DE10116070C1 - Spannfutter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine anbringbaren Futterkörper (1), in dem eine zentrale Aufnahme (2) für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs vorgesehen ist, wobei um die Aufnahme (2) ein Druckkammersystem mit mehreren Druckkammern (11) vorgesehen ist, in dem ein Hydraulikdruck aufgebaut werden kann, um die Aufnahme (2) elastisch aufzuweiten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aufnahme (2) in einer Spannhülse (4) ausgebildet ist, welche in dem Futterkörper (1) gehalten ist, und daß die Spannhülse (4) in ihrer Umfangsrichtung in mehrere Ringsegmente (8, 9, 10) unterteilt ist und jeweils wenigstens eine Druckkammer (11) zwischen den in Berührung kommenden Seitenwänden zweier benachbarter Ringsegmente (8, 9, 10) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine anbringbaren Futterkörper, in dem eine zentrale Aufnahme für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs vorgesehen ist, wo­ bei um die Aufnahme ein Druckkammersystem mit mehreren Druckkammern vorgesehen ist, in dem ein Hydraulikdruck aufgebaut werden kann, um die Aufnahme elastisch aufzu­ weiten.

Spannwerkzeuge dieser Art sind beispielsweise aus der DE 199 26 152 A1 und der WO 00/58045 A1 bekannt und werden in erster Linie eingesetzt, um rotierende Präzisionswerk­ zeuge wie beispielsweise Bohrer, Fräser, etc. mit sehr hoher Rundlaufgenauigkeit an der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu befestigen. Insbeson­ dere werden sie eingesetzt, um kleine Werkzeuge zu span­ nen.

Die bekannten herkömmlichen Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpf- oder Preßsitz bestehen in der Regel aus einem Futterkörper aus Metall, der an der Ar­ beitsspindel der jeweiligen Werkzeugmaschine fixierbar ist und eine zentrale Aufnahme für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs aufweist. Der Durchmesser der Aufnahme ist dabei so bestimmt, daß er etwas kleiner als der Durchmesser des Werkzeugschaftes ist. Zum Spannen des Werkzeuges wird die Aufnahme so weit gedehnt, daß der Werkzeugschaft in sie eingesetzt werden kann. Hierzu ist in dem Futterkörper um die Aufnahme herum ein Druck­ kammersystem ausgebildet, in dem durch Zuführung eines Hydraulikmittels ein Druck erzeugt werden kann, durch welchen der Futterkörper im Bereich der Aufnahme ela­ stisch derart verformt wird, daß sich der Durchmesser der Aufnahme vergrößert und somit ein Werkzeugschaft in die Aufnahme eingesetzt bzw. der Preßsitz, mit dem ein Werk­ zeugschaft in der Aufnahme eingespannt ist, aufgehoben wird. Die elastischen Verformungen sind reversibel, wes­ halb bei Entlastung des Druckkammersystems die Aufnahme wieder in ihre der Preßpassung entsprechende Ursprungs­ form zurückkehrt.

