Anschluss noch im Detail erklärt wird . Der Zentrierspanner 2 und das entsprechend durch Prägen von Ausnehmungen 10 vorbereitete Werkstück 7 bilden zusammen das Spannsystem 1 , das sich bei der 5-Achs-Bearbeitung mit zerspanenden Materialabtrag gerade bei hohen mechanischen Belastungen grundsätzlich bewährt hat .

Figur 5 zeigt eine Vergrößerung von Figur 6 in einer Schnittdarstellung zur Verdeutlichung der Erzeugung einer auf eine Auflagefläche 8 hin gerichteten Kraft A im Zuge der Fixierung des Werkstücks 7 in dem Zentrierspanner 2 . Demnach ist ein Eingri f fselement 9 an einem freien Ende eines Spannbackens 3 des Zentrierspanners 2 , das der Auflagefläche 8 des Zentrierspanners 2 entgegengesetzt ist , vorgesehen und ragt dort hervor . In dem dargestellten Zustand mit einem in dem Zentrierspanner 2 fixierten Werkstück 7 grei ft das Eingri f fselement 9 an dem Spannbacken 3 in eine Ausnehmung 10 des Werkstücks 7 ein. An dem Eingriffselement 9 und/oder der Ausnehmung 10 ist eine Flanke 11 ausgebildet, die gegenüber einer Kraft F einen Winkel a aufweist, der zwischen 0° und 90°, bevorzugt aber zwischen 30° und 60° liegt. Hier beträgt dieser Winkel a ungefähr 45°. Damit die Kraft F ungestört auf das Werkstück 7 einwirken kann, ist das Eingriffselement 9 in Abstimmung auf die Ausnehmung 10 so ausgebildet, dass es in der dargestellten Situation im Kontakt mit der Ausnehmung 10 des Werkstücks 7 mehrflächige Freisparungen 12 aufweist. In diesen Freisparungen 12 steht das Eingriffselement 9 nicht in Kontakt mit dem Werkstück 7, so dass hier auch keine Kraftübertragung stattfindet. In einem Idealfall steht das Eingriffselement 9 nur über die Flanke 11 in der Ausnehmung 10 in Kontakt mit dem Werkstück 7. Unter der modellhaften Annahme eines einzigen Kraftangriffspunktes für die Kraft F ergibt sich an der Flanke 11 eine in Form eines Kräfteparallelogramms darstellbare vektorielle Zerlegung der über das Eingriffselement 9 auf das Werkstück 7 einwirkenden Teilkräfte: eine zu der Auflagefläche 8 hin gerichtete Kraft A, die den erwünschten Niederzugeffekt dieses Spannsystems 1 hervorruft, und eine in horizontaler Richtung verlaufende Kraft B, die durch eine entgegensetzt gleichgroße Kraft von dem gegenüberliegend auf das Werkstück einwirkenden Spannbacken 3 mit einem entsprechenden Eingriff selement 9 kompensiert wird.

Die Abbildungen der Figuren 1 und 2 zeigen nun eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines neuartigen Zentrierspanners 2 mit einer Seitenansicht, aus der eine zweizeilige Anordnung von Eingriffselementen 9, die gemäß der Lehre der DE 20 2020 100 356 Ul ausgebildet sind, in einer unteren Zahnreihe 14 und einer oberen Zahnreihe 15 an den spiegelsymmetrisch aufgebauten Spannbacken 3 des Zentrierspanners 2 erkennbar ist. Die Eingriffselemente 9 der beiden Reihen 14, 15 sind fluchtend zueinander angeordnet. Figur 3a zeigt eine Einzelheit A von Figur 2 unter Angabe einer Bemaßung gemäß eines bevorzugten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung . Demnach sind die Reihen 14 , 15 von Eingri f fselementen 9 an dem Spannbacken 3 parallel zueinander verlaufend in einem Abstand von ca . 6 mm angerordnet . Bezogen auf die Anlagefläche 8 ergibt sich für eine untere Zahnreihe 14 ein Hebel a von 3 mm zur Aufnahme eines Moments , für die zweite bzw . obere Reihe 15 hingegen ein neuer Hebel b von ca . 10 mm . Dadurch kann durch die zweite , obere Zahnreihe 15 ein deutlich größeres Moment auf genommen werden .

Die Abbildung von Figur 3b zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Schnittdarstellung um in Ausnehmungen 10 des Werkstücks 7 eingrei fende Eingri f fselemente 9 der Spannbacken 3 des Zentrierspanners 2 . Durch ein Andrücken der Spannbacken 3 an das Werkstück 7 werden an beiden Zahnreihen 14 , 15 Kräfte erzeugt , durch die das Werkstück 7 gemeinsam auf die Auflagefläche 8 des Spannbacken 3 niedergedrückt wird, wie bereits zu Figur 5 beschrieben, nun aber unter Verdoppelung der Kraftangri f fspunkte der Spannbacken 3 an dem Werkstück 7 .

Figur 4 stellt eine Seitenansicht eines entsprechenden Anwendungs falls des Spannsystems 1 dar, zu dem Figur 3b eine vergrößerte Einzelheit darstellt . Bezogen auf ein spanend zu bearbeitendes Werkstück 7 mit einer Höhe h von 150 mm ergibt sich für eine untere Reihe 14 von Eingri f fselementen 9 ein Hebelverhältnis von 1 : 50 . Bezogen auf die obere Reihe 15 von Eingri f fselementen 9 ergibt sich hingegen ein wesentlich günstigeres Hebelverhältnis von nur noch ca . 1 : 17 . Damit können im Zuge einer mechanisch spanabhebenden Bearbeitung deutlich höhere Momente auf das zu bearbeitende Werkstück 7 aufgebracht werden, ohne dass eine sichere und exakte sowie reproduzierbar eingerichtete Fixierung des Werkstücks 7 zwischen den Spann- backen 3 des Zentrierspanners 2 verloren gehen könnte . Da beide Reihen 14 , 15 von Eingri f fselementen 9 einen Niederzugef fekt an dem Werkstück 7 hervorrufen, wird das Werkstück 7 zudem stark auf die Auflagefläche 8 gedrückt .

