DE102008054140B4

DE102008054140B4 - Spannfutter zum radialen Spannen von Werkstücken mit zylindrischer Außenspannfläche

Info

Publication number: DE102008054140B4
Application number: DE102008054140A
Authority: DE
Inventors: Dr. Timtner Karlheinz; Dr. Thelen Dieter
Original assignee: Schenck RoTec GmbH
Current assignee: Schenck RoTec GmbH
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: ITMI20091697A1; JP5563800B2; IT1395613B1; GB0919098D0; GB2464836A; US20100109261A1; JP2010105151A; US8651498B2; DE102008054140A1; GB2464836B

Abstract

Spannfutter zum radialen Spannen von Werkstücken, die eine zylindrische Außenspannfläche haben, mit einem ringförmigen Grundkörper (2), der eine Bohrung (5), eine sich axial erstreckende Bohrungsfläche (10) und radial nach innen vorspringende Nasen (12) aufweist, einer sich radial nach innen erstreckende Schulter (11), die eine Anlagefläche für das Werkstück bildet, und mit einer an dem Grundkörper (2) gehaltenen Spannvorrichtung, die eine Mehrzahl von im wesentlichen L-förmigen Spannelementen (21) aufweist, die jeweils einen in der Bohrung angeordneten Spannkopf (24) und einen sich von dem Spannkopf (24) radial nach außen erstreckenden Betätigungshebel (27) haben, wobei jeder Spannkopf (24) auf der Außenseite wenigstens einen radial nach außen vorspringenden Nocken (25), der in einen Zwischenraum zwischen der Schulter (11) und den Nasen (12) eingreift und sich radial an der Bohrungsfläche (10) und axial an wenigstens einer Nase (12) abstützt, und auf der Innenseite eine Spannkante (26) hat, die so angeordnet ist, dass sie bei einer...

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum radialen Spannen von Werkstücken, die eine zylindrische Außenspannfläche haben, umfassend einen ringförmigen Grundkörper, der eine Bohrung mit einer sich axial erstreckende Bohrungsfläche und eine sich radial nach innen erstreckende Schulter mit einer Anlagefläche für das Werkstück aufweist, und eine an dem Grundkörper gehaltene Spannvorrichtung.
Ein Spannfutter der angegebenen Art ist aus DE 10 2005 053 786 A1 bekannt. Das bekannte Spannfutter ist Teil einer Vorrichtung zum dynamischen Messen der Unwucht des Rotors einer Turbolader-Rumpfgruppe. Bei dem bekannten Spannfutter wird das Lagergehäuse der Turbolader-Rumpfgruppe in der Bohrung des Grundkörpers aufgenommen und zentriert und mit Hilfe von Spannpratzen in axialer Richtung gegen die Schulter des Grundkörpers gespannt. Hierzu weist das Lagergehäuse einen Ringflansch auf, an dem die Spannpratzen angreifen können. Ein automatisches Spannen ist mit dem bekannten Spannfutter nicht möglich.
Es ist weiterhin aus DE 103 05 714 A1 ein Wuchtfutter zum dynamischen Auswuchten von Kraftfahrzeug-Antriebswellen bekannt, bestehend aus einem Grundkörper mit einer Zentrierfläche und einem eine Spannzange und eine axiale Anschlagfläche für das Werkstück enthaltenden Einsatz sowie mehreren, am Grundkörper drehbar und axial verschiebbar gelagerten Spannpratzen. Bei diesem Wuchtfutter wird das Werkstück an einer zylindrischen Außenfläche mit Hilfe der Spannzange zentriert und durch die Spannpratzen in axialer Richtung gegen die Anschlagfläche des Einsatzes gespannt. Das bekannte Wuchtfutter hat einen komplizierten und teuren Aufbau und erfordert eine große axiale Baulänge und einen großen axialen Betätigungshub.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs genannten Art zu schaffen, das wenig Bauraum benötigt und sich vor allem durch eine kurze Baulänge auszeichnet. Weiterhin sollte das Spannfutter in seiner Mitte einen im Durchmesser großen und in axialer Richtung langen Freiraum für die Aufnahme von Werkstücken haben. Außerdem sollte das Spannfutter automatisch betätigbar sein.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Spannfutter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Spannfutters sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Nach der Erfindung umfasst das Spannfutter einen ringförmigen Grundkörper, der eine Bohrung, eine sich radial nach innen erstreckende Schulter, die eine Anlagefläche für das Werkstück bildet, eine sich axial erstreckende Bohrungsfläche und radial nach innen vorspringende Nasen aufweist, und eine an dem Grundkörper gehaltenen Spannvorrichtung, die eine Mehrzahl von im wesentlichen L-förmigen Spannelementen aufweist, die jeweils einen in der Bohrung angeordneten Spannkopf und einen sich von dem Spannkopf radial nach außen erstreckenden Betätigungshebel haben, wobei jeder Spannkopf auf der Außenseite wenigstens einen radial nach außen vorspringenden Nocken, der in einen Zwischenraum zwischen der Schulter und den Nasen eingreift und sich radial an der Bohrungsfläche und axial an wenigstens einer Nase abstützt, und auf der Innenseite eine Spannkante hat, die so angeordnet ist, dass sie bei einer Drehung des Spannelements, bei der sich der Betätigungshebel von dem Grundkörper entfernt, radial nach innen und axial in Richtung der Schulter bewegt wird.
