DE19630463A1 - Expanderdorn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Expanderdorn, dessen Verwendung sowie einen Werkzeughalter mit Werkzeug.

Zur Abstandseinstellung zweier benachbarter Maschinenteile wer­ den nach dem Stand der Technik keilförmige Elemente verwendet, die in einen Spalt zwischen den benachbarten Teilen entspre­ chend der gewünschten Abstandseinstellung eingeschoben und nach deren Erreichen arretiert werden. Abgesehen davon, daß die Feineinstellungsmöglichkeiten mit solchen Keilen begrenzt sind, besteht auch die Gefahr, daß sich die Keilklemmung, insbeson­ dere bei Druck- oder Zugbeanspruchung eines oder beider der Maschinenteile, Vibrationen oder sonstigen Krafteinwirkungen löst. Speziell ausgebildete Spannschrauben oder andere Veranke­ rungen, die diesem Lösen entgegenwirken können, sind sowohl konstruktiv aufwendig als auch platzraubend, so daß sie nicht auf engem Raum oder nur unter erheblicher Schwächung notwendi­ ger Stützflächen verwendbar sind. Insbesondere bei Fräsern, die aus einem Werkzeughalter bestehen, der radial und/oder axial eingespannte Schneidkörper besitzt, ist die Schneidhöhenein­ stellung gegenüber dem Werkzeughalter aufwendig. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Expanderdorn mit einem einfachen Aufbau, d. h. unter Verwendung möglichst weniger Teile zu schaffen, der platzsparend eingesetzt werden kann und der leicht handhabbar ist. Betreffender Expanderdorn soll ferner kostengünstig herstellbar sein und eine sichere Abstandsein­ stellung zweier gegeneinander verscheibbarer Maschinenteile, insbesondere eines Werkzeuges gegenüber einem Halterkörper, ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch den Expanderdorn nach Anspruch 1 gelöst.

Der Expanderdorn besteht aus einer einen zylindrischen Außen­ mantel aufweisenden Hülse, deren Mantel unter Ausbildung einer bei Einführung eines Spreizelementes, vorzugsweise einer Spreizschraube radial abschwenkbaren Zunge geschlitzt ist. Durch Einführung des Spreizelementes in den Hülseninnenraum wird ein radialer Druck auf die Zunge als abschwenkbares Hül­ senteil ausgeübt, die dann nach außen ausweicht. Diese Aus­ weichbewegung wird zur Abstandsvergrößerung eines an der Zunge anliegenden Maschinenbauteiles, Werkzeuges oder ähnliches aus­ genutzt. Vorteilhafterweise besteht der Expanderdorn aus nur zwei sowohl im Aufbau als auch in der Herstellung einfachen Teilen, die insbesondere aus Stahl gefertigt sein können. Die für das Abspreizen der Zunge notwendige Radialkraft kann bei­ spielsweise durch eine entsprechende Konizität des Spreizele­ mentaußenmantels, der gegen die Zunge radial nach außen drückt, infolge eines Spreizelementvortriebes in der Hülsenlängsachs­ richtung aufgewendet werden.

Weiterbildungen des Expanderdornes sind in den Ansprüchen 2 bis 11 beschrieben.

Vorzugsweise ist die Hülse des Expanderdornes mit einem U-förmigen Schlitz versehen, dessen freie Schenkel im wesentli­ chen vertikal und dessen Basisschenkel (als Verbindungsschenkel der freien Schenkel) im wesentlichen parallel zur Hüllenlängs­ achse verlaufen. Abwandlungen der strengen U-Form des Schlitzes sind insoweit möglich, wie hierbei noch gewährleistet ist, daß eine Zunge ausgebildet wird, deren freies Ende radial abschwenkbar ist.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Hülseninnenmantel im unteren Bereich ein Innengewinde und im darüberliegenden Bereich zumindest in Höhe der Zunge einen sich nach unten verjüngenden, vorzugsweise konischen Innenmantel. Die Spreizschraube besitzt oberhalb eines Außengewindes mit gleicher Steigung wie das Innengewinde des Hülseninnenmantels zumindest über einen Teil ihrer Längsachse einen entsprechen­ den, für die Abspreizung der Zunge geeigneten Außenmantel, vor­ zugsweise konischen Außenmantel gleicher Steigung wie der koni­ sche Innenmantel der Hülse. Wird die Spreizschraube in das Innengewinde eingeschraubt, so kommen nach einer gewissen Ein­ schraubtiefe, d. h. nach einem gewissen Schraubenvortrieb in bezug auf die Hülse, die jeweils mit gleichem Konuswinkel aus­ gestatteten Flächen des Innenmantels der Hülse und des Schrau­ benaußenmantels zur Anlage. Bis zu diesem Zeitpunkt hat der Expanderdorn eine Zylinderform. Bei weiterem Einschrauben der Spreizschraube drücken die gleitend aneinandergeführten jewei­ ligen Konusflächen der Spreizschraube und des Hülseninnenman­ tels die Zunge in Abhängigkeit von dem Vortrieb in der Hülse nach außen, womit eine gezielte radiale Abspreizung der Zunge erreicht wird.

