DE4041683A1 - Hydraulisches spannelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement zum axialen Verspannen von scheiben- oder walzenförmigen Werk­ stücken oder Werkzeugen, insbesondere Wälzfräsern, auf einem Dorn entsprechend den Merkmalen des Gattungsbegriffes des Anspruches 1.

Hydraulische Spannelemente, auch Spannmuttern genannt, dieser Art sind eine Weiterentwicklung der mecha­ nischen Spannmuttern, wobei durch das vorgesehene hydrau­ lische System ein Vielfaches an axialen Spannkräften aufge­ bracht werden kann. Das hydraulische Spannelement wird auf das freie Ende eines angetriebenen Dornes einer Werkzeug­ maschine beispielsweise mittels eines Schraubgewindes aufgebracht, bis es am Werkzeug (Fräser oder dgl.) oder am Werkstück anliegt. Durch Eindrehen von einer oder mehreren, vorzugsweise von zwei, Druckschrauben wird über das hydrau­ lische System, nämlich über einen den Druckschrauben zuge­ ordneten Druckraum mit Kanälen, der schwimmend im Grund­ körper des Spannelements gelagerte Ringkolben axial gegen den Rotationskörper verschoben und so eine im Vergleich zu mechanischen Spannmuttern mehrfach größere axiale Spannkraft erzeugt, mit der der Rotationskörper auf dem Dorn der Werk­ zeugmaschine festgespannt wird.

Infolge der schwimmenden Lagerung des Ringkolbens kann es durch unvermeidliche ungleiche innere Druckverteilung im hydraulischen System, das mit einem Druckmedium, beispiels­ weise Hydraulikflüssigkeit oder Fett gefüllt ist, und/oder durch ungleiche Reibungsverhältnisse zu einer geringfügig ungleichmäßigen Axialverschiebung des Ringkolbens kommen, was wiederum zu einer unerwünschten radialen Verschiebung des Werkzeuges bzw. Werkstückes und/oder auch zu einem sogenannten Abknicken des freien Dornendes führen kann, worunter eine geringfügige Neigung des freien Dornendes gegenüber der Rotationsachse zu verstehen ist. Die Folge einer solchen inneren unterschiedlichen Druckverteilung bzw. ungleicher Reibungsverhältnisse oder dgl. sind Rundlaufab­ weichungen des Rotationskörpers, also der Werkzeuge bzw. der Werkstücke. Um solche Rundlaufabweichungen zu beseitigen, ist es notwendig, die Werkzeuge bzw. die Werkstücke genau nachzujustieren, was im Spitzenbock mit bekannten Spann­ elementen erfolgen kann, wobei das Werkzeug so oft gespannt werden muß, bis seine Ideallage wenigstens annähernd her­ gestellt ist. Eine solche Justierung erfordert eine große Geschicklichkeit der Bedienungsperson, ist darüber hinaus äußerst zeitaufwendig und durch die damit verbundene Er­ höhung der Nebenzeiten teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Spannelement der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß die axiale Steifigkeit des Aufspannsystems verbessert wird, eine gezielte, zeitsparende und genaue Justierung von Rundlauf­ fehlern beim Einrichten ermöglicht wird und eine radiale Spielfreiheit im Betriebszustand gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Spannelement nach Gattungsbegriff durch die Merkmale des Anspruches l ge­ löst.

Dadurch daß der Grundkörper des Spannelementes in seinem radial äußeren Bereich einen ringförmigen Teil aufweist, der vorzugsweise auf den Grundkörper aufgeschraubt wird, und einen sich radial zum Dorn hin erstreckenden federnden Teil in Form eines Flansches aufweist, der mit Anlageflächen einerseits am Ringkolben und andererseits am Rotationskörper anliegt, ist ein Spannelement geschaffen, das äußerst ein­ fach aufgebaut und leicht zu bedienen ist. Es besteht näm­ lich im wesentlichen aus dem Grundkörper mit Hydrauliksystem und einem auf den Grundkörper außen fest, aber lösbar aufge­ brachten ringförmigen Teil nach Art eines Ringes oder einer Hülse mit einem von außen nach innen radial weisenden federnden Flansch. Diese Ausbildung ermöglicht es, außer den Druckschrauben zur Aufbringung des hydraulischen Spann­ druckes auch die Ausgleichsschrauben, die den Ringkolben fixieren und die bei der Justierung betätigt werden müssen, auf der freien Stirnseite des Spannelementes anzuordnen, und zwar so, daß sie achsparallel zur Dornachse liegen. Hier­ durch ist neben der baulichen Einfachheit auch eine leichte Zugänglichkeit bei der Einstellung des Rundlaufes gewähr­ leistet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles angegeben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Spannelement, das auf einen Dorn mit darauf befindlichem Rotationskörper aufgeschraubt ist, Fig. 2 eine Ansicht auf das freie Stirnende des auf den Dorn aufgeschraubten Spannelementes.

