Beschreibung:
Dehnspanneinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer- an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse, die eine zentrale Aufnahme für ein zu spannendes Bauteil bildet, wobei um die Dehnbüchse herum wenigstens eine Druckkammer vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu fixieren. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse, die einen Spanndorn bildet, wobei innerhalb der Dehnbüchse eine Druckkammer vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil am Außenumfang der Dehnbüchse unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu fixieren.
Solche Dehnspanneinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden in erster Linie eingesetzt, um einen Werkzeugschaft wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft an der Arbeitsspindel einer
entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren. Hierzu werden üblicherweise als Spannfutter ausgebildete Dehnspanneinrichtungen verwendet, bei denen die Dehnbüchse in den Grundkörper eingesetzt ist und zum Spannen radial nach innen verformt wird. Des weiteren sind auch sogenannte Spanndorne bekannt, bei denen die Dehnbüchse den Grundkörper umgibt und sich bei Druckbeaufschlagung der am Innenumfang der Dehnbüchse vorgesehenen Druckkammer radial nach außen aufweitet, um ein Bauteil am Außenumfang der Dehnbüchse zu spannen. Unabhängig davon, ob die Dehnspanneinrichtungen als Spannfutter oder Spanndorne ausgebildet sind, können sie beispielsweise als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildet sein, die mittels eines Befestigungskonus an der Arbeitsspindel der betreffenden Werkzeugmaschine fixierbar sind. Auch besteht die Möglichkeit, die Dehnspanneinrichtung direkt an der Arbeitsspindel auszubilden.
Als Spannfutter ausgebildete Dehnspanneinrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der WO 98/39123 bekannt. Bei diesen Dehnspanneinrichtungen ist die Dehnbüchse in den Grundkörper unter Bildung einer dazwischen liegenden Druckkammer eingesetzt und mit dem Grundkörper verlötet, um eine feste Verbindung unter Bildung der Druckkammer herzustellen. Die Druckkammer ist über entsprechende Verbindungskanäle mit Zylinderbohrungen verbunden, die in dem Grundkörper ausgebildet sind und in die Kolben eingesetzt sind, welche synchron durch die Verdrehung eines Spannrings axial verstellbar sind, um in den Zylinderbohrungen und damit auch in der Druck-
kammer einen Hydraulikdruck aufzubauen und auf diese Weise ein Werkzeug in der Aufnahme unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu spannen.
Als nachteilig wird bei den bekannten Dehnspanneinrichtungen angesehen, daß sie relativ aufwendig in der Herstellung sind, da die Zylinderbohrungen und Kanäle in dem Grundkörper in aufwendigen Bohr- und Fräsbearbeitungs- schritten hergestellt werden müssen und es außerdem erforderlich ist, die Dehnbüchse an dem Grundkörper durch Lötprozesse oder dergleichen zu fixieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Dehnspanneinrichtungen der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie einfach in der Herstellung sind.
Diese Aufgabe wird bei einer als Spannfutter ausgebildeten Dehnspanneinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die wenigstens eine Druckkammer zwischen der Dehnbüchse und einem die Dehnbüchse umgebenden Spannring ausgebildet ist und das Volumen der Druckkammer durch Axialverstellung des Spannrings veränderbar ist.
Bei einer als Spanndorn ausgebildeten Dehneinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 ist die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die wenigstens eine Druckkammer zwischen der Dehnbüchse und einem in die Dehnbüchse eingesetzten Spannring ausgebildet ist und das
Volumen der Druckkammer durch Axialverstellung des Spannrings veränderbar ist.
Erfindungsgemäß wird der Druck innerhalb der Druckkammer somit nicht wie im Stand der Technik durch den Kolbenhub in separaten Kolbenbohrungen erzeugt, sondern durch eine Veränderung des Volumens der Druckkammer selbst, indem der Spannring axial verstellt wird. Damit kann auf die im Stand der Technik vorgesehenen separaten Kolben- und Verbindungsbohrungen verzichtet werden, so daß die erfindungsgemäßen Dehnspanneinrichtungen einfach im Aufbau und in der Herstellung sind. Die Herstellung wird auch dadurch vereinfacht, daß sich die Druckkammern in einfacher Weise durch Druckbearbeitungen an der Dehnbüchse und dem Spannring herstellen lassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spannring mit dem Grundkörper verschraubt und durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper axial verstellbar ist. Auf diese Weise wird eine einfache Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Spannring erzielt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die die Druckkammern begrenzenden Wandabschnitte der Dehnbüchse und des Spannrings so ausgebildet sind, daß sich das Volumen der Druckkammer bei einer Axialverstellung des Spannrings in der einen Richtung verkleinert und in der anderen Richtung vergrößert. Zweckmäßigerweise wird dabei die Ausbildung so getroffen, daß sich das Vo-
lumen der Druckkammer verkleinert und sich damit der Druck innerhalb der Druckkammer vergrößert, je weiter der Spannring in Richtung des der Dehnbüchse gegenüberliegenden axialen Endes des Grundkörpers bewegt wird. In diesem Fall ist in bevorzugter Weise ein Anschlag vorgesehen, der den axialen Verstellweg des Spannrings in Richtung des der Dehnbüchse gegenüberliegenden axialen Endes des Grundkörpers begrenzt und damit den maximal erzielbaren Druck innerhalb der Druckkammer festlegt. Dieser Anschlag kann beispielsweise am Grundkörper fest vorgegeben sein. Alternativ ist es auch möglich, den Anschlag axial verstellbar an dem Grundkörper anzuordnen, um auf diese Weise den maximal erzielbaren Druck innerhalb der Druckkammer variabel vorgeben zu können.
