-
Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Werkzeugmaschinen, genauer
gesagt hydrostatische Werkstückhaltervorrichtungen.
-
Werkstückhaltervorrichtungen
oder Werkstückhalter
finden seit einer Reihe von Jahren Verwendung und dienen zum Halten
von massiven und ringförmigen
Werkstücken
zum nachfolgenden Bearbeiten oder Schleifen. In bekannter Weise
können Werkstückhaltervorrichtungen
mechanisch betätigt oder
hydraulisch betätigt
werden. Bei bestimmten Anwendungsfällen besitzen aus gegossenem
Material geformte Werkstücke
relativ ungleichmäßige Flächen und
signifikante Dimensionsveränderungen
sowohl in Bezug auf den Innendurchmesser als auch in Bezug auf den
Außendurchmesser.
Diese Werkstückveränderungen
können
zu einem schlechten Umfangsflächenkontakt
zwischen den ungleichmäßigen Werkstücken und
dem glatten metallischen Spannring des Werkstückhalters führen. Ferner erfordern solche
Größen- und
Formänderungen
des Werkstückes oft
eine relativ große
Werkstückhalterexpansion,
um einen angemessenen Griff zu erreichen.
-
Bei
einer Werkstückhalterlösung findet
eine in Umfangsrichtung kontinuierliche Stahlhülse zum Ergreifen des Werkstückes Verwendung.
Diese Lösung
erfordert die Aufbringung von relativ hohen hydraulischen Drücken auf
einen Werkstückhalter,
um einen geeigneten Griff mit dem Werkstück zu erzielen. Beispielsweise
sind über
6000 PSI Fluiddruck erforderlich, um eine Expansion von 0,001'' einer typischen Stahlhülse mit
einem Durchmesser von einem Zoll zu erreichen. Dieses Ergebnis wird
durch Erhöhung
der Größe des hydraulischen
Systems und der Fittings des hydraulischen Systems erreicht, wodurch
die Kosten zur Realisierung erhöht
werden. Aufgrund der hohen Belastungen und Drücke werden permanente Vertiefungen
in der Stahlhülse
zurückgelassen,
die deren Austausch beschleunigen. Bedauerlicherweise kann der hohe
Druck zu einem größeren Verschleiß und zum
Ausfallen von O-Ringen aus polymerem Material führen, was möglicherweise Fluidlecks bewirken
kann. Ferner ist eine Stahlhülse nur
in einem begrenzten Ausmaß expandierbar,
bevor sie über
eine nicht wiedergewinnbare Elastizitätsgrenze der Hülse hinaus
ausgeweitet wird.
-
Eine
andere übliche
Werkstückhalterlösung basiert
auf Längsschlitzen,
die aus einer Werkstückhalterhülse herausgetrennt
und im Umfangsabstand um die Hülse
angeordnet sind. Eine beispielhafte Vorrichtung besitzt einen hydrostatischen
Werkstückhalter
mit einem Korpus, der teilweise eine Fluidkammer bildet und eine
verformbare Metallhülse
trägt,
die mit einer Vielzahl von mit Umfangsabstand ange ordneten und in
Längsrichtung
verlaufenden Schlitzen versehen ist. Die Vorrichtung weist ferner
eine flexible Blase aus polymerem Material auf, die teilweise die Fluidkammer
begrenzt, um das Fluid in der Kammer von der Hülse zu trennen. Die Längsschlitze
ermöglichen
eine größere Ausdehnung
der Hülse
und somit eine robustere Anpassung an Teile mit signifikanten Oberflächenveränderungen.
Durch diese Öffnungen in
der Hülse
kann jedoch Material in den Werkstückhalter eindringen, wodurch
die Wartungshäufigkeit und
die Ausfallraten der Vorrichtung vergrößert werden. Die Öffnungen
erzeugen darüber
hinaus eine schwächere
Hülse im
Vergleich zu massiven Werkstückhalterhülsen einer
entsprechenden Dicke. Schließlich
kann unter ausreichend hohen Fluiddrücken die Blase durch die Öffnungen
in der Hülse
extrudieren.
