[0001] Die Erfindung betrifft Spannzangen mit zur Bearbeitungsseite hin gerichteten auskragenden Verlängerungen zur Abstützung eines eingespannten Werkzeugschafts oder Werkstücks.
[0002] Bei einem in eine Spannzange eingespannten Werkzeugschaft oder Werkstück ist der Kraftabfall beim Austritt des Schafts aus der Spannzange sehr gross. Um die negativen Auswirkungen dieses abrupten Kraftabfalls zu verringern, werden die Spannzangen oder -hülsen häufig mit einer auskragenden Verlängerung ausgeführt, wodurch der Schaft länger gehalten wird bzw. sein Austritt aus der Spannzange näher beim Spanabhebenden Werkzeug liegt.
[0003] Diese Verlängerungen werden zur Bearbeitungsseite hin verjüngt ausgeführt, damit sie eine kleine Störkontur aufweisen und weit in das zu bearbeitende Werkstück hinein ragen können oder damit im Fall eines eingespannten Werkstücks genügend Freiraum zu dessen Bearbeitung gegeben ist.
[0004] Dabei dient die auskragende Ausführung hauptsächlich dazu, dass der Schaft fast nur durch die Spannzange/Spannelement gehalten wird und keine umliegende Halterung (Spindel / Spannzangenhalter) Platz in Anspruch nimmt. Um die Haltefunktion zu erfüllen, sind diese Auskragungen meist sehr massiv ausgeführt.
[0005] Bekannte Spanzangen dieser Art sind: CoroGrip<R>-Spannzange von Sandvik; sog. F-Spannzangen und Schnabelspannzangen Typ B und W diverser Hersteller.
[0006] Durch die Hohen Drehzahlen oder den grossen Vorschub in der modernen Zerspanungstechnologie (HPC=High Performance Cutting, HPM=High Performance Milling, HSC=High Speed Cutting) entstehen vermehrt Schwingungen die auf das Gesamtsystem wirken und grosse Biegekräfte die auf den Werkzeugschaft wirken, die es zu verringern gilt.
[0007] Diese Auswirkungen werden durch die bekannten Auskragungen nicht oder nur unzureichend beeinflusst, weil sie durch ihre massive Ausführung praktisch nicht federn und deshalb Schwingungen nicht dämpfen können.
[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, wie zwar die zusätzliche Haltewirkung auf einen eingespannten Werkzeugschaft oder ein Werkstück durch Auskragungen genutzt, aber gleichzeitig eine schwingungsdämpfende Wirkung erzielt werden kann.
[0009] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die auskragenden Verlängerungen federnd ausgestaltet sind.
[0010] Im Folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen
<tb>Fig. 1-6<sep>eine Spannzange mit verschiedenen Formen von erfindungsgemässen Verlängerungen, jeweils in Teillängsschnitt- und in geschnittener perspektivischer Darstellung
<tb>Fig.7<sep>eine Spannhülse mit einer erfindungsgemässen Verlängerung
<tb>Fig. 8-11<sep>Spannhülsen mit erfindungsgemässen Verlängerungen in Kombination mit verschiedenen Formen von Spannmuttern
[0011] Die in Fig. 1a teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt und in Fig. 1b perspektivisch und teilweise geschnitten gezeigte Spannzange 1 besitzt eine zur Werkzeugseite gerichtete Verlängerung 2. Die der Werkzeugaufnahme dienende Bohrung 3 der Verlängerung hat denselben Durchmesser wie die Aufnahmebohrung 4 der Spannzange selbst. Die Spannzange ist, wie von herkömmlichen Spannzangen bekannt, mit abwechselnd zur Maschinenseite und zur Werkzeugseite hin offenen Schlitzen 5, 6 versehen. Durch die zur Werkzeugseite hin offenen Schlitze 5 ist die Verlängerung in zungenförmige Segmente 7 aufgeteilt. Durch ihre Materialstärke besitzen sie die Eigenschaft von elastischen Zungen, die, wenn ein Schaft in der Spannzange eingespannt ist, federnd an diesem Schaft anliegen.
[0012] Durch die federnden Zungen wird die Biegekraft beim Austritt des Werkzeugschafts aus dem Spannhalter abgestützt. Es entsteht ein Übergangsbereich oder Krafteinleitungsbereich im Übergang vom eingespannten Schaft zum auskragenden Schaft, durch den eine "scharfe" Kante beim Austritt vermieden wird, was eine positive Wirkung auf das Bruchverhalten des Werkzeugschafts zur Folge hat und somit längere Standzeiten des Werkzeugs ermöglicht. Gleichzeitig wirkt die Abstützung schwingungsdämpfend, indem durch die federnde Kraftaufnahme der Zungen grössere Auslenkungen zu grösseren Rückstellkräften führen. Zudem bewirkt eine grössere Auslenkung auch eine vergrösserte Reibung zwischen den Zungen und dem Schaft, was ebenfalls zur Schwingungsdämpfung beiträgt.
[0013] Bei einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Bohrung 3 der Verlängerung in einem werkzeugseitigen Bereich geringfügig enger als der in die Aufnahmebohrung einzuführende Schaft. Dies führt dazu, dass zum Einführen des Schafts die Zungen 7 der Verlängerung geringfügig aufgespreizt werden müssen und dann mit einer Vorspannung am Schaft anliegen. Dadurch wird die Dämpfungswirkung verstärkt. Ausserdem wirkt die Vorspannung der Aufweitung durch die Fliehkraft bei hohen Drehzahlen entgegen. Die Verjüngung zur Werkzeugseite hin kann entweder gestuft oder konisch ausgestaltet sein.
