DE4220136C1 - Spannsystem für Werkzeugmaschinen - Google Patents
Spannsystem für WerkzeugmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannsystem für Werkzeug
maschinen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Der Einsatz moderner, geregelter Werkzeugmaschinen mit
Antriebssystemen für hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten
ermöglicht eine wesentliche Steigerung der Produktivität
durch Verringerung der Bearbeitungszeiten infolge einer
Erhöhung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten. Die
Antriebstechnik für die Hauptantriebe von Werkzeugmaschinen
wird im allgemeinen den Forderungen der Hochgeschwindig
keitsbearbeitung nach hoher Drehzahl, Drehsteifigkeit und
Dynamik gerecht. Auch erlauben beispielsweise bei der
spanabhebenden Bearbeitung neue Schneidstoffe, wie Oxyd
keramik und polykristalliner Diamant, wesentlich höhere
Schnittgeschwindigkeiten, so daß diese Werkzeugmaschinen
komponenten eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung beispiels
weise bei Zerspanungsvorgängen mit Schnittgeschwindigkeiten
von 500 bis 10 000 Meter pro Minute zulassen.
Die maximal erreichbaren Bearbeitungsgeschwindigkeiten
werden aber von den bei diesen hohen Schnittgeschwindig
keiten auf das Werkzeug bzw. Werkstück einwirkenden Kräften
und den dabei zu berücksichtigenden Sicherheitsaspekten
bestimmt.
Da das Fertigungsverfahren "Drehen" mit etwa 30% den
größten Anteil innerhalb der spanenden Verfahren einnimmt,
soll die bei diesem Fertigungsverfahren auftretende Proble
matik zum Erzielen der genannten hohen Schnittgeschwindig
keiten beispielhaft für die verschiedenen Fertigungsverfah
ren näher erläutert werden.
Da bei der Drehbearbeitung je nach Werkstückdurchmesser
Drehzahlen von 8 000 bis 20 000 Umdrehungen pro Minute er
forderlich sind, werden höchste Anforderungen an das Spin
del-Lager-System sowie das Werkzeug- und das Werkstück-
Spannsystem gestellt. Dabei wird bei Drehmaschinen zur Hoch
geschwindigkeitsbearbeitung die sichere Werkstückeinspan
nung bei zunehmenden Drehzahlen schwieriger, da bedingt
durch die sehr hohen Drehzahlen die Fliehkräfte beträcht
lich ansteigen, so daß die Spannkräfte, die für die Fixie
rung des Werkstücks und die Drehmomentübertragung sorgen,
bei einer äußeren Einspannung des Werkstücks abnehmen.
Eine Erhöhung der Spannkräfte ist einerseits nur bis zu
vorgegebenen Belastungsgrenzen des Spannsystems möglich, an
dererseits verformen sich beispielsweise dünnwandige Werk
stücke bei zu hohen Spannkräften, so daß sie unbrauchbar
werden. Darüber hinaus wächst mit der im Spannsystem gespei
cherten kinetischen Energie das Sicherheitsrisiko.
Von den verwendeten Spannsystemen ist das am häufigsten
angewendete Spannzeug nach wie vor das Dreibackenfutter, da
dieses entscheidende Vorteile gegenüber anderen Spannzeugen
bietet. Dazu zählen die universelle Einsetzbarkeit über
einen großen Durchmesserbereich, die einfache Umrüstbarkeit
von Außen- auf Innenspannung und die eindeutig bestimmte
Werkstücklage durch die Dreipunktspannung.
Wichtige Voraussetzung beim Fertigungsprozeß Drehen ist die
Sicherstellung ausreichend hoher Werkstückhaltekräfte durch
das Spannsystem der Maschine, d. h. durch das Dreibackenfut
ter im hier betrachteten Fall. Da technologiebedingt das
Dreibackenfutter rotiert und somit die Spannkräfte einer
zeitlichen Änderung unterliegen, ist der drehzahlabhängige
Spannkraftverlauf von besonderem Interesse. Berücksichtigt
man ferner, daß das Systemverhalten von Backenfuttern in
der Regel nicht stationär ist, sondern von einer Fülle von
Einflußgrößen, wie Reibungsbeiwert und Übersetzungsverhal
ten des Futtergetriebes, den Fliehkräften an den Spann
backen und den Steifigkeiten von Futter und Werkstück, ab
hängt, so kann das Drehfutter innerhalb des Bearbeitungspro
zesses "Drehen" als schwächstes Glied angesehen werden.
In der Literaturstelle Spur, G. und Stelzer, C.: "Spann
kraftsensoren in Dreibackenfuttern" (Zeitschrift für wirt
schaftliche Fertigung, 86 (1991) 10, Seiten 512 bis 516)
werden verschiedene Verfahren zur Erhöhung sowie Erfassung
von Spannkräften bei kraftbetätigten Spannfuttern beschrie
ben. Danach ist es bekannt, die zulässigen Drehzahlen durch
Einrichtungen zum Fliehkraftausgleich sowie durch gewichts
mindernde Bauweisen des Futterkörpers zu erhöhen.
Zur Methode des Fliehkraftausgleichs soll nachfolgend bei
spielhaft die bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in
Bezug auf die Lagersysteme und Werkzeug- und
Werkstück-Spannsysteme auftretende Problematik anhand eines
in Fig. 1 dargestellten Dreibackenfutters als Spannsystem
für den Fertigungsprozess "Drehen" näher erläutert werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Dreibackenfutter für Drehma
schinen besteht aus einem kraftbetätigten Keilhakenfutter
mit Fliehkraftausgleich mit einem Futterkörper 2, einem
Futterdeckel 20 zur universellen Spindelmontage und einem
Gewindering 10 zum Anschluß des Spannfutters an ein nicht
näher dargestelltes Zugrohr. Auf dem Futterkörper 2 sind
Spannkolben 11 sowie Fliehgewichte 12 zur Kompensation von
Spannkraftschwankungen bei steigender Drehzahl angeordnet.
Auf einer mit den Fliehgewichten 12 verbundenen Grundbac
ke 3 sind radial über eine Spitzverzahnung oder eine Pfla
stersteinverzahnung verstellbar Aufsatzbacken 4 angeordnet,
zwischen denen ein Werkstück zur spanabhebenden Bearbeitung
eingespannt wird. Weiterhin weist das kraftbetätigte Keilha
kenfutter mit Fliehkraftausgleich gemäß Fig. 1 eine Schutz
büchse 13 sowie einen Stangendurchlaß 14 auf.