-
Die
Hülsen
werden am häufigsten
aus Stahl hergestellt, was zu einer hohen Haltbarkeit nach wiederholtem
Gebrauch führt.
Um jedoch eine optimale Passung zwischen dem Werkstück und dem
Werkstückhalter
zu erreichen, sind Hülsen
entwickelt worden, die aus metallbeschichtetem Kunststoff bestehen.
Diese Konstruktion sorgt für
eine engere Verbindung zwischen dem Werkstück und dem Werkstückhalter.
Nach vielen Einsätzen
bei Hochleistungsvorgängen
kann jedoch der Griffdruck absinken. Während Kunststoffhülsen für das Greifen
eines Werkstückes
effektiv sind, nimmt jedoch darüber
hinaus nach häufigen
Verformungen die Fähigkeit
des Kunststoffs, seine ursprüngliche
Farm aufrechtzuerhalten, mit der Zeit ab.
-
Bei
einer Ausführungsform
besitzt eine Werkstückhaltervorrichtung
einen Korpus und eine Werkstückhalterhülse, die aus
Metall besteht und vom Korpus getragen wird. Eine Fluidkammer nimmt ein
Fluid zwischen dem Korpus und der Werkstückhalterhülse auf. Um das Werkstück fest
auf dem Werkstückhalter
zu halten, wird unter Druck stehendes Fluid der Fluidkammer von
einer externen oder internen Quelle über Fluidkanäle im Korpus
zugeführt.
Durch die Kraft des unter Druck stehenden Fluides wird die Hülse radial
in festen Eingriff mit einer Umfangsfläche des Werkstücks verschoben,
um das Werkstück
festzuhalten und genau zu positionieren. Zur Entfernung des Werkstücks wird
der Druck des der Fluidkammer zugeführten Fluides abgebaut, so dass
die Hülse
auf diese Weise entspannt wird. Die Hülse ist radial verschiebbar
und zu einem relativ hohen Grad wiederherstellbar. Beispielsweise
ist die Hülse
auf mindestens 1% im Durchmesser mit einer Unrundheit innerhalb
von etwa 0,03% ihres Durchmessers radial verschiebbar und kehrt
nach dem Abbau des Fluiddrucks bis auf innerhalb etwa 0,01% ihres
ursprünglichen
entspannten Durchmessers zurück.
Bei einem anderen Beispiel weist die Hülse, wenn sie unter Fluiddruck
verschoben wird, eine im Wesentlichen vollständige und wiederholbare Formänderungserholung
von mindestens etwa 2% ihres gesamten Querschnittsbereiches auf.
Vorzugsweise besteht die Hülse
aus Nitinol.
-
Ziele,
Merkmale und Vorteile dieser Erfindung umfassen das Schaffen eines
Werkstückhalters,
der einen großen
Bereich an Expansion und Kontraktion ermöglichen kann, während er
einen geringeren hydraulischen Druck benötigt als vorhandene Konstruktionen,
der einen festen und robusten Griff in Bezug auf ein Werkstück hat,
weniger empfänglich
ist gegenüber
einer Verunreinigung der mechanischen Teile des Werk stückhalters,
Werkstücke, die
aus Gussmaterial geformt sind, festhält und positioniert, sich an
ein Werkstück
anpasst, das unrund ist, ein unrundes Teil hält, ohne dieses zu runden,
Vibrationen während
des Bearbeitungsprozesses dämpft,
ein besseres Finish auf dem bearbeiteten Teil ermöglicht,
auf wiederholbare und zuverlässige
Weise Werkstücke
hält und
positioniert, auf zuverlässige Weise
Werkstücke
zentriert, eine Hülse
benutzt, die mit unterschiedlichen Dicken geformt sein kann, unterschiedlich
dimensionierte Teile aufnimmt, die Verschiebung der Hülse radial
nach innen oder radial nach außen
ermöglicht,
eine relativ einfache Konstruktion besitzt, wirtschaftlich herstellbar
und montierbar ist und eine relativ lange nutzbare Lebensdauer aufweist.
