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Die Erfindung betrifft eine Spannzange zum Spannen von vergleichsweise kurzen, insbesondere spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücken.
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Bisherige Spannzangen gemäß dem Stand der Technik weisen eine etwa hohlzylindrische Form auf, wobei im Spannbereich Schlitze durch die Wandung verlaufen sowie am Außenumfang ein Außenkonus angeformt ist. Hierdurch ist die Spannzange im Spannbereich verformbar und spannt das Werkstück durch eine axiale Krafteinwirkung auf den Außenkonus in Richtung des Werkstückes. Der Spannbereich ist bei runden Werkstücken hohlzylinderförmig und weist generell eine Innenkontur entsprechend der Außenkontur des Werkstückes auf und kann etwa als Mehreck, Ellipse, Zahnrad oder dergleichen ausgeführt sein.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 040 266 A1 zeigt eine Spannzange mit zwei konischen Flächen entlang des Außenumfangs, die mittels einer Überwurfmutter innerhalb einer Aufnahmeöffnung mit Innenkonus verspannt wird und somit ein Werkzeug einspannt. Dazu verlaufen schlitzförmige Öffnungen durch den gesamten axialen Bereich des Außenumfangs der Spannzange sowie auch nahezu durch die gesamte axiale Länge des Innenumfangs der Spannzange, wobei die schlitzförmigen Öffnungen jeweils abwechselnd axial endseitig am Innenumfang der Spannzange durchbrechen beziehungsweise nicht durchbrechen. Der Einspannbereich verläuft dabei innerhalb der gesamten axialen Länge der Spannzange.
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Spannzangen gemäß dem Stand der Technik weisen dabei den Nachteil auf, dass keine kurzen Werkstücke zuverlässig verspannt werden können. Insbesondere tritt beim Spannen kurzer Werkstücke das Problem auf, dass diese aufgrund einer Durchbiegung der Spannzange innerhalb ihres Spannbereiches nicht fest verspannt werden und sich daher die Werkstücke während der Bearbeitung aus der Spannzange lösen können sowie es tritt ferner das Problem auf, dass die Spannzange bei häufiger Benutzung zum Einspannen von kurzen Werkstücken bricht. Kurz bedeutet dabei, dass das Verhältnis von Einspannlänge des Werkstücks zum Werkstück-Durchmesser klein ist, insbesondere kleiner ist als 2 zu 1.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Spannzange anzugeben, welche in der Lage ist, auch vergleichsweise kurz einzuspannende Werkstücke sicher und fest zu verspannen und welche gleichzeitig eine vergleichsweise große Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spannzange mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner wird eine Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Spannzange beansprucht.
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Beschrieben ist eine Spannzange, welche als Spannkonus einen ersten Außenkonus aufweist. Dieser Spannkonus verjüngt sich in axialer Richtung zur Öffnung zur Aufnahme von Werkstücken, d. h. zur Bearbeitungsseite der Werkstücke hin, und dient im wesentlichen zum Verspannen des jeweiligen Werkstückes und wird mittels eines Vorbauringes verspannt, wobei der Vorbauring einen Innenkonus aufweist, welcher den ersten Außenkonus der Spannzange beim axialen Einpressen des ersten Außenkonus der Spannzange in den Innenkonus des Vorbaurings zusammendrückt und somit eine radiale Kraft auf ein zu spannendes Werkstück ausübt und dieses Werkstück somit innerhalb des Spannbereiches der Spannzange einspannt und festhält. Dabei ist der Winkel des Innenkonus des Vorbauringes im wesentlichen gleich dem Winkel des ersten Außenkonus der Spannzange. Vorzugsweise ist der Winkel des Innenkonus des Vorbauringes geringfügig, mindestens jedoch eine Winkelminute größer als derjenige des ersten Außenkonus der Spannzange. Vorzugsweise sind der Winkel des Innenkonus des Vorbauringes sowie der Winkel des ersten Außenkonus der Spannzange jeweils größer als 8 Grad.