Problematisch bei den bekannten Spannfuttern ist, daß sich nur relativ kleine Spannwege realisieren lassen und ein in dem Druckkammersystem aufgebauter Druck zum Teil auch nach innen gegen die Funktionsrichtung wirkt. Außer­ dem wird zum Teil als nachteilig angesehen, daß für jeden Spanndurchmesser ein eigenes Spannfutter zur Verfügung stehen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter der eingangs genannten Art anzugeben, das universell einge­ setzt werden kann und insbesondere vergleichsweise große Spannwege bei kleinen Drücken ermöglicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufnahme in einer Spannhülse ausgebildet ist, welche in dem Futterkörper gehalten ist, und daß die Spannhülse in ihrer Umfangsrichtung in mehrere Ringsegmente unterteilt ist und jeweils eine Druckkammer zwischen den aneinander­ liegenden Seitenwänden zweier benachbarter Ringsegmente ausgebildet ist. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz ei­ ner separaten Spannhülse, in welcher das Druckkammersy­ stem ausgebildet ist, ist das Spannfutter sehr flexibel einsetzbar, da es lediglich erforderlich ist, die Spann­ hülse auszutauschen, um Werkzeuge mit unterschiedlichen Schaftdurchmessern spannen zu können. Ein solches Aus­ wechseln der Spannhülse ist beispielsweise auf einfache Weise möglich, wenn die Spannhülse im Futterkörper mit­ tels Wärmeschrumpfung fixiert ist. Außerdem bietet die Erfindung insbesondere aufgrund der Ausbildung der Druck­ kammern zwischen den Ringsegmenten den Vorteil, daß das Druckkammersystem einfach aufgebaut und herstellbar ist. Beispielsweise können die Druckkammern als offene Taschen in den Seitenwänden der Ringsegmente und die Verbindungs­ kanäle als Bohrungen ausgebildet sein, wodurch die Druck­ kammern und Kanäle mit wenig Aufwand hergestellt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Ringsegmente an ihrer radialen Außenseite Anlage­ flächen aufweisen, die mit dem Futterkörper in Kontakt kommen und in Umfangsrichtung betrachtet etwa mittig von den Ringsegmenten vorgesehen sind, so daß zwischen den Randbereichen der Ringsegmente und dem Futterkörper Spal­ te gebildet werden, in die das Material der Ringsegmente bei einem Druckaufbau in den Druckkammern ausweichen kann. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß bei vorgegebenem Druck vergleichsweise große Spannwege er­ zielt werden können, da sich die Ringsegmente in ihren Randbereichen radial nach außen in die Spalte aufbiegen können. Bei den bekannten Spannfuttern ist diese Möglich­ keit nicht gegeben.

Nach einer weiteren Ausführungsform stehen die Druckkam­ mern der Spannhülse durch Verbindungskanäle, die in den Ringsegmenten ausgebildet sind, miteinander in Fluidver­ bindung. Hierdurch wird sicher gestellt, daß in dem ge­ samten Druckkammersystem ein einheitlicher Druck herrscht und insbesondere auch das Druckkammersystem über eine einzige Druckquelle mit Hydraulikmittel versorgt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann in einem Ringsegment ein Hydraulikmittelzuführkanal ausge­ bildet sein, der an seinem einen Ende in den Verbindungs­ kanal oder die Druckkammer des Ringsegmentes mündet und an seinem anderen Ende zur werkzeugseitigen Stirnfläche des Ringsegments offen ist, wobei das offene Ende durch eine Schraube verschlossen ist, die zur Erhöhung des Drucks in der Spannhülse in das Ringsegment hinein- und unter Verringerung des Drucks aus dem Ringsegment heraus­ gedreht werden kann. Bei dieser Ausführungsform dient der Hydraulikmittelzuführkanal als Hydraulikmittelspeicher.

Selbstverständlich ist es auch möglich, in mehreren oder auch allen Ringsegmenten einen Hydraulikmittelzuführkanal vorzusehen, wodurch sich die Hydraulikmittelmenge, die zu einer Druckerhöhung zur Verfügung steht, erhöht. Außerdem hat die Ausführungsform mit einem Hydraulikmittelzuführ­ kanal in allen Ringsegmenten den Vorteil, daß die Ringsegmente jeweils identisch ausgebildet sein können, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie auf die nach­ folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 das Spannfutter aus Fig. 1 in einem Querschnitt durch den Spannbereich,

Fig. 3 das Spannfutter im Längsschnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2,

Fig. 4 das Spannfutter im Längsschnitt entlang der Linie C-C aus Fig. 2,

Fig. 5 ein Ringsegment der Spannhülse des erfindungsge­ mäßen Spannfutters in perspektivischer Ansicht und

Fig. 6 das Ringsegment aus Fig. 5 in Seitenansicht.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Ausführungsform eines Spannfutters zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpf- oder Preßsitz gemäß der vorliegenden Erfindung darge­ stellt. Das Spannfutter umfaßt einen Futterkörper 1 aus einem formsteifen Material, der an seinem einen End­ bereich eine zentrale Aufnahme 2 aufweist, in welcher ein zylindrischer Schaft eines Werkzeuges wie beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers mittels Schrumpf- oder Preß­ sitz fixiert werden kann, und der an seinem anderen End­ bereich einen Steilkegel 3 aufweist, der in bekannter Weise in eine komplementäre Aufnahme einer nicht näher dargestellten, drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine einspannbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter ist die Aufnahme 2 in einer Spannhülse 4 ausgebildet, die in eine zentrale Aufnahmebohrung 5 des Futterkörpers 1 von der Werkzeug­ seite her eingesetzt und in der Aufnahmebohrung 5 bei­ spielsweise durch einen Wärmeschrumpfsitz fixiert ist. Wie insbesondere in den Fig. 3 und 4 gut erkennbar ist, sind zur axialen Positionierung der Spannhülse 4 in der Aufnahmebohrung 5 an der Bohrungswandung und an der Spannhülse 4 korrespondierende Anschlagflächen 6, 7 vor­ gesehen.