Natürlich
werden für
den Fachmann auch andere Ziele, Merkmale und Vorteile angesichts
dieser Offenbarung deutlich. Auch verschiedenartige andere Werkstückhalter,
die die Erfindung verkörpern,
können
mehr oder weniger die genannten Ziele, Merkmale oder Vorteile erreichen.
-
Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung gehen aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Patentansprüchen und
den beigefügten
Zeichnungen hervor. Hiervon zeigen:
-
1 eine
Montagedarstellung einer Ausführungsform
eines Dornes, teilweise im Schnitt;
-
2 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Korpus des Dornes der 1;
-
3 eine
Rückendansicht
des Korpus in 2;
-
4 eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Werkstückhalterhülse des
Dornes in 1;
-
5 eine
Endansicht der Hülse
in 4; und
-
6 eine
Teilschnittansicht eines Spannfutters.
-
Es
wird nunmehr in größeren Einzelheiten auf
die Zeichnungen Bezug genommen. 1 zeigt einen
hydrostatischen Werkstückhalter,
genauer gesagt einen Dorn 10 zum Halten eines Werkstückes W.
Der Dorn 10 besitzt einen Korpus 12 zur Montage an
einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) und zum Tragen von anderen
Teilen des Dornes 10. Eine externe, in Umfangsrichtung
kontinuierliche ringförmige Ausnehmung 14 in
der Außenfläche des
Korpus 12 bildet teilweise eine Fluidkammer 13,
die durch Dichtungselemente, wie elastische Ringe 16 aus
polymerem Material oder O-Ringe, die in Umfangsnuten 18 im
Korpus 12 angeordnet sind, abgedichtet werden kann. Der
Dorn 10 besitzt ferner eine ausdehnbare Werkstückhalterhülse 20,
die vom Korpus 12 getragen wird, um mit dem Werkstück W in
Eingriff zu treten, wobei die Ringe 16 aus polymerem Material
zwischen dem Korpus 12 und der Hülse 20 angeordnet sind.
Der Haltering 22, wie ein Sprengring, wird vom Korpus 12 getragen,
um die Hülse 20 axial
zu halten.
-
Generell
wird Fluiddruck in irgendeiner geeigneten Weise durch den Korpus 12 gegen
die Hülse 20 aufgebracht,
die in Eingriff mit dem Werkstück W
expandiert. Beispielsweise bilden Schrauben 50, die in
den Enden des Korpus 12 angeordnet sind und in Verbindung
mit der Fluidkammer 13 stehen, einen oder mehrere Kolben,
die durch Drehung der Schrauben 50 vorbewegt oder zurückgezogen
werden können,
um direkten Druck auf das Fluid in der Fluidkammer 13 aufzubringen.
Die Schrauben 50 können
in irgendeiner geeigneten Weise, einschließlich der Benutzung von O-Ringen
(nicht gezeigt) o. ä.,
mit dem Korpus 12 auf abgedichtete Weise in Eingriff stehen. Alternativ
dazu kann Fluiddruck von einem externen Versorgungssystem (nicht
gezeigt) für
unter Druck stehendes Fluid aufgebracht werden, wobei dieses System
eine Zuführleitung
(nicht gezeigt) für
das unter Druck stehende Fluid aufweisen kann, die mit der Fluidkammer 13 durch
den Korpus 12 und durch eine Maschinenspindel auf irgendeine
geeignete Weise in Verbindung steht.