Auf dem rotierbaren Dorn 2 ist ein Rotationskörper 1, der beispielsweise ein Wälzfräser sein kann, als Werkzeug auf­ geschoben. Der Rotationskörper 1 liegt gegen einen radialen Bund am anderen Dornende oder gegen einen ähnlichen Anschlag an und ist so in seiner Lage festgelegt. Das freie Ende des Dornes 2 trägt ein Gewinde 16, auf das der Grundkörper 3 des hydraulischen Spannelementes aufgeschraubt ist. Anstelle eines Gewindes kann auch eine andere geeignete Formschluß­ verbindung zwischen Grundkörper und Dorn vorgesehen werden. In dem Grundkörper 3 befindet sich das hydraulische System, bestehend aus dem eigentlichen Druckraum 6, der mit einem Druckmittel, beispielsweise Hydrauliköl oder Fett, gefüllt ist, und den Kanälen 5, die den Druckraum 6 mit einem zentrisch zur Achse 3′ des Grundkörpers angeordneten ring­ förmigen Druckraum 5′ verbinden, und mit einer Ringdichtung 7, die ihn gegenüber dem benachbarten Ringkolben 4 ab­ dichtet. Mittels der Druckschrauben 8, 8, die durch Dichtungen 6′ gegen den Druckraum 6 abgedichtet sind, wird der erforderliche hydraulische Spanndruck des Ringkolbens 4 eingestellt. Eine aus Fig. 2 ersichtliche Druckanzeige 17, die mit dem Druckmittel in hydraulischer Verbindung steht, zeigt durch einen verlagerbaren Stift 17′ an, wenn der er­ forderliche Spanndruck aufgebracht ist. Bei der darge­ stellten Ausführungsform sind zwei einstellbare Druckschrau­ ben 8, 8, (vgl. Fig. 2) vorgesehen, die in dem im Querschnitt kreisförmigen Grundkörper nach Art einer Sekante, also sekantal, angeordnet ist. In gleicher Weise hat auch die Druckanzeigevorrichtung 17 eine sekantale Lage im Grund­ körper. Der in dem zentrisch zur Achse 3′ vorgesehenen Druckraum 5′ verschiebbar gelagerte Ringkolben 4 kann ent­ sprechend dem aufgebrachten hydraulischen Druck in Richtung auf den Rotationskörper 1 geschoben werden. Vorteilhaft weist der Ringkolben 4 einen Teil 13 auf, der sich radial zum Dorn 2 hin erstreckt und eine Abstützung, vorzugsweise eine Abstützfläche 14, für mindestens eine, vorzugsweise für drei, Ausgleichsschrauben 15 bildet. Diese Ausgleichsschrau­ ben 15 sind parallel zur Achse 3′ des Grundkörpers stirn­ seitig an diesem angeordnet, so daß sie von der freien Stirnseite des Spannelementes leicht einstellbar sind. Der im Ausführungsbeispiel im Querschnitt (vgl. Fig. 1) winkel­ förmig ausgebildete Ringkolben 4 hat an seiner vorderen, dem Rotationskörper 1 zugewandten Stirnseite eine Planfläche, mit der er an einer ersten Anlagefläche 11 eines federnden Flansches zur Anlage gebracht werden kann. Der federnde Flansch 10 ist Teil eines im radial äußeren Bereich auf den Grundkörper 3 aufgebrachten ringförmigen Teiles 9, der sich radial zum Dorn 2 erstreckt und mit dieser ersten Anlage­ fläche 11 am Ringkolben 4 anliegt, während er mit seiner zweiten, der ersten Anlagefläche 11 gegenüberliegenden Anlagefläche 12 gegen den Rotationskörper 1 zur reibschlüs­ sigen Anlage gebracht werden kann. Dadurch, daß der Teil 9, vorzugsweise in Form eines Ringes, mit seinem nach innen gerichteten, federnden Flansch 10 auf den äußeren Umfang des Grundkörpers 3, vorzugsweise mittels eines Schraubgewindes, fest aufgeschraubt werden kann, ergibt sich eine einfache konstruktive Ausbildung des Spannelementes, das im wesent­ lichen aus zwei Teilen, nämlich dem Grundkörper 3 und dem aufgeschraubten Ring 9 mit federndem Flansch 10, besteht. Zweckmäßig sind dabei Ring 9 und federnder Flansch 10 ein einziger Bauteil. Der elastische Flansch 10 beaufschlagt somit den Rotationskörper 1, also das Werkzeug, nur in einem kreisringartigen Bereich a, dessen äußere Begrenzung 18 etwa dem Durchmesser des Außenumfanges des Flansches 10 ent­ spricht, und dessen innere Begrenzung 19 einen ausreichenden Abstand von dem inneren Umfang des ringförmigen Teiles 13 des Ringkolbens 4 hat.