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Mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei oder mehr schlitzförmige Öffnungen verlaufen in axialer Richtung durch die Wandung der Spannzange und zwar vorzugsweise durch die gesamte axiale Länge des ersten Außenkonus und verlaufen weiterhin zumindest partiell axial innerhalb des Bereichs eines zweiten Außenkonus der Spannzange. Die schlitzförmigen Öffnungen münden innerhalb von Entspannungs-Bohrungen, wobei die Entspannungs-Bohrungen vorzugsweise in radialer Richtung durch die Wandung der Spannzange verlaufen und einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als die Breite der schlitzförmigen Öffnungen. Vorzugsweise befinden sich die Entspannungs-Bohrungen im Bereich des zweiten Außenkonus der Spannzange, der insofern entgegengesetzt zum ersten Außenkonus angeordnet ist, als dass der zweite Außenkonus sich in axialer Richtung zur Öffnung zur Aufnahme von Werkstücken hin, d. h. zur Bearbeitungsseite der Werkstücke hin verbreitert.
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Zur Einleitung einer axialen Gegen-Kraft auf den Vorbauring zwecks Einleitung einer radialen Kraft zum Verspannen eines Werkstücks innerhalb der Spannzange ist an dem Vorbauring ein radial verlaufender Kragen angeordnet, an dem der Vorbauring gehalten wird und der auch im Falle einer axialen Krafteinleitung axial beabstandet ist zum Spannkonus der Spannzange. Zwischen der radial verlaufenden Anschlagfläche der Spannzange und dem radialen Kragen des Vorbaurings kann etwa eine Feder, etwa eine Blatt-, Teller- oder Well-Feder oder ein gummielastisches Material angeordnet sein. Hierdurch wird die Trennung von Vorbauring und Spannzange beim axialen Zurückfahren der Spannzange zur Freigabe des gespannten Werkstücks erleichtert. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Kragens des Vorbauringes etwa genauso groß wie der maximale Außendurchmesser der Spannzange im Bereich des zweiten Außenkonus.
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Mussten Werkstücke im bisherigen Stand der Technik bis in den Bereich des zweiten Außenkonus der Spannzange axial hineinragen, um sicher verspannt zu werden, so genügt nunmehr zum sicheren Verspannen eines Werkstückes, dass das Werkstück axial bis in den Bereich des ersten Außenkonus der Spannzange hineinragt. Idealerweise verläuft das eingespannte Werkstück in axialer Richtung vollständig im Bereich des ersten Außenkonus der Spannzange. Somit sind nunmehr auch Spannlängen von lediglich ein bis zwei Millimeter möglich. Insbesondere ist es nunmehr möglich, dass das Verhältnis von Spannlänge zum Werkstück-Durchmesser weniger als zwei beträgt.
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Der Innenumfang der Spannzange im axialen Bereich des ersten Außenkonus ist im Falle der Verspannung von zylindrischen Werkstücken hohlzylindrisch bzw. im ungespannten Zustand vorzugsweise leicht konisch sich im axialen Verlauf zur Öffnung in Richtung zur Aufnahme von Werkstücken, d. h. zur Bearbeitungsseite der Werkstücke, hin öffnend. Die Spannzange besteht vorzugsweise aus Federstahl.
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Zum Spannen eines Werkstückes innerhalb einer Werkzeugmaschine wird die Spannzange vorzugsweise mittels eines Mitnehmers axial in Richtung des Vorbauringes bewegt, wobei der Mitnehmer einen Innenkonus aufweist, der am zweiten Außenkonus der Spannzange anliegt. Dabei ist der Vorbauring vorzugsweise an der Werkzeugmaschine ortsfest montiert.
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Alternativ könnte der Vorbauring axial beweglich sein und der Mitnehmer ortsfest zur Werkzeugmaschine angeordnet sein. Ferner könnte der zweite Außenkonus der Spannzange alternativ durch eine radial verlaufende Anschlagsfläche ersetzt werden, an welche eine ebenfalls radial verlaufende Anschlagsfläche des Mitnehmers angreift, welche entsprechend den Innenkonus des Mitnehmers ersetzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannzange,
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2 zeigt eine Aufsicht auf dieselbe Spannzange,
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3 zeigt einen Teilschnitt der Spannzange in perspektivischer Darstellung,
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4 zeigt einen Schnitt durch einen Vorbauring,
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine Baueinheit, bestehend aus Mitnehmer, erfindungsgemäßer Spannzange und Vorbauring und
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6 zeigt einen Teilschnitt derselben Baueinheit in perspektivischer Darstellung.