Das in Fig. 1 dargestellte konventionelle Spannfutter für
Drehmaschinen besteht somit im wesentlichen aus dem Futter
körper 2, 20 sowie dem Spanngetriebe mit dem Spannkolben 11
und den Fliehgewichten 12 und den Grundbacken 3 sowie den auf
den Grundbacken 3 radial verschiebbar angeordneten Aufsatz
backen 4. Mit steigender Drehzahl verändern die hinter
jeder Grundbacke 3 im Futterkörper radial beweglich angeord
neten Fliehgewichte 12 aufgrund der auf sie einwirkenden
Fliehkraft ihre radiale Lage in Richtung auf einen größeren
radialen Abstand zum Mittelpunkt des Spannfutters und
bewirken damit in Abhängigkeit von der Drehzahl ein Gegenmo
ment, das der Fliehkraftbeanspruchung an Grund- und Aufsatz
backe entgegenwirkt und eine Verschiebung der Grundbacken
und damit der Aufsatzbacken 3 in Richtung auf den Drehmit
telpunkt des Spannfutters bewirkt, so daß mit steigender
Drehzahl die Spannkraft erhöht und damit ein Fliehkraftaus
gleich geschaffen wird.
Der Nachteil des Fliehkraftausgleichs besteht darin, daß
die Ausgleichsmomente wegen der gleichbleibenden Hebelarm
verhältnisse den verschiedenen Spannsituationen nicht
angepaßt werden und bei identischen Ausgleichsgewichten die
unterschiedlichen Steifigkeitsverhältnisse aufgrund der
Art, Lage und Größe der Spannbacken sowie der Werkstückgeo
metrien keine Berücksichtigung finden. Zusätzlich führt die
Anwendung beweglicher Massen zu einer erhöhten Beanspru
chung des Futterkörpers. Durch die elastische Aufweitung
des Futterkörpers unter Wirkung der Massen von Spannbacke
und Ausgleichsgewicht kommt es bei sinkenden Drehzahlen zu
einer Hysterese im Spannkraftverlauf. Im Stillstand des
Futters macht sich diese Hysterese dann als erhöhte Spann
kraft bemerkbar, die sich in Abhängigkeit von der maximal
gefahrenen Drehzahl vergrößert. Besonders bei dünnwandigen
Werkstücken wirkt sich dieser Effekt nachteilig aus, da
unzulässige Verformungen auftreten können.
Neben dem mechanischen Fliehkraftausgleich wird die Proble
matik des Spannkraftverlustes in der Praxis zum Teil da
durch gelöst, daß die Betätigungseinrichtung des Spannfut
ters nach vorherbestimmten Kompensationskurven angesteuert
wird. Es ist auch versucht worden, unabhängig vom Betriebs
zustand des Spannfutters die Spannkraft während des Bearbei
tungsprozesses zu regeln. Dies kann jedoch nur gelingen,
wenn eine kontinuierliche Überwachung der Werkstückhalte
kräfte gewährleistet ist.
Zur Erfassung der Spannkraft von Drehfuttern während des
Zerspanprozesses ist es aus der vorstehend genannten Litera
turstelle bekannt, mit Dehnungsmeßstreifen in den Spann
backen ein Verfahren zur Ermittlung geeigneter Meßstellen
durchzuführen, bei dem das Verformungsverhalten von Grund-
und Aufsatzbacke mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) zur
Plazierung der Spannkraftsensoren ermittelt wird. Dabei
wird der Einfluß der Krafteinleitung sowohl an der Spann
stelle zwischen Aufsatzbacke und Werkstück als auch an der
Keilfläche der Grundbacke und der Reibungseinfluß in den
Backenführungen auf das Verformungsverhalten und der Ver
lauf der Bauteilspannungen analysiert. Mittels der so
berechneten Anordnung der Spannkraftsensoren kann eine
kontinuierliche Erfassung der Spannkräfte im Drehfutter als
Voraussetzung für eine Grenzwertüberwachung sowie zum
Aufbau von Einrichtungen zur Spannkraftregelung erfolgen.
Aus der DE 34 39 402 A1 ist eine Anordnung zur Erfassung
der Spannkraft bei einem umlaufenden kraftbetätigten Spann
futter, das radial im Futterkörper geführte und durch ein
im Futterkörper befindliches Antriebsglied verstellbare
Spannbacken aufweist, bekannt. Im Kraftfluß zwischen dem
Antriebsglied und mindestens einer der Spannbacken ist ein
Spannkraft-Meßwertaufnehmer angeordnet, der ein der Größe
des Kraftflusses proportionales elektrisches Spannkraft
signal erzeugt, das einer stationären Signalauswerteeinrich
tung zugeführt wird. Das Spannkraftsignal und ein von einem
Fliehkraftgeber erzeugtes, der Fliehkraft proportionales
elektrisches Fliehkraftsignal werden bei Außenspannungen
voneinander subtrahiert bzw. bei Innenspannungen zueinander
addiert, um unabhängig von der radialen Stellung und der
Masse der Spannbacken die tatsächlich an der Spannfläche
der Spannbacken wirksame Spannkraft zu erfassen.
Aufgrund der mangelnden praxisgerechten Einsetzbarkeit
dieser Spannkraftüberwachungssysteme wird neben der prozeß
begleitenden sensorgesteuerten Spannkrafterfassung an einer
analytischen Vorherbestimmung des Spannkraftverlaufes
festgehalten werden müssen. Nur so kann ein sicherer Prozeß
ablauf gewährleistet werden.
Weitere Neuentwicklungen, wie beispielsweise ein im Spann
futter integriertes Schmierstoffsystem, sollen für eine zu
verlässigere Schmierung sorgen und somit zur Verbesserung
der Betriebssicherheit beitragen.