[0014] Bei einer weiteren, in Fig. 3gezeigten Ausführungsform ist die Innenseite der Verlängerung mit ein oder mehreren umlaufenden Nuten 8 versehen. Die an die Ringnuten angrenzenden Ringflächen 9 sind zylindrisch, wobei die am nächsten beim werkzeugseitigen Rand liegende Ringfläche einen engeren Innendurchmesser aufweist als die anderen Ringflächen und die Aufnahmebohrung bzw. der Aussendurchmesser des einzusetzenden Schafts, was wiederum beim eingesetzten Schaft zu einer Vorspannung führt. Die Ringnuten begünstigen einerseits die Federwirkung und haben andererseits durch den mehrfachen Wechsel der Materialdicken unterschiedliche Dämpfungswirkung auf Schwingungen, d.h. Schwingungen werden gebrochen.
[0015] Bei der in Fig. 4 gezeigten weiteren Ausführungsform besitzt die Bohrung der Verlängerung eine flache breite Nut 10, die bewirkt, dass zwei Ringflächen mit unterschiedlicher Federkraft an einem eingesetzten Schaft anliegen. Die vordere, werkzeugseitig liegende Ringfläche 11 ist wiederum enger, um eine Vorspannung zu erzeugen.
[0016] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Innenfläche der Verlängerung ebenfalls ein oder mehrere Ringnuten aufweist, in welche O-Ringe 12 aus einem elastischen Material eingebracht sind. Durch diesen Wechsel, nicht nur der Materialdicke, sondern des Materials selbst entsteht eine andere Dämpfungscharakteristik.
[0017] Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind nur die von der Maschinenseite her geführten Schlitze 6 einseitig offen. Sie wechseln sich mit Schlitzen 13 ab, die maschinenseitig geschlossen sind und vollständig durch die eigentliche Spannzange führen, nicht aber bis zum Rand der Verlängerung. Die Verlängerung 2 ist daher in diesem Fall als geschlossener Ring ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann der Innendurchmesser der Verlängerung nicht kleiner sein als der Durchmesser des einzuführenden Schafts; eine Vorspannung ist also nicht möglich.
[0018] Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann die Bohrung in der Verlängerung auch mit einem grösseren Durchmesser als dem des Schafts vorgesehen werden. Dies führt dazu, dass der Schaft die Verlängerung berührt, wenn er infolge von Schwingungen, die bei der spanabhebenden Bearbeitung entstehen, ausgelenkt wird, und die Schwingungen dadurch gedämpft werden.
[0019] Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform zeigt die erfindungsgemässe abstützende Verlängerung bei einer Spannhülse 14 mit Flachkonus mit einem selbsthemmenden Konuswinkel. Auch bei dieser Art von Spannhülsen, die keine Spannmutter benötigen, sind die verschiedenen Versionen der Verlängerung einsetzbar. Die Verwendung bei weiteren Formen von Spannmuttern oder -hülsen ist ebenfalls möglich.
[0020] Die Wirkung der vorstehend beschriebenen abstützenden Verlängerungen kann durch konstruktive Massnahmen an den Spannmuttern zusätzlich unterstützt oder beeinflusst werden. Die in Fig. 8 gezeigte Spannmutter 15 ist werkzeugseitig mit einem auskragenden Bund 16 versehen, in dessen Innerem eine umlaufende Nut 17 angeordnet ist, in welche ein elastisches Material, z.B. ein O-Ring 18, eingelegt ist. Dieser O-Ring drückt zusätzlich mit einer Vorspannung auf den Umfang der Verlängerung der Spannzange.
[0021] In Fig. 9 ist eine Spannmutter gezeigt, welche werkzeugseitig eine innere Kante 19 aufweist, in die ein Stützring 20 aus einem leichten Material z.B. Titan, Federstahl, Kohlenfaserverbundstoff eingesetzt ist. Dieser drückt mit einer Vorspannung auf den Umfang der Spannzangenverlängerung.
[0022] Eine andere Version einer Spannmutter, die in Fig. 10 gezeigt ist, hat werkzeugseitig eine innere Kante 19 in die eine Scheibe 21 eingesetzt ist. Die Bohrung der Scheibe besitzt eine innere umlaufende Nut 22 in die ein elastisches Material, z.B. ein O-Ring 23, eingesetzt ist. Dieser O-Ring drückt zusätzlich mit einer Vorspannung auf den Umfang der Spannzangenverlängerung.
[0023] Die in Fig. 11 gezeigte Version einer Spannmutter hat werkzeugseitig eine innere Kante 19, in die eine Art Radialfeder 24 eingesetzt ist. Diese Radialfeder drückt zusätzlich mit einer Vorspannung auf den Umfang der Spannzangenverlängerung.
[0024] Durch die Kombination der Stützfunktion und unterschiedlicher Dämpfungsfunktionen werden mehrere Vorteile erzielt. Durch die Abstützung eines eingespannten Schafts beim Austritt aus der Haltevorrichtung wird die Bruchgefahr für den Schaft vermindert. Gleichzeitig werden durch die unterschiedlichen Dämpfungsmassnahmen Schwingungen, die bei der spanabhebenden Bearbeitung entstehen, wirksam gedämpft.