Durch die Erfindung wird ein Spannfutter geschaffen, das sich durch eine außerordentlich geringe axiale Baulänge und durch einen relativ kleinen Bauraum in radialer Richtung auszeichnet. Im Zentrum des Spannfutters ist ein Freiraum vorhanden, dessen Durchmesserbegrenzung gleich oder nur wenig kleiner ist als der Spanndurchmesser. Von Vorteil ist vor allem, dass das Spannfutter eine große radiale Steifigkeit hat, da die Spannkraft der Spannvorrichtung von den Spannköpfen unmittelbar auf den beispielsweise mit der Maschinenaufnahme verbindbaren Grundkörper übertragen wird. Das Spannen des Werkstücks erfolgt sehr präzise und mit hoher Rundlaufgenauigkeit und die Bewegung der Spannelemente beim Spannvorgang bewirkt neben dem radialen Spannen des Werkstücks auch das axiale Andrücken des Werkstücks an die Planfläche der Schulter. Hierdurch wird nicht nur ein präzises Spannen mit hoher Haltekraft, sondern zugleich auch eine hohe Rundlaufgenauigkeit des gespannten Werkstücks erreicht. Die Betätigung des Spannfutters kann mit einfachen Mitteln mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen und durch eine automatische Einrichtung bewirkt werden. Die Drehung der Spannelemente sorgt, insbesondere bei Unterstützung der Lösebewegung, dafür, dass in der Lösestellung ein relativ großes Einführspiel zur Verfügung steht, wodurch ein automatisches Einsetzen des Werkstücks in die Spannvorrichtung erleichtert wird.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Spannelemente ringförmig angeordnet und durch elastische Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Die Spannelemente sind hierbei Teil eines ringförmigen Spannkörpers, der einfach montiert werden kann und das Halten der einzelnen Spannelemente in der Einbaulage an dem Grundkörper erleichtert. Vorzugsweise besteht der Spannkörper aus einem Stück, das durch radiale Schlitze in die einzelnen Spannelemente gegliedert ist.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nasen des Grundkörpers und die Nocken des Spannkörpers in gleichen regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Nasen größer ist als die Breite der Nocken in Umfangsrichtung. Die Gestaltung hat den Vorteil, dass die zu einem ringförmigen Spannkörper miteinander verbundenen Spannelemente nach Art eines Bajonettverschlusses durch axiale Bewegung und anschließende Drehung in die Einbaulage am Grundkörper gebracht werden können. Der Grundkörper muss daher nicht geteilt sein, sondern kann einen geschlossenen Ring bilden, der einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Betätigung der Spannelemente kann an dem Grundkörper ein axial bewegbarer Ringkolben angeordnet sein. Um eine hydraulische oder pneumatische Betätigung zu ermöglichen, kann der Ringkolben eine Ringkammer begrenzen, die einen Anschluss zur Zuführung eines Druckmittels aufweist. Soll auch die Lösebewegung des Spannfutters hydraulisch oder pneumatisch unterstützt werden, so kann der Ringkolben doppelt wirkend mit auf entgegengesetzten Seiten angeordneten Ringkammern ausgebildet sein. Zur mechanischen Betätigung kann der Ringkolben als Betätigungsring ausgebildet und mittels einer Schaltgabel betätigbar sein.