Aus der DE 38 00 696 A1 ist es bekannt, bei einem Dehnspann
werkzeug das üblicherweise aus Stahl bestehende Dehnelement
durch ein aus einem Faserverbundkunststoff bestehenden Deh
nelement zu ersetzen, das direkt im Faserwickelverfahren
auf einen Grundkörper aufgebracht wird. Die nicht durch den
Faserverbundkunststoff substituierten Teile des Dehnele
ments und der konstruktive Aufbau des Dehnspannwerkzeugs
bleiben im wesentlichen unverändert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung
zugrunde, ein Spannsystem für Werkzeugmaschinen mit einem
verbesserten dynamischen Verhalten bezüglich der Spann
kraft, erheblicher Massereduktion bei gleichem Bauvolumen,
höheren Steifigkeiten, Verbesserung der Rundlauftoleranzen,
geringerer Belastung des Spindel-Lager-Systems, erhöhter
Betriebssicherheit und Dämpfung sowie wirtschaftlicher Her
stellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende
Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus,
daß bei einem konventionellen Spannfutter beispielsweise
für Drehmaschinen, das aus einem Futterkörper, dem Spannge
triebe, den Grundbacken und den Aufsatzbacken besteht, der
Spannkraftabfall aufgrund der Fliehkräfte zum einen durch
die Drehzahl und zum anderen wesentlich durch die Masse und
den Schwerpunktabstand der Grundbacken und Aufsatzbacken be
einflußt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Substitutionslösung werden die
Stahlaufsatzbacken bzw. wesentliche Teile davon durch
Komponenten aus Faserverbundkunststoff ersetzt, während der
Futterkörper, die Grundbacken sowie die Schnittstelle
zwischen Grund- und Aufsatzbacke unverändert belassen wird.
Allein eine Reduzierung der Aufsatzbackenmasse führt be
reits bei gleichen Anfangsbedingungen zu einem flacheren
Verlauf der Betriebsspannkraftkurve, wobei sich der dynami
sche Spannkraftverlauf zu höheren Drehzahlen verschiebt.
Dies zeigt, daß die Möglichkeit besteht, selbst bei einsei
tiger Reduktion der Aufsatzbackenmasse mit sonst identi
schen Spannbedingungen im Spannsystem vorhandene Nutzungsre
serven auszuschöpfen. Darüber hinaus ist je nach Spannsitua
tion an Stelle einer Erhöhung der zulässigen Drehzahl auch
eine größere oder niedrigere Ausgangsspannkraft bei glei
cher Drehzahlgrenze einstellbar. Die maximal zur Verfügung
stehende Spannkraft ist dann lediglich durch den Wirkungs
grad des Spanngetriebes bzw. durch die herstellerseitig
gemachten Angaben der Maximalbelastung begrenzt.
Eine hohe Ausgangsspannkraft ermöglicht eine Bearbeitung
mit hoher Zerspanleistung. Bei dünnwandigen, verformungsemp
findlichen Werkstücken wird eine geringere Ausgangsspann
kraft angestrebt, um beispielsweise Formabweichungen mög
lichst gering zu halten.
Neben einer verbesserten Nutzung der vorhandenen Reserven
der momentanen Drehfutterkonstruktion, die unter anderem zu
einer optimalen Anpassung des Spannkraftverlaufs an die Pro
zeßbedingungen beiträgt, vermindert sich mit der Reduzie
rung der rotierenden Massen die im Spannsystem gespeicherte
Energie. Dies trägt erheblich zur Betriebssicherheit bei,
wenn infolge eines Bauteilversagens Spannmittelelemente,
wie Aufsatz- oder Grundbacken, den Arbeitsraum der Maschine
verlassen.
Die mit einer reinen Substitution verbundenen Nachteile bei
der Gestaltung der Faserverbundkunststoff-Komponenten
werden bei einer Optimierung von Aufwand und Nutzeffekt
bewußt in Kauf genommen, um die vorhandenen Spannfutter-Kom
ponenten weiterverwenden zu können und gleichwohl einen
Einsatz auch bei Bruchgeschwindigkeitsdrehzahlen ermögli
chen zu können.
Die Einbindung von Faserverbundkomponenten in das Werkzeug
maschinen-Gesamtsystem mit hohem gewichtsspezifischem Stei
figkeits- und Festigkeitsverhalten führt zu einer wesentli
chen Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Gesamtsy
stems bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebssicherheit
durch bessere Dämpfung und geringere Massen. Obwohl das
Umfeld der Komponenten aus Faserverbundwerkstoffen nur
wenig oder gar nicht verändert wird, führt allein eine
Reduzierung der Masse eines Spannsystems sowie gegebenen
falls der Schwerpunktradien zu einem deutlich verbesserten
dynamischen Spannkraftverlauf.
Faserverbundkunststoffe weisen im Vergleich zu Metallen in
bevorzugten Richtungen hervorragende Festigkeits- und Stei
figkeitskennwerte auf, die sich an die im Bauteil vorhande
nen Spannungsfelder anpassen lassen. Von besonderer Bedeu
tung ist dabei die Anisotropie. So kann gegenüber den klas
sischen, isotropen Werkstoffen, wie Metalle, durch Anpas
sung des Verbundwerkstoffs das Steifigkeits- und Festig
keitsverhalten gezielt in Richtung der äußeren Kräfte
beeinflußt werden. Außerdem zeichnen sich diese Werkstoffe
neben gezielt steuerbaren Wärmedehnungen auch durch gute
Dämpfung aus.
Als erster Verbundwerkstoff ist Reaktionsharzbeton wegen
der hohen Werkstoffdämpfung und Wärmekapazität bereits für
einige Gestellbauteile von Werkzeugmaschinen eingeführt
worden. Die geringe Bauteilmasse bei hoher Steifigkeit, das
gute Schwingungsverhalten sowie die geringe Wärmeausdehnung
sind entscheidende Vorteile der neuen Strukturbauteile aus
Kohlenstoffaserverbunden (CFK) im Werkzeugmaschinenbau.
Dazu sind Spindeln unterschiedlicher Bau- und Fertigungswei
sen zu zählen, als auch CFK-Roboterarme, Arbeitstische
(Flachtische), Werkzeugschlitten, Hubbalken und Meßtaster.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung bei der Substitution von
Teilen der Aufsatzbacke ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufsatzbacken einen Laminatblock aus Faserverbundkunststoff
aufweisen, der an der Schnittstelle zur Grundbacke und an
der Spannfläche zum Werkstück oder Werkzeug mit einem
Metalleinsatz, vorzugsweise einem Stahleinsatz, versehen
ist.