Zur Reibungsminimierung ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Schraube zwei beabstandete auf demselben theoretischen (gedachten) Kegelmantel liegende kegelförmige Außenmantelab­ schnitte mit gleichem Kegelwinkel aufweist, wobei die Außenman­ telabschnitte einen Abstand haben, der kleiner ist als der Abstand der freien Schenkel des U-förmigen Schlitzes bzw. klei­ ner als die Breite der Zunge. Hiermit wird der weitere Vorteil erreicht, daß die Zunge in längsaxialer Richtung der Hülse gesehen an zwei nebeneinanderliegenden Punkten erfaßt und radial nach außen gedrückt wird, so daß sie über ihre gesamte Breite ein gleichmäßiges Abstandsmaß bzw. einen gleichen Schwenkwinkel gegenüber dem übrigen Hülsenzylinderaußenmantel einnimmt.

Der Konuswinkel des Hülseninnenmantels bzw. des Schraubenaußen­ mantels oder der Schraubenaußenmantelabschnitte kann je nach gewünschter Feineinstellung bzw. nach gewünschter Drehwinkel­ größe der Schraube zur Abspreizung der Zunge in einem bestimm­ ten Maß gewählt werden.

Nach einer konkreten Ausführungsform der Erfindung beträgt der jeweilige Konuswinkel 4° bis 6°, vorzugsweise 5°, womit zusätz­ lich vermieden wird, daß die die Schraube rücktreibende Kraft die Haftreibung der Spreizschraube in der Hülse überwindet.

Zur Erzielung eines größtmöglichen Abschwenkbereiches der Zunge und zur Vermeidung eines ungewollten irreversiblen Aufbiegens der Zunge ist vorgesehen, daß die Länge der Zunge bzw. die freien Schenkel des Schlitzes sich über einen Winkelbereich von 180° erstrecken.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Innenmantel der Hülse einen oberen konischen Teil, einen mitt­ leren zylinderförmigen Teil mit einem größeren als dem klein­ sten konischen Radius und einen unteren Gewindeteil. Der mitt­ lere zylinderförmige Teil hat vorzugsweise einen Durchmesser, der größer ist als der größte Durchmesser des ersten kegelför­ migen Außenmantelabschnittes der Schraube. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der erste, dem Gewinde der Spreizschraube benachbarte kegelförmige Außenmantelabschnitt reibungsfrei im Innenraum der Hülse bei weiterem Vortrieb der Schraube bewegt werden kann, wobei der zweite, größere Kegelradien aufweisende Konusteil der Spannschraube die Abspreizfunktion der Zunge allein übernimmt. Hierzu ist insbesondere die Höhe des zylin­ drischen Teiles der Hülse mindestens gleich groß, vorzugsweise gleich groß der Höhe des ersten, dem Schraubengewinde benach­ barten kegelförmigen Außenmantelabschnitt.

Die Gewinde der Hülse und der Spreizschraube sind Feingewinde. Die Spreizschraube besitzt vorzugsweise einen Kopf mit einem Inbuseingriff, vorzugsweise 6-Kant- oder Torx-Eingriff.

Der beschriebene erfindungsgemäße Expanderdorn wird als Element zur Abstandseinstellung von Maschinenbauteilen, insbesondere zur axialen oder radialen Ausrichtung von Werkzeugen oder Werk­ zeugkassetten in Werkzeughaltern verwendet. Demgemäß ist in einem der Maschinenbauteile oder dem Werkzeughalter eine quer­ liegende Bohrung vorzusehen, in der der Expanderdorn einlegbar ist. Diese Bohrung ist über einen Teil ihrer Längswandung in Richtung des benachbarten Maschinenbauteiles geschlitzt und derart freigelegt, daß die beschriebene Zunge des Expanderdor­ nes hier in radialer Richtung bezogen auf den Expanderdorn abschwenkbar ist und mit ihrem Außenmantel das benachbarte Maschinenbauteil gezielt abstandsveränderlich einstellt. Ent­ sprechendes gilt für Werkzeughalter bei Bohrern, Fräsern, Dreh­ werkzeugen etc.

Eine spezielle Ausführungsform bzw. Anwendungsmöglichkeit des Expanderdornes ist in Anspruch 13 beschrieben.

