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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spielfreien Drehmitnahme von auf einer Bearbeitungsmaschine zwischen Zentrierspitzen gespannten, um ihre Rotationsachse angetriebenen Werkstücken oder Werkstückträgern, insbesondere von Zahnrädern auf einem zylindrischen Werkstückspanndorn bei der Hartendbearbeitung ihrer Verzahnung, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stand der Technik
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Rotationsteile, insbesondere Zahnräder, die mit hoher Genauigkeit gefertigt und nach der Bearbeitung auf einer Messmaschine geprüft werden müssen, werden häufig zwischen Zentrierspitzen gespannt. Der Vorteil der Aufspannung zwischen Zentrierspitzen liegt darin, dass der Aufwand für diese Aufspannung vergleichsweise niedrig, die Wiederholgenauigkeit jedoch hoch ist, und dass das Werkstück auf der Bearbeitungs- und der Messmaschine in gleicher Weise gespannt werden kann. Dadurch werden Umspannfehler auf das Minimum reduziert. Voraussetzung für eine hohe Einspanngenauigkeit zwischen Zentrierspitzen ist aber – insbesondere bei der Bearbeitung von Zahnrädern – eine spielfreie drehsteife Drehmitnahme des Werkstücks bzw. des Werkstückspanndorns, wobei diese frei oder möglichst arm an radialen und axialen Kräften zwischen Werkstückspindel und Werkstück bzw. Werkzeugspanndorn erfolgen muss, um ein Abdrängen des Werkstücks aus der durch die Zentrierspitzen vorgegebenen Sollposition zu vermeiden. Aus dieser Forderung resultieren bei Werkstücken mit engen Fertigungstoleranzen und hohen Bearbeitungskräften, wie z. B. bei Zahnrädern mit grossem Durchmesser, Anforderungen an die Drehsteifigkeit und Genauigkeit der Mitnahmevorrichtung, die nur schwer und mit hohem Kostenaufwand erfüllbar sind.
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Eine bekannte Vorrichtung zur querkraftarmen Drehmitnahme eines zwischen Zentrierspitzen gespannten Werkstücks ist das so genannte Drehherz, ein lösbar mit dem Werkstück verbundener radialer Hebel, der sich in Drehrichtung auf einem mit der Werkstückspindel rotierenden Anschlag abstützt. Nachteile dieser Lösung sind, dass nur relativ kleine Drehmomente übertragen werden können, dass die Drehsteifigkeit der Mitnahme relativ gering ist und dass das Drehherz vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks montiert bzw. demontiert werden muss, so dass es für eine automatische Werkstückbeschickung der Maschine ungeeignet ist. Eine spielfreie Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen erfordert zudem einen zusätzlichen mechanischen Aufwand. Diese Art der Mitnahme kommt vornehmlich auf Messmaschinen und auf Bearbeitungsmaschinen in solchen Fällen zur Anwendung, in denen die auf das Werkstück wirkenden Mitnahmedrehmomente gering sind.
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In
EP 0 393 321 A2 wird eine Vorrichtung zur Drehmitnahme eines zwischen Zentrierspitzen gehaltenen Werkstücks vorgestellt, bei welcher, ähnlich wie bei einem handbetätigten Dreibackenfutter, aber querkraftfrei und automatisch betätigt, der Werkstückschaft mittels auf einer Trägerplatte radial verschieblich angeordneter Spannbacken gespannt wird. Diese Vorrichtung kann aber ebenfalls nur in einer Drehrichtung eingesetzt werden und ist infolge der Vielzahl beweglicher Teile in der Herstellung aufwändig.
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Eine weitere denkbare Lösung einer querkraftfreien oder zumindest querkraftarmen Drehmitnahme eines zwischen Spitzen eingespannten Werkstücks, die jedoch spielfrei in beiden Drehrichtungen ein hohes Drehmoment übertragen kann, ist in 1 schematisch dargestellt.
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Auf dem Befestigungsflansch 1 einer Werkstückspindel 13 ist eine Spannzange 2 mit axialen Schlitzen 3 und im Spannbereich 4 kegelförmiger Umfangsfläche 5 zentrisch angeordnet und mit diesem fest verbunden. Durch die über den Umfang der Spannzange verteilten axialen Schlitze 3 weist die Spannzange 2 Spannlappen 6 auf, die im Spannbereich 4 eine hohe tangentiale, jedoch geringe radiale Steifigkeit besitzen.
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Zum Schliessen der Spannzange 2 um den Schaft 8 des zuvor zwischen Zentrierspitzen 7 eingespannten Werkstücks oder Werkstückspanndorns wird eine im Spannbereich 4 ebenfalls kegelförmige, konzentrisch um die Spannzange 2 angeordnete, axial verschiebliche und radial geringes Spiel aufweisende Spannhülse 9 mittels eines durch die Werkstückspindel mit Drucköl versorgten Hydraulikzylinders 10 auf den Konus 5 der Spannzange 2 gezogen. Dabei schiebt sich der Innenkonus der Spannhülse 9 in axialer Richtung über den Aussenkonus der Spannzange 2, bewegt die Spannlappen 6 radial in Richtung des Werkstück- bzw. Spanndornschafts 8 und presst sie reibschlüssig auf dessen Mantelfläche.