Auf der den Spannelementen abgekehrten Seite ist der Grundkörper vorzugsweise mit einer ebenen Flanschfläche versehen, mit der er an ein Anschlussbauteil, beispielsweise einer Maschine zur Unwuchtmessung, ansetzbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
1 eine Seitenansicht einer Spannkupplung nach der Erfindung,
2 einen Querschnitt entlang der Linien II-II der Spannkupplung gemäß 1 und
3 einen vergrößerten Ausschnitt des Querschnitts gemäß 2.
Die in der Zeichnung dargestellte Spannkupplung 1 besteht im Wesentlichen aus einem ringförmigen Grundkörper 2, einem ringförmigen Spannkörper 3 und einem an dem Grundkörper 2 angeordneten Ringkolben 4 zur Betätigung des Spannkörpers 3.
Der Grundkörper 2 weist eine zentrale, durchgehende Bohrung 5 und eine zur Bohrungsachse rechtwinklige, ebene Flanschfläche 6 auf, die zum Anflanschen des Grundkörpers 2 an ein Anschlussteil einer Maschine dient. Angrenzend an die Flanschfläche 6 ist in einer stufenförmigen Erweiterung 7 der Bohrung 5 eine ringförmige Scheibe 8 eingesetzt und mittels Schrauben 9 befestigt. Die Scheibe 8 hat einen kleineren Innendurchmesser als die Bohrung 5 und bildet mit ihrer der Flanschfläche 6 abgewandten Seite eine Schulter 11 mit einer zur Flanschfläche 6 parallelen Planfläche zur axialen Abstützung eines in der Spannkupplung 1 gespannten Werkstücks. Anstelle der Scheibe 8 kann die Schulter 11 auch von einem entsprechenden Abschnitt des Grundkörpers 2 oder von einem mit dem Grundkörper 2 verbundenen Teil einer die Spannkupplung aufnehmenden Maschine gebildet sein, wobei insbesondere im letzteren Fall die Schulter und ihre Planfläche auch außerhalb des Spannfutters liegen kann. Angrenzend an die Scheibe 8 sind in der Bohrung 5 eine Bohrungsfläche 10 und in einem Abstand von der Scheibe 8 Nasen 12 ausgebildet, die sich axial und in Umfangsrichtung erstrecken. Die Nasen 12 sind in regelmäßigem Abstand angeordnet und durch Zwischenräume voneinander getrennt, wobei der Innendurchmesser im Bereich der Zwischenräume gleich oder größer ist als der Innendurchmesser der Bohrungsfläche 10. Auf der der Bohrungsfläche 10 zugekehrten Seite haben die Nasen 12 in einer gemeinsamen radialen Ebene liegende Anlageflächen 13.
Die äußere Mantelfläche des Grundkörpers 2 weist zwei zylindrische Führungsflächen 14, 15 auf, die verschiedene Durchmesser haben und durch eine radiale Stufe voneinander getrennt sind. Der mit einer entsprechenden Stufenbohrung ausgebildete Ringkolben 4 umgreift den Grundkörper 2 und ist an den Führungsflächen 14, 15 axial bewegbar geführt. Dichtringe 16, 17 dichten den Ringkolben 4 an den Führungsflächen 14, 15 ab. Zwischen den Stufen von Grundkörper 2 und Ringkolben 4 befindet sich eine Ringkammer 18, die über einen Anschlusskanal 19 an eine hydraulische oder pneumatische Druckquelle anschließbar ist. Durch Druckbeaufschlagung der Ringkammer 18 kann der Ringkolben 4 in eine Richtung bewegt werden, in der er sich von der Flanschfläche 6 entfernt.
Der Spannkörper 3 besteht aus einem einstückigen Ring von im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt. Der Spannkörper 3 weist im Teilungsabstand der Nasen 12 des Grundkörpers 2 radiale Schlitze 20 auf, die abwechselnd entweder nur den inneren Rand oder nur den äußeren Rand des Spannkörpers 3 durchtrennen. Durch die Schlitze 20 wird der Spannkörper 3 in einzelne Spannelemente 21 gegliedert, die abwechselnd an ihrem radial äußeren Ende durch einen Steg 22 und an ihrem radial inneren Ende durch einen Steg 23 miteinander verbunden sind. Der radial innere, kurze Schenkel der Spannelemente 21 bildet jeweils einen sich axial erstreckenden Spannkopf 24, der auf seiner Außenseite einen radial vorstehenden Nocken 25 und auf seiner Innenseite eine Spannkante 26 aufweist. Der lange Schenkel der Spannelemente 21 bildet einen Betätigungshebel 27, der sich von dem Spannkopf 24 radial nach außen erstreckt.