Die Druckkammer kann in herkömmlicher Weise mit einem flüssigen Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl gefüllt sein. In diesem Fall sind zwischen der Dehnbüchse und dem Spannring Dichtungselemente vorgesehen, welche die Druckkammer axial begrenzen. Alternativ ist es möglich, die wenigstens eine Druckkammer mit einem elastischen Feststoff wie beispielsweise einen elastischen Kunststoff oder Gummi als Hydraulikmittel zu füllen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß auf Dichtungsmaßnahmen verzichtet werden kann.
Des weiteren können an dem Spannring Eingriffsmittel für Betätigungselemente wie beispielsweise einen Rollen- oder Hakenschlüssel vorgesehen sein.
Auch ist es nicht erforderlich, bei einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung den Spannring, der in die Dehnbüchse eingreift, tatsächlich ringförmig auszubilden. Er kann auch aus einem Vollmaterial bestehen.
Schließlich kann die Dehnspanneinrichtung auch für eine Welle/Nabe-Verbindung eingesetzt werden. Ebenfalls kann sie stationär an einer Werkbank oder dergleichen vorgesehen sein.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer als Dehnspannfutter ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrem unbetätigten Zustand,
Figur 2 im Längsschnitt das Dehnspannfutter aus Figur 1 im betätigten Zustand,
Figur 3 im Längsschnitt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dehnspannfutters, bei dem die Druckkammer mit einem Feststoff gefüllt ist,
Figur 4 im Längsschnitt eine Ausführungsform einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im unbetätigten Zustand und
Figur 5 den Spanndorn aus Figur 4 im betätigten Zustand.
In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildeten Dehnspannfutters 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Das Dehnspannfutter 1 umfaßt einen Grundkörper 2 aus einem formsteifen Material, der an seinem in der Zeichnung linksseitigen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 3 zur Einspannung an einer drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufweist. An dem anderen axialen Ende des Grundkörpers 2 ist eine dünnwandige Dehnbüchse 4 vorgesehen, die hier einteilig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet ist, alternativ aber auch ein separates Bauteil sein kann, das mit dem Grundkörper 2 fest verbunden ist,. Die Dehnbüchse 4 bildet eine zentrale Aufnahme 5, in die ein zylindrischer Schaft eines Werkzeugs wie beispielsweise eines zu spannenden Bohrers oder Fräsers eingeschoben werden kann.
Die Dehnbüchse 4 ist von einem als Überwurfmutter ausgebildeten Spannring 6 umgeben, der an seinem zum Befestigungskonus 3 weisenden axialen Ende auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt ist, wozu an dem Futterkörper 2 und an der
Innenseite des Spannrings 6 entsprechende Gewindeabschnitte 9a, 9b ausgebildet sind. Die Dehnbüchse 4 und der Spannring 6 bilden zwischen sich eine Druckkammer 7, die mit einem flüssigen Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl gefüllt ist und axial durch zwei Dichtungsringe 8, welche in dem Spannring 6 gehalten sind, begrenzt wird. Der Druck innerhalb der Druckkammer 7 läßt sich durch eine axiale Verstellung des Spannrings 6 gegenüber dem Grundkörper 2 verändern. Hierzu sind die Wandabschnitte der Dehnbüchse 4 und des Spannrings 6, welche die Druckkammer 7 begrenzen, in der Weise ausgebildet, daß sich das Volumen der Druckkammer 7 bei einer Axialverstellung des Spannrings 6 verändert. Konkret ist die Anordnung so getroffen, daß in der in Figur 1 gezeigten rechten Endstellung des Spannrings 6 das Volumen der Druckkammer 7 am größten ist und somit in der Druckkammer der geringste Druck herrscht, und in der in Figur 2 gezeigten linken Endstellung des Spannrings 6, in welcher der Spannring 6 an einem Axialanschlag 10 des Grundkörpers 2 anliegt, das Volumen der Druckkammer 7 am geringsten ist und damit in der Druckkammer 7 der größte Druck herrscht. Die axiale Verstellung des Spannrings 6 erfolgt dabei, indem der Spannring 6 aus der in Figur 1 gezeigten' Stellung weiter auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt wird bzw. aus der in Figur 2 dargestellten Spannstellung von dem Grundkörper 2 wieder abgeschraubt wird.
