DE202011050262U1

DE202011050262U1 - Spannvorrichtung für ein Werkstück oder Werkzeug

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Publication number: DE202011050262U1
Application number: DE201120050262
Authority: DE
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-05-27
Also published as: FR2975614B1; DE102012102914A1; DE102012102914B4; FR2975614A1; ITMI20120908A1

Abstract

Spannvorrichtung (2, 3) zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs, a) wobei die Spannvorrichtung wenigstens eine Spannhülse (5), die eine Achse (A) umgibt, und wenigstens einen bezüglich der Achse (A) koaxial zur Spannhülse (5) angeordneten oder anordenbaren Gegenspannkörper (4) umfasst, b) wobei die Spannhülse (5) einen ersten Hülsenabschnitt (6) und einen axial dazu versetzt angeordneten zweiten Hülsenabschnitt (7) sowie eine axial zwischen dem ersten Hülsenabschnitt (6) und dem zweiten Hülsenabschnitt (7) angeordnete elastische Verformungszone (8) aufweist, c) wobei die Spannhülse (5) an einer der Achse (A) zugewandten oder von der Achse (A) abgewandten Seite Aufnahmespannflächen (51, 52) zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeugs aufweist, wobei an dem ersten Hülsenabschnitt (6) wenigstens eine erste Aufnahmespannfläche (51) und an dem zweiten Hülsenabschnitt (7) wenigstens eine zweite Aufnahmespannfläche (52) vorgesehen sind, d) wobei die Spannhülse (5) an einer von der Seite mit den Arbeitsspannflächen (51, 52) abgewandten Seite wenigstens zwei...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für ein Werkstück oder Werkzeug.
Aus der DE 36 03 301 C2 ist eine Spannvorrichtung für Werkstücke oder Werkzeuge bekannt mit einem mit einer zylindrischen Bohrung versehenen Grundkörper und einer konzentrisch hierzu angeordneten, im Durchmesser veränderbaren zylindrischen Spannhülse mit axial versetzten inneren und äußeren Ringeinstichnuten sowie einer axial auf ein Stirnende der auf der gegenüberliegenden Seite axial abgestützten Spannhülse einwirkenden Spannmutter. Die beiden Enden der Spannhülse sind als Kegelhülsen mit entgegengesetzt zueinander geneigten Außenkegelflächen ausgebildet. Jeder der Kegelhülsen ist außen eine als loser Führungsring ausgebildete Gegenkegelhülse mit entsprechend geneigten Innenkegelflächen zugeordnet. Die der Spannmutter abgelegene Kegelhülse ist geschlitzt und damit weicher und der ihr außen zugeordnete Führungsring stützt sich stirnseitig an einer Schulter des Grundkörpers ab. Die der Spannmutter zugewandte Kegelhülse ist nicht geschlitzt und der zugehörige Führungsring ist innerhalb des Gewindes der Spannmutter und des Gegengewinde am Grundkörper angeordnet und sein Innenkegelbereich ist gegenüber dem Außenkegelbereich der zugehörigen Kegelhülse axial verschieblich. Bei Einleitung einer Spannkraft über die Spannschraube schließt zunächst die durch die Schlitzung weichere abgelegene Kegelhülse. Anschließend wird unter stärkerer axialer Verspannung des Spannhülsenmittelabschnittes eine exakte Ausrichtung des eingespannten Werkzeugs (oder Werkstücks) erreicht, die noch zusätzlich durch die vordere ungeschlitzte Kegelhülse verbessert wird. Der Führungsring zwischen Spannmutter und ungeschlitzter Kegelhülse kann Ungenauigkeiten im Gewinde und entsprechende Verwerfungen in der Spannmutter auffangen.
Die DE 34 06 638 C2 offenbart eine elastische Spannhülse zum Profilspannen eines Körpers. Die Spannhülse ist mittels Einstichnuten mäanderförmig ausgebildet und aus zwei äußeren Bunden sowie mehreren, insbesondere zwei, Spannelementen mit jeweils einer inneren Spanndecke zwei Stegen und einer äußeren Spanndecke, die jeweils geschlossen umlaufen, zusammengesetzt. An den äußeren Spanndecken sind um den Umfang symmetrisch verteilt mehrere verdickte Profilerhebungen ausgebildet, die die Spannflächen bilden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Spannvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen Die Spannvorrichtung gemäß Anspruch 1 ist zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs vorgesehen und umfasst wenigstens eine Spannhülse, die eine Achse umgibt (oder: durch die eine Achse verläuft) und wenigstens einen bezüglich der Achse koaxial zur Spannhülse angeordneten oder anordenbaren (oder: ebenfalls die Achse umgebenden) Gegenspannkörper (oder: Basiskörper, Grundkörper). Die Spannhülse umfasst oder ist unterteilt in einen ersten Hülsenabschnitt und einen axial dazu versetzt angeordneten zweiten Hülsenabschnitt sowie eine axial zwischen dem ersten Hülsenabschnitt und dem zweiten Hülsenabschnitt angeordnete elastische Verformungszone (oder: Verformungsabschnitt, Dehnzone oder -abschnitt, Federabschnitt). Zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeugs weist die Spannhülse an einer der Achse zugewandten oder von der Achse abgewandten Seite an dem ersten Hülsenabschnitt wenigstens eine erste Aufnahmespannfläche und an dem zweiten Hülsenabschnitt wenigstens eine zweite Aufnahmespannfläche auf. An einer von der Seite mit den Arbeitsspannflächen abgewandten (oder: entgegen gesetzten) Seite weist die Spannhülse an dem ersten Hülsenabschnitt wenigstens eine erste Arbeitsspannfläche und an dem zweiten Hülsenabschnitt wenigstens eine zweite Arbeitsspannfläche auf, wobei diese wenigstens zwei axial zur Achse zueinander versetzt angeordneten ersten und zweiten Arbeitsspannflächen jeweils zur Achse in der gleichen Neigungsrichtung um jeweils einen Neigungswinkel geneigt sind. Der Gegenspannkörper weist nun wenigstens zwei zu den Arbeitsspannflächen der Spannhülse korrespondierende oder zugehörige sowie axial zur Achse zueinander versetzt angeordnete Arbeitsgegenspannflächen auf, wobei die Arbeitsgegenspannflächen jeweils zur Achse in der gleichen Neigungsrichtung um jeweils den gleichen Neigungswinkel wie die korrespondierenden Arbeitsspannflächen geneigt sind und die zueinander korrespondierenden Arbeitsspannflächen und die Arbeitsgegenspannflächen paarweise miteinander in gleitenden Kontakt (oder: in Gleitlagerung) gebracht sind oder bringbar sind. Somit sind die Spannhülse und der Gegenspannkörper in einer axialen Spannbewegung axial zur Achse gegeneinander verschiebbar oder bewegbar, wobei bei wenigstens einem Teil der axialen Spannbewegung die korrespondierenden Arbeitsspannflächen und Arbeitsgegenspannflächen aufeinander gleiten.