In der Spannhülse 4 ist ein Druckkammersystem ausgebil­ det, das drei gleichmäßig über den Umfang verteilt ange­ ordnete Druckkammern 11, die über Verbindungskanäle 12 miteinander verbunden sind, umfaßt. In diesem Druckkam­ mersystem kann in an sich bekannter Weise ein Hydraulik­ druck aufgebaut werden, um die Aufnahme 2 elastisch der­ art aufzuweiten, daß ein Werkzeugschaft in sie eingesetzt werden kann.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Spannhülse 4 in ihrer Umfangsrichtung betrachtet in drei im wesentli­ chen identisch ausgebildete Ringsegmente 8, 9, 10 unter­ teilt, die sich jeweils über einen Umfangsbereich von 120° erstrecken, wobei jeweils zwischen den aneinander in Anlage kommenden Seitenwänden zweier benachbarter Ringseg­ mente 8, 9, 10 eine Druckkammer 11 ausgebildet ist, die von einem nicht dargestellten O-Ring abgedichtet wird. Zur Bildung der Druckkammern 11 ist in jeweils einer Sei­ tenwand der Ringsegmente 8, 9, 10 eine offene Tasche, die einen Großteil der Fläche der Seitenwand einnimmt, ausge­ bildet, und die andere Seitenwand mit Ausnahme der Mün­ dung des Verbindungskanals 12 geschlossen ausgeführt, wo­ bei jeweils eine Seitenwand mit Tasche und eine geschlos­ sene Seitenwand aneinander anliegen.

In den Ringsegmenten 8, 9, 10 ist jeweils ein Hydraulik­ mittelzuführkanal 13 ausgebildet, der in Axialrichtung verläuft und an seinem einen Ende in den Verbindungskanal 12 mündet und an seinem anderen Ende zur werkzeugseitigen Stirnfläche der Spannhülse 4 offen ist. Nicht dargestellt ist, daß das offene Ende des Hydraulikmittelzuführkanals 13 durch eine Schraube verschlossen ist, die zur Erhöhung des Drucks in dem Druckkammersystem in den Hydraulikmit­ telzuführkanal 13 hineingeschraubt und zur Verringerung des Drucks aus diesem herausgeschraubt werden kann.

Insbesondere in den Fig. 2 und 6 ist gut erkennbar, daß die Ringsegmente 8, 9, 10 an ihrer radialen Außensei­ te nicht vollflächig an der Wandung der Aufnahmebohrung 5 des Futterkörpers 1 anliegen, sondern spezielle, stegar­ tig ausgebildete Anlageflächen 14 aufweisen, mit denen sie den Futterkörper kontaktieren, wobei diese Anlageflä­ chen 14 in Umfangsrichtung betrachtet etwa mittig von den Ringsegmenten 8, 9, 10 vorgesehen sind, und zwar derart, daß zwischen den Randbereichen der Ringsegmente 8, 9, 10 und dem Futterkörper 1 Spalte 15 gebildet werden.