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Nachteile dieser Lösung liegen insbesondere darin, dass sie wegen ihrer grossen Anzahl mit hoher Präzision zu fertigender Teile herstellungstechnisch aufwändig ist und dass infolge von Reibungskräften, die beim Schliessen der Spannzange 2 entstehen, ausser Verschleiss oftmals am Umfang ungleiche radial auf das Werkstück wirkende Kräfte verursacht werden, welche die Einspanngenauigkeit beeinträchtigen. Bei Maschinen mit vertikaler Werkstückspindel besteht zudem die Gefahr, dass dieser Effekt durch das Eindringen von Schleifspänen und Schleifscheibenabrieb verstärkt wird, weil es schwierig ist, die unter dem Werkstück angeordnete Mitnahmevorrichtung vor Verschmutzung zu schützen.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Drehmitnahme zwischen Zentrierspitzen gespannter Werkstücke oder Werkstückspanndorne vorzuschlagen, die trotz hoher Drehsteifigkeit auf den Einspannschaft des Werkstücks bzw. Werkstückträgers beim Spannen keine Längs- und Querkraft ausübt, gegen Verschmutzung geschützt ist und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, zum Spannen der Spannzange eine im Spannbereich der Spannzange konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete ringförmige Druckkammer vorgesehen ist, welche durch radiale Ausdehnung auf die Spannlappen der Spannzange einwirkt.
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Dank der erfindungsgemässen Betätigung der Spannzange ist die Werkstückmitnahmevorrichtung gänzlich frei von bewegten, beim Schliessen der Spannzange aufeinander reibenden und verschleissenden Teilen und gewährleistet dadurch eine von streuenden Querkräften freie verdrehsteife Mitnahme des Werkstückspanndorns bzw. Werkstücks.
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Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung als Aussenmitnahme ausgebildet, wobei die ringförmige Druckkammer die Spannzange konzentrisch umschliesst und durch radiale Ausdehnung nach innen auf die Spannlappen der Spannzange einwirkt.
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Gemäss einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung als Innenmitnahme ausgebildet, wobei die ringförmige Druckkammer von der Spannzange konzentrisch umschlossen ist und durch radiale Ausdehnung nach aussen auf die Spannlappen der Spannzange einwirkt.
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Durch die hierbei notwendige Gestaltung des Werkstückspanndorns mit Mitnahmebohrung für die Innenmitnahme wird erreicht, dass die Spannzange vor Verschmutzung geschützt ist. Dank der geringen Anzahl Teile sind die Herstellkosten auf das Minimum reduziert.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Vorrichtungskörper mit der Druckkammer auf. Gemäß einer Ausgestaltung sind der Vorrichtungskörper und die Spannzange koaxial zu einer angetriebenen Werkstückspindel angeordnet und mit dieser drehsteif verbunden, wobei die Druckkammer auf ihrer den Spannlappen der Spannzange zugewandten Umfangsfläche von einer öldicht mit ihr verbundenen Membran aus elastischem Material umschlossen ist.
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Insbesondere sind der Werkstückspanndorn und die Spannlappen der Spannzange mittels Beaufschlagung der Druckkammer mit Öldruck reibschlüssig miteinander koppelbar.
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Die Membran weist vorzugsweise die Form eines Zylindermantels auf und ist an ihren Rändern mit einem Wulst versehen.
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Insbesondere ist die Membran mittels axialem Druck einer Distanzscheibe auf der einen Seite und eines Abschlussrings auf der anderen Seite mit dem Vorrichtungsgrundkörper randseitig verbunden.
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Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtungsgrundkörper, der Distanzring, die Spannzange und eine den Vorrichtungsgrundkörper aufnehmende Zentrierscheibe mit Ölbohrungen zur Beaufschlagung der Druckkammer mit Drucköl versehen sind.
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Vorteilhaft ist auch, wenn die Vorrichtung einen konzentrisch zur Spannzange angeordneten, mit dem Vorrichtungsgrundkörper fest verbundenen Abschlussring mit einem die Spannzange übergreifenden umlaufenden Anschlagsteg zur Begrenzung der Spannbewegung der Spannlappen aufweist.