Ein axialer Weg des ersten Hülsenabschnitts entspricht nun (im Wesentlichen) bei der axialen Spannbewegung der Summe aus dem axialen Weg des zweiten Hülsenabschnitts und einem axialen Verformungsweg (oder: einer Verformungslänge) in der Verformungszone. Wenn nun also ein zum axialen Weg des zweiten Hülsenabschnitts unterschiedlicher axialer Weg des ersten Hülsenabschnitts auftritt oder eingestellt ist, so wird dieser axiale Wegunterschied durch einen axialen Verformungsweg (oder: Verformungslänge) in der Verformungszone ausgeglichen oder ist ausgleichbar.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Begriff Spannhülse hier in einem allgemeinen Sinne verstanden wird und jeden Spannkörper oder jede Spannkörperanordnung umfasst, der bzw. die in einer beliebigen Form oder mit einer beliebig geformten Wandung die Achse zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig oder geschlossen umgibt oder umschließt und innen wenigstens teilweise hohl ist oder mit einem Hohlraum ersehen ist sowie axial gesehen wenigstens an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seiten, wenigstens teilweise nach außen offen ist. So umfasst der Begriff Spannhülse auch ohne Beschränkung der Allgemeinheit Körper mit zumindest überwiegend zylindrischen und/oder mit Absätzen versehenen und/oder mit Kegelflächen und/oder mit Gewinden versehenen Innen- und/oder Außenflächen und insbesondere auch Spannbuchsen und Spannzangen sowie hülsenartige Spanneinsätze. Etwaige im Fachjargon einschränkende Deutungen des Begriffs Spannhülse sind deshalb ohne Belang.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele von Einspannvorrichtungen ohne Einschränkung auf diese veranschaulicht sind. Dabei zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung
1 einen Teil einer ersten Ausführungsform einer Spannvorrichtung, bei der eine elastische Dehnzone mit einem Mäander beabstandet vom Werkstück ist, in einem Längsschnitt,
2 einen vergrößerten Bereich der Spannvorrichtung gemäß 1 in einer oben geschnittenen und unten perspektivischen Ansicht,
3 eine zweite Ausführungsform einer Spannvorrichtung, bei der eine elastische Dehnzone mit einem Mäander nahe am Werkstück liegt, in einem Längsschnitt,
4 eine dritte Ausführungsform einer Spannvorrichtung, bei der eine elastische Dehnzone mit zwei Mäandern beabstandet vom Werkstück ist, in einem Längsschnitt,
5 eine vierte Ausführungsform einer Spannvorrichtung, bei der eine elastische Dehnzone mit zwei Mäandern nahe am Werkstück liegt, in einer unten geschnittenen und oben perspektivischen Ansicht und
6 ein schematisches Schaubild zur Erläuterung der Funktionsweise der Spannvorrichtung im noch nicht gespannten Zustand,
7 ein weiteres schematisches Schaubild zur Erläuterung der Funktionsweise der Spannvorrichtung im nur hinten gespannten Zustand,
8 ein weiteres schematisches Schaubild zur Erläuterung der Funktionsweise der Spannvorrichtung im hinten und vorne gespannten Zustand und
9 ein weiteres schematisches Schaubild zur Erläuterung der Funktionsweise der Spannvorrichtung im hinten und vorne gespannten Zustand mit weiter erhöhter Spannkraft vorne.
In den 1 bis 9 sind einander entsprechende Teile und Größen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Alle gezeigten, mit 2 bezeichneten Spannvorrichtungen weisen eine um eine Achse A umlaufende Spannhülse 5 und einen ebenfalls hülsenförmigen Gegenspannkörper 4, der auch als Basiskörper oder Grundkörper bezeichnet werden kann, innerhalb der Spannhülse 5 sowie einen innerhalb des Gegenspannkörpers 4 angeordneten Spannkörper (oder: Mitnehmer, Spannbolzen, Zugbolzen) 3 auf. Die Achse A bildet eine Drehachse der Spannvorrichtung 2 mit dem aufgespannten Werkstück oder Werkzeug, insbesondere für die Materialbearbeitung, vorzugsweise in einer Werkzeugmaschine.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ist der Spannkörper 3 mit einem Gewinde 34 in eine in 1 nur angedeutete axiale Zugeinrichtung 14 eingeschraubt, wobei ein Innenvielkant 33 an seinem freien Ende zum Eingriff eines Schraubendrehers dient. Durch diese oder auch eine andere Ankopplung an eine axiale Zugeinrichtung 14 an einer hinteren Seite der Spannvorrichtung 2, die üblicherweise die Seite zur Maschine oder zum Drehantrieb hin ist, ist der Spannkörper 3 axial verstellbar um einen maximalen freien axialen Spannhub XS, wobei die Zugrichtung Z mit einem Pfeil von rechts nach links eingezeichnet ist und die Richtung der axialen Spannbewegung darstellt.
Der Spannkörper 3 liegt mit einer Schulter, einem Flansch oder einer wenigstens bereichsweise ringförmigen Anschlagsfläche 38 an einer Gegenanschlagsfläche 58 in einem ersten Hülsenabschnitt 6 der Spannhülse 5 an und nimmt somit die Spannhülse 5 im ersten Hülsenabschnitt 6 bei seiner axialen Bewegung in Zugrichtung Z mit. Nach axialem Durchlaufen des maximalen Spannhubs XS schlägt der Spannkörper 3 mit einer Schulter, einem Flansch oder einer ringförmigen Anschlagsfläche 37 an einer Gegenanschlagsfläche 47 des Gegenspannkörpers 4 an. Im Bereich der Gegenanschlagsfläche 47 ist außen auf dem Gegenspannkörper 4 eine Passfeder 17 eingebracht, insbesondere zum Unterstützen des Montierens der Spannhülse 5. Ein Sicherungsring 23 sichert den Spannkörper 3 gegenüber der Spannhülse 5 vor einem Herausziehen um mehr als den maximal vorgesehenen Spannhub x. Ein O-Ring 24 dichtet den Spannkörper 3 gegen die Spannhülse 5 ab.
Die Spannhülse 5 umfasst in vorzugsweise einstückiger Ausbildung in Zugrichtung Z gesehen, in 1 und 2 von rechts nach links, den schon erwähnten ersten Hülsenabschnitt 6 und dann einen axial (bezüglich der Achse A) dazu versetzten zweiten Hülsenabschnitt 7 auf, sowie ein zwischen den beiden Hülsenabschnitten 6 und 7 angeordnete elastische Verformungszone 8 (oder: einen elastischen Zwischenabschnitt 8).
In dem ersten Hülsenabschnitt 6 umfasst die Spannhülse 5 eine radial (bezüglich der Achse A) innen liegende und unter einem ersten Neigungswinkel β1 entgegen der Zugrichtung Z zur Achse A hin geneigte erste Arbeitsspannfläche 61, die auf einer entsprechend geneigten außen liegenden ersten Arbeitsgegenspannfläche 41 des Gegenspannkörpers 4 verschieblich gelagert ist, sowie eine außen liegende erste Aufnahmespannfläche 51, an der das Werkstück 1 von außen anliegt.
In dem zweiten Hülsenabschnitt 7 umfasst die Spannhülse 5 eine radial innen liegende und unter einem zweiten Neigungswinkel β2 entgegen der Zugrichtung Z zur Achse A hin geneigte zweite Arbeitsspannfläche 71, die auf einer entsprechend geneigten außen liegenden zweiten Arbeitsgegenspannfläche 42 des Gegenspannkörpers 4 verschieblich gelagert ist, und eine außen liegende zweite Aufnahmespannfläche 52, an der das Werkstück 1 von außen anliegt.
Gegebenenfalls können diese Neigungswinkel β1 und β2 der Arbeitsspannflächen 61 und 71 und der zugehörigen Arbeitsspannflächen 41 und 42 gleich sein, also β1 = β2.