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Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen den Grundaufbau einer Spannzange gemäß der Erfindung. Die Spannzange 10 weist eine Öffnung 13 zur Aufnahme von einzuspannenden Werkstücken 40 auf. Ausgehend von der Bearbeitungsseite der Werkstücke weist die Außenkontur der Spannzange zunächst einen ersten Außenkonus 11 mit zunehmendem Außendurchmesser auf, an den sich ein zylindrischer Abschnitt 14 anschließt. Der zylindrische Abschnitt 14 ist jedoch nicht erfindungswesentlich und kann in axialer Richtung deutlich kürzer ausgebildet sein oder alternativ gänzlich fehlen. Weiterhin weist die Spannzange 10 eine radial verlaufende Anschlagsfläche 125 auf, die in axialer Richtung zwischen dem zylindrischen Abschnitt 14 und einem zweiten Außenkonus 12 angeordnet ist und eine Außendurchmesser-Vergrößerung der Spannzange an dieser Stelle darstellt. Der zweite Außenkonus 12 ist insofern zum ersten Außenkonus invertiert angeordnet, als dass sich der zweite Außenkonus, ausgehend von der Bearbeitungsseite eines Werkstückes her betrachtet verjüngt. An den zweiten Außenkonus 12 der Spannzange 10 schließt sich ein Abschnitt an, der als Hohlwelle 18 ausgebildet ist und an seinem axialen Ende, das der Bearbeitungsseite des Werkstückes entgegengesetzt angeordnet ist, eine Führungsfläche 19 mit geringfügig größerem Außendurchmesser im Vergleich zum Hohlwellen-Abschnitt 18 aufweist.
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Der Innenumfang der Spannzange 10 bildet im Bereich des ersten Außenkonus 11 sowie des zylindrischen Abschnitts 14 eine Spannfläche 15 zum Verspannen von zylindrischen Werkstücken 40. Die Spannfläche ist hohlzylindrisch oder im entspannten Zustand leicht konisch sich zur Öffnung 13 zur Aufnahme der Werkstücke 40 hin leicht öffnend ausgebildet. Durch den gesamten Bereich des ersten Außenkonus 11 sowie durch den gesamten zylindrischen Abschnitt 14 verlaufen in axialer Richtung schlitzförmige Öffnungen 16, welche die Wandung der Spannzange in diesen Bereichen vollständig durchbrechen und im Bereich des zweiten Außenkonus 12 der Spannzange 10 in radialen Entspannungsbohrungen 17 münden. Die Entspannungsbohrungen 17 durchbrechen in radialer Richtung ebenfalls vollständig die Wandung der Spannzange 10. Insbesondere durchbrechen die schlitzförmigen Öffnungen 16 auch die Öffnung 13 zur Aufnahme der Werkstücke 40.
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Der erste Außenkonus 11 weist einen Winkel α zur Symmetrieachse 50 gemessen auf, der vorzugsweise größer ist als 8 Grad und der etwa wie dargestellt 15 Grad beträgt. Der Winkel γ des zweiten Außenkonus 12 ist etwa genauso groß wie der Winkel α des ersten Außenkonus und beträgt beispielsweise 16 Grad. Zum Verspannen eines Werkstückes 40 wird dieses in die Öffnung 13 in den Spannbereich 15 der Spannzange 10 eingeführt und der erste Außenkonus 11 wird mittels eines Vorbauringes 20 komprimiert, indem die Spannzange 10 axial gegen den Vorbauring 20 bewegt wird. Der Vorbauring 20 weist einen Innenkonus 21 auf, der einen Winkel β aufweist, der genauso groß ist wie der Winkel α des ersten Außenkonus 11 der Spannzange 10 oder der geringfügig größer ist als der Winkel α des ersten Außenkonus 11 der Spannzange 10. Hierdurch wird das Werkstück innerhalb des Spannbereiches 15 der Spannzange 10 verspannt. Geringfügig größer bedeutet hierbei, dass die Differenz β – α der konischen Winkel vorzugsweise kleiner ist als 2 Grad.