Die Spannkante 26 wird durch eine Stufe zwischen einer vorderen zylindrischen Bohrungsfläche 28 und einer hinteren zylindrischen Bohrungsfläche 29 gebildet. An die hintere zylindrische Bohrungsfläche 29 schließen sich Kegelflächen 30, 31 an, die das Einsetzen eines Werkstücks W in die Spannkupplung 1 erleichtern.
Die Nocken 25 werden an ihren axialen Stirnseiten durch ebene Radialflächen begrenzt und weisen an ihren radial äußeren Enden zylindrische Endflächen 32 auf, die den gleichen oder nahezu gleichen Radius haben wie die Bohrungsfläche 10. Die Endflächen 32 bilden mit den vorderen und hinteren Radialflächen der Nocken 25 Vorderkanten 33 und Hinterkanten 34, mit denen sich die Nocken 25 am Grundkörper 2 abstützen. Während sich die Vorderkante 33 jeweils an den stirnseitigen, vorderen Enden der Spannköpfe 24 befindet, ist die Spannkante 26 in einem Abstand b vom stirnseitigen Ende angeordnet, wodurch sich ein Hebelarm für das Spannen ergibt.
Nach dem Einbau des Spannkörpers 3 in den Grundkörper 2 befinden sich die Spannköpfe 24 in der Bohrung 5, wobei ihre Nocken 25 in den Zwischenraum zwischen den Nasen 12 und der Schulter 11 eingreifen und mit ihrer radialen Endfläche 28 vorzugsweise mit etwas Vorspannung an der Bohrungsfläche 10 anliegen. Die Betätigungshebel 27 liegen mit ihren radial äußeren Enden an dem Ringkolben 4 mit geringer, axialer Vorspannung an und halten dadurch die Nocken 25 in Anlage an den Nasen 12. Der Spannkörper 3 wird in der Einbaulage außerdem durch Schrauben 35 gesichert, die sich durch Bohrungen in einzelnen Spannelementen 21 erstrecken und am Grundkörper befestigt sind. Ein Verdrehen des Spannkörpers 3 gegenüber dem Grundkörper 2 wird dadurch verhindert.
2 zeigt die Spannkupplung 1 in der Lösestellung. In dieser Stellung kann ein Werkstück W mit einer zylindrischen Außenspannfläche und einer an dieser angrenzenden, radialen Anlagefläche in die Spannkupplung 1 eingesetzt werden, wobei es mit der Außenspannfläche so weit in die vordere Bohrungsfläche 28 der Spannköpfe 24 eingeführt wird, bis es mit der Anlagefläche an der Planfläche der Schulter 11 zur Anlage kommt. Anschließend wird der Spannvorgang eingeleitet, wobei der Ringkolben 4 beispielsweise durch die Zuführung von Druckluft in die Ringkammer 18 gegen die Betätigungshebel 27 bewegt wird und diese mit ihren äußeren Enden von dem Grundkörper 2 wegbewegt. Die Bewegung der Betätigungshebel 27 bewirkt eine Drehung der Spannköpfe 24 um die an der Bohrungsfläche 10 anliegende Vorderkante 33 bei gleichzeitiger, radial nach innen gerichteter Verschiebung der an den Anlageflächen 13 der Nasen 12 abgestützten Hinterkanten 34. Die Drehung der Spannköpfe 24 hat weiterhin zur Folge, dass sich die Spannkanten 26 radial nach innen und in Richtung der Schulter 11 bewegen, wodurch das Werkstück W gegenüber dem Grundkörper 2 zentriert und axial an die Schulter 11 angedrückt wird. Die Reaktionskräfte aus der von den Spannkanten 26 ausgeübten Spannkraft werden von den Nocken 25 an den Vorderkanten 33 auf die Bohrungsfläche 10 und an den Hinterkanten 34 auf die Nasen 12 übertragen. Durch die vergleichsweise große wirksame Hebellänge a der Betätigungshebel 27 im Vergleich zur wirksamen Hebellänge b an den Spannköpfen 24 wird eine erhebliche Verstärkung der von dem Ringkolben 4 ausgeübten Betätigungskraft erzielt, so dass verhältnismäßig niedrige Drücke ausreichen, um die für ein sicheres Spannen erforderliche Spannkraft zu erzeugen. Die Vielzahl der Spannköpfe 24 und ihre radiale Abstützung an der exakt herstellbaren Bohrungsfläche 10 des Grundkörpers 2 gewährleistet eine Spannung des Werkstücks mit hoher Rundlaufgenauigkeit. Diese wird noch gefördert durch das axiale Andrücken des Werkstücks beim Spannvorgang, weil dadurch die radiale Anlagefläche des Werkstücks mit ihrem gesamten Umfang an die Schulter 11 angedrückt wird.