Bevorzugt sind sie jedoch verschieden, wobei der Neigungswinkel β1 der ersten Arbeitsspannfläche 61 bevorzugt kleiner als der Neigungswinkel β2 der zweiten Arbeitsspannfläche 71 gewählt wird, also β1 < β2. Der Unterschied β2 – β1 dieser Winkel sollte im Allgemeinen zwischen 1 bis 5 Grad, vorzugsweise zwischen 2 bis 4 Grad, betragen. Dabei liegen die Werte der Neigungswinkel β1 und β2 gemessen zur Achse A oder einer dazu parallelen Achse zweckmäßig zwischen 8 und 20 Grad, vorzugsweise zwischen 10 und 17 Grad. Gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt der Neigungswinkel β1 etwa 12 Grad, während der Neigungswinkel β2 bei 15 Grad liegt, ohne Beschränkung der Allgemeinheit.
Die Aufnahmespannflächen 51 und 52 sind in ihrer Gestalt an die Innenfläche des Werkstücks 1 angepasst und in den Ausführungsbeispielen zumindest überwiegend als im Wesentlichen zylindrische Flächen bezüglich der Achse A ohne Neigung zu dieser ausgebildet.
Bei der axial zur Achse A gesehen zwischen den beiden Hülsenabschnitten 6 und 7 angeordneten elastischen Verformungszone 8 kann es sich insbesondere um wenigstens eine balgartige oder gewellte oder mäanderförmige oder zickzackförmige Struktur handeln, die vorzugsweise einstückig ist zu den beiden Hülsenabschnitte 6 und 7 und/oder aus demselben Material besteht wie diese.
Die elastische Verformungszone 8 der Spannhülse 5 weist in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine balg- oder mäanderförmige Materialreduzierung auf, wobei in 1 bis 3 ein einfacher Mäander und in 4 und 5 ein Doppelmäander dargestellt sind.
In 1 bis 3 sind zwei zylindrische Innenstege 83 über einen Innenschlitz 82 axial voneinander getrennt, um den ein Außensteg 81 läuft, der wiederum von zwei Außenschlitzen 84 axial an beiden Seiten begrenzt wird.
Eine Außenfläche 54 des Außenstegs 81 ist in der Ausführungsform gemäß 1 und 2 radial weiter innen liegend als die beiden Aufnahmespannflächen 51 und 52 angeordnet und das Werkstück 1 liegt nicht auf diesem Außensteg 81 auf.
In 3 ist dagegen die Außenfläche 53 des Außenstegs 81 radial weiter außen und auf im Wesentlichen gleichen Radius wie die beiden Aufnahmespannflächen 51 und 52 angeordnet und liegt ebenso wie diese als weitere Aufnahmespannfläche von innen am Werkstück 1 an.
Der Spannkörper 3 ist mit einer zylindrischen Außenfläche 30 an einer entsprechend ausgebildeten zylindrischen Innenfläche 40 des Gegenspannkörpers 4 axial gleitend gelagert, um Einflüsse von Kippmomenten zu reduzieren.
In der 4 ist im Unterschied zu 1 und 2 die elastische Verformungszone 8 mit zwei parallel zueinander verlaufenden Außenstegen 81, die axial zwischen jeweils zwei Außenschlitzen 84 liegen und drei Innenstegen 83, zwischen denen axial jeweils ein Innenschlitz 82 liegt, ausgebildet. Die Außenflächen 55 der Außenstege 81 sind hier vom Werkstück 1 wieder beabstandet wie in 2 und das Werkstück 1 ist somit wiederum nur auf den Aufnahmespannflächen 51 und 52 von außen angelegt.
In 5 sind wieder, wie in 3, die Außenstege 81 radial nach außen verlagert und bilden Aufnahmespannflächen 54 und 55 für das Werkstück 1 aus, auf denen das Werkstück 1 aufliegt.
Ein Radius, bei dem die konische erste Arbeitsgegenspannfläche 41 des Gegenspannkörpers 4 axial von vorne gesehen beginnt, ist in den Figuren mit r1 bezeichnet und ein Radius, bei dem diese erste Arbeitsgegenspannfläche 41 aufhört, mit r2. Die erste Arbeitsspannfläche 41 nimmt in Zugrichtung Z von dem Radius r1 auf den Radius r2 in linearer Abhängigkeit von der axialen Koordinate x gemäß dem Neigungswinkel β1 zu. Die zylindrische Außenfläche 43 des Gegenspannkörpers 4 bleibt dann im Wesentlichen auf dem Radius r2. Bei der sich an die Außenfläche 43 axial anschließenden zweiten Arbeitsgegenspannfläche 42 des Gegenspannkörpers 4 nimmt dann in der Zugrichtung Z der Radius des Gegenspannkörpers 4 von dem Radius r2 wieder auf den größeren Radius r3 in linearer Weise gemäß dem Neigungswinkel β2 zu.
Die Funktionsweise der Spannvorrichtung 2 gemäß der Erfindung in den dargestellten Ausführungsbeispielen kann wie folgt beschrieben werden:
Mittels der Zugeinrichtung 14 wird der Spannkörper 3 in der Zugrichtung Z gezogen. Der Spannkörper 3 liegt mit einer ringförmigen Schulter oder einem Flansch oder einer Anschlagsfläche 38 an einer entsprechenden Gegenanschlagsfläche 58 an der Spannhülse 5 an, so dass bei einer axialen Zugbewegung in Zugrichtung Z der Spannkörper 3 über die Anschlagsflächen 38 und 58 die Spannhülse 5 axial in der Zugrichtung Z mitnimmt und die Spannhülse 5 somit relativ zum Gegenspannkörper 4 axial bewegt. Diese axiale Bewegung ist auf den maximalen Spannhub XS begrenzt, bei dem die Anschlagsfläche 37 des Spannkörpers 3 an der Gegenanschlagsfläche 47 des Gegenspannkörpers 4 anschlägt.
Somit werden vom Spannkörper 3 Schubkräfte auf den ersten Hülsenabschnitt 6 in der Zugrichtung Z ausgeübt, welche Schubkräfte über die elastische Verformungszone 8 auch in den zweiten Hülsenabschnitt 7 übertragen werden. Dabei bewegen sich nun jeweils eine Paarung aus einer Arbeitsspannfläche 61 oder 71 der Spannhülse 5 und einer Gegenarbeitsspannfläche 41 oder 42 des Gegenspannkörpers 4 auf den gemäß dem Neigungswinkel β1 bzw. β2 schiefen Ebenen oder Kegeln gegeneinander und die Spannhülse 5 wird sowohl im ersten Hülsenabschnitt 6 als auch im zweiten Hülsenabschnitt 7 radial nach außen gedrückt und dadurch aufgedehnt. Dadurch werden die Aufnahmespannflächen, insbesondere 51 und 52, der Spannhülse 5 unter einer radialen Spannkraft nach außen gegen das Werkstück 1 gedrückt und spannen dieses in Haftreibung auf der Spannhülse 5.
Der erste Hülsenabschnitt 6 und der zweite Hülsenabschnitt 7 sind nun bevorzugt so aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass die axiale Bewegung der Spannhülse 5 in der Zugrichtung Z relativ zum Gegenspannkörper 4, der axial in Ruhe bleibt, dazu führt, dass die Spannhülse 5 zunächst im zweiten Hülsenabschnitt 7 radial nach außen gespannt wird und die zweite Aufnahmespannfläche 52 im zweiten Hülsenabschnitt 7 in kraftschlüssigen oder haftreibenden Kontakt zum Werkstück 1 kommt und direkt danach die Spannhülse 5 auch im ersten Hülsenabschnitt 6 nach außen gedehnt oder aufgespannt wird und auch die erste Aufnahmespannfläche 51 des ersten Hülsenabschnitts 6 in kraftschlüssigen Kontakt zum Werkstück 1 kommt und das Werkstück 1 spannt.