Diese Form des Einsatzes von Faserverbundkunststoffen
ermöglicht eine feste Verbindung mit den Grundbacken einer
seits und mit den Werkstücken bzw. Werkzeugen andererseits,
wobei wegen der Stahlverbindung mit dem Werkstück das
Verbindungsstück beispielsweise durch Abdrehen in der
gewohnten Weise an dessen Durchmesser anpassbar ist.
Unter Ausnutzung der bevorzugten Eigenschaften von Faserver
bundkunststoffen ist nach einem weiteren Merkmal der Erfin
dung der Laminatblock mittels in Schlaufen um den Laminat
block gelegte Bandagen aus Faserverbundkunststoffen mit
einem die Schnittstelle zu den Grundbacken bildenden Me
talleinsatz verbunden.
Alternativ hierzu kann die der Grundbacke abgewandte Fläche
des Laminatblocks abgeschrägt werden und einen Steigungswin
kel von vorzugsweise 15° mit der der Grundbacke zugewandten
Fläche bilden und beabstandet zueinander Bohrungen zur Auf
nahme von Befestigungselementen unterschiedlicher Länge
aufweisen.
Zur Erzielung maximaler Schub- und Biegesteifigkeiten und
damit zur Optimierung des Laminataufbaus wird angestrebt,
einen Laminatblock zu einem Faserverbund aus Faserschichten
aufzubauen, die Orientierungswinkel von ±45° und 0°
aufweisen, wobei die Faserschichten so angeordnet sind, daß
die Einzelschichten senkrecht zum Futterkörper radial ausge
richtet sind. Damit kann in Abhängigkeit vom Schichtdicken
verhältnis der Energieterm variiert und das Optimum be
stimmt werden.
Die aufgeführten Bauteilbeispiele stellen im allgemeinen
nur eine Substitution von metallischen Maschinenelementen
dar. Mit der Einbindung in das maschinenbauliche System
können oftmals die spezifischen Eigenschaften der faserver
stärkten Kunststoffe nur begrenzt ausgenutzt werden, da die
Werkstoffsubstitution nach Konstruktionsprinzipien erfolgt,
wie sie aus dem Umgang mit Stahlwerkstoffen bekannt sind.
Ziel einer jeden Substitution muß neben der Betrachtung des
neuen Bauteils an sich die Gewährleistung eines besseren
Systemverhaltens sein, das sich nur durch eine gesamtheitli
che Betrachtungsweise der Baugruppe oder kompletten Maschi
ne realisieren läßt, in der faserverstärkte Verbundbauteile
fasergerecht integriert werden.
Eine Variante zur Lösung der gestellten Aufgabe ist gemäß Anspruch 6 dadurch
gekennzeichnet, daß eine Bandage aus Faserverbundkunststof
fen um die dem Werkstück oder Werkzeug abgewandte Rückseite
der Spannelemente angeordnet ist.
Die integrierte Vorgehensweise ermöglicht eine weitere
Ausschöpfung der Nutzungsreserven bei weiterer erheblicher
Massereduktion bei gleichem Bauvolumen sowie Steigerung der
Steifigkeiten und Verbesserung der Rundlauftoleranzen.
Bei der integrierten Vorgehensweise wird von der Erkenntnis
ausgegangen, daß eine bestehende oder neue Konstruktion so
zu konzipieren ist, daß die spezifischen Konstruktionsbe
dingungen der Faserverbundwerkstoffe berücksichtigt werden.
Dazu zählen die fasergerechte Krafteinleitungsgestaltung
und das Anstreben möglichst großflächiger Konturen, so daß
das den Faserverbundwerkstoffen innewohnende Potential,
welches unter anderem aus der ausgeprägten Anisotropie
resultiert, weitestgehend ausgenutzt werden kann.
Da bei einer Substitution die faserspezifischen Vorteile
eines Faserverbundwerkstoffes nicht in vollem Umfange
ausgenutzt werden können, ermöglicht die Neukonzeption des
Spannfutters für die Hochgeschwindigkeitsdrehbearbeitung
eine optimale Ausnutzung der faserspezifischen Vorteile der
Faserverbundwerkstoffe, bei denen die Fasern in Längsrich
tung ihre höchsten Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaf
ten aufweisen, was sie für den Einsatz bei Fliehkraftpro
blemen prädestiniert.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung der Neukonzeption des
Spannfutters werden die Fliehkräfte ausschließlich durch
die Faserverbundkunststoff-Bandage aufgenommen, wobei die
Bandage starr ausgeführt ist und nach einem weiterführenden
Merkmal der Erfindung die Faserlängsrichtung der Bandage
aus Faserverbundkunststoffen von Spannelement zu Spannele
ment ausgerichtet ist.
Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung
sind die Spannelemente auf einem metallischen, mit einer
Spindel verbundenen Grundkörper angeordnet und bestehen aus
radial beweglichen Spannbacken, Stempel und Hülsen sowie
axial beweglichen Spannklötzen, wobei die Spannklötze
einerseits an einem axial beweglichen Spannring und anderer
seits über eine schiefe Ebene an den Spannelementen anlie
gen, so daß bei einer axialen Bewegung des Spannrings die
Spannklötze vom Grundkörper weg bewegt und die Spannelemen
te in radialer Richtung zum Mittelpunkt des Grundkörpers
bewegt werden.
Durch die starre Ausführung der Bandage aus Faserverbund
werkstoffen und in Folge der Klemmung des Werkstückes durch
axiales Verschieben der Bandage auf konischen Führungen,
welche mit dem Werkstück verbunden sind, wird die Bandage
verspannt und kann so die auftretenden Fliehkräfte aufneh
men.
Infolge des Aufbaus des Spannfutters auf einen metallischen
Futterkörper und durch die Trennung der Komponenten inner
halb der Bandage durch radial bewegliche Führungen von der
Aufweitung des Futtergrundkörpers wird erreicht, daß die
Fliehkraftaufweitung des Futterkörpers keinen Einfluß auf
die Spannkraft hat. Durch diesen Spannmechanismus treten
keine Schubspannungen, sondern ausschließlich Normalspannun
gen auf.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä
ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß an der Bandage
aus Faserverbundkunststoffen zwischen den Spannbacken Flieh
kraft-Ausgleichsgewichte so angeordnet sind, daß sie zusam
men mit der Bandage aus Faserverbundkunststoffen in radia
ler Richtung beweglich und in tangentialer Richtung festge
legt sind.