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Der Vorbauring 20 weist entsprechend der Außenkontur der Spannzange 10 in dem Bereich der Überdeckung von Spannzange 10 und Vorbauring 20 sich axial an den Innenkonus 21 anschließend einen zylindrischen Abschnitt 24 auf, sowie ferner einen radial verlaufenden Kragen 25, welcher der Anschlagsfläche 125 der Spannzange mit geringem Abstand axial gegenüberliegt. Zwischen dem Kragen 25 des Vorbauringes 20 und der Anschlagsfläche 125 der Spannzange 10 kann sich ein elastisches Material, wie etwa eine (Well-, Teller- oder Blatt-)Feder oder ein gummielastisches Material, wie etwa ein O-Ring befinden, um ein Eindringen von Spänen und/oder von Bearbeitungsfluid, insbesondere Öl oder Emulsion, zu vermeiden und um ferner eine Trennung von Vorbauring 20 und Spannzange 10 zu erleichtern, um ein eingespanntes Werkstück 40 nach dem Bearbeitungs-Vorgang wieder freizugeben.
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Die 5 und 6 zeigen die Funktion der Spannzange 10. Diese wird mittels eines Mitnehmers 30 axial gegen den Vorbauring 20 geführt. Hierzu weist der Mitnehmer 30 einen Innenkonus 32 auf, der am zweiten Außenkonus 12 der Spannzange anliegt und die Spannzange 10 somit axial führt. Dabei ist der Winkel δ des Innenkonus 32 des Mitnehmers zum Winkel γ des zweiten Außenkonus 12 der Spannzange 10 weitgehend identisch. Weitgehend identisch bedeutet dabei, auch in Abhängigkeit von den Bearbeitungstoleranzen, dass die Winkeldifferenz vorzugsweise geringer ist als zwei Grad.
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Der Mitnehmer 30 weist eine radial innenliegende Führungsfläche 39 auf, welche die radial außenliegende Führungsfläche 19 der Spannzange 10 führt. Vorzugsweise wird der Vorbauring 20 relativ zur Bearbeitungsmaschine fixiert (nicht zeichnerisch dargestellt), innerhalb derer der Mitnehmer 30 axial bewegt wird.
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Zwischen dem radialen Kragen 25 des Vorbaurings 20 und der radial verlaufenden Anschlagsfläche 125 der Spannzange 10 wird vorzugsweise ein gummielastisches Material oder eine Feder 60 angeordnet, welche als Druckfeder ausgebildet ist. Die Feder 60 kann dabei insbesondere als Tellerfeder, Blattfeder oder Wellfeder ausgestaltet sein. Wird die Spannzange 10 in axialer Richtung gegen den Vorbauring bewegt, um ein Werkstück 40 einzuspannen, so wird die zwischen dem radialen Kragen 25 des Vorbaurings 20 und der radial verlaufenden Anschlagsfläche 125 der Spannzange 10 angeordnete Feder 60 zusammengedrückt und übt eine axiale Gegenkraft aus, welche beim Zurückfahren der Spannzange 10 zur späteren Freigabe des eingespannten Werkstücks 40 ein Trennen der Spannzange 10 und des Vorbaurings 20 erleichtert. Der Einsatz der Feder 60 ist insbesondere deshalb vorteilhaft, um ein Verklemmen des ersten Außenkonus 11 der Spannzange 10 in dem Innenkonus 21 des Vorbaurings 20 zu vermeiden.
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Die dargestellte Spannzange 10 dienst der Aufnahme und Verspannung eines Werkstückes 40. Alternativ könnten durch die erfindungsgemäße Spannzange 10 jedoch auch Werkzeuge aufgenommen und gespannt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spannzange
- 11
- erster Außenkonus (Spannkonus)
- 12
- zweiter Außenkonus
- 13
- Öffnung zur Aufnahme von Werkstücken (Bearbeitungsseite)
- 14
- zylindrischer Abschnitt
- 15
- Spannbereich
- 16
- schlitzförmige Öffnung
- 17
- Entspannungs-Bohrung
- 18
- Hohlwelle
- 19
- Führungsfläche
- 20
- Vorbauring
- 21
- Innenkonus des Vorbaurings
- 24
- zylindrischer Abschnitt
- 25
- Kragen
- 30
- Mitnehmer
- 32
- Innenkonus des Mitnehmers
- 39
- Führungsfläche
- 40
- Werkstück
- 50
- Symmetrieachse
- 60
- Feder
- 125
- Anschlagfläche
- α
- Winkel des ersten Außenkonus der Spannzange
- β
- Winkel des Innenkonus des Vorbaurings
- γ
- Winkel des zweiten Außenkonus der Spannzange
- δ
- Winkel des Innenkonus des Mitnehmers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040266 A1 [0003]