Da in den dargestellten Ausführungsbeispielen der zweite Neigungswinkel β2 jedoch größer ist als der erste Neigungswinkel β1, sei es durch bewusste Einstellung wie im vorliegenden Fall oder auch zufällig aufgrund von Toleranzen, wäre bei gleichem axialen Weg der radiale Weg größer und die erzeugte radiale Spannkraft bei der zweiten Spannflächenpaarung aus Arbeitsspannfläche 71 und der Arbeitsgegenspannfläche 42 mit dem größeren Neigungswinkel β2 kleiner als bei der ersten Spannflächenpaarung aus Arbeitsspannfläche 61 und Gegenarbeitsspannfläche 41 mit dem kleineren Neigungswinkel β1. Der erste Hülsenabschnitt 6 würde sich somit bei starrer Kopplung mit dem zweiten Hülsenabschnitt 7 um den gleichen axialen Weg wie der zweite Hülsenabschnitt 7 bewegen.
Gemäß der Erfindung werden nun jedoch unterschiedliche axiale Wege der beiden Hülsenabschnitte 6 und 7 durch ein Zusammenstauchen oder Zusammendrücken der elastischen Verformungszone 8 gezielt zugelassen.
Die dabei entstehenden unterschiedlichen Wegdifferenzen (Δx3 in 7) können typischerweise im Bereich einiger Hundertstel mm liegen, während der gesamte maximale Spannhub XS beispielsweise zwischen 0,5 und 1 mm liegen kann. Es geht also nur um relativ kleine Verformungen in der Verformungszone 8, die aber dennoch die Ausbildung der Spannhülse 5 mit den unterschiedlichen Neigungswinkeln β1 und β2 erst ermöglichen. Es soll insbesondere der Kraftschluss und die Spannwirkung bei dem hinteren zweiten Hülsenabschnitt 7 zuerst eintreten, d. h. das Werkstück 1 soll von hinten zuerst aufgespannt werden. Auch deshalb ist dort der Neigungswinkel β2 größer gewählt als der vordere Neigungswinkel β1.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Spannkörper 3 als Spanndorn oder Spannbolzen ausgebildet, er kann aber in einer nicht gezeigten Ausführung auch als Spannmutter oder anderes Mittel zur axialen Mitnahme von Spannhülse 5 ausgebildet sein. Ferner kann auch die Spannhülse 5 axial ortsfest sein und der Gegenspannkörper 4 von dem Spannkörper 3 mitgenommen und axial relativ zur Spannhülse 5 bewegt werden.
Axial oder in Längsrichtung ist die Spannhülse 5 von mehreren Längsschlitzen 13 durchzogen, um ihr radiales Aufdehnen zu erleichtern, wobei den Längsschlitzen 13 Entlastungsbohrungen 12 zugeordnet sind.
Die Funktionsweise der Spannvorrichtung soll im Folgenden anhand der Schaubilder in 6 bis 8 noch weiter erläutert werden. In 6 bis 8 sind der Radius r von der Rotationsachse A mit einer nach oben verlaufenden Koordinatenachse senkrecht zur Rotationsachse A und die axiale Koordinate x mit einer parallel oder koaxial zur Rotationsachse A von rechts nach links in der Zugrichtung Z verlaufenden Koordinatenachse dargestellt. Die Verformungszone 8 ist in 6 bis 8 als Ersatzschaltbild schematisch als Feder eingezeichnet.
6 zeigt einen noch nicht gespannten Zustand der Spannvorrichtung. Beide Hülsenabschnitte 6 und 7 sind in dieser Ausgangsposition noch von dem zu spannenden Werkstück 1 radial beabstandet. Somit wird noch von keinem der beiden Hülsenabschnitte 6 und 7 der Spannhülse eine Spannkraft nach außen auf das Werkstück 1 ausgeübt.
Der Radius der als Spannfläche dienenden Innenfläche des Werkstücks 1 ist wieder mit r4 bezeichnet. Die in 6 nicht bezeichnete als Aufnahmespannfläche dienende Außenfläche des ersten Hülsenabschnitts 6 ist bei einem Radius r60 und die ebenfalls nicht bezeichnete als Aufnahmespannfläche dienende Außenfläche des zweiten Hülsenabschnitts 7 ist bei einem Radius r70 angeordnet, wobei r60 < r70 < r4 gilt. Das heißt, der erste Hülsenabschnitt 6 ist mit seiner Aufnahmespannfläche im ungespannten Zustand radial weiter vom Werkstück 1 entfernt als der zweite Hülsenabschnitt 7, denn r4 – r60 > r4 – r70 (1).
Innen ist der erste Hülsenabschnitt 6 mit seiner Arbeitsspannfläche 61 auf der Arbeitsgegenspannfläche 41 des Gegenspannkörpers 4 unter dem Neigungswinkel β1 gleitend gelagert, wobei ein beispielhaft herausgegriffener unterer Punkt des ersten Hülsenabschnitts 6 an der Arbeitsspannfläche 61 gemäß 6 bei einer axialen Position x10 und einem zugehörigen Radius r10 = r(x10) liegt. Der zweite Hülsenabschnitt 7 liegt dagegen mit seiner Arbeitsspannfläche 71 unter dem Neigungswinkel β2 auf der Arbeitsgegenspannfläche 42 des Gegenspannkörpers 4 auf und ist gleitend verschieblich. Ein wieder beispielhaft herausgegriffener unterer Punkt des zweiten Hülsenabschnitts 7 hat gemäß 6 eine axiale Position x20 und einen zugehörigen Radius r20 = r(x20). Der Unterschied zwischen den Neigungswinkeln β2 und β1 ist zu Illustrationszwecken überhöht dargestellt.
Nun wird eine in Zugrichtung Z wirkende Zugkraft FZ auf den ersten Hülsenabschnitt 6 ausgeübt. Die Zugkraft FZ wird über die elastische Verformungszone 8 von dem ersten Hülsenabschnitt 6 praktisch ohne Abschwächung in den zweiten Hülsenabschnitt 7 übertragen, wobei sich die Verformungszone 8 verformt oder zusammendrückt. Die Zugkraft FZ wirkt also innerhalb der Spannhülse als Druckkraft und bewegt den zweiten Hülsenabschnitt 7 axial in x-Richtung oder Zugrichtung Z, bis die Außenfläche des zweiten Hülsenabschnitts 7 am Werkstück 1 zur Anlage kommt und das Werkstück 1 zu spannen beginnt, also eine Spannkraft auf das Werkstück 1 von innen ausübt, der erste Hülsenabschnitt 6 aber noch nicht das Werkstück 1 spannt. Dann bewegt sich der zweite Hülsenabschnitt 7 axial praktisch nicht mehr. Bei entsprechend vergrößerter Zugkraft FZ' > FZ wandert der erste Hülsenabschnitt 6 nach, bis auch der erste Hülsenabschnitt 6 das Werkstück 1 spannt. Eine weitere Erhöhung der Zugkraft auf einen Wert FZ'' > FZ' bewirkt nur noch eine stärkere Spannkraft F1' > F1 am ersten Hülsenabschnitt 6.