Zum Lösen der Spannkupplung 1 wird der Ringkolben 4 druckentlastet und durch die Eigenfederkraft des Spannkörpers 3 in die Ausgangsstellung zurückbewegt. Zur Unterstützung der Lösebewegung können zusätzlich Rückstellfedern vorgesehen sein, die sich an dem Grundkörper 2 abstützen und die Betätigungshebel 27 in die Ruhelage zurückziehen. Zur forcierten Bewegung des Spannkörpers 3 in Löserichtung kann auch ein doppelt wirkender Ringkolben vorgesehen sein, der in der einen Richtung den Spannvorgang bewirkt und in der entgegengesetzten Richtung den Lösevorgang unterstützt. Mit einem solchen doppeltwirkenden Kolben ist es außerdem möglich, den Spannkörper 3 in Löserichtung weiter zu bewegen als es seine Eigenfederkraft bewirken kann. Hierdurch kann der Spannkörpers 3 in der Lösestellung stärker geöffnet und damit ein größeres Einführspiel zum Einführen des Werkstücks erzeugt werden.

Claims

Spannfutter zum radialen Spannen von Werkstücken, die eine zylindrische Außenspannfläche haben, mit einem ringförmigen Grundkörper (2), der eine Bohrung (5), eine sich axial erstreckende Bohrungsfläche (10) und radial nach innen vorspringende Nasen (12) aufweist, einer sich radial nach innen erstreckende Schulter (11), die eine Anlagefläche für das Werkstück bildet, und mit einer an dem Grundkörper (2) gehaltenen Spannvorrichtung, die eine Mehrzahl von im wesentlichen L-förmigen Spannelementen (21) aufweist, die jeweils einen in der Bohrung angeordneten Spannkopf (24) und einen sich von dem Spannkopf (24) radial nach außen erstreckenden Betätigungshebel (27) haben, wobei jeder Spannkopf (24) auf der Außenseite wenigstens einen radial nach außen vorspringenden Nocken (25), der in einen Zwischenraum zwischen der Schulter (11) und den Nasen (12) eingreift und sich radial an der Bohrungsfläche (10) und axial an wenigstens einer Nase (12) abstützt, und auf der Innenseite eine Spannkante (26) hat, die so angeordnet ist, dass sie bei einer Drehung des Spannelements (21), bei der sich der Betätigungshebel (27) von dem Grundkörper (2) entfernt, radial nach innen und axial in Richtung der Schulter (11) bewegt wird.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (21) ringförmig nebeneinander angeordnet sind und durch elastische Verbindungselemente zu einem Spannkörper (3) miteinander verbunden sind.
Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkörper (3) aus einem Stück besteht und radiale Schlitze (20) aufweist, durch welche die einzelnen Spannelemente (21) voneinander getrennt sind.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (12) des Grundkörpers (2) und die Nocken (25) des Spannkörpers (3) in gleichen regelmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind und dass der Abstand zwischen den Nasen (12) größer ist als die Breite der Nocken (25) in Umfangsrichtung.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der Spannelemente (21) ein axial bewegbarer Ringkolben (4) an dem Grundkörper (2) angeordnet ist.
Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (2) eine Ringkammer (18) begrenzt, die einen Anschluss (19) zur Zuführung eines hydraulischen oder pneumatischen Druckmittels aufweist.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben (4) doppelt wirkend ausgebildet ist.
Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkolben als Betätigungsring ausgebildet ist, der mittels einer Schaltgabel mechanisch betätigbar ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) auf der dem Spannkörper (3) abgekehrten Seite eine ebene Flanschfläche (6) aufweist.