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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeuges. Die Erfindung betrifft ferner eine Spannhülse, die hierfur einsetzbar ist.
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Derartige Vorrichtungen und Spannhülsen werden benutzt, um Werkstucke, die beispielsweise in spanabhebender Weise bearbeitet werden müssen, zu fixieren. Seit vielen Jahren werden herkömmliche Spannhülsen mit mechanisch betätigten Spannfingern zum Halten von Werkzeugen in einer Vielzahl von Ausfuhrungsformen eingesetzt.
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Daruber hinaus existieren hydraulische bzw. pneumatische Spannhulsen zum Halten von Werkzeugen. Diese hydraulischen bzw. pneumatischen Spannhülsen lassen sich vorteilhafterweise auf den Grundkörper einer herkömmlichen, mechanischen Spannhulse einsetzen. Das Problem bei solchen hydraulischen bzw. pneumatischen Spannhulsen besteht darin, dass sie sich nicht passgenau auf den Grundkörper, beispielsweise einen Spanndorn bzw. ein Spannfutter, einsetzen lassen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass beim Aufstecken oder Einstecken des zu haltenden Werkzeuges dieses nicht gleichmaßig von der Spannhulse eingespannt wird und somit nicht ordnungsgemäß fixiert wird. Insbesondere bei hohen an dem zu haltenden Werkzeug angreifenden Lasten kann es dazu kommen, dass dieses von der Spannhülse der Haltevorrichtung nicht mehr festgehalten werden kann und im Extremfall sogar aus der Haltevorrichtung fallt. Daruber hinaus kann es auch zu einem Verkanten des Werkstuckes in der Spannhülse kommen, wodurch ein sicheres Halten des Werkstückes ebenfalls nicht mehr gewahrleistet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum lösbaren Halten von Werkzeugen und eine hierfür geeignete Spannhulse bereitzustellen, die ein möglichst gleichmäßiges Halten eines Werkzeuges gewährleistet. Ferner soll das von der Vorrichtung gehaltene Werkzeug wieder auf einfache Weise abgelost werden.
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Erfindungsgemaß werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Spannhulse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Der besondere Vorteil der vorliegenden Vorrichtungen bzw. der Spannhülse besteht darin, dass in Axialrichtung der Spannhülse verlaufende Bohrungen, in denen ein Strömungsmittel enthalten ist, vorgesehen sind. Im Betrieb der Haltevorrichtung wird das Strömungsmittel in den Axialbohrungen der Spannhülse über eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung, beispielsweise einen in einem Zylinder verlaufenden Kolben, einen externen Druckbehalter oder eine extern angeordnete Pumpe, mit einem Druck beaufschlagt. Aufgrund der Druckerhöhung des Strömungsmediums in den Axialbohrungen dehnt sich die Wand der Spannhülse in axialer und in tangentialer Richtung aus, wodurch die Spannhulse gleichmäßig an dem zu haltenden Werkzeug zur Anlage kommt. Bei einer weiteren Druckerhöhung wird das zu haltende Werkzeug von der Spannhulse (nahezu) unlösbar festgehalten. Im Falle einer Spannhülse für ein Spannfutter dehnt sich die Spannhülse im wesentlichen nach innen aus, im Falle einer Spannhülse für einen Spanndorn dehnt sie sich nach aussen hin aus. Wird der Druck in den Axialbohrungen der Spannhulse wieder verringert, kann das Werkzeug sehr leicht wieder aus der Haltevorrichtung entfernt werden. Dieser Vorgang ist beliebig häufig wiederholbar.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Spannhülse ist insbesondere zum Halten von solchen Werkzeugen geeignet, die in spanabhebender Weise bearbeitet werden oder geschliffen werden mussen. Darüber hinaus Ware es selbstverständlich auch denkbar, dass das von der erfindungsgemaßen Vorrichtung zu haltende Werkzeug als Kugel- oder Walzlager oder dergleichen ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die erfindungsgemäße Spannhülse selbst als Kugel- oder Wälzlager ausgebildet ist. In diesem Falle ließe sich das Kugel- oder Wälzlager auf sehr einfache Weise auf irgendeine Welle, Zapfen oder Hülse auf- bzw. einstecken. Wird das Stromungsmedium in den erfindungsgemäßen Axialbohrungen der Spannhulse mit einem Druck beaufschlagt, dann dehnt sich die als Kugellager ausgebildete Spannhülse, wie oben beschrieben, in radialer und/oder tangentialer Richtung aus. Durch diese Ausdehnung kommt die Spannhülse fest mit der Welle und/oder der Hulse in Anlage, so dass hier eine sehr feste unlosbare Verbindung entsteht. Der besondere Vorteil dieser Form eines Kugel- oder Walzlagers besteht darin, dass das Kugel- oder Walzlager, nachdem der Druck in den Axialbohrungen wieder gesenkt wird, auf sehr einfache Weise wieder ablösbar ist. Auf diese Weise wird mithin ein wiederverwendbares Kugel- oder Walzlager bereitgestellt.