7 zeigt nun ausgehend vom nicht gespannten Ausgangszustand der 6 einen nächsten Zustand, bei dem der zweite Hülsenabschnitt 7 das Werkstück 1 schon spannt, der erste Hülsenabschnitt 6 aber noch nicht das Werkstück 1 spannt, also noch nicht an diesem anliegt.
Es wird eine Zugkraft FZ als axiale Spannkraft auf den ersten Hülsenabschnitt 6 in Zugrichtung Z ausgeübt. Der untere Punkt des ersten Hülsenabschnitts 6 hat sich aufgrund der Zugkraft FZ von der axialen Position x10 mit dem Radius r10, also dem Koordinatenpunkt (x10, r10), zu einem neuen Punkt (x11, r11) mit der axialen Position x11 und dem Radius r(x11) = r11 bewegt.
Die axiale Wegdifferenz Δx1 = x11 – x10 führt somit zur radialen Differenz (oder: Auslenkung oder Zustellung) Δr1 = r11 – r10, wobei aufgrund der schrägen Ebene oder Keilflächen unter dem Neigungswinkel β1 gilt: Δr1 = Δx1·tanβ1 (2)
Um dieselbe radiale Differenz Δr1 hat sich gemäß 7 die Außenfläche des ersten Hülsenabschnitts 6 gegenüber 6 bewegt von einem Radius r60 zu einem Radius r61 mit Δr1 = r61 – r60. Der Radius r61 entspricht aber noch nicht dem Radius r4 des Werkstücks 1, d. h. der erste Hülsenabschnitt 6 ist noch nicht in Anlage mit dem Werkstück 1 und kann dieses folglich auch noch nicht spannen.
Die Zugkraft FZ bewirkt ferner eine elastische Verformung oder ein Zusammendrücken der Verformungszone 8 um einen axialen Weg Δx3, bis die elastische Rückstellkraft in der Verformungszone 8, die aufgrund des Hookeschen Gesetzes dem Produkt aus Federkonstante K der elastischen Verformungszone 8 und axialer Auslenkung entspricht, gleich der Zugkraft FZ ist, also Kräftegleichgewicht in der Verformungszone 8 herrscht gemäß: FZ = K·Δx3 (3)
Der zweite Hülsenabschnitt 7 wird deshalb durch die Zugkraft FZ nur um einen geringeren axialen Weg Δx2 = Δx1 – Δx3 < Δx1 (4) axial bewegt, wie in 7 zu sehen ist.
Der untere Punkt des zweiten Hülsenabschnitt 7 wurde somit, wie in 7 dargestellt, von dem ursprünglichen Punkt (x20, r20) gemäß 6 zu einem neuen Punkt (x21, r21) gemäß 7 mit der axialen Position x11 und dem Radius r(x21) = r21 bewegt, wobei für den axialen Weg Δx2 = x21 – x20 gilt.
Die radiale Differenz (oder: Auslenkung oder Zustellung) Δr2 = r21 – r20 ist mit dem axialen Weg Δx2 = x21 – x20 des zweiten Hülsenabschnitts 7 über die Beziehung Δr2 = Δx2·tanβ2 (5) verknüpft.
Wenn also gemäß 6 der erste Hülsenabschnitt 6 beim unteren Punkt (x10, r10) ist, befindet sich der zweite Hülsenabschnitt 7 beim unteren Punkt (x20, r20) und wenn sich der erste Hülsenabschnitt 6 zum unteren Punkt (x11, r11) bewegt hat, befindet sich der zweite Hülsenabschnitt 7 beim Punkt (x21, r21).
Die Zugkraft FZ ist nun in 7 so groß gewählt, dass der zweite Hülsenabschnitt 7 außen in Anlage an das Werkstück 1 kommt, also außen der Radius des zweiten Hülsenabschnitts 7 von dem Radius r70 in 6 auf den Radius r71 angewachsen ist, der wiederum dem Radius r4 des Werkstücks 1 entspricht. Es gilt also für die radiale Differenz Δr2 = r71 – r70 = r4 – r70 (6) als äußerer radialer Hub. Da man in guter Näherung beim zweiten Hülsenabschnitt 7 von einem starren Körper ausgehen kann, verformt sich dieser radial nur unmerklich und es baut sich aufgrund der Anlage an das Werkstück 1 eine Spannkraft – F2 auf, die im Kräfteparallelogramm in 7 veranschaulicht ist.
Infolge der Zugkraft FZ entsteht bei Anlage des zweiten Hülsenabschnitts 7 an dem Werkstück 1 nach außen und gleichzeitig an dem Gegenspannkörper 4 nach innen in starrer Kopplung an der schrägen Arbeitsspannfläche 71 eine radial gerichtete Kraft F2, die in 7 bis 9 als radial nach innen wirkende Kraft gezeigt ist, die aber wegen des dritten Newtonschen Axioms actio = reactio ebenso an der Außenfläche des zweiten Hülsenabschnitts 7 nach außen als Spannkraft – F2 (das Minuszeichen verdeutlicht vektoriell die Richtungsumkehr) auf das Werkstück 1 wirkt.
Die radiale Spannkraft F2 des zweiten Hülsenabschnitts 7 ist betragsmäßig wie folgt mit der Zugkraft FZ verknüpft: F2 = FZ/tanβ2 (7)
In 8 ist ein Zustand gezeigt, bei dem die Zugkraft auf den ersten Hülsenabschnitt 6 weiter erhöht wurde bis auf eine Spannkraft FZ' > FZ, bei der der erste Hülsenabschnitt 6 so weit axial und radial bewegt wurde, dass er gerade an dem Werkstück 1 anliegt und dieses zu spannen beginnt.
Der erste Hülsenabschnitt 6 wurde also durch die Spannkraft FZ' um einen zusätzlichen axialen Weg Δx1' bewegt, der einer zusätzlichen radialen Zustellung Δr3 entspricht, so dass nun der Radius der Aufnahmespannfläche den Wert r62 annimmt, der dem Radius r4 des Werkstücks 1 entspricht, also r62 = r4. Es gilt wieder: Δr3 = Δx1'·tanβ1 (8) für die zusätzlichen Wege Δx1' und Δr3 von 7 nach 8.
Der untere Punkt des ersten Hülsenabschnitts 6 hat sich vom Koordinatenpunkt (x11, r11) zum neuen Koordinatenpunkt (x12, r12) bewegt, wobei x12 – x11 = Δx1' und r12 – r11 = Δr3.
Für die gesamten Wege x12 – x10 = Δx1'' = Δx1 + Δx1' und r12- r10 = Δr1 + Δr3 von der Position des ersten Hülsenabschnitt 6 in 6 bis zur Position in 8 gilt: Δr1 + Δr3 = r4 – r60 (9) und Δr1 + Δr3 = Δx1''·tanβ1 = = (Δx1 + Δx1')·tanβ1 (9')
Es baut sich nun bei anliegendem ersten Hülsenabschnitt 6 auch in diesem eine Spannkraft F1 auf, die in 8 wieder in einem Kräfteparallelogramm mit der Zugkraft FZ' dargestellt ist. F1 = FZ'/tanβ1 (10)
Da der zweite Hülsenabschnitt 7 sich in seinem gespannten Zustand axial nicht mehr bewegen kann, bleibt dieser gemäß 8 an seiner schon in 7 erreichten axialen und radialen Position (x21, r21) bzw. r71 = r4 stehen.
Die beiden Hülsenabschnitt 6 und 7 haben sich also näher aufeinander zu bewegt, wobei der axiale Wegunterschied Δx1' von der Verformungszone 8 aufgenommen wird, diese also entsprechend weiter elastisch zusammen gedrückt oder gestaucht wird.