Aufgrund der abgestimmten Fliehkraftgewichte, die an der
Bandage aus Faserverbundkunststoffen jeweils in der Mitte
zwischen zwei Backen befestigt sind, ist es möglich, die
trotzdem noch auftretenden Spannkraftverluste zu kompensie
ren.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke
naher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisch-perspektivische Darstellung eines konventionellen
Dreibackenfutters mit Fliehkraftausgleich für Dreh
maschinen;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Aufsatzbacke
mit Faserverbundkunststoff-Komponenten;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Spannkraftver
lustes in Abhängigkeit von der Drehzahl;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung verschiedener Befestigungs
alternativen für Aufsatzbacken;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf
ein Faserverbundkunststoff-Spannfutter mit einer
Bandage und Fliehkraft-Ausgleichsgewichten;
Fig. 6 einen Schnitt durch die schematische Darstellung
gemäß Fig. 5 entlang der Linie A-A;
Fig. 7 eine detaillierte Draufsicht auf ein Faserverbund
kunststoff-Spannfutter für Drehmaschinen mit Ban
dage und Fliehkraft-Ausgleichsgewichten und
Fig. 8 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 7.
Die nachfolgende Beschreibung des erfindungsgemäßen Spann
systems soll exemplarisch an einem Dreibackenfutter für
Drehmaschinen erfolgen. Das Erfindungsprinzip ist jedoch
auch auf andere Spannsysteme unter Beachtung der konstrukti
ven Besonderheiten der betreffenden Werkzeugmaschine sowie
des betreffenden Spannsystems übertragbar.
Im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik
wurde anhand von Fig. 1 ein Dreibackenfutter erläutert,
bei dem der Spannkraftabfall aufgrund der auf die Spannfut
terelemente einwirkenden Fliehkräfte neben der Drehzahl
wesentlich durch die Masse und den Schwerpunktabstand der
Grundbacken 3 und der Aufsatzbacken 4 beeinflußt wird.
Durch Substitution der Stahlgrundbacken bzw. Stahlaufsatz
backen oder Teilen davon durch Komponenten aus Faserverbund
kunststoff ist sowohl eine Reduzierung der Massen als auch
Verringerung der Schwerpunktradien möglich, so daß mit
dieser Maßnahme einem Spannkraftabfall aufgrund der Flieh
kräfte entgegengewirkt werden kann.
Fig. 2 zeigt in einer Explosionsdarstellung sowie im
zusammengesetzten Zustand eine perspektivische Darstellung
einer Aufsatzbacke, bei der Stahlkomponenten durch Kompo
nenten aus Faserverbundkunststoff (FVK) ersetzt wurden. Bei
dieser Lösung wurden der Futterkörper 2, 20, die Grund
backen 3 sowie die Schnittstelle zwischen Grund- und Auf
satzbacke unverändert belassen.
Die dargestellte Aufsatzbacke mit einer Faserverbundwerk
stoff-Komponente ist Teil einer Spannbacke für ein Drehfut
ter, die die Teilfunktionen "Werkstück halten" und "Positio
nieren" erfüllt. Die Bauteilgeometrie ist ähnlich der einer
Stahlbacke, jedoch sind für dieses Bauteil aus Faserverbund
kunststoff neben den bekannten Restriktionen und Forderun
gen spezielle Anforderungen zu erfüllen, die den Laminatauf
bau der Spannbacke bestimmen.
Die Aufsatzbacke 4 gemäß Fig. 2 setzt sich aus einem
Verbindungsteil 41 aus Stahl, einem Laminatblock 40 und
einem Einspannteil 42 aus Stahl, die die Verbindung zum
Werkstück herstellt, zusammen.
Neben dem Laminatblock 40 besteht die Aufsatzbacke aus den
wenigen Stahleinsätzen, die an den Schnittstellen zur
Grundbacke mit dem Verbindungsteil 41 und an der Spannflä
che zum Werkstück mit dem Einspannteil 42 vorgesehen sind.
Dabei besteht weiterhin die Möglichkeit, an dem Einspann
teil 42, das die Spannfläche zum Werkstück darstellt, durch
einfaches Abdrehen der Einspannfläche die Oberflächengeo
metrie des Einspannteils 42 der Oberflächengeometrie des
Werkstücks anzupassen, wie dies bei herkömmlichen Spann
backen durchführbar ist. Die Bohrungen 43 dienen zur Auf
nahme von Befestigungsschrauben zur Befestigung der in
Fig. 2 dargestellten Aufsatzbacke an einer Grundbacke
eines Drehfutters.
Mit der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion einer Aufsatz
backe unter Einsatz von Faserverbundkunststoff-Komponenten
als Teil einer Aufsatzbacke ist ein deutlich verbessertes
dynamisches Verhalten des Spannsystems sowie ein deutlicher
Zugewinn an Sicherheit zu erzielen.
Fig. 3 zeigt in einer graphischen Darstellung den Verlauf
der Spannkraft FSP über der Drehzahl und verdeutlicht den
erweiterten Nutzungsbereich durch den Einsatz einer Faser
verbundkunststoff-Komponente in der Aufsatzbacke gegenüber
einer gleichartigen Aufsatzbacke aus Stahl. Wie die graphi
sche Darstellung verdeutlicht, vergrößert sich der Nutzungs
bereich zu größeren Drehzahlen immer mehr, so daß eine
deutliche Verbesserung eines Drehfutters mit Faserverbund
kunststoff-Komponenten gegenüber einer Aufsatzbacke aus
schließlich aus Stahl konstatiert werden kann. Damit werden
Nutzungsreserven ausgeschöpft, ohne daß eine Neukonstruk
tion des Gesamtsystems "Drehfutter" durchgeführt wurde.
Bei der Substitution von Stahl-Aufsatzbacken durch Kompo
nenten aus Faserverbundkunststoff mit unveränderter Über
nahme der sonstigen Teile eines Drehfutters, nämlich einem
unveränderten Belassen des Futterkörpers, der Grundbacken
sowie der Schnittstelle zwischen Grund- und Aufsatzbacke
sind bei der Gestaltung der Faserverbundkunststoff-Kompo
nenten Nachteile in Kauf zu nehmen, damit die vorhandenen
Spannfutter-Komponenten weiterverwendet werden können.