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Daneben wäre auch eine weitere Anwendung denkbar: Ist mindestens eine Laufhülse eines Kugellagers als Spannhulse mit Axialbohrungen ausgebildet, dann lässt sich dadurch ein neuartiges Kugel- oder Walzlager mit zusatzlicher Funktionalitat bereitstellen. Dieses Kugel- oder Walzlager lasst sich neben dem Normalbetrieb, bei dem die Laufhülsen gegeneinander bewegbar sind, auch sperren, so dass eine Drehbewegung der Laufhülsen nicht mehr möglich ist. Daruber hinaus wäre auch ein Abbremsen des sich drehenden Kugellagers denkbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind den weiteren Unteranspruchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele naher erläutert. Es zeigt dabei:
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1 eine Schnittdarstellung einer Haltevorrichtung fur ein Werkzeug, die einen Spanndorn und eine Spannhülse zum Halten der Hulse eines Werkzeuges aufweist;
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2 eine Querschnittsdarstellung der Spannhülse im Schnitt A-A';
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3 in einer Prinzipdarstellung den Dehnungsverlauf der Spannhulse gemaß 1 im druckbeaufschlagten Zustand;
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4 eine Schnittdarstellung einer Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit Spanndorn;
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5 eine Schnittdarstellung einer Haltevorrichtung fur ein Werkzeug, die ein Spannfutter und eine Spannhulse zum Halten des Schaftes eines Werkzeuges aufweist;
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6 eine Querschnittsdarstellung der Spannhülse im Schnitt A-A';
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7 in einer Prinzipdarstellung den Dehnungsverlauf der Spannhülse gemaß 5 im druckbeaufschlagten Zustand;
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8 eine Schnittdarstellung einer Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit Spannfutter;
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9 eine Schnittdarstellung einer Spannhülse mit nach außen expandierenden Axialbohrungen;
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10 eine Schnittdarstellung einer Spannhulse mit nach innen expandierenden Axialbohrungen.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
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Anhand der 1 bis 3 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Die Werkzeughaltevorrichtung in 1 weist einen Grundkörper 1 auf, an dessen einer Seite ein zylinderformiger Zapfen 2 herausragt. Die Werkzeughaltevorrichtung ist hier als Spanndorn ausgebildet. Der Grundkörper 1 weist ferner eine zylinderformige Kammer 3 auf, in der ein Kolben 4 in axialer Richtung mittels eines Spannkolbens 5 hin und her bewegbar ist. Ferner ist eine Spannhulse 6 auf den Zapfen 2 des Grundkörpers 1 aufgesteckt. Die innere Fläche 7 der Spannhulse 6 ist auf die außere Flache 8 des Zapfens 2 fest eingepasst und an der Flanschseite mit dem Grundkörper 1 uber eine Dichtung 9 verbunden. Diese Verbindung wird uber einen Abschlussdeckel 10 fixiert, so dass die Spannhulse 6 in axialer Richtung X spielfrei und in dichtender Weise in die Werkzeughaltevorrichtung eingebaut ist.
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Die Spannhulse 2, die beispielsweise aus Kunststoff oder Metall besteht, weist erfindungsgemäße Axialbohrungen 11 auf. Die Axialbohrungen 11 sind in Axialrichtung X der Spannhülse 6 angeordnet und im vorliegenden Beispiel nach einer Seite hin – im Beispiel in 1 nach links – offen. Die Axialbohrungen 11 sind im Beispiel der 1–3 näher zur außeren Flache 15 als zur inneren Fläche 7 der Spannhulse 6 angeordnet. Die Axialbohrungen 11 sind derart in die Wand der Spannhulse 6 eingebracht, dass zwischen zwei benachbarten Axialbohrungen 11 jeweils ein Steg 17 in der Wand verbleibt (siehe 2). Diese Axialbohrungen 11 sind über Verbindungsleitungen 12, die in Form von Aussparungen im Grundkörper 1 vorgesehen sind, mit der zylinderförmigen Kammer 3 verbunden. In der zylinderformigen Kammer 3, den Verbindungsleitungen 12 und den Axialbohrungen 11 ist ein Strömungsmedium enthalten. Als Strömungsmedium kann beispielsweise ein Fluid, z. B. Wasser oder Öl – insbesondere Hydraulikol – oder auch ein Gas – beispielsweise Luft oder Stickstoff – verwendet werden.
