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Eine Drehmaschine hätte ich gerne gehabt
Eine Fräsmaschine auch.
Tatsächlich war mein Maschinenpark zu diesem Zeitpunkt eher.. sagen wir: überschaubar.
Auf der Wunschliste standen:
- Drehmaschine
- Fräsmaschine
- Säulenbohrmaschine
Vorhanden waren:
- Winkelschleifer
- Feilen
- Handsäge
- Bohrständer
- Schraubstock
- Elektrodenschweißgerät
- und das übliche Handwerkzeug
Also nicht nichts.
Aber auch nicht unbedingt das, was man normalerweise verwendet, wenn mehrere runde und halbwegs gleiche Spannmittel für einen Schweißtisch entstehen sollen.
Was ich trotzdem haben wollte, waren Kugelspannbolzen und einfache Steckanschläge für meine Lochplatte.
Die Form dieser Teile schreit eigentlich nach Drehmaschine.
Ich hatte keine. Also musste es anders gehen.
Ein frühes Werkstattprojekt
Die Kugelspannbolzen gehörten zu den ersten Projekten, die ich ausführlicher dokumentierte und in einem Forum zeigte.
Meine Ausbildung als Maschinenbautechniker lag damals bereits lange zurück.
Nach einigen Jahren an Produktionsmaschinen und in der Montage von Glasschleifmaschinen war ich beruflich vollständig ins Lager der Schreibtischtäter gewechselt.
In der Freizeit hatte ich trotzdem weiterhin gerne eine Feile in der Hand.
Das grundsätzliche Gefühl für Metall war also noch vorhanden.
Was hauptsächlich fehlte, waren (und sind) Maschinen.
Gerade deshalb passt das Projekt heute ziemlich gut zu WerkstattDenke.:
Nicht warten, bis irgendwann der perfekte Maschinenpark vorhanden ist. Erst einmal überlegen, was mit den vorhandenen Mitteln möglich ist.
Was die Bolzen klemmen sollten
Meine Schweißtischplatte besitzt:
- Bohrungen mit 16 Millimetern Durchmesser
- acht Millimeter Materialstärke
Die vorhandenen Spannteile waren hauptsächlich acht und teilweise sechs Millimeter stark.
Die Bolzen sollten daher zunächst zwei typische Kombinationen abdecken:
- acht Millimeter Lochplatte plus acht Millimeter Spannteil
- acht Millimeter Lochplatte plus sechs Millimeter Spannteil
Für geringere Klemmdicken konnte ich zusätzliche Distanzscheiben einsetzen.
Dafür ließ sich einfach ein passender Abschnitt des vorhandenen Präzisionsrohrs verwenden.
Neben den eigentlichen Spannbolzen wollte ich außerdem einfache Steckanschläge.
Diese benötigen keine Klemmmechanik. Sie werden nur in die Bohrungen gesteckt und dienen dort als:
- Anschlag
- Bezugspunkt
- Ausrichthilfe
- oder schnelle Anlage für ein Werkstück
Davon entstanden zehn Stück.
Material vom Schrottplatz
Das Ausgangsmaterial war kein gekauftes Spannsystem.
Verwendet wurden:
- 16-Millimeter-Rundmaterial vom Schrottplatz
- Präzisionsrohr 22 × 3 Millimeter vom Schrottplatz
- Sechs-Millimeter-Kugeln aus einem alten Kugellager
- M8-Inbusschrauben
- kleine M5-Gewindestifte
- PVC-Schlauch
- und etwas Heißkleber
Beim Präzisionsrohr hatte ich schlicht Glück.
Der Innendurchmesser passte genau zum 16-Millimeter Rundmaterial.
Dadurch konnten Rohr und Rundmaterial gemeinsam eine abgestufte Form bilden, die sonst vermutlich aus einem größeren Stück Vollmaterial gedreht worden wäre.
Das gleiche Grundprinzip verwendete ich für die Kugelspannbolzen und die zehn einfachen Steckanschläge.
Eine Skizze musste reichen
Vor dem Bau entstand keine ordentliche technische Zeichnung.
Ich fertigte eine etwas grobe und rustikale Handskizze auf Papier an.
Darauf standen:
- das Funktionsprinzip
- die Position der Kugeln
- die Spannschraube
- der Schraubenkegel
- die vorgesehene Klemmlänge
- und einige wichtige Maße
Die Skizze war nur für mich gedacht.