Diese Nachteile bestehen insbesondere darin, daß bei der
Befestigung der Aufsatzbacke auf der Grundbacke bei einer
Eins-zu-eins-Substitution der Stahlkonstruktion die Backen
struktur aufgrund ungünstig angebrachter Bohrungen nur auf
der halben Breite Schubspannungen übertragen kann und die
Aufsatzbacken überwiegend auf Schub beansprucht werden. Die
Positionen und die Geometrie der Befestigungsbohrungen der
Stahlkonstruktion würden dabei den Faserverlauf der Aufsatz
backe mit Faserverbundkunststoff-Komponenten unterbrechen.
Fig. 4 zeigt Schnitte durch Aufsatzbacken im Bereich der
Befestigungsmittel, wobei Fig. 4A die Befestigung einer
Stahl-Aufsatzbacke 45 an einer Grundbacke 35 mittels Schrau
ben 15, 16 zeigt.
Durch Modifikation der Schraubenverbindung kann erreicht
werden, daß nur ein geringer Teil des Faserverlaufs der
Faserverbundkunststoff-Aufsatzbacke gestört wird. Fig. 4B
zeigt eine Bandagenlösung zur Befestigung der Aufsatzbacke,
bei der die Faserverbundkunststoff-Komponente 46 der Auf
satzbacke durch in Schlaufen gelegte Bandagen 17, 18 an dem
Stahlteil 47 der Aufsatzbacke befestigt wird, wobei die
Bandagen 17, 18 die Faserverbundkunststoff-Komponente 46
der Aufsatzbacke vollständig umschließen.
Eine modifizierte Schraubenbefestigung ist in Fig. 4C
dargestellt, bei der eine keilförmige Faserverbundkunst
stoff-Komponente 48 mittels Schrauben 19, 21 an dem winkel
förmigen Stahlteil 49 der Aufsatzbacke befestigt wird,
wobei die Befestigungsschrauben 19, 21 wegen der Keilform
der Faserverbundkunststoff-Komponente 48 unterschiedliche
Baulängen aufweisen.
Der wesentliche Vorteil der in Fig. 4B dargestellten
Bandagenlösung besteht darin, daß dies die fasergerechteste
Lösung darstellt, weil die Krafteinleitung flächenförmig
erfolgt. Die Krafteinleitung stellt dabei das wesentlichste
Problem bei der Substitution von Stahlteilen eines Spann
systems durch Faserverbundwerkstoffe bzw. Faserverbundwerk
stoff-Komponenten dar. Bei einer unveränderten Übernahme
der Anschlußmaße der einzelnen Komponenten eines Spann
systems erstrecken sich die Möglichkeiten zur Verringerung
auftretender Spannkraftverluste auf eine Gestaltungsopti
mierung, eine Optimierung des Laminataufbaus der Faserver
bundwerkstoffe, die Krafteinleitung sowie auf die Werkstoff
auswahl.
Zur Minimierung des Spannkraftverlustes muß die Fliehkraft
aufweitung in radialer Richtung an der Krafteinleitungsstel
le bei einer Drehzahl von 8 000 Umdrehungen pro Minute
möglichst gering gehalten werden. Da die Anschlußmaße der
Aufsatzbacken konstant gehalten werden, kann die Gestal
tungsoptimierung nur in den Bereichen durchgeführt werden,
die nicht durch die Schnittstelle eingeschränkt sind. Aus
diesem Grunde wurde als freier Parameter der Steigungswin
kel m der Fläche der Aufsatzbacke, die der Grundbacke
abgewandt ist, ausgewählt. Diese Verhältnisse sind in
Fig. 4C dargestellt, wo die Faserverbundkunststoff-Kompo
nente 48 der Aufsatzbacke einen optimierten Verlauf zur
Minimierung des Spannkraftverlustes aufweist.
Zur Optimierung des Laminataufbaus und damit zur Optimie
rung der Aufsatzbacke wird vorausgesetzt, daß nur Faser
schichten mit Orientierungswinkeln von ±45° und 0° Verwen
dung finden, da bei diesen Winkeln maximale Schub- und
Biegesteifigkeiten vorliegen. Die Materialeigenschaften der
Einzelschichten sind bekannt, so daß der Aufbau des Faser
verbundes von ±45°-Schichten und 0°-Schichten berechnet
werden kann. In Abhängigkeit des Schichtdickenverhältnisses
wird der Energieterm variiert und das Optimum bestimmt.
Die Laminatschichten werden so angeordnet, daß die Einzel
schichten senkrecht zum Futterkörper in radialer Ausrich
tung vorliegen. Die Ergebnisse der Berechnung zeigen, daß
die Aufsatzbacken im wesentlichen auf Schub beansprucht
werden, so daß eine Faserorientierung von ±45° sinnvoll
ist. Die Geometrie der Spannbacke ist so zu wählen, daß der
Winkel m=15° beträgt. Dies ist mit dem überwiegenden
Einfluß der Schubbeanspruchung und der damit verbundenen
Schubverformung zu begründen. Der Bauteilbereich, der der
Krafteinleitung in radialer Richtung gegenüberliegt, trägt
nur gering zur Schubabstützung bei. Aufgrund des größeren
Schwerpunktgrades und den damit verbundenen höheren Flieh
kräften hat dieser Bereich jedoch einen großen Anteil an
der fliehkraftbedingten Aufweitung der Aufsatzbacken. Eine
Analyse macht deutlich, daß es sich bei der Dimensionierung
der Aufsatzbacke für diese Drehzahlen in erster Linie um
ein Steifigkeitsproblem und nicht um ein Festigkeitsproblem
handelt.
Der Vorteil, der durch die Verwendung von Aufsatzbacken mit
Faserverbundkunststoff-Komponenten erzielt wird, kann dem
in Fig. 3 dargestellten Spannkraftverlauf entnommen wer
den. Der Einsatzbereich des Spannfutters und die Drehzahl
grenzen lassen sich dadurch gezielt nach oben verschieben.
Von entscheidender Bedeutung für die Verwendung von Aufsatz
backen mit Faserverbundkunststoff-Komponenten ist die
erhöhte Sicherheit für den Fall daß sich die Spannbacke
durch Versagen vom Futter löst. Die kinetische Energie
einer Aufsatzbacke mit Faserverbundkunststoff-Komponenten
liegt wesentlich unter denen vergleichbarer Stahlaufsatz
backen.