Zum Spannen eines Bauteils wird der Spannring 6 zunächst in die in Figur 1 gezeigte rechte Endstellung gebracht, in welcher das Volumen der Druckkammer 1 am größten ist
und in der Druckkammer 7 nur ein geringer Druck vorherrscht. Nach dem Einschieben beispielsweise eines Bohrerschaftes in die Aufnahme 5 wird der Spannring 6 auf den Grundkörper 2 weiter aufgeschraubt, bis er an dem Anschlag 10 in Anlage kommt. Dabei verkleinert sich das Volumen der Druckkammer 7, wodurch sich der Kammerdruck soweit erhöht, daß sich die dünnwandige Dehnbüchse 4 radial nach innen verformt und den Bohrerschaft festspannt.
In der Figur 3 ist ein alternatives Dehnspannfutter 1 dargestellt, das grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Dehnspannfutter 1 besitzt. Im Unterschied zu der in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform definieren die Dehnbüchse 4 und der Spannring 6 bei der in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsform allerdings zwischen sich eine Druckkammer 7 mit einem kreisringförmigen Querschnitt, die mit vier Ringen 11 aus einem elastischen Feststoff wie beispielsweise Gummi anstelle eines flüssigen Hydraulikmittels gefüllt sind. Nachdem bei solchen Feststoffringen 11 keine Abdichtungsprobleme auftreten, fehlen die Dichtungsringe 8, welche bei der ersten Ausführungsform zwischen der Dehnbüchse 4 und dem Spannring 6 vorgesehen sind, um die Druckkammer 7 axial zu begrenzen. Ansonsten ist die Funktionsweise des in Figur 3 dargestellten Dehnspannfutters 1 die gleiche wie bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Dehnspannfutter: Wenn der Spannring 6 aus der in Figur 3 dargestellten Lage weiter auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt wird, verkleinert sich das Volumen der Druckkammer 7, wobei sich auch
die Feststoffringe 11 elastisch verformen, so daß es zu einem Druckaufbau in der Druckkammer 7 kommt, durch den die dünnwandige Dehnbüchse 4 radial nach innen verformt wird, um ein Bauteil wie beispielsweise einen Werkzeugschaft zu spannen.
In den Figuren 4 und 5 ist eine Ausführungsform einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Spanndorn 1 besitzt einen Grundkörper 2, der an seinem in der Zeichnung linken Endbereich nicht dargestellte Befestigungsmittel zur Anbringung an einer Arbeitsspindel aufweist, und an seinem rechten Ende eine dünnwandige Dehnbüchse 4 trägt. Ein Spannelement 6, das in der dargestellten Ausführungsform einen kreisrunden Querschnitt besitzt, aber alternativ auch ringförmig ausgebildet sein kann, ist von der rechten Seite her in die Dehnbüchse 4 eingesetzt und mit einem Gewindezapfen 9a in den Grundkörper 2 eingeschraubt, welcher ein entsprechendes Innengewinde 9b besitzt. Die Dehnbüchse 4 und das Spannelement 6 definieren zwischen sich eine ringförmige Druckkammer 7, die wie bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform mit einem elastischen Feststoff 11 als Hydraulikmittel gefüllt ist. Dabei wird das linke axiale Ende der Druckkammer 7 durch den Futterkörper 2 begrenzt, und das rechte axiale Ende durch das Spannelement 6, welches einen Ringsteg 6a besitzt, der außenseitig an der Dehnbüchse 4 anliegt.
Die Figur 4 zeigt den Spanndorn 1 in dem Zustand, in dem das Spannelement 6 seine rechte Endstellung einnimmt und
die Druckkammer 7 im wesentlichen drucklos ist, so daß ein zu spannendes Bauteil außenseitig auf die Dehnbüchse 4 aufgeschoben werden kann. Wenn nun das Spannelement weiter in den Grundkörper 2 eingeschraubt und dabei axial nach links in die in Figur 5 gezeigte Endstellung, in welcher das Spannelement 6 an einem Anschlag 10 des Grundkörpers 2 anliegt, verstellt wird, verkleinert sich das Volumen innerhalb der Druckkammer 7, so daß sich der Druck in der Druckkammer erhöht und die dünnwandige Dehnbüchse 4 radial nach außen elastisch verformt, um das aufgesetzte Bauteil zu fixieren. In umgekehrter Weise kann die Fixierung gelöst werden, indem das Spannelement 6 wieder aus dem Grundkörper 2 in die in Figur 4 gezeigte rechte Endlage herausgeschraubt wird.
Zum Drehen des Spannrings 6 sind an seinem rechtsseitigen Ende am Umfang verteilt mehrere Bohrungen 12 vorgesehen, in die entsprechende Werkzeuge eingesetzt werden können.