-
Die 2 und 3 zeigen
den Korpus 12 des Dornes 10. Der Korpus 12 besitzt
eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Schulter 24 benachbart
zu einem Schaft 26. Der Schaft 26 bildet eine
Einrichtungen zum Befestigen der Werkstückhaltervorrichtung an einer
Werkzeugmaschine. Wie in 3 gezeigt, kann die Schulter 24 axial
verlaufende Schlitze 32 zum Aufnehmen und Ergreifen von Ansätzen 30 der
Hülse 20 (in
den 4 und 5 gezeigt) besitzen. Der Korpus 12 besteht
vorzugsweise aus wärmebehandeltem
SAE 6150-Stahl, kann jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten
Material bestehen.
-
4 zeigt
die Hülse 20 des
Dornes 10. Die Hülse 20 ist
generell rohrförmig
oder zylindrisch und bildet eine Hülse mit einer relativ hohen
Ausdehnung, die vorzugsweise aus Nitinol (Nickel Titanium Naval Ordinance
Laboratory), vorzugsweise Typ 508 Nitinol, besteht. Die Hülse 20 kann
aus Stangenmaterial hergestellt sein, vorzugsweise unter Verwendung von
Karbidwerkzeugen und unter Anwendung von Bearbeitungsparametern,
die den entsprechen, die bei der Bearbeitung von Titan verwendet
werden. Wie in den 4 und 5 gezeigt,
besitzt die Hülse 20 einen
radial nach außen
verlaufenden Flansch 28 mit axial verlaufenden Ansätzen 30 zum
Ineingrifftreten mit den Schlitzen 32 in der Schulter 24 des
Korpus 12 (3), um einen Drehschlupf der
Hülse 20 relativ
zum Korpus 12 zu begrenzen oder zu verhindern. Wie in 1 gezeigt,
ist die Hülse 20 auf
dem Korpus 12 zwischen dem Haltering 22 und der
Schulter eingefangen. Durch die Verwendung des Nitinol-Materiales
kann sich die Hülse 20 auf
signifikante Weise aus ihrem entspannten Zustand ausdehnen und hierdurch
sowohl eine enge Passung mit dem Werkstück W als auch einen konstanten
und in Umfangsrichtung kontinuierlichen Kontakt mit den Dichtungen 16 aus
Polymermaterial sicherstellen.
-
Nitinol
ist eine intermetallische Nickel-Titan-Verbindung, die von der US-Navy
in den frühen 1960iger
Jahren erfunden wurde. Typ 508 Nitinol besteht aus etwa 55,8% Nickel
und 44,2% Titan. Das Material der Werkstückhalterhülse 20 ist jedoch
nicht allein auf Nitinol 508 beschränkt und kann auch aus irgendwelchen
anderen Nitinol-Legierungen bestehen. Nitinol, insbesondere Nitinol
Typ 508, besitzt viele Eigenschaften, deren potentieller Wert für Werkzeughalter
nicht erkannt wurde. Es kann zu einem extrem glatten Finish poliert
werden, ist von Natur aus hart und kann bis zu einer relativ hohen
Härte wärmebehandelt
werden, ist nahezu immun gegenüber
Korrosion gegenüber
den meisten üblichen
korrosiven Mitteln, besitzt eine hohe Streckgrenze und Zähigkeit
selbst bei erhöhten
Temperaturen und nimmt auf elastische Weise seine entspannte Form und
Größe wieder
ein, selbst nachdem es hohen Belastungen ausgesetzt worden ist.
-
Beim
Zusammenbau werden die Ringe 16 aus polymerem Material über den
Dornabschnitt des Korpus 12 gedehnt und in die Umfangsnuten 18 angeordnet,
wie in den 1 und 2 gezeigt.