Das Hydrauliksystem wird, wie beschrieben, mittels der radial angeordneten Druckschrauben 8, 8, gespannt, die als Imbusschrauben ausgebildet sein können. Das Hydraulikmedium preßt den Ringkolben 4 gegen den federnden Flansch 10, der wiederum den Rotationskörper, also beispielsweise einen Fräser, fest verspannt. Radial gerichtete Verstellkräfte, wie sie insbesondere durch die Schnittkraftbelastung beim Fräsen entstehen, können somit nicht mehr auf den Ringkolben 4 einwirken. Die Gefahr einer axialen Verschiebung dieses schwimmend gelagerten Ringkolbens 4 wird dadurch vermieden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die auftretenden Kräfte vielmehr durch den tellerartigen Flansch 10 aufge­ nommen. Ein ungleichmäßiges axiales Verschieben des Ring­ kolbens 4 beim Spannen führt somit nicht mehr zu einem radialen Auswandern beispielsweise eines Fräsers, da der zwischengeschaltete federnde Tellerflansch 10 diese un­ gleichförmige Bewegung kompensiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird wie folgt betätigt. Zunächst wird das hydraulische Spannelement von Hand auf den Dorn 2 aufgeschraubt, bis die Planfläche 12 des federnden Flansches 10 des Ringes 9 am Werkzeug, beispielsweise dem Fräser, anliegt. Danach wird mittels der Druckschrauben 8, 8, das hydraulische System betätigt und damit der erforderliche Spanndruck aufgebracht. Danach werden die drei gleichmäßig über den Umfang verteilten stirnseitig angeordneten Ausgleichsschrauben 15 festgedreht und somit der Kolben 4 in seiner mittels der Hydraulik eingestellten Lage fixiert. Nach erfolgter Justierung kann der Ringkolben 4 durch Zurückdrehen der Druckschrauben 8, 8, hydraulisch entlastet werden. Der federnde Flansch 10 und mit ihm das Werkzeug ist dann durch die gleichmäßig über den Umfang angeordneten Ausgleichsschrauben 15 mechanisch fest verspannt und in seiner Lage fixiert. Ergibt die nunmehrige Messung des Rundlaufes eine zu große Rundlaufabweichung, wird die Hydraulik durch Eindrehen der Druckschrauben 8, 8, erneut betätigt, also das Werkzeug abermals hydraulisch verspannt, und die jeweilige Ausgleichsschraube 15 so stark angezogen, bis eine einwandfreie Rundlaufjustierung gegeben ist. Danach wird die Hydraulik wieder entlastet. Diese wechselseitige Einstellung von Hydrauliksystem und Ausgleichsschrauben wird so oft wiederholt, bis die geforderte Rundlaufgenauigkeit erreicht ist. Der federnde Flansch 10 überträgt nicht nur die axiale Spannkraft, sondern stellt die Hydraulik auch infolge seiner federnden Eigenschaften nach Entspannung zurück. Außerdem verhindert er, daß das Spannelement, also die Spannmutter, mit dem Dornende abknickt, wobei gleich­ zeitig ermöglicht ist, daß mittels dem erfindungsgemäßen Spannelement ein abgeknicktes Dornende wieder axial aus­ gerichtet werden kann.

Claims (6)

1. Hydraulisches Spannelement zur axialen Verspannung von Rotationskörpern (1), beispielsweise scheiben- oder walzenförmigen Werkstücken, Werkzeugen oder dgl., auf einem rotierbaren Dorn (2) mit einem auf dem Dorn festgelegten Grundkörper (3) und einem in dem Grund­ körper schwimmend gelagerten Ringkolben (4), der über ein in sich geschlossenes Hydrauliksystem mittels Druckelementen, beispielsweise Druckschrauben (8), relativ zum Grundkörper (3) axial verschiebbar ist und den Rotationskörper (1) axial fest verspannt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (3) in seinem radial äußeren Bereich einen ringförmigen Teil (9) mit einem federnden Flansch (10) aufweist, der sich radial zum Dorn (2) erstreckt und mit einer ersten An­ lagefläche (11) am Ringkolben (4) und einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden, Anlagefläche (12) gegen den Rotationskörper (1) abstützbar ist.

2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (4) einen sich zum Dorn (2) hin erstreckenden Teil (13) aufweist und eine Abstützfläche (14) für mindestens eine, vor­ zugsweise drei, Ausgleichsschrauben (15) bildet.

3. Spannelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschrauben (15) parallel zur Achse (3′) des Grundkörpers (3) angeordnet sind.

4. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (9) auf dem Außenmantel des Grundkörpers (3) vorzugsweise mit­ tels Gewinde (16) aufschraubbar ist.

5. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Teil (9) und der federnde Flansch einteilig ausgeführt sind.

6. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde Flansch (10) den Rotationskörper (1) nur in einem kreisringartigen Bereich (a) beaufschlagt, dessen äußere Begrenzung (18) etwa dem Außenumfang des Flansches (10) entspricht, und dessen innere Begrenzung (19) einen radialen Abstand (s) von dem inneren Umfang des ringförmigen Ansatzes (13) des Ringkolbens (4) hat.