Während bei einer Substitution von Stahlteilen eines Spann
systems durch Faserverbundkunststoff-Komponenten die faser
spezifischen Vorteile der Faserverbundkunststoffe nicht in
vollem Umfange ausgenutzt werden können, werden bei einer
integrierten Lösung, bei der für die Hochgeschwindigkeits
drehbearbeitung das gesamte Spannfutter neu konzipiert
wird, diese faserspezifischen Vorteile in vollem Umfange
ausgenutzt, wobei die Fasern in Längsrichtung ihre höchsten
Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften aufweisen, was
sie für den Einsatz bei Fliehkraftproblemen prädestiniert.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Draufsicht und Fig. 6
in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 5
eine Neukonzeption eines Spannfutters für Drehmaschinen mit
drei Spannelementen 5a, 5b, 5c, deren dem eingeklemmten
Werkstück abgewandte Seiten mittels einer Bandage 7 aus
Faserverbundwerkstoff verspannt sind. Die Bandage 7 ist
starr ausgeführt, die Klemmung des Werkstücks 9 erfolgt
durch axiales Verschieben der Bandage 7 auf konischen
Führungen 50, welche über einen Kolben 52 aus Faserverbund
kunststoff mit dem Werkstück 9 verbunden sind. Dadurch wird
die Bandage 7 verspannt und kann so die bei der Rotation
auftretenden Fliehkräfte aufnehmen.
Das Spannfutter ist auf einem metallischen Futterkörper 2
aufgebaut und so gestaltet, daß die Fliehkraftaufweitung
des Futterkörpers 2 keinen Einfluß auf die Spannkraft hat.
Dies wird erreicht, indem die Komponenten innerhalb der
Bandage 7 durch radial bewegliche Führungen von der Aufwei
tung des Futterrundkörpers getrennt sind. Durch diesen
Spannmechanismus treten keine Schubspannungen, sondern nur
Normalspannungen auf.
Aufgrund abgestimmter Fliehkraftgewichte 81, 82, 83, die an
der Bandage 7 aus Faserverbundkunststoff jeweils in der
Mitte zwischen zwei Backen 5a, 5b, 5c befestigt sind, ist
es möglich, die Spannkraftverluste zu kompensieren. Mit dem
in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellten Spann
futter lassen sich beispielsweise bei einem maximalen Spann
durchmesser von 90 mm Drehzahlen bis zu 15 000 Umdrehungen
pro Minute erreichen.
In den Fig. 7 und 8 sind Details der in den Fig. 5
und 6 prinzipiell dargestellten integrierten Lösung darge
stellt. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Spannfutter
mit integriertem Einsatz von Faserverbundkunststoff-Kompo
nenten und Fig. 8 einen Längsschnitt durch das Dreibac
ken-Spannfutter gemäß Fig. 7.
Das Spannfutter weist einen Grundkörper 2 auf, auf dem drei
Spannelemente 5 in gleichen Winkelabständen zueinander
angeordnet sind. Die Spannelemente 5 bestehen aus einer
Spannbacke 51, mit der das Werkstück eingespannt wird,
einem Stempel 52, einer Hülse 53 und einem Spannklotz 54.
Die Stempel 52 weisen auf ihrer der Spannbacke 51
abgewandten Seite eine schiefe Ebene 50 auf, über die sie mit
den Spannklötzen 54 in Verbindung stehen. Auf der gegenüber
liegenden Seite der Spannklötze 54 ist eine Bandage 7 aufge
legt, die die Spannklötze 54 sämtlicher drei Spannelemen
te 5 umfaßt.
Zum Einstellen der Spannkraft ist ein Spannring 6 vorgese
hen, der über ein Gewinde mit dem Grundkörper 2 verbunden
ist, und bei dessen Drehung die Spannklötze 54 der Spann
elemente 5 verschoben werden.
Zwischen den Spannelementen 5 sind an der Bandage 7 Flieh
kraft-Ausgleichsgewichte 8 angeordnet, die so geführt sind,
daß sie sich zusammen mit der Bandage 7 aus Faserverbund
kunststoff in radialer Richtung bewegen können, in tangen
tialer Richtung jedoch vom Grundkörper 2 gefesselt sind.
Nachstehend soll der konstruktive Aufbau sowie die Wirkungs
weise des in den Fig. 7 und 8 dargestellten Spannfutters
näher erläutert werden.
Das nicht näher dargestellte Werkstück wird durch die drei
Spannbacken 51 der Spannelemente 5 umfaßt. Der Kraftschluß
in radialer Richtung läuft über die Spannbacken 51, den
Stempel 52 aus Faserverbundkunststoff und den Spannklotz 54
zur Bandage 7 aus Faserverbundkunststoff. Die Bandage 7 ist
in Dreiecksform zwischen den drei Spannklötzen 54 der
Spannelemente 5 angeordnet. Die Fasern der Bandage 7 liegen
nur in einer Richtung vor. Die Faserorientierung ist dabei
so gewählt, daß die Faserlängsrichtung von Spannklotz 54 zu
Spannklotz 54 gerichtet ist und die Spannklötze 54 tangen
tial berührt werden. Durch diese Faseranordnung ist sicher
gestellt, daß die in Faserlängsrichtung günstigen Festig
keits- und Steifigkeitseigenschaften der Fasern ausgenutzt
werden.
Tangentiale Kräfte werden über die Spannbacken 51, den
Stempel 52 und die Hülse 53 der Spannelemente 5 vom Werk
stück auf den Grundkörper 2 und weiter auf die Spindel der
Drehmaschine übertragen.
Der Spannmechanismus des in den Fig. 7 und 8 dargestell
ten Spannfutters ist so ausgelegt, daß die Spannklötze 54
über die schiefe Ebene 50 die Stempel 52 berühren. Durch
eine axiale Bewegung des Spannringes 6 werden die Spannklöt
ze 54 vom Grundkörper 2 weg bewegt, und die Stempel 52 und
Spannbacken 51 der Spannelemente 5 werden in radialer
Richtung zum Zentrum des Grundkörpers 2 hin bewegt, wodurch
die Vorspannung zwischen der Bandage 7 aus Faserverbund
kunststoff und dem Werkstück aufgebaut wird.