Die Hülse 20 wird
koaxial über
dem Ende des Dornabschnittes in Anschlag mit der Schulter 24 des
Dornabschnittes des Korpus 12 montiert. Die Hülse 20 kann
mit loser Passung am Korpus 12 oder mittels Presspassung
am Korpus 12 montiert werden, wie beispielsweise mit einer
diametralen Überlagerung zwischen
der Hülse 20 und
dem Korpus 12 von 0,0005'' bis
0,001''. Danach kann die
Hülse 20 ungeschliffen
gelassen oder zur Reinigung geschliffen werden, beispielsweise mit
einer Schleifscheibe mit Aluminiumoxid mit einer Körnungsnummer 220. Durch
die Anbringung der Hülse 20 über dem
Korpus 12 wird die Hülse 20 in
Dichtungseingriff mit den elastischen Ringen 16 aus polymerem
Material gebracht, wodurch die Ringe 16 komprimiert werden
und die Fluidkammer 13 abgedichtet wird. Schließlich wird der
Haltering 22 über
dem Ende der Hülse 20 montiert.
Der Dornabschnitt des Korpus 12 trägt daher die verschiedenen
vorstehend montierten Komponenten zur Ausbildung des Dornes 10.
-
Es
wird ferner vorgeschlagen, die Hülse 20 in abgedichteter
Weise am Korpus 12 zu befestigen, indem die O-Ringe 16 und
Nuten durch in Umfangsrichtung kontinuierliche Schweißstellen
(nicht gezeigt) an irgendeiner geeigneten Stelle bzw.
-
Stellen
ersetzt werden. Mit anderen Worten, die Hülse
2 kann mit dem
Korpus
12 an einer oder mehreren Stellen verschweißt werden,
um die Fluidkammer
13 abzudichten, wobei irgendwelche geeigneten
Schweißtechniken
Anwendung finden. In diesem Fall können eine oder mehrere in Umfangsrichtung
kontinuierliche Schweißstellen
als Dichtungselemente für
die Werkstückhaltervorrichtung
dienen. Der Fachmann erkennt, dass viele geeignete Techniken angewendet
werden können,
um Nitinol mit Stahl zu verschweißen, einschließlich der
in der
US-PS 6 875 949 beschriebenen
Technik, auf die hiermit offenbarungsmäßig Bezug genommen wird.
-
Im
Gebrauch wird ein Werkstück
W über
der Außenfläche der
Hülse 20 angeordnet,
bis das Werkstück
W mit dem Flansch 28 der Hülse 20 in Eingriff tritt.
Bei dem Werkstück
W kann es sich um eine Hülse
aus Gusseisen, einen Zahnradrohling oder irgendein anderes Werkstück, das
zur Montage auf dem Dorn 10 geeignet ist, handeln. Ein
Werkstück aus
Gusseisen, wie eine Zylinderauskleidung für einen Motor, besitzt relativ
raue Oberflächen
und signifikante Änderungen
in Bezug auf den Innen- und Außendurchmesser.
Somit ist eine relativ große
Verschiebung der Hülse 20 wünschenswert,
um derartige Werkstücke
auf dem Dorn 10 festzuhalten und genau zu positionieren.
-
Der
Fachmann erkennt, dass zum festen Halten des Werkstückes W auf
dem Dorn 10 Fluid unter Druck von einer externen oder internen
Quelle durch Fluidkanäle
des Korpus 12 in die Fluidkammer 13 geleitet wird.
Die Kraft des unter Druck stehenden Fluides verschiebt die elastische
Hülse 20 radial nach
außen
in festen Eingriff mit einer Innenfläche des Werkstückes W,
was zu einem festen Halten und genauen Positionieren des Werkstückes W führt, so dass
Bearbeitungsvorgänge
am Werkstück
ausgeführt
werden können.
Um das Werkstück
W nach den Bearbeitungsvorgängen
zu entfernen, wird der Druck des der Fluidkammer 13 zugeführten Fluides
herabgesetzt, so dass sich die Hülse 20 entspannt
und radial zusammenzieht. Somit wirkt die Hülse 20 als Eingriffselement,
um zu expandieren und mit dem Werkstück W radial nach außen in Eingriff
zu treten.