Entsprechend sah sie halt auch aus 🙂
Für den ersten Versuch reichte es trotzdem.
Gerade bei kleinen Projekten ist mir eine schnelle brauchbare Skizze lieber als ein schöner Plan, dessen Erstellung länger dauert als das Bauteil selbst. Zumindest bei mir.
Wie der Kugelspannbolzen funktioniert
Im Inneren des Bolzens sitzen zwei gegenüberliegende Kugeln.
Von oben wird eine M8-Schraube eingeschraubt. Ihr unteres Ende ist kegelförmig angeschliffen.
Beim Einschrauben drückt der Kegel beide Kugeln seitlich nach außen.
Die Kugeln treten dadurch ein Stück aus den Querbohrungen heraus und legen sich unter der Lochplatte an.
Oben stützt sich der Bund des Bolzens beziehungsweise das zu spannende Bauteil ab.
Damit werden Lochplatte und Spannteil zusammengezogen.
Das Prinzip ist einfach.
Die entscheidenden Punkte sind:
- Die Kugeln dürfen nicht herausfallen.
- Sie müssen weit genug ausfahren.
- Der Bolzen muss weiterhin durch die 16-Millimeter-Bohrung passen.
- Die Kugelposition muss zur vorgesehenen Klemmdicke passen.
- Und die Schraube muss beide Kugeln möglichst gleichförmig bewegen.
Aus Rohr und Rundmaterial wird ein Bolzen
Zuerst sägte ich Rohr und Rundmaterial auf Länge.
Das 16-Millimeter-Rundmaterial bildet den eigentlichen Bolzenkörper.
Das Präzisionsrohr bildet den größeren Bund.
Eine Presse hatte ich nicht.
Also wurden die beiden Teile mit einem großen Fäustel und einer Holzzulage zusammengefügt.
Oder ehrlicher gesagt:
Sie wurden einfach ineinandergehämmert.
Die Holzzulage sollte verhindern, dass die Stirnfläche durch direkte Hammerschläge unnötig beschädigt wird.
An der Oberseite setzte ich anschließend zwei Schweißpunkte. Sie verhindern, dass sich Rohr und Rundmaterial später wieder gegeneinander verschieben können.
Danach schliff ich die Schweißstellen wieder bündig und versäuberte die Oberseite.
Aus zwei Schrottteilen entstand damit ein abgestufter Bolzen.
Nicht gedreht.
Nicht besonders elegant hergestellt.
Aber für die vorgesehene Aufgabe ausreichend rund und stabil.
Zehn Anschläge nach demselben Prinzip
Die einfachen Steckanschläge entstanden fast genauso.
Auch hier wurden Rundmaterial und Rohr ineinandergetrieben, oben verschweißt und anschließend wieder versäubert.
Sie besitzen weder Kugeln noch Spannschraube.
Es sind im Grunde nur Bolzen mit Bund.
Sie werden in die Lochplatte gesteckt und können dort beispielsweise:
- Werkstücke positionieren
- Kanten ausrichten
- Abstände über das Lochraster festlegen
- rechte Winkel aufbauen
- oder eine Aufspannung vor dem Klemmen vorbereiten
Gerade weil sie so einfach sind, lassen sie sich schnell und vielseitig verwenden.
Der entscheidende Abstand
Für die Spannbolzen ist der Abstand zwischen dem Bund und der Mitte der Querbohrungen entscheidend.
Die Mitte der Querbohrung entspricht später der Kugelmitte.
Bei einer Kombination aus:
- acht Millimetern Lochplatte
- und acht Millimetern Spannteil
beträgt die gesamte Klemmdicke 16 Millimeter.
Die Kugelmitte setzte ich ungefähr einen Millimeter unter die Unterkante dieser Kombination, also bei etwa 17 Millimetern Abstand vom Bund.
Dadurch können sich die Kugeln unter der Platte abstützen, statt einfach am Material vorbeizulaufen.
Für die Kombination aus acht und sechs Millimetern blieb genügend Material vorhanden. Bei Bedarf konnte der Klemmbereich zusätzlich mit Distanzstücken angepasst werden.
Die Bolzen sollten nicht nur für eine einzige exakt passende Materialkombination funktionieren.