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Die bevorzugte Innenmitnahme des Werkstücks, das auf einem Spanndorn mit einer Mitnahmebohrung gespannt ist, erfolgt mittels einer konzentrisch zur Rotationsachse auf der Werkstückspindel angeordneten, mit dieser fest verbundenen Aussenspannzange. Das Spannen der Spannzange wird gemäss der Erfindung durch radiale Ausdehnung einer im Spannbereich der Spannzange auf der Werkstückspindel konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten ringförmigen Druckkammer bewirkt, die an ihrer der Spannzange zugewandten Umfangsfläche durch eine Membran aus elastischem Werkstoff geschlossen ist. Durch die radiale Ausdehnung der Druckkammer unter Hydraulikdruck werden die Spannlappen der Spannzange nach aussen bewegt und mit der Bohrungswand des Werkstückspanndorns in reibschlüssige Verbindung gebracht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Die Zeichnungen beinhalten:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Mitnahme eines zwischen Zentrierspitzen gespannten Werkstücks gemäss einer denkbaren Lösung,
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Mitnahme eines zwischen Zentrierspitzen gespannten Werkstücks und
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3 eine vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts aus 2
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Drehmitnahme eines zwischen Zentrierspitzen auf einer Maschine gespannten Werkstückspanndorns 11 beschrieben, dessen Schaft 8 zur koaxialen drehfesten Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks dient. Im Gegensatz zu den üblicherweise hierzu verwendeten zylindrischen Spanndornen mit einem zylindrischen oder kugelig geformten umfangseitigen Mitnahmebereich am Schaftende des Werkstückspanndorns 11 weist der erfindungsgemässe Werkstückspanndorn in seinem nötigenfalls gegenüber dem Werkstückspannschaft im Durchmesser vergrösserten Mitnahmebereich am Schaftende eine zylindrische Mitnahmebohrung 12 auf.
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Zur drehsteifen Kopplung des Werkstückspanndorns 11 mit der angetriebenen Werkstückspindel 13 dient eine zur Rotationsachse 14 der Werkstückspindel 13 konzentrisch angeordnete Spannzange 2, deren Spannlappen 6 auf ihrer der Mitnahmebohrung 12 des Werkstückspanndorns 11 zugewandten Aussenfläche ein kugelförmiges Profil aufweisen. Die Spannzange 2 ist mit dem Befestigungsflansch 1 der Werkstückspindel 13 fest verbunden.
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Das Spannen der Spannzange 2 wird gemäss der Erfindung durch radiale Ausdehnung einer im Spannbereich 4 der Spannzange auf der Werkstückspindel konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete ringförmige Druckkammer 15 bewirkt, welche von der äusseren Mantelfläche eines Vorrichtungsgrundkörpers 16 und einer diesen umschliessenden ringförmigen Membran 17 aus elastischem Werkstoff gebildet wird. Der über eine Distanzscheibe 18, die Spannzange 2 und eine Zentrierscheibe 19 mit dem Schleifspindelflansch 1 fest verschraubte Vorrichtungsgrundkörper 16 ist mit Ölbohrungen 20 versehen, mittels derer die Druckkammer 15 mit Drucköl versorgt wird. Die an ihren Rändern vorzugsweise mit Wülsten 21 versehene Membran 17 ist durch den axialen Druck der Distanzscheibe 18 und eines auf der zweiten Stirnseite des Vorrichtungsgrundkörpers 16 angeordneten, mit diesem fest verschraubten Abschlussringes 22 mit dem Vorrichtungsgrundkörper 16 öldicht verbunden.
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Durch die radiale Ausdehnung der Druckkammer 15 unter Hydraulikdruck werden die Spannlappen 6 der Spannzange 2 nach aussen bewegt und mit der Bohrungswand des Werkstückspanndorns 11 in reibschlüssige Verbindung gebracht. Um eine Überdehnung und damit Beschädigung der Spannlappen 6 bei fehlendem Werkstückspanndorn sicher zu verhindern, ist der Abschlussring 22 an seiner der Spannzange zugewandten Stirnseite mit einem axial vorstehenden, die Spannlappen 6 übergreifenden ringförmig umlaufenden Anschlagsteg 23 versehen, welcher die radiale Spannbewegung der Spannlappen 6 nach aussen begrenzt.
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Das der Erfindung zugrunde liegende, hier am Beispiel einer Innenmitnahme beschriebene Wirkungsprinzip eines Drehmitnehmers lässt sich nach entsprechender Anpassung der Wirkrichtung des Betätigungsmechanismus' der Spannzange mit gleichem Nutzen auch bei einer Aussenmitnahme verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsflansch
- 2
- Spannzange
- 3
- Schlitz
- 4
- Spannbereich
- 5
- kegelförmige Umfangsfläche
- 6
- Spannlappen
- 7
- Zentrierspitze
- 8
- Schaft
- 9
- Spannhülse
- 10
- Hydraulikzylinder
- 11
- Werkstückspanndorn
- 12
- Mitnahmebohrung
- 13
- Werkstückspindel
- 14
- Rotationsachse
- 15
- Druckkammer
- 16
- Vorrichtungsgrundkörper
- 17
- Membran
- 18
- Distanzscheibe
- 19
- Zentrierscheibe
- 20
- Ölbohrung
- 21
- Wulst
- 22
- Abschlussring
- 23
- Anschlagsteg