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Auf der Spannhulse 6 ist die Hulse 13 eines Werkzeuges aufgesteckt. Als Werkzeug kann jedes beliebige Werkstuck verwendet werden, das sich einspannen lässt und das somit eine Drehbewegung um eine Achse 19 ausfuhren kann. Im Druck unbelasteten Zustand befindet sich ein Spalt 14 zwischen der Hulse 13 des Werkzeuges und der Spannhülse 6, damit das Werkzeug somit auf einfache Weise auf den Zapfen 2 aufsteckbar ist. Im aufgesteckten Zustand weist sowohl die Hülse des Werkzeuges 13, die Spannhülse 6 und der Zapfen 2 im wesentlichen dieselbe Achse 19 auf.
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Durch geeignete Betätigung der Kolben 4, 5 kommt es zu einer Verringerung des Zylindervolumens der Kammer 3, wodurch das Strömungsmedium dort komprimiert wird. Der sich dadurch in der Kammer 3 aufbauende Druck gelangt über die Verbindungsleitungen 12 in die Axialbohrungen 11. Durch den größer werdenden Druck in den Axialbohrungen 11 legt sich die äußere Fläche 15 der Spannhulse 6 an die innere Flache 16 der Hülse 13. Durch den zunehmenden Druck des Strömungsmediums in den Axialbohrungen 11 dehnt sich die Spannhülse 6 zunehmend aus, wodurch die Hülse 13 des Werkzeuges fest eingespannt wird.
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Durch die zwischen benachbarten Axialbohrungen 11 angeordneten Stege 17 wird die Spannhülse 6 bei einer Druckbeaufschlagung sowohl in radialer Richtung Y nach außen als auch in tangentialer Richtung Z gedehnt (siehe 3). Wesentlich für diese erfindungsgemaße Funktion ist, dass die Spannhülse 6 passgenau auf den Zapfen 2 des Spanndorns aufgesetzt ist. Ferner sollten zumindest die außeren Wandbereiche 25 der Spannhülse 6 aus einem dehnbaren Material bestehen.
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Vorteilhafterweise sind benachbarte Axialbohrungen 11 jeweils in gleichmäßigen Abstanden zueinander angeordnet (siehe 2), d. h. die Stege 17 sind gleich dick. Durch diese Konstruktion wird gewährleistet, dass die Dehnung der Wand der Spannhülse 6 im äußeren Wandbereich 25 gleichmaßig und stabil erfolgt. Dadurch wird ferner gewährleistet, dass die Spannhulse 6 die sie umgebende Hulse 13 des Werkzeuges an dessen gesamter Innenflache 16 weitestgehend mit demselben Druck beaufschlagt.
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4 zeigt eine Ausgestaltung der Werkzeughaltevorrichtung. Die Werkzeughaltevorrichtung entsprechend 4 zeichnet sich gegenüber der in 1 dadurch aus, dass hier keine zylinderförmige Kammer zur Aufnahme eines Strömungsmediums und auch kein Kolben zur Komprimierung des Stromungsmediums erforderlich ist. Hier wird der Druck von einem externen, in 4 nicht dargestellten Druckbehälter mittels eines Verbindungsrohrs 18 in die Werkzeughaltevorrichtung eingekoppelt. Als Druckbehälter kann beispielsweise ein geschlossener Drucköl- oder Druckluftbehalter, an dem beispielsweise eine Pumpe angeschlossen ist, fungieren. Es konnte aber auch auf den Druckbehalter verzichtet werden und lediglich eine Pumpe zur Erzeugung des Drucks vorgesehen sein.
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Anhand der 5 bis 7 wird nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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5 zeigt eine als Spannfutter 20 ausgebildete Werkzeughaltevorrichtung. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 1 ragt hier ein Spannfutter 20 aus dem Grundkorper 1 heraus. Die Spannhulse 6 ist in die Bohrung des Spannfutters 20 passgenau eingelegt, so dass die äußere Fläche 15 der Spannhülse 6 an die innere Fläche 21 des Spannfutters 20 anliegt. In die Bohrung der Spannhülse 6 lasst sich dann der Schaft 22 eines Werkzeuges einsetzen. Uber eine Dichtvorrichtung 9 und einen Abschlussdeckel 10 ist die Spannhülse 6 axial spielfrei und dicht im Spannfutter 20 eingebaut.