Die axiale Verkürzung oder der axiale Verformungsweg der Verformungszone 8 beträgt nun insgesamt Δx3' = Δx1'' – Δx2 (11)
Für die über die Verformungszone 8 übertragene, als Druckkraft wirkende Zugkraft FZ' gilt: FZ' = K·Δx3' = K·Δx3 + K·Δx1' = FZ + K·Δx1' (12)
Da sich die axiale Kraft FZ' gegenüber der Kraft FZ in 7 also um die zusätzliche elastische Kraft K·Δx1' aufgrund der zusätzlichen elastischen Verformung Δx1' der Verformungszone 8 erhöht hat, ist auch die Spannkraft F2' in dem zweiten Hülsenabschnitt 7 erhöht gegen über der ursprünglichen Spannkraft F2, nämlich gemäß F2' = FZ'/tanβ2 = (K·Δx3')/tanβ2 = = FZ/tanβ2 + (K·Δx1')/tanβ2 = = F2 + (K·Δx1')/tanβ2 (13)
Die Spannkraft am zweiten Hülsenabschnitt 6 bleibt nun auf diesem Wert F2' stehen und wird nicht mehr erhöht, da beide Hülsenabschnitte 6 und 7 am Werkstück 1 anliegen und sich axial nicht mehr bewegen können und somit auch die Verformungszone 8 nicht mehr weiter zusammengedrückt werden kann und/oder keine weitere Krafterhöhung mehr vom ersten Hülsenabschnitt 6 auf den zweiten Hülsenabschnitt 7 überträgt. Die von der Verformungszone 8 aufgenommene Kraft FZ' (und entsprechend die mechanische potentielle Energie) ist praktisch in der Verformungszone 8 elastisch gespeichert und hält die Spannkraft F2' am zweiten Hülsenabschnitt 7 aufrecht, die sich auch bei Erhöhen der Zugkraft am ersten Hülsenabschnitt 6 nicht mehr erhöht.
Wegen des kleineren Winkels β1 < β2 und der Abfolge der Spannwirkungen in den Hülsenabschnitten 6 und 7 ist die Spannkraft F1 im ersten Hülsenabschnitt 6 größer als die Spannkraft F2' im zweite Hülsenabschnitt 7, wobei die Winkeldifferenz und damit die Kraftdifferenz zwischen F1 und F2' in 8 etwas überhöht dargestellt ist.
Wenn man nun die Zugkraft auf den ersten Hülsenabschnitt 6 weiter erhöht, vergrößert sich nur noch die Spannkraft am ersten Hülsenabschnitt 6, nicht mehr jedoch am zweiten Hülsenabschnitt 7.
9 zeigt, ausgehend von 8, am am Werkstück 1 gespannten ersten Hülsenabschnitt 6 eine solche Situation mit einer gegenüber 8 nochmals erhöhten Zugkraft FZ'' > FZ' oder FZ'' = FZ' + ΔFZ' mit einer nicht eingezeichneten Zusatzkraft ΔFZ', die eine größere Spannkraft F1' = FZ''/tanβ1 = FZ'/tanβ1 + ΔFZ'/tanβ1 (14) zeitigt. Wie in 9 gezeigt, bleibt aber die Spannkraft F2' = FZ'/tanβ2 am zweiten Hülsenabschnitt 7 gleich wie in 8. Außerdem ändern sich in 9 gegenüber 8 die axialen Wege nicht mehr, es gilt also weiterhin die Gleichung (11). Im zweiten Hülsenabschnitt 7 wird die Spannkraft nicht mehr erhöht, da beide Hülsenabschnitte 6 und 7 am Werkstück 1 anliegen und sich axial nicht mehr bewegen und somit auch die Verformungszone 8 nicht mehr weiter zusammengedrückt werden kann. Die von der Verformungszone 8 aufgenommene Kraft FZ' (und entsprechend die mechanische potentielle Energie) ist praktisch in der Verformungszone 8 elastisch gespeichert und hält die Spannkraft am zweiten Hülsenabschnitt 7 aufrecht, und zwar auch nach beim Anschlagen oder Anliegen auch des ersten Hülsenabschnittes 6.
Aus den vorstehenden Beziehungen oder Gleichungen (2) bis (14) lassen sich folgende Gleichungen für die radialen Spannkräfte im fertig oder endgültig gespannten Zustand der Spannvorrichtung gemäß 9 aufstellen:
Die endgültige Spannkraft F2' in dem zweiten Hülsenabschnitt 7 ergibt sich als: F2' = (K/tanβ2)·((r4 – r60)/tanβ1 – (r4 – r70)/tanβ2) (15)
Für die endgültige Spannkraft F1' in dem ersten Hülsenabschnitt 6 ergibt die Herleitung: F1' = (K/tanβ1)·((r4 – r60)/tanβ1 – (r4 – r70)/tanβ2) – + ΔFZ'/tanβ1 (16)
Ein paar Spezialfälle sollen diese Gleichungen (15) und (16) näher beleuchten:
Spezialfall 1:
Gleich eingestellte Neigungswinkel β1 = β2 = β F2' = (K/tan²β)·(r70 – r60) (15') F1' = (K/tan²β)·(r70 – r60) + ΔFZ'/tanβ (16')
Man erkennt hier auch im Vergleich mit den Gleichungen (15) und (16), dass durch eine entsprechende Anpassung von r60 und r70 und/oder von K beabsichtigte oder auch unbeabsichtigte Abweichungen oder Toleranzen der beiden Neigungswinkel β1 und β2 zumindest teilweise ausgeglichen werden können.
Spezialfall 2:
Gleiche radiale Abstände r4 – r60 = r4 – r70 = Δr0 F2' = (K/tanβ2)·Δr0·(1/tanβ1 – 1/tanβ2) (15'') F1' = (K/tanβ1)·Δr0·(1/tanβ1 – 1/tanβ2) + + ΔFZ'/tanβ1 (16'')
Bei einem Werkstück 1 mit unterschiedlichen Innenradien, z. B. r4 bei dem ersten Hülsenabschnitt 6 und r5 bei dem zweiten Hülsenabschnitt muss in den Gleichungen (15) bis (15'') und (16) bis (16'') der Term r4 – r70 durch r5 – r70 ersetzt werden und es sind ggf. die Außenradien r60 und r70 im ungespannten Zustand bzw. die Spannhübe entsprechend anzupassen. Es ergibt sich aber keine grundsätzlich andere Betrachtung.
Die hier dargelegten Beziehungen (2) bis (16'') erlauben also in vielfältiger Weise eine Einstellung der Spannreihenfolge und der radialen Spannkräfte und axialen Spannhübe in den beiden Hülsenabschnitten der Spannhülse für ein aufzuspannendes Werkstück oder Werkzeug durch Festlegung der fünf wichtigsten Eingabeparameter:

– anfänglicher radialer Abstand r4 – r60 des ersten Hülsenabschnitt 6 vom Werkstück 1
– anfänglicher radialer Abstand r4 – r70 oder r5 – r70 des zweiten Hülsenabschnitts 7 vom Werkstück 1
– Federkonstante K der Verformungszone 8
– Neigungswinkel β1 am ersten Hülsenabschnitt 6
– Neigungswinkel β2 am zweiten Hülsenabschnitt 7

Insbesondere können auch unterschiedliche Neigungswinkel β1 und β2 durch die Verformungszone 8 praktisch ausgeglichen werden. Mit anderen Worten, ein größerer axialer Weg bei dem ersten Hülsenabschnitt 6 führt dennoch nur zu einem kleineren axialen Weg im zweiten Hülsenabschnitt 7, weil die Verformungszone 8 einen Teil des axialen Weges aufnimmt, so dass sich der zweite Hülsenabschnitt 7 axial nicht so weit bewegt wie der erste Hülsenabschnitt 6 und somit trotz der unterschiedlichen Neigungswinkel β1 und β2 der zweite Hülsenabschnitt 7 vor dem ersten Hülsenabschnitt 6 mit dem Werkstück 1 in Anlage kommt und dieses spannt.