Dieser betrifft einen Werkzeughalter mit einer entlang ihrer Längsachse zumindest teilweise offenen Bohrung, in der der Expanderdorn angeordnet ist, wobei in dem genannten offenen Bereich der Bohrung ein Werkzeug an der Hülse im Bereich der abschwenkbaren Zunge anliegt. Um einen genügend großen Spiel­ raum für die abschwenkbare Zunge zu schaffen, ist die Bohrung in dem Schwenkbereich der Zunge entsprechend erweitert. Der Werkzeughalter kann insbesondere scheibenförmig mit axial oder radial verstellbar angeordneten Schneidkörpern ausgestattet sein, die über den Expanderdorn relativ zum Werkzeughalter axial oder radial verstellbar sind. Insbesondere kann hiermit die Höhe, um die eine Wendeschneidplatte den Werkzeughalter­ grundkörper überragt, feinstmöglich eingestellt werden. Zur Klemmung und Arretierung der Feineinstellung wird - wie nach dem Stand der Technik bekannt - ein Klemmkörper verwendet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt. Es zeigen

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Expanderdorn in einer perspektivischen Ansicht mit einer an der Zunge anliegenden Maschinenbauteil,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Hülse des Expan­ derdornes,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Spreizschraube,

Fig. 4 einen Teilschnitt aus einem Werkzeughalter mit einer höhenverstellbar eingelegten Schneid­ platte und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines plattenför­ migen Fräsers mit höhenverstellbaren Schneid­ einsätzen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Expanderdorn 10 aus einer Hülse mit einem zylindrischen Außenmantel 11 und einer als Spreizelement verwendbaren Spreizschraube 20. Der Hülsen­ körper besitzt unter Ausbildung einer in radialer Richtung abschwenkbaren Zunge 12 einen im wesentlichen U-förmigen Schlitz mit freien parallel beabstandet zueinander angeordneten Schlitzen 13 und 14 sowie einem Verbindungsschlitz 15, der längsaxial verläuft. Durch Abschwenken der Zunge 12 kann ein dort anliegender Körper 30, der ein Maschinenbauteil oder ein Werkzeug sein kann, abstandsveränderlich zu einem anderen Maschinenbauteil, in dem der Expanderdorn gelagert ist, bewegt werden. Die Hülse besitzt im unteren Bereich ein Innenge­ winde 16, im darüberliegenden Bereich eine zylinderförmige Erweiterung 17 sowie hierüber einen konischen Innenmantel 18. Die freien Schenkel 13 und 14 des U-förmigen Schlitzes befinden sich etwa in Höhe des Zylinderraumes 17 sowie im oberen Bereich des Konusmantels 18. Der Konuswinkel α beträgt 5°.

Die Fig. 3 entnehmbare Schraube besitzt ein Außengewinde 21, einen sich hier anschließenden kegelförmigen ersten Außenman­ telabschnitt 22, einen weiteren konischen, aber zurückgesetzten Teil 23 sowie einen oberen kegelförmigen Außenmantelab­ schnitt 24 und endseitig einen Schraubenkopf 25 mit einem stirnseitigen Inbuseingriff 26. Die Außenmantelabschnitte 22 und 24 liegen auf einem gemeinsamen gedachten Kegelmantel 26 mit einem Kegelwinkel β von 5°, so daß der Innenkegelwinkel α gleich dem Außenkegelwinkel β ist. Die Höhe h₁ des zylinderför­ migen Teiles 17 der Hülse ist mindestens so groß wie Höhe h₂ des ersten kegelförmigen Außenmantelabschnittes 22. Die Abstände a und b, welche die Außenmantelabschnitte haben, sind so gewählt, daß in großen Bereichen der Abspreizung der Zunge 12 diese durch die Konusflächen 22 und 24 gleichmäßig erfaßt wird.

Das Prinzip einer Höheneinstellung eines Werkzeuges 31 ist Fig. 4 schematisch zu entnehmen, in der Arretierelemente für das Werkzeug 31 nach erfolgter Höheneinstellung der Einfachheit halber fortgelassen sind. Der Werkzeughalter 40 besitzt eine Bohrung 41, die im unteren Bereich dem Radius des Zylinderau­ ßenmantels der Hülse bzw. des ungespreizten Expanderdornes 10 entspricht. Im oberen Bereich 42 ist die Hülse erweitert, um ein Abschwenken der Zunge 12 zu ermöglichen. Wird die Zunge 12 durch Betätigung der Schraube 20 abgeschwenkt, preßt sie das Werkzeug 31 in Richtung Pfeiles 32 nach außen.