In der gepunktet eingefassten Zone zeigt Figur 4 einen Fall , in dem ein Werkstück 7 nicht exakt genug vorbereitet worden ist , z . B . durch eine ungenau ausgeführte Prägung der Ausnehmungen 10 im Werkstück 7 oder hier eine Abweichung Z von einer vorgegebenen Außengeometrie des Werkstücks 7 . Hier liegt das Werkstück 7 so auch nach dem Einspannen nicht auf der Auflagefläche 8 auf , wie es z . B . auch bei einem verzogenen Werkstück der Fall sein könnte . Dennoch üben die Eingri f fselemente 9 der beiden Reihen 14 , 15 über die Ausnehmungen 10 ausreichend hohe Haltekräfte aus , um ein sicheres und genaues Arbeiten auch bei hohen Schnitt- und/oder Vorschubgeschwindigkeiten einer spanenden Bearbeitung des Werkstücks 7 mit einer entsprechend großen Momenten-Belastung gewährleisten zu können . Auch erfolgt durch die Reihen 14 , 15 von Eingri f fselementen 9 eine exakte und reproduzierbare Positionierung des mit den vorstehend angedeuteten Genauigkeits- bzw . Qualitätsmängeln behafteten Werkstücks 7 in dem Zentrierspanner 2 .

Zur Vorbereitung eines Werkstücks 7 ist grundsätzlich eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte separate Prägevorrichtung als Teil des Spannsystems 1 vorgesehen . Die Prägevorrichtung entspricht in einem Aus führungsbeispiel in ihrem Aufbau im Wesentlichen dem des Zentrierspanners 2 . Also werden auch hier Spannbacken 3 mit zwei parallel zueinander in einem vorgegebenen Abstand von hier ca . 6 mm verlaufenden Reihen 14 , 15 von Eingri f fselementen 9 verwendet . Bei der Prägevorrichtung ist im Unterschied zu den Spannbacken 3 des Zentrierspanners 2 allerdings ein Höhenversatz um ca . + 1 / 10 mm gegenüber einer

Auflagefläche 8 des Werkstücks 7 eingestellt . Dieser Höhenversatz dient der Erzeugung der vorstehend beschriebenen Niederzug-Wirkung an beiden Zahnreihen 14 , 15 beim Einspannen des Werkstücks 7 in dem Zentrierspanner 2 . Die Geometrien der Zahnreihen 14 , 15 der Spannbacken 3 des Zentrierspanners 2 sowie der Prägevorrichtung sind an sich identisch .

In einem nicht weiter dargestellten Aus führungsbeispiel ist zudem die Spannspindel 4 der Abbildungen der Figuren 1 , 2 , 4 durch eine Hydraulik ersetzt . So können in diesem Schritt der Vorfertigung bequem und schnell hohe Kräfte zum Prägen der Ausnehmung 10 in das Werkstück 7 aufgebracht werden .

Auch zeichnerisch nicht weiter dargestellt sind die Spannbacken 3 zumindest des Zentrierspanners 2 in einem Aus führungsbeispiel auswechselbar ausgeführt . Gleiches ist auch an um einen Höhenversatz von ca . + 1 / 10 mm entsprechend modi fi zierten Spann- bzw . Prägebacken der Prägevorrichtung vorgesehen . Bei den Prägebacken der Prägevorrichtung ist dieser Höhenversatz in einem nicht weiter dargestellten Aus führungsbeispiel durch eine gezielte Absenkung der Auflageflächen 8 der Prägebacken 3 realisiert . Da die j eweiligen Eingri f fselemente 9 mechanisch stark beansprucht werden, unterliegen sie erhöhtem Verschleiß und müssen damit auch leicht und schnell ersetzbar sein .

Schließlich zeigen insbesondere die Abbildungen der Figuren 1 , 2 und 4 einen weiterhin sehr kompakten und niedrig bauenden Zentrierspanner 2 . Dieser Zentrierspanner 2 ermöglicht unter genauer und prozesssicher wiederholbarer Positionierung bei geringem Flächenbedarf an einem Werkstück selber eine spanabhebende Bearbeitung auch von Werkstücken maximaler Größe unter Wahrung erforderlicher minimaler Werkzeug-Verfahrwege . Derartigen Spannsystemen 1 steht aufgrund der genannten Vorteile in der zerspanenden Produktion ein weites Einsatz feld of fen . Be zugs zei chenl i s te

1 Spannsystem

2 Zentrierspanner

3 Spannbacken

4 Spannspindel

5 Steg

6 Grundkörper des Zentrierspanners 1

7 Werkstück

8 Auflagefläche am Spannbacken 3 oder einem sonstigen entsprechend ausgebildeten Teil des Zentrierspanners 2

9 Eingri f fselement

10 Ausnehmung im Werkstück 7

11 Flanke

12 Freistellung / Freisparung

13 Kante

14 untere Zahnreihe

15 oberen Zahnreihe a Hebel einer unteren Zahnreihe 14

A Kraft , zur Auflagefläche 8 hin gerichtete Niederzugkraf t b Hebel einer 2 . , oberen Zahnreihe 15

B Kraft in hori zontaler Richtung

F Spannkraft zwischen den Spannblöcken 2 h Höhe des Werkstücks 7

Z geometrische Abweichung des Werkstücks 7 von einer Vorgabe a Winkel zwischen der Flanke 11 und der angrei fenden Spannkraft F