Vor Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Spannfutters wird das in der Spannhülse 4 ausgebildete Druckkammer­ system bestehend aus den Druckkammern 11, den Verbin­ dungskanälen 12 und den Hydraulikmittelzuführkanälen 13 über die Hydraulikmittelzuführkanäle 13 mit einem Hydrau­ likmittel wie beispielsweise Öl gefüllt, und anschließend werden die offenen Enden der Hydraulikmittelzuführkanäle 13 mit Schrauben verschlossen. In diesem Ausgangszustand besitzt die Aufnahme 2 der Spannhülse 4 einen Durchmes­ ser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des Schafts eines zu spannenden Werkzeugs ist. Zum Einsetzen des Werkzeugschaftes ist es somit erforderlich, die Aufnahme 2 aufzuweiten. Hierzu wird der Druck in dem Druck­ kammersystem der Spannhülse 4 erhöht, indem die Schrauben weiter in die Spannhülse 4 hineingedreht werden. Die Druckerhöhung führt im Bereich der zwischen den Ringseg­ menten 8, 9, 10 gebildeten Druckkammern 11 dazu, daß die Ringsegmente 8, 9, 10 voneinander weggedrückt und in die zwischen der Spannhülse 4 und der Wandung der Aufnahme­ bohrung 5 des Futterkörpers 1 gebildeten Spalte 15 aufge­ bogen werden. Hierdurch vergrößert sich der Durchmesser der Aufnahme 2 so weit, daß das Werkzeug in das Spannfut­ ter eingesetzt werden kann. Anschließend werden die die Hydraulikmittelzuführkanäle 13 verschließenden Schrauben wieder aus der Spannhülse 4 herausgedreht, so daß sich die Ringsegmente 8, 9, 10 elastisch in ihre Ursprungsform zurück bilden und der in die Aufnahme 2 eingesetzte Werk­ zeugschaft in dem Spannfutter durch Preßsitz fixiert wird. Dadurch, daß in erheblichem Maße eine Biegeverfor­ mung der Ringsegmente 8, 9, 10 stattfindet, lassen sich vergleichsweise große Spannwege bei geringen Drücken rea­ lisieren.

Claims (7)

1. Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine anbringbaren Futterkörper (1), in dem eine zentrale Aufnahme (2) für den Schaft eines zu spannenden Werkzeugs vorgesehen ist, wobei um die Aufnahme (2) ein Druckkammersystem mit mehreren Druckkammern (11) vorgesehen ist, in dem ein Hydrau­ likdruck aufgebaut werden kann, um die Aufnahme (2) elastisch aufzuweiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (2) in einer Spannhülse (4) ausgebildet ist, welche in dem Futterkörper (1) gehalten ist, und daß die Spannhülse (4) in ihrer Umfangsrichtung in mehrere Ringsegmente (8, 9, 10) unterteilt ist und jeweils wenigstens eine Druckkammer (11) zwischen den in Berührung kommenden Seitenwänden zweier benachbar­ ter Ringsegmente (8, 9, 10) ausgebildet ist.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ringsegmente (8, 9, 10) an ihrer radia­ len Außenseite mit dem Futterkörper (1) in Kontakt kommende Anlageflächen (14) aufweisen, die in Um­ fangsrichtung betrachtet etwa mittig von den Ringseg­ menten (8, 9, 10) vorgesehen sind, so daß zwischen den Randbereichen der Ringsegmente (8, 9, 10) und dem Futterkörper (1) Spalte (15) gebildet werden, in die das Material der Ringsegmente (8, 9, 10) bei einer Beaufschlagung der Druckkammern (11) ausweichen kann.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckkammern (11) durch Verbin­ dungskanäle (12), die in den Ringsegmenten (8, 9, 10) ausgebildet sind, miteinander in Fluidverbindung ste­ hen.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils in einer Seitenwand der Ringsegmen­ te (8, 9, 10) eine offene Tasche ausgebildet ist, die unter Bildung einer Druckkammer (11) durch die Sei­ tenwand des benachbarten Ringsegments verschlossen ist.

5. Spannfutter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in wenigstens einem der Ringsegmente (8, 9, 10) ein Hydraulikmittelzuführkanal (13) ausge­ bildet ist, der an seinem einen Ende in den Verbin­ dungskanal (12) oder die Druckkammer (11) des Ringsegments (8, 9, 10) mündet und an seinem anderen Ende zur werkzeugseitigen Stirnfläche des Ringseg­ ments (8, 9, 10) offen ist, wobei das offene Ende durch eine Schraube verschlossen ist, die zur Erhö­ hung des Drucks in der Spannhülse (4) in das Ringseg­ ment (8, 9, 10) hinein und unter Verringerung des Drucks aus dem Ringsegment (8, 9, 10) herausgedreht werden kann.

6. Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (8, 9, 10) jeweils identisch ausgebildet sind.

7. Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (4) von drei Ringsegmenten (8, 9, 10) gebildet wird.