-
Die
Hülse ist
in einem relativ hohen Ausmaß radial
verschiebbar und erholbar im Vergleich zu herkömmlichen Werkstückhalterhülsen aus
Stahl. Der Fluiddruck, der zum Expandieren der Hülse 20 in Eingriff
mit dem Werkstück
W aufgebracht wird, ist relativ niedrig im Vergleich zu herkömmlichen
Werkstückhaltern,
die mit Hülsen
ausgerüstet
sind, welche aus Stahl, wie SAE 6150 oder SAE 4140, bestehen. Beispielsweise
können
weniger als 600 PSI eingesetzt werden, um eine Hülse 20 mit einem Durchmesser von
einem Zoll um etwa 0,0005'' bis 0,001'' zu expandieren. Dies ist ein wesentlich
geringerer Fluiddruck als die 6000 PSI, die erforderlich sind, um
eine Hülse aus
SAE 6150-Stahl um den gleichen Wert zu expandieren. Darüber hinaus
werden nur etwa 1500 PSI benötigt,
um eine Hülse
mit einem Durchmesser von einem Zoll um etwa 0,0015'' bis 0,0030'' zu
expandieren, während
2500 PSI erforderlich sind, um eine Hülse mit einem Durchmesser von
einem Zoll aus SAE 6150-Stahl um weniger als die Hälfte dieses Wertes
zu expandieren.
-
Überraschenderweise
ist trotz der höchst
flexiblen Natur der Hülse 20 die
Genauigkeit des Werkstückhalters 10 ver gleichbar
mit der Genauigkeit von herkömmlichen
Werkstückhaltern
mit Stahlhülsen. Beispielsweise
neigt eine herkömmliche
Stahlhülse von
einem Zoll, die mit 0,005'' über ihren Durchmesser betätigt wird,
zu einem Durschnittswert von etwa 0,0002'' der
Gesamtanzeige-Unrundheit (Total Indicator Runout)(TIR). Der Wert
TIR kann über
die Eingriffslänge
Hülse-Werkstück einer
Hülse gemessen werden.
Im Vergleich hierzu ist ein Dorn von einem Zoll mit einer Hülse 20 doppelt
so stark oder um 0,010'' expandierbar, neigt
jedoch dazu, einen vergleichbaren TIR-Wert von etwa 0,00115'' bis 0,0004'' und
vorzugsweise innerhalb von etwa 0,0003'' zu
ergeben. Mit anderen Worten, die Hülse 20 kann in ihrer
Größe vom ursprünglichen
entspannten Durchmesser mindestens um etwa 1% im Durchmesser oder
mindestens um etwa 2% ihres Gesamtquerschnittsbereiches expandiert
werden und besitzt eine Unrundheit innerhalb eines TIR-Wertes von
etwa 0,0003'' oder von etwa 0,03%
ihres Durchmessers. Die Hülse 20 kann
in Abhängigkeit
von diesen Fluiddrücken
und Verschiebungen auf wiederholte Weise expandiert und entspannt
werden. Nach dem Expandieren nimmt die Hülse 20 im Wesentlichen
wieder ihren ursprünglichen
entspannten Durchmesser ein, und zwar in einem Bereich von etwa
0,00% bis 0,01% ihres ursprünglichen
entspannten Durchmessers. Somit kann die Hülse 20 mindestens
doppelt so stark wie eine herkömmliche
Stahlhülse
expandieren, besitzt jedoch ein entsprechendes oder besseres TIR-Verhalten
in ihrem expandierten und wiedererlangten entspannten Zustand.
-
Darüber hinaus
besitzt die Hülse 20 ein
im Wesentlichen vollständiges
und wiederholbares Formänderungserholungsvermögen von
bis zu etwa 6% ihres gesamten Querschnittsberei ches oder etwa 3% ihres
Gesamtdurchmessers. Ein im Wesentlichen vollständiges Formänderungserholungsvermögen bedeutet,
dass die Hülse 20 nach
dem Expandieren in ihrem erholten Zustand im Wesentlichen wieder
ihren Durchmesser zurückgewinnt.