Die Teile der Spannvorrichtung bestehen bevorzugt aus Stahlmaterialien. Die Spannvorrichtung ist zum Einspannen von innen hohlen Werkstücken oder auch Werkzeugen zur Rotation bei der Materialbearbeitung, insbesondere spanenden Bearbeitung, geeignet. Es ist aber grundsätzlich auch möglich die Spannrichtung radial umzukehren und ein Werkstück oder Werkzeug innen einzuspannen, beispielsweise anstelle des Spannkörpers 3, wobei dann zum Spannen nach innen beispielsweise eine Spannmutter verwendet werden kann.
Ferner können zumindest die Spannflächen mit einer die Gleitreibung mindernden Schicht versehen sein. Für diese Schicht kann ein Material gewählt werden, das als ein Diffusionsschutz und/oder ein Schutz gegen Kaltpressverschweißung zwischen den anliegenden Teilen wirkt.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Spannvorrichtung
3: Spannkörper
4: Gegenspannkörper
5: Spannhülse
6: erster Hülsenabschnitt
7: zweiter Hülsenabschnitt
8: elastische Verformungszone (Määnder)
11: Ringnut
12: Entlastungsbohrung
13: Längsschlitz
14: Zugeinrichtung
15: Anschlagsteil
16: Anschlagsfläche
17: Passfeder
18: Befestigungsschraube
23: Sicherungsring
24: O-Ring
30: Außenfläche
33: Innenvielkant
34: Gewinde
37, 38: Anschlagfläche
40: Innenfläche
41, 42: Arbeitsgegenspannflächen
43: Außenfläche
47: Gegenanschlagsfläche
51, 52, 53: Aufnahmespannflächen
54: Außenfläche
58: Gegenanschlagsfläche
61: Arbeitsspannfläche
71: Arbeitsspannfläche
81: Außensteg
82: Innenschlitz
83: Innensteg
84: Außenschlitz
A: Rotationsachse
r1, r2: Radius
r3, r4: Radius
XS: Spannhub
Z: Zugrichtung
β1: erster Neigungswinkel
β2: zweiter Neigungswinkel
x10, x11: axiale Position
x20, x21: axiale Position
Δx1, Δx1': axialer Weg
Δx1'', Δx2: axialer Weg
Δx3, Δx3': axialer Weg
Δr1, Δr2: radiale Auslenkung
Δr3: radiale Auslenkung
r10, r11: Radius
r20, r21: Radius
r60, r61: Radius
r70, r71: Radius
F1, F1': Spannkraft
F2, F2': Spannkraft
FZ, FZ', FZ'': Zugkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3603301 C2 [0002]
DE 3406638 C2 [0003]

Claims

Spannvorrichtung (2, 3) zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs, a) wobei die Spannvorrichtung wenigstens eine Spannhülse (5), die eine Achse (A) umgibt, und wenigstens einen bezüglich der Achse (A) koaxial zur Spannhülse (5) angeordneten oder anordenbaren Gegenspannkörper (4) umfasst, b) wobei die Spannhülse (5) einen ersten Hülsenabschnitt (6) und einen axial dazu versetzt angeordneten zweiten Hülsenabschnitt (7) sowie eine axial zwischen dem ersten Hülsenabschnitt (6) und dem zweiten Hülsenabschnitt (7) angeordnete elastische Verformungszone (8) aufweist, c) wobei die Spannhülse (5) an einer der Achse (A) zugewandten oder von der Achse (A) abgewandten Seite Aufnahmespannflächen (51, 52) zur Aufnahme eines Werkstücks oder Werkzeugs aufweist, wobei an dem ersten Hülsenabschnitt (6) wenigstens eine erste Aufnahmespannfläche (51) und an dem zweiten Hülsenabschnitt (7) wenigstens eine zweite Aufnahmespannfläche (52) vorgesehen sind, d) wobei die Spannhülse (5) an einer von der Seite mit den Arbeitsspannflächen (51, 52) abgewandten Seite wenigstens zwei axial zur Achse (A) zueinander versetzt angeordnete Arbeitsspannflächen (61, 71) aufweist, die jeweils zur Achse (A) in der gleichen Neigungsrichtung um jeweils einen Neigungswinkel (β1, β2) geneigt sind, wobei an dem ersten Hülsenabschnitt (6) wenigstens eine erste Arbeitsspannfläche (61) und an dem zweiten Hülsenabschnitt (7) wenigstens eine zweite Arbeitsspannfläche (71) vorgesehen sind, c) wobei der Gegenspannkörper (4) wenigstens zwei axial zur Achse (A) zueinander versetzt angeordnete, zu den Arbeitsspannflächen (61, 71) der Spannhülse (5) korrespondierende Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) aufweist, wobei die Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) jeweils zur Achse (A) in der gleichen Neigungsrichtung um jeweils den gleichen Neigungswinkel (β1, β2) wie die korrespondierenden Arbeitsspannflächen (61, 71) geneigt sind und die zueinander korrespondierenden Arbeitsspannflächen (61, 71) und die Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) paarweise miteinander in gleitenden Kontakt gebracht sind oder bringbar sind, d) wobei die Spannhülse (5) und der Gegenspannkörper (4) in einer axialen Spannbewegung unter Einwirkung einer axialen Spannkraft axial zur Achse (A) gegeneinander verschiebbar sind, wobei bei wenigstens einem Teil der axialen Spannbewegung die korrespondierenden Arbeitsspannflächen (61, 71) und Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) aufeinander gleiten, e) wobei bei der axialen Spannbewegung der axiale Weg (Δx1, Δx1', Δx1'') des ersten Hülsenabschnitts (6) im Wesentlichen der Summe aus dem axialen Weg (Δx2) des zweiten Hülsenabschnitts (7) und einem axialen Verformungsweg (Δx3, Δx3') in der Verformungszone (8) entspricht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, bei der bei der axialen Spannbewegung eine radiale Zustellung (Δr1, Δr2) des ersten Hülsenabschnitts (6) und des zweiten Hülsenabschnitts (7) zum Werkstück (1) oder Werkzeug erfolgt, wobei die radiale Zustellung (Δr1, Δr2) des ersten Hülsenabschnitts (6) oder des zweiten Hülsenabschnitts (7) zum Werkstück (1) oder Werkzeug dem Produkt aus dessen axialen Weg (Δx1, Δx2) und dem Tangens des zugehörigen Neigungswinkels (β1, β2) entspricht.
Spannvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die radiale Zustellung des ersten Hülsenabschnitts (6) zum Werkstück (1) oder Werkzeug bei der axialen Spannbewegung größer ist als die radiale Zustellung des zweiten Hülsenabschnitts (7).