Wiederholbare Querbohrungen ohne Fräsmaschine
Die Querbohrungen mussten bei allen vier Spannbolzen ungefähr denselben Abstand zum Bund haben.
Eine richtige Bohrvorrichtung hatte ich nicht.
Im Bohrständer verwendete ich deshalb die Seitenfläche der Schraubstockbacke als Längenanschlag.
Der erste Bolzen wurde auf den passenden Abstand eingestellt.
Danach blieb der Schraubstock fixiert.
Die weiteren Bolzen schob ich jeweils bis an dieselbe Backenfläche und bohrte sie in derselben Position.
Das war kein Koordinatenbohren.
Für diesen Zweck war die Wiederholbarkeit aber ausreichend.
Die Bohrungen mussten nicht auf wenige Hundertstel identisch sein.
Kugelposition und Klemmbereich sollten halt bei allen vier Bolzen möglichst ähnlich ausfallen.
Eine Multiplexplatte als Zentrierhilfe
Nach den Querbohrungen fehlten noch die axialen Bohrungen und Gewinde.
Ein rundes Teil einfach in den Schraubstock zu legen und nach Augenmaß mittig zu bohren, erschien mir unnötig abenteuerlich.
Ich spannte deshalb ein Stück Multiplex in den Schraubstock und bohrte mit einem 16-Millimeter-Forstnerbohrer ein Loch hinein.
Dieses Loch diente dann als Aufnahme für die Bolzen.
Darin standen sie aufrecht und zumindest ausreichend zentrisch.
Von oben konnte ich die Bohrung für das M8-Gewinde herstellen.
Anschließend wurde der Bolzen umgedreht und auf der Unterseite das M5-Gewinde eingebracht.
Die Holzaufnahme war keine klassische Metallbauvorrichtung.
Sie musste aber auch keine hohen Kräfte aufnehmen.
Sie sollte den Bolzen nur für einige Bohrungen halten und führen.
Dafür funktionierte sie erstaunlich gut.
Der M5-Gewindestift trennt die Kugeln
Das M5-Gewinde auf der Unterseite nimmt einen kleinen Gewindestift auf.
Dieser Stift trägt keine eigentliche Klemmkraft.
Er verhindert lediglich, dass beide Kugeln auf dieselbe Seite rutschen, wenn die M8-Schraube zu weit herausgedreht wird.
Ohne diese Trennung könnten sich die Kugeln im Inneren ungünstig verschieben.
Beim erneuten Einschrauben würde der Kegel dann möglicherweise nur eine Kugel erfassen oder eine Kugel in die falsche Richtung drücken.
Der M5-Gewindestift ist daher nur ein „Kugelseparator“.
Ein kleines Detail.
Aber eines, das verhindert, dass der Mechanismus beim Öffnen erst wieder sortiert werden muss.
Der Kegel entstand an der Flex
Das untere Ende der M8-Schraube musste beide Kugeln nach außen drücken.
Dafür benötigte es eine kegelförmige Spitze.
Eine Drehmaschine wäre der naheliegende Weg gewesen.
Stattdessen spannte ich den Winkelschleifer in den Schraubstock und schliff die Schrauben von Hand an.
Das Ergebnis war keine Präzisionsfläche.
Der Kegel musste aber auch nicht schön sein.
Er musste:
- beide Kugeln erreichen
- sie ungefähr gleichzeitig nach außen drücken
- nicht sofort verkanten
- und genügend Weg erzeugen
Diese Aufgabe erfüllt er bis heute.
Die Kugeln dürfen nicht herausfallen
Die Sechs-Millimeter-Kugeln stammen aus einem alten Kugellager.
Sie werden von oben durch die Kernbohrung des M8-Gewindes eingesetzt.
Die seitlichen Querbohrungen dürfen anschließend nicht so weit offen bleiben, dass die Kugeln vollständig herausfallen können.
Eine Buchse oder ein anderer zusätzlicher Sicherungseinsatz wäre möglich gewesen.
Ich wählte eine einfachere Lösung:
Mit Körnerpunkten verdrängte ich die Ränder der Querbohrungen leicht nach innen.
Dadurch verkleinerte sich die freie Öffnung gerade so weit, dass die Kugeln im Bolzen bleiben.
Sie können weiterhin weit genug austreten, aber nicht vollständig herausfallen.