In entsprechender Weise bedeutet ein im Wesentlichen wiederholbares Formänderungserholungsvermögen, dass
die Hülse 20 ihren
Durchmesser im entspannten Zustand nach einer Vielzahl von Expansions-
und Entspannungszyklen wiedererlangen kann.
-
Ferner
besitzt die Hülse 20 auch
ein im Wesentlichen vollständiges
Formänderungserholungsvermögen von
bis zu etwa 8% ihres gesamten Querschnittsbereiches oder etwa 4%
ihres Gesamtdurchmessers für
mindestens einen Zyklus. Bei einem herkömmlichen Werkstückhalter
ist es bekannt, dass eine Stahlhülse
mit einem Durchmesser von einem Zoll bis zu einem Maximalwert von
nur etwa 0,005'' expandierbar ist,
bevor die nicht wiederherstellbare Elastizitätsgrenze der Hülse überschritten
wird. Im Gegensatz dazu ist die Hülse 20 mit einem Durchmesser
von einem Zoll um etwa 0,040'' oder mehr expandierbar,
bevor die wiederherstellbare Elastizitätsgrenze der Hülse 20 überschritten
wird.
-
Obwohl
Hülsen
mit einem Durchmesser von einem Zoll und einer Wanddicke von etwa
0,090 Zoll verglichen wurden, versteht es sich, dass eine Hülse mit
irgendeiner geeigneten Größe verwendet
werden kann. Mit anderen Worten, das Verhalten einer größeren oder
kleineren Hülse
ist grob proportional zu dem Verhalten, das in Bezug auf die Hülse mit
einem Durchmesser von einem Zoll beschrieben wurde. Der Fachmann
erkennt, dass die Ergebnisse in Abhängigkeit von der Wanddicke
der speziellen Hülse
variieren, jedoch für
Hülsen
mit typischen Wanddicken von etwa 6% bis 12% ihres Gesamtdurchmessers,
d. h. 0,060'' bis 0,120'' für
eine Hülse
mit einem Durchmesser von einem Zoll, relativ vorhersagbar sind. Während die
Hülse 20 vorzugsweise
aus Nitinol besteht, kann sie des Weiteren auch aus irgendeinem anderen
geeigneten Material bestehen, das die vorstehend beschriebenen Verhaltenseigenschaften aufweist.
-
6 zeigt
eine andere gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsform
eines Werkstückhalters.
Diese Ausführungsform
entspricht in vielerlei Hinsicht der Ausführungsform der 1 bis 5,
so dass gleiche Bezugszeichen beider Ausführungsformen generell gleiche
oder entsprechende Elemente über die
diversen Ansichten der Figuren bezeichnen. Ferner wird auf die Beschreibung
der vorhergehenden Ausführungsformen
Bezug genommen, und es werden die gemeinsamen Merkmale hier nicht
wiederholt. Während
die Hülsenverschiebung
der vorhergehenden Ausführungsform
als Hülsenexpansion
beschrieben wurde, versteht des sich für den Fachmann, dass die Hülsenverschiebung
sowohl die Expansion und/oder Kontraktion umfasst.
-
6 zeigt
einen anderen hydrostatischen Werkstückhalter, genauer gesagt ein
Spannfutter 110 zum Halten eines Werkstückes W'. Das Spannfutter 110 besitzt
einen Korpus 112 zur Montage an einer Werkzeugmaschine
(nicht gezeigt) und zum Tragen von anderen Komponenten des Spannfutters 110. Eine
innere Umfangsausnehmung 114 im Korpus 112 bildet
teilweise eine Fluidkammer 113, die durch elastische Ringe 116 aus
polymerem Material, wie O-Ringe, abgedichtet ist, welche in Umfangsnuten 118 im
Korpus 112 angeordnet sind. Das Spannfutter 110 besitzt
ferner eine kontraktierbare Hülse 120 großer Expansion,
die vom Korpus 112 getragen wird, um mit der Außenseite
des Werkstücks
W' in Eingriff zu
treten. Die Hülse 120 steht
ferner mit den Ringen 116 aus polymerem Material in Eingriff,
die zwischen dem Korpus 112 und der Hülse 120 angeordnet
sind. Ein Haltering 122 wird vom Korpus 112 getragen,
um die Hülse 120 im
Spannfutter 110 axial zu halten. Generell wird Fluiddruck
durch den Korpus 112 gegen die Hülse 120 aufgebracht,
die radial kontraktiert oder radial einwärts in Eingriff mit dem Werkstück W' gepresst wird.