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die radiale auf das Werkstück (1) oder Werkzeug wirkende Spannkraft (F2') des zweiten Hülsenabschnitts (7) gleich dem Quotienten aus dem Produkt der axialen Federkonstante (K) der Verformungszone (8) mit dem axialen Verformungsweg (Δx3') einerseits und dem Tangens des zweiten Neigungswinkels (β2) andererseits entspricht.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die radiale auf das Werkstück (1) oder Werkzeug wirkende Spannkraft (F1') des ersten Hülsenabschnitts (6) wenigstens so groß oder größer als der Quotient aus dem Produkt der axialen Federkonstante (K) der Verformungszone (8) mit dem axialen Verformungsweg (Δx3') einerseits und dem Tangens des ersten Neigungswinkels (β1) andererseits ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die radiale auf das Werkstück (1) oder Werkzeug wirkende Spannkraft (F1') des ersten Hülsenabschnitts (6) der Summe aus erstens dem Quotienten aus dem Produkt der axialen Federkonstante (K) der Verformungszone (8) mit dem axialen Verformungsweg (Δx3') einerseits und dem Tangens des ersten Neigungswinkels (β1) andererseits und zweitens einem Quotienten aus einer zusätzlichen axialen Kraft (ΔFZ) und dem Tangens des ersten Neigungswinkels (β1) entspricht.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannkraft (F2') in dem zweiten Hülsenabschnitt (7) sich aus der folgenden Formel ergibt: F2' = (K/tanβ2)·((r4 – r60)/tanβ1 – (r4 – r70)/tanβ2) wobei K die axialen Federkonstante der Verformungszone (8) ist, β1 der erste Neigungswinkel am ersten Hülsenabschnitt (6) ist, β2 der zweite Neigungswinkel am zweiten Hülsenabschnitt (7) ist, r4 – r60 der radiale Abstand von Arbeitsspannfläche (61) am ersten Hülsenabschnitt (6) zur korrespondierende Arbeitsgegenspannfläche (41) vor dem Spannen oder zu Beginn der axialen Bewegung oder des axialen Weges ist und r4 – r70 der radiale Abstand von Arbeitsspannfläche (71) am zweiten Hülsenabschnitt (7) zur korrespondierende Arbeitsgegenspannfläche (42) vor dem Spannen oder zu Beginn der axialen Bewegung oder des axialen Weges ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannkraft (F1') in dem ersten Hülsenabschnitt (6) sich aus der folgenden Formel ergibt: F1' = (K/tanβ1)·((r4 – r60)/tanβ1 – (r4 – r70)/tanβ2) + + ΔFZ/tanβ1 wobei K die axialen Federkonstante der Verformungszone (8) ist, β1 der erste Neigungswinkel am ersten Hülsenabschnitt (6) ist, β2 der zweite Neigungswinkel am zweiten Hülsenabschnitt (7) ist, r4 – r60 der radiale Abstand von Arbeitsspannfläche (61) am ersten Hülsenabschnitt (6) zur korrespondierende Arbeitsgegenspannfläche (41) vor dem Spannen oder zu Beginn der axialen Bewegung oder des axialen Weges ist und r4 – r70 der radiale Abstand von Arbeitsspannfläche (71) am zweiten Hülsenabschnitt (7) zur korrespondierende Arbeitsgegenspannfläche (42) vor dem Spannen oder zu Beginn der axialen Bewegung oder des axialen Weges ist und ΔFZ eine zusätzliche axiale Kraft ist, die auf den ersten Hülsenabschnitt (6) bei bereits aneinander anliegenden Arbeitsspannfläche (61) und Arbeitsgegenspannfläche (41) einwirkt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Neigungswinkel (β1, β2) der axial versetzten Arbeitsspannflächen (61, 71) oder Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) gleich sind.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Neigungswinkel (β1, β2) der axial versetzten Arbeitsspannflächen (61, 71) oder Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) verschieden zueinander sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10, bei der der erste Neigungswinkel (β1) der ersten Arbeitsspannfläche (61) kleiner ist als der zweite Neigungswinkel (β2) der zweiten Arbeitsspannfläche (71), insbesondere um 1 bis 5 Grad, vorzugsweise um 2 bis 4 Grad.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Neigungswinkel (β1, β2) der axial versetzten Arbeitsspannflächen (61, 71) oder Arbeitsgegenspannflächen (41, 42) zwischen 8 und 20 Grad, vorzugsweise zwischen 10 und 17 Grad, liegen.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die elastische Verformungszone (8) wenigstens eine balgartige oder gewellte oder mäanderförmige oder zickzackförmige Struktur aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die elastische Verformungszone einstückig ist zu den beiden Hülsenabschnitten (6 und 7) gebildet ist und/oder aus demselben Material besteht wie diese.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die axiale Spannkraft (FZ, FZ', FZ'') auf den ersten Hülsenabschnitt (6) der Spannhülse (5) einwirkt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der, vorzugsweise innerhalb des Gegenspannkörpers (4), ein Spannkörper (3) angeordnet ist, der in einer Zugrichtung (Z) in einer axialen Bewegung die Spannhülse (5) gegenüber dem Gegenspannkörper (4) oder den Gegenspannkörper (4) gegenüber der Spannhülse (5) mitnimmt und/oder die axiale Spannkraft (FZ, FZ', FZ'') auf den ersten Hülsenabschnitt (6) der Spannhülse (5) ausübt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei der axialen Spannbewegung die erste Aufnahmespannfläche (51) des ersten Hülsenabschnittes (6) zeitlich nach der zweiten Aufnahmespannfläche (52) des zweiten Hülsenabschnitts (7) am Werkstück (1) oder Werkzeug zur Anlage kommt und/oder eine radiale Spannkraft auf das Werkstück (1) oder Werkzeug ausübt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der bei der axialen Spannbewegung und/oder unter Einwirkung der axialen Spannkraft zunächst nach Durchlaufen des maximalen axialen Weges des zweiten Hülsenabschnitts (7) die zweite Aufnahmespannfläche (52) des zweiten Hülsenabschnitts (7) am Werkstück (1) oder Werkzeug zur Anlage kommt oder eine von der axialen Spannkraft abhängige radiale Spannkraft auf das Werkstück (1) oder Werkzeug ausübt und dann nach Durchlaufen des maximalen axialen Weges des ersten Hülsenabschnitts (6), der der Summe aus dem maximalen axialen Weg des zweiten Hülsenabschnitts (7) und dem axialen Verformungsweg in der Verformungszone (8) entspricht, auch die erste Aufnahmespannfläche (51) des ersten Hülsenabschnittes (6) am Werkstück (1) oder Werkzeug zur Anlage kommt oder eine radiale Spannkraft auf das Werkstück (1) oder Werkzeug ausübt.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der nach der axialen Spannbewegung und/oder nach Durchlaufen des maximalen axialen Weges des zweiten Hülsenabschnitts (7) und nach Durchlaufen des maximalen axialen Weges des ersten Hülsenabschnitts (6) und/oder wenn sowohl die erste Aufnahmespannfläche (51) des ersten Hülsenabschnittes (6) als auch die zweite Aufnahmespannfläche (52) des zweiten Hülsenabschnitts (7) am Werkstück (1) oder Werkzeug zur Anlage kommt oder eine radiale Spannkraft auf das Werkstück (1) oder Werkzeug ausübt eine zusätzliche Erhöhung (ΔFZ) der auf den ersten Hülsenabschnitt (6) einwirkenden axialen Spannkraft nur noch die radiale Spannkraft (F1') am ersten Hülsenabschnitt (6) erhöht, nicht aber am zweiten Hülsenabschnitt (7).