Elegant ist anders.
Funktionieren tut es trotzdem.
Mehr Klemmkraft als erwartet
Ursprünglich wollte ich an den M8-Schrauben einen richtigen Handgriff oder eine Mutter anbringen.
Beim ersten Versuch zeigte sich allerdings, dass bereits handfestes Anziehen eine überraschend starke Klemmwirkung erzeugte.
Ein normaler Innensechskantschlüssel wäre eher ein Risiko gewesen.
Damit lässt sich wesentlich mehr Kraft einleiten, als die kleinen Kugeln und die Lochplatte für meinen Einsatz benötigen.
Also verhinderte ich die Werkzeugbenutzung bewusst.
Der Innensechskant wurde mit Heißkleber ausgefüllt.
Damit eben niemand – einschließlich mir selbst – auf die Idee kommt, dort einen Schlüssel anzusetzen.
Über den Schraubenkopf schob ich dann noch ein kurzes Stück PVC-Schlauch.
Der Schlauch bietet:
- genügend Griff
- eine Bedienung von Hand
- und eine einfache Begrenzung der übertragbaren Kraft
Der PVC-Schlauch ist damit gleichzeitig Handgriff und primitive Drehmomentbegrenzung.
Primitiv ist hier nicht abwertend gemeint.
Vier Spannbolzen und zehn Anschläge
Am Ende entstanden:
- vier Kugelspannbolzen
- zehn einfache Steckanschläge
Dafür mussten mehrere improvisierte Arbeitsschritte ausreichend wiederholbar sein:
- Ablängen
- Rohr und Rundmaterial ineinandertreiben
- Schweißpunkte setzen
- Flächen wieder versäubern
- Querbohrungen mit Anschlag herstellen
- axiale Bohrungen über die Holzaufnahme setzen
- Gewinde schneiden
- Schraubenkegel schleifen
- Kugeln einsetzen
- Kugelöffnungen mit Körnerpunkten verkleinern
- und den Kugelseparator montieren
Die fertigen Teile sehen nicht wie industriell gefertigte Spannmittel aus.
Das war auch nicht das Ziel.
Sie sollten einfach mit den vorhandenen Möglichkeiten funktionieren.
Das tun sie.
Der Einwand aus dem Forum
In der Forumsdiskussion kam ein technisch berechtigter Einwand auf:
Die beiden Kugeln belasten die Unterkante der Lochplattenbohrung nur punktuell. Bei kräftigem Anziehen könnten dadurch Druckstellen, Grate oder Verformungen entstehen. Eine Klemmung mit größerer Kontaktfläche würde die Kraft gleichmäßiger verteilen.
Meine damalige Einschätzung war, dass leichte Spuren bei meinem gelegentlichen Einsatz vertretbar wären. Sollte tatsächlich ein Grat oder Aufwerfungen entstehen, ließe sich die betreffende Bohrung noch immer leicht entgraten oder ansenken.
Inzwischen gibt es dazu echte Langzeiterfahrung.
An einigen Bohrungen sind leichte Druckspuren sichtbar. Ein praktisches Problem ist daraus bisher aber nicht entstanden. Die Bolzen lassen sich weiterhin einsetzen und entfernen, die Bohrungen bleiben nutzbar und die Klemmfunktion ist nicht beeinträchtigt.
Man sieht die Belastung ein wenig. Macht aber nichts.
Dass die Schrauben ausschließlich von Hand angezogen werden, begrenzt die eingeleitete Kraft. Genau deshalb steckt der Heißkleber noch immer im Innensechskant.
Forumsdiskussion: DIY-Kugelspannbolzen für Schweißtisch und Lochplatte
Langzeiterfahrung
Die vier Kugelspannbolzen sind weiterhin vorhanden und funktionsfähig.
Sie werden allerdings nur gelegentlich verwendet. Das liegt weniger an den Bolzen als an meinem Schweißtisch, der bis heute hauptsächlich aus der Lochplatte besteht. Das geplante Untergestell fehlt noch immer, und zwischen zwei Einsätzen wird die Platte extrem zuverlässig mit anderem Kram vollgestellt.
- Die Schrauben lassen sich drehen.
- Die Kugeln bewegen sich frei.
- Die M5-Gewindestifte halten sie getrennt.
- Die Klemmwirkung ist weiterhin kräftig.