Der in Fig. 5 dargestellt scheibenförmige Fräserkörper 43 besitzt mehrere als Wendeschneidplatten ausgebildete Schneid­ körper 31, die mittels einer im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannten Klemmvorrichtung 33 im Werkzeughalter 43 arretiert bzw. verspannt werden können. Zur Höheneinstellung in Richtung des Pfeiles 32 dient der schematisch angedeutete Expanderdorn 10, der - wie in Fig. 4 beschrieben - in einer Bohrung des Werkzeughalters 43 angeordnet ist. Nach Lösen der Klemmvorrichtung 33 kann durch Betätigung der Spreizschraube wie zuvor die Zunge des Expanderdornes 10 abgespreizt werden, womit je nach Vortrieb der Spreizschraube in der Hülse des Expanderdornes das Werkzeug 31 in Richtung des Pfeiles 32 bewegt wird. Ist das gewünschte Abstands- bzw. Höhenmaß erreicht, wird das Werkzeug in bekannter Weise im Werkzeughal­ ter 43 festgeklemmt.

Claims (15)

1. Expanderdorn, bestehend aus einer einen zylindrischen Außenmantel (11) aufweisenden Hülse, deren Mantel unter Ausbildung einer bei Einführung eines Spreizelementes, vorzugsweise einer Spreizschraube (20) radial abschwenkba­ ren Zunge (12) geschlitzt ist.

2. Expanderdorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) mit einem U-förmigen Schlitz (13, 14, 15) versehen ist, dessen dreie Schenkel (13, 14) im wesentli­ chen vertikal und dessen Basisschenkel (15) im wesentli­ chen parallel zur Hüllenlängsachse verlaufen.

3. Expanderdorn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hülseninnenmantel im unteren Bereich ein Innengewinde (16) und im darüberliegenden Bereich zumin­ dest in Höhe der Zunge (12) einen sich nach unten verjün­ genden, vorzugsweise konischen Innenmantel (18) aufweist und daß die Spreizschraube (20) oberhalb eines Außengewin­ des (21) mit gleicher Steigung wie das Innengewinde (16) des Hülseninnenmantels (16) zumindest über einen Teil ihrer Längsachse einen entsprechenden, für die Abspreizung der Zunge (12) geeigneten Außenmantel, vorzugsweise koni­ schen Außenmantel (22, 24) gleicher Steigung (α, β) wie der konische Innenmantel (18) der Hülse (10) aufweist.

4. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (20) zwei beabstandete auf demselben theoretisch gedachten Kegelmantel (26) lie­ gende kegelförmige Außenmantelabschnitte (22, 24) mit gleichem Kegelwinkel (β) aufweist, wobei die Außenmantel­ abschnitte (22, 24) einen Abstand (b) haben, der kleiner ist als der Abstand der freien Schenkel (13, 14) des U-förmigen Schlitzes bzw. kleiner als die Breite (c) der Zunge.

5. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (α, β) 4° bis 6°, vor­ zugsweise 5° beträgt.

6. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) der Zunge (12) bzw. die freien Schenkel (13, 14) des Schlitzes sich über einen Winkelbereich von 180° erstrecken.

7. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel der Hülse (10) einen oberen konischen Teil (18), einen mittleren zylinderförmi­ gen Teil (17) mit einem größeren als dem kleinsten koni­ schen Radius und einen unteren Gewindeteil (16) aufweist.

8. Expanderdorn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Teil (17) einen Durchmesser hat, der größer ist als als der größte Durchmesser des ersten kegelförmigen Außenmantelabschnittes (22) der Schraube (20).

9. Expanderdorn nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Höhe (h₁) des zylindrischen Teiles (17) der Hülse (10) mindestens gleich groß, vorzugsweise gleich groß der Höhe (h₂) des ersten dem Außengewinde (21) benachbarten kegelförmigen Außenmantelabschnittes (22) ist.

10. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde der Hülse (10) und der Spreizschraube (20) Feingewinde sind.

11. Expanderdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizschraube (20) einen Kopf (25) mit einem Inbuseingriff (26), vorzugsweise 6-Kant- oder Torx-Eingriff aufweist.

12. Verwendung des Expanderdornes (10, 20) nach Ansprüchen 1 bis 11 als Element zur Abstandseinstellung von Maschinen­ bauteilen (30), insbesondere zur axialen oder radialen Ausrichtung von Werkzeugen (31) oder Werkzeugkassetten in einem Werkzeughalter.

13. Werkzeughalter (43) mit Werkzeug oder Werkzeugen (31), dadurch gekennzeichnet, daß der Expanderdorn (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer entlang ihrer Längs­ achse zumindest teilweise offenen Bohrung (41) angeordnet ist, wobei in dem gesamten offenen Bereich ein Werk­ zeug (31) an der Hülse (10) Bereich der abschwenkbaren Zunge (12) anliegt.

14. Werkzeughalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (41) neben der längsaxialen Öffnung zur Schaffung eines Schwenkbereiches für den abschwenkbaren zungenförmigen Teil (12) der Hülse (10) erweitert ist.

15. Werkzeughalter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser ein scheibenförmiges Fräswerk­ zeug (43) ist.