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Die aus Kunststoff oder Metall bestehende Spannhülse 6 ist mit Axialbohrungen 11 versehen, die an den inneren Bereichen 26 der Wand der Spannhülse 6 angeordnet sind. Zwischen benachbarten Axialbohrungen 11 ist jeweils ein diese Axialbohrungen 11 beabstandender Steg 17 vorhanden (siehe 6). Die Axialbohrungen 11 sind auch hier über die Verbindungsleitungen 12 mit der Kammer 3 verbunden, so dass sich ein geschlossener Kreislauf fur das Stromungsmedium ergibt.
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Durch eine Verringerung des Volumens der zylinderformigen Kammer 3 wird das Stromungsmedium komprimiert. Die Wand der Spannhulse 6 dehnt sich mit zunehmendem Druck in den Axialbohrungen 11 im Bereich der inneren Wand sowohl in radialer Richtung Y nach innen als auch in tangentialer Richtung Z aus (siehe 7). Durch Druckbeaufschlagung legt sich somit die innere Flache 7 der Spannhülse 6 an die äußere Flache 23 des Schaftes 22 an. Durch diese Konstruktion wird gewährleistet, dass die Dehnung der Spannhülse 6 an den inneren Wandbereichen 26 gleichmäßig und stabil erfolgt.
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Die Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit Spannfutter entsprechend 8 zeichnet sich gegenüber der in 5 dadurch aus, dass das Stromungsmedium in der Kammer 3, den Verbindungsleitungen 12 und den Axialbohrungen 11 über eine extern an den Grundkorper 1 angekoppelte Druckerzeugungsvorrichtung komprimiert wird, wobei zur Kopplung ein Verbindungsrohr 18 vorgesehen ist.
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Anhand der 9 und 10 werden nachfolgend drei Ausgestaltungen der Spannhülse 6 dargestellt. In 10 befinden sich die Axialbohrungen 11 im wesentlichen im außeren Bereich 25 der Spannhulsenwand, bei der die Wanddicke zwischen Außenfläche 15 und Axialbohrung 11 signifikant dunner ist als die Wanddicke zwischen Axialbohrung 11 und Innenflache 7. Der Bereich 25 definiert somit einen Dehnungsbereich der Spannhülse 6. Wird das Strömungsmedium in den Axialbohrungen 11 mit einem Druck beaufschlagt, so dehnt sich der Bereich 25 nach außen hin aus. Im umgekehrten Fall sind in 9 die Axialbohrungen im inneren Bereich 26 der Spannhulsenwand angeordnet, so dass sich bei einer Druckbeaufschlagung die Spannhülse 6 nach innen ausdehnt.
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In den 9 und 10 weisen die nach einer Seite hin offenen Axialbohrungen 11 dort ein Füllstück 27 mit einer Dichtung 28 und einem Deckel 29 auf, so dass das in den Axialbohrungen 11 enthaltene Stromungsmedium abgedichtet wird. Über ein in den 9 und 10 nicht dargestelltes Ventil könnte dann das Stromungsmedium in den Axialbohrungen 11 mit einem Druck beaufschlagt werden. Denkbar wäre jedoch auch, dass die Druckerhohung des Strömungsmediums durch Erhöhung der externen Temperatur erfolgt. In diesem Fall sind die Axialbohrungen 11 und damit auch das darin enthaltende Stromungsmedium nach außen hin hermetisch abgedichtet. Wird die Aussentemperatur erhoht, dann erhoht sich auch die Temperatur des Strömungsmediums, welches sich auszudehnen versucht. Da dies nicht möglich ist, erhöht sich der Druck in den Axialbohrungen 11, was zu der gewunschten Ausdehnung führt. Kühlt die Spannhulse 6 anschliessend wieder ab, wird die Ausdehnung wieder ruckgangig gemacht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- zylinderförmiger Zapfen
- 3
- Zylinder, Kammer
- 4
- Kolben
- 5
- Spannkolben
- 6
- Spannhulse
- 7
- innere Flache der Spannhülse
- 8
- äussere Fläche des Zapfens
- 9
- Dichtvorrichtung
- 10
- Abschlussdeckel
- 11
- Axialbohrung
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Hulse eines Werkzeuges
- 14
- Spalt
- 15
- äussere Flache der Spannhulse
- 16
- innere Flache der Hulse
- 17
- Steg
- 18
- Verbindungsrohr
- 19
- Achse
- 20
- Spannfutter
- 21
- innere Fläche des Spannfutters
- 22
- Schaft eines Werkzeuges
- 23
- äussere Fläche des Schaftes
- 24
- Walzlager
- 25
- äusserer dehnbarer Bereich
- 26
- innerer dehnbarer Bereich
- 27
- Fullstuck
- 28
- Dichtung
- 29
- Deckel
- X
- axiale Richtung
- Y
- radiale Richtung
- Z
- tangentiale Richtung