Auch der PVC-Schlauch sitzt noch auf den Schraubenköpfen und der Heißkleber verschließt weiterhin den Innensechskant. Beides könnte ich heute schöner lösen.
Notwendig war es bisher nicht.
Das ist manchmal der beste Grund, ein funktionierendes Provisorium nicht sofort durch ein schöneres Provisorium zu ersetzen.
Auch die zehn einfachen Steckanschläge sind weiterhin im Einsatz. Sie besitzen keine Mechanik, die sich festsetzen könnte, und sind schnell dort eingesteckt, wo gerade eine Bezugskante gebraucht wird.
Was ich heute anders machen würde
Heute steht eine Drehmaschine in meiner Werkstatt. Einen neuen Satz würde ich deshalb selbstverständlich anders herstellen.
Die Bolzen würden aus Vollmaterial gedreht, sauber abgestuft, geplant, zentrisch gebohrt und gleichmäßiger ausgeführt werden. Der Bund müsste nicht mehr aus einem aufgeschlagenen Rohrstück bestehen und auch der Schraubenkegel ließe sich ordentlich fertigen.
Das Kugelprinzip würde ich ebenfalls noch einmal kritisch betrachten. Die sichtbaren Druckstellen bestätigen schließlich den damaligen Einwand aus der Forumsdiskussion.
Eine Konstruktion mit größerer Klemmfläche könnte die Lochplatte schonender belasten. Denkbar wären etwa Spreizhülsen, größere Druckelemente oder anders geformte Klemmbacken.
Gebaut ist davon nichts.
Die vorhandenen Kugelspannbolzen erfüllen ihre Aufgabe weiterhin. Ein neues Prinzip müsste daher nicht nur theoretisch besser sein, sondern den zusätzlichen Fertigungsaufwand auch praktisch rechtfertigen.
Entsorgen würde ich die alten Teile ohnehin nicht. Sie zeigen ziemlich gut, was bereits möglich war, bevor eine Drehmaschine zur Verfügung stand.
Bilder
Rückblick
Dieses Projekt entstand ohne Drehmaschine und ohne Fräsmaschine.
Rohr und Rundmaterial wurden mit dem Fäustel zusammengefügt, Schraubstockbacken dienten als Anschlag, eine Multiplexplatte als Zentrierhilfe und die Schraubenkegel entstanden an der eingespannten Flex.
Die Kugeln wurden mit Körnerpunkten im Bolzen gehalten. PVC-Schlauch und Heißkleber begrenzten die Kraft auf das, was sich von Hand übertragen lässt.
Keiner dieser Schritte ist für sich besonders spektakulär.
Zusammen ergaben sie vier funktionierende Kugelspannbolzen und zehn Steckanschläge.
Die Teile sind nicht perfekt. Sie sehen nicht wie Kaufteile aus und hinterlassen leichte Spuren.
Aber sie funktionieren bis heute.
Genau deshalb gehören sie auf WerkstattDenke.
Nicht weil dies die beste denkbare Methode ist, Spannmittel für einen Schweißtisch herzustellen.
Sondern weil es die Methode war, die halt mit meinen damaligen Möglichkeiten und Fertigkeiten funktioniert hat.
Dieser Beitrag dokumentiert meinen konkreten Aufbau und meine Erfahrungen im gelegentlichen Einsatz. Er ist keine allgemeingültige Bau-, Belastungs- oder Sicherheitsanleitung für Schweißtische und Spannsysteme.
Wie würdest du die Kugelklemmung lösen?
Die Kugelspannbolzen funktionieren bis heute. Die punktuelle Belastung an den Bohrungskanten bleibt aber ein Kompromiss, den ich bei einem neuen Satz noch einmal kritisch betrachten würde.
Hast du Erfahrungen mit Kugelspannbolzen, Spreizhülsen oder anderen Spannmitteln für Schweißtisch-Lochplatten? Besonders interessieren mich Lösungen, die die Kraft flächiger einleiten, weiterhin von oben bedienbar bleiben und sich mit überschaubarem Werkzeug herstellen lassen.
Auch Langzeiterfahrungen zu Druckstellen, Verschleiß und sinnvoll begrenzter Klemmkraft sowie begründete Kritik an meinem Aufbau sind in den Kommentaren ausdrücklich willkommen.
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