Die Berührungsflächen zwischen dem Spannring 6 und den
Spannklötzen 54 sind so angeordnet, daß die Berührungsebene
normal zur Achsrichtung der Drehachse des Spannfutters
liegt. Dadurch ist sichergestellt, daß eine auftretende
radiale Aufweitung des Spannrings 6 keinen Einfluß auf die
Position der Spannklötze 54 und damit auf die Spannkraft
hat. Das Gewinde zur axialen Verschiebung des Spannringes 6
ist als Sägezahngewinde ausgeführt, wobei die zur Futter
achsrichtung normalen Flankenflächen zur Bandage 7 aus
Faserverbundkunststoff hinweisen. Damit ist sichergestellt,
daß eine radiale Aufweitung des Spannringes zu keiner
Bewegung in axialer Richtung führt.
Die Wirkungsweise der Fliehkraft-Ausgleichsgewichte 8
besteht darin, daß bei zunehmender Drehzahl und damit nach
außen zunehmender Fliehkraft die Bandage 7 aus Faserverbund
kunststoff nach außen bewegt wird. Da die Bandage 7 aus
hochsteifer Kohlenstoffaser hergestellt ist, tritt nur eine
geringe Dehnung auf, und die Spannung auf die Spannklötze
54 und das Werkstück in radialer Richtung wird durch die
Verformung der Bandage 7 aus Faserverbundkunststoff nach
außen erhöht. Dieser Effekt tritt in geringerem Maße auch
ohne zusätzlich angebrachte Fliehkraft-Ausgleichsgewichte 8
durch die Fliehkraftauslenkung der Bandage 7 aus Faserver
bundkunststoff auf.
Durch die Verwendung von Hochleistungs-Faserverbundkunst
stoffen in Werkzeugmaschinen können die Bearbeitungsgrenzen
deutlich gesteigert werden. Vorteile ergeben sich bei sehr
hohen Drehzahlen und bei dynamischen Problemen, da sich die
Hochleistungsfaserverbundkunststoffe vor allem durch ihre
massespezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten auszeich
nen. Am Beispiel eines Spannfutters für die Hochgeschwindig
keitsdrehbearbeitung werden Möglichkeiten durch eine Substi
tution und integrierte Vorgehensweise bei der Verwendung
von Faserverbundkunststoffen aufgezeigt. Der Vorteil der
Substitution besteht in der Weiterverwendung vorhandener
Komponenten, jedoch sind Leistungssteigerungen nur inner
halb enger Grenzen zu erreichen. Bei der integrierten
Vorgehensweise können die Leistungsgrenzen wesentlich
erhöht werden, allerdings ist die Neukonzeption des Systems
unter Berücksichtigung der fasergerechten Konstruktion
notwendig.
Claims (10)
1. Spannsystem für Werkzeugmaschinen zum Einspannen von
rotationsorientierten Werkzeugen und/oder Werkstücken
mit einem Futter- oder Grundkörper (2), einem Spannge
triebe (10, 11), Grundbacken (3) und Aufsatzbacken
(4),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufsatzbacken (4) zumindest teilweise aus Fa
serverbundkunststoffen (40, 46, 48) und der Futterkör
per (2), das Spanngetriebe (10, 11), die Grundbacken
(3) und die Schnittstelle zwischen den Grundbacken (3)
und den Aufsatzbacken (4) aus einem metallischen Werk
stoff bestehen.
2. Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufsatzbacken (4) einen Laminatblock (40, 46,
48) aus Faserverbundkunststoff aufweisen, der an der
Schnittstelle (41) zur Grundbacke (3) und an der
Spannfläche (42) zum Werkstück oder Werkzeug mit einem
Metalleinsatz, vorzugsweise einem Stahleinsatz, verse
hen ist.
3. Spannsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Laminatblock (46) mittels in Schlaufen um den
Laminatblock gelegte Bandagen (17, 18) aus Faserver
bundkunststoffen mit einem die Schnittstelle zu den
Grundbacken (3) bildenden Metalleinsatz (47) verbunden
ist.
4. Spannsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Grundbacke (3) abgewandte Fläche des Lami
natblocks (48) abgeschrägt ist und einen Steigungswin
kel (m) von vorzugsweise 15° mit der der Grundbacke
(3) zugewandten Fläche bildet und daß beabstandet zu
einander Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungselemen
ten (19, 21) unterschiedlicher Länge vorgesehen sind.
5. Spannsystem nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laminatblock (46,
48) zu einem Faserverbund aus Faserschichten aufgebaut
ist, die Orientierungswinkel von ±45° und 0° aufwei
sen, und daß die Faserschichten so angeordnet sind,
daß die Einzelschichten senkrecht zum Futterkörper
radial ausgerichtet sind.
6. Spannsystem für Werkzeugmaschinen zum Einspannen von
rotationsorientierten Werkzeugen oder Werkstücken (9)
mit mehreren, das Werkstück oder Werkzeug umfassenden
Spannelementen (5), die in radialer Richtung beweglich
auf einem Futterkörper (2) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Bandage (7) aus Faserverbundkunststoffen um
die im Werkstück oder Werkzeug (9) abgewandten Rücksei
ten der Spannelemente (5) angeordnet ist.
7. Spannsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Faserlängsrichtung der Bandage (7) aus Faser
verbundkunststoffen von Spannelement (5) zu Spannele
ment (5) ausgerichtet ist.
8. Spannsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bandage (7) aus Faserverbundkunst
stoffen die Spannelemente (5) tangential berührt.
9. Spannsystem nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bandage (7) aus
Faserverbundkunststoffen zwischen den Spannelementen
(5) Fliehkraft-Ausgleichsgewichte (8) so angeordnet
sind, daß sie zusammen mit der Bandage (7) aus Faser
verbundkunststoffen in radialer Richtung beweglich und
in tangentialer Richtung festgelegt sind.
10. Spannsystem nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (5)
auf einem metallischen, mit einer Spindel verbundenen
Grundkörper (2) angeordnet sind und aus zumindest
teilweise aus Faserverbundkunststoffen aufgebauten,
radial beweglichen Spannbacken (51), Stempeln (52) und
Hülsen (53) sowie axial beweglichen Spannklötzen (54)
bestehen, daß die Spannklötze (54) einerseits an einem
axial beweglichen Spannring (6) und andererseits über
eine schiefe Ebene an den Stempeln (52) der Spannele
mente (5) anliegen, derart, daß bei einer axialen
Bewegung des Spannringes (6) die Spannklötze (54) vom
Grundkörper (2) wegbewegt und die Spannelemente (5) in
radialer Richtung zum Mittelpunkt des Grundkörpers (2)
bewegt werden.
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