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Spanntechnik
Abbildung 6: Konstruktions-
Richtlinien für das Einspannen.
Abbildung 7: Starres spannen.
Abbildung 8: Elastisches spannen.
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3 Spannen
Spannen ist das sichere Festhalten
bereits lagebestimmter Werkstücke in der
Vorrichtung während der Fertigung, wobei
jedoch der zuvor erfolgte
Bestimmvorgang nicht wieder rückgängig
gemacht werden sollte. Das Bestimmen
und Spannen ist also immer als ein
kombiniertes Problem anzusehen. Das
Spannen erfolgt durch Zufuhr von Energie
mit Hilfe von manuell, pneumatisch,
hydraulisch oder elektrisch angetriebenen
Spannorganen. Häufig werden beim
Spannvorgang auch Bestimmorgane, wie
z.B. Bestimmzylinder, mitbenutzt. In
diesen Fällen ist jedoch der
Bestimmvorgang gerade beendet, wenn
der Spannvorgang beginnt.
Verbunden mit dem Spannen ist immer
die Weiterleitung des Kraftflusses in der
Vorrichtung zu sehen, der auf möglichst
direktem Wege von den Spannkraft-
Einleitungsstellen durch das Werkstück zu
den Auflagepunkten geführt werden
sollte. Wie das Bestimmen unterliegt das
Spannen einigen Gestaltungsregeln,
welche jedoch niemals ohne Ausnahmen
gesehen werden sollten:
• Spannkraftfluß aus den Werkstückzonen
der kritischen Toleranzen heraushalten.
• Deformationen und Markierungen durch
Spannkräfte sollten am Werkstück
möglichst vermieden werden.
• Spannstellen am Werkstück sollten so
gewählt werden, daß eine Bearbeitung
ohne Umspannen, bzw. mit möglichst
wenig Umspannungen, erfolgen kann.
• Die zum Spannen erforderlichen Kräfte
durch Überschlagsrechnungen
ermitteln.
• Da sich das Spannmaß des Werkstücks
durch thermische Dehnungen und
Schwingungen infolge Bearbeitung
verändern kann, sollte über eine starre,
bzw. elastische Spannung nachgedacht
werden.
• Das Werkstück darf nur dann mit einer
Spannkraft beaufschlagt werden, wenn
es durch einen festen Auflagepunkt
entsprechend unterstützt wird
(Abbildung 6).
Beim Spannen von Werkstücken in
Vorrichtungen kann es aufgrund von
Schwingungen und thermischen
Dehnungen zu einer Änderung des
Spannmaßes kommen. Um diese
Änderung während des Spannvorgangs
auszugleichen, hat man das Spannen in
zwei weitere Arten unterteilt:
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• Starres Spannen
• Elastisches Spannen
Im rechten Teil der Abbildung 7 ist zu
erkennen, daß sich beim starren Spannen
die Spannung sofort löst, sobald sich eine
maßliche Veränderung des Werkstücks im
Spannbereich einstellt.
Bei elastischer Spannung können sich die
angreifenden Spannelemente unter
Aufrechterhaltung einer konstanten
Spannkraft bewegen. Dies ist in
Abbildung 8, wo sich das Werkstück
infolge Temperaturerhöhung während der
Bearbeitung verlängert, dargestellt.
Starres Spannen erfolgt durch
mechanische Spannelemente:
• Spannkeile
• Spannspiralen
• Spannexenter
• Kniehebelspanner
• Spannschrauben
Elastisches Spannen erfolgt durch:
• Plastische Medien
• Spannen mit Luft (Pneumatik)
• Spannen mit Flüssigkeiten (Hydraulik)
Die starren Spannelemente werden meist
bei einfachen Spannvorrichtungen
eingesetzt. Es ist aber auch möglich,
starre Spannelemente durch Einbau von
federnden Elementen zwischen
Spannelement und Werkstück in
elastische Spannelemente umzuwandeln
oder mit elastischen Spannelementen zu
kombinieren.
Wie bei jedem Vorgang können auch
beim Spannen Fehler auftreten. Diese
Fehler machen sich als Deformationen am
zu spannenden Werkstück bemerkbar. Da
durch diese Deformationen die Funktion
des Werkstücks nicht beeinträchtigt
werden darf, müssen, um diese zu
vermeiden, alle Möglichkeiten des
Bestimmens, des Abstützens und der
günstigsten Führung des
Spannkraftflusses durch das Werkstück
bedacht werden. Desweiteren sollte man
durch eine Abschätzung der
erforderlichen Spannkraft, anhand einer
Überschlagsrechnung, unnötig hohe
Spannkräfte vermeiden. Um
Deformationen am Werkstück zu
verhindern, sollte eine geeignete
Ausbildung (z.B. kugelförmig) der Spannbzw.
Anschlagpunkte angestrebt werden.