-
Der
Korpus 112 ist im Wesentlichen ein zylindrisches Rohr oder
ein Fassungsabschnitt, in dem Werkstücke W' aufgenommen werden. Der Korpus 112 besitzt
eine innere zylindrische Ausnehmung 114, die teilweise
eine Fluidkammer bildet. Die Fluidkammer 113 wird zusätzlich von
der Hülse 120 und den
Ringen 116 aus polymerem Material, die von einer oder mehreren
ringförmigen
Nuten 118 im Korpus 11 gehalten werden, begrenzt.
Der Korpus 112 besteht vorzugsweise aus wärmebehandeltem
SAE 6150-Stahl, kann jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten
Material bestehen.
-
Die
Hülse 120 ist
generell rohrförmig
oder zylindrisch und besteht vorzugsweise aus Nitinol Typ 508. Wie
in 6 gezeigt, können
sich Ansätze 130 axial
von der Hülse 120 erstrecken
und in entsprechenden Schlitzen 132 im Korpus 112 angeordnet sein
und mit diesen in Eingriff stehen, um auf diese Weise den Drehschlupf
der Hülse 120 relativ
zum Korpus 112 zu begrenzen oder zu verhindern. Durch die
ein zigartigen Materialeigenschaften kann sich die Hülse 120 auf
signifikante Weise aus ihrem entspannten Zustand zusammenziehen,
so dass sowohl eine enge Passung mit dem Werkstück W' als auch ein konstanter Kontakt mit
den Ringen 116 aus polymerem Material gesichert wird. Die
Hülse 120 erleichtert
im Gebrauch einen großen
Kontraktionsbereich.
-
Bei
der Montage werden die elastischen Ringe 116 aus polymerem
Material in den Korpus 112 eingesetzt und in den Umfangsnuten 118 positioniert. Die
Hülse 120 wird
dann koaxial im Korpus 112 im Anschlag mit einer Schulter 124 des
Korpus 112 und in Dichtungseingriff mit den Ringen 116 aus
polymerem Material eingesetzt, so dass die Fluidkammer 113 abgedichtet
wird. Daher trägt
der Fassungsabschnitt des Korpus 112 die verschiedenen
vorstehend genannten montierten Komponenten, die das Spannfutter 110 bilden.
-
Im
Gebrauch wird ein Werkstück
W' in der Hülse 120 angeordnet,
bis das Werkstück
W' mit einem inneren
Ende 140 des Korpus 112 in Eingriff tritt. Bei
dem Werkstück
W' kann es sich
um eine Gusseisenhülse,
einen Zahnradrohling oder irgendein anderes Werkstück handeln,
das in einem Spannfutter montiert werden kann. Eine Gusseisenhülse, wie eine
Zylinderauskleidung für
einen Motor, besitzt relativ raue Oberflächen und signifikante Schwankungen
des Innen- und Außendurchmessers.
Somit ist eine relativ große
Verschiebung der Hülse 120 wünschenswert,
um derartige Werkstücke
im Spannfutter 110 festzuhalten und genau zu positionieren.
-
Zum
festen Halten des Werkstücks
W' im Spannfutter 110 wird
unter Druck stehendes Fluid von einer äußeren oder inneren Quelle (nicht
gezeigt) durch den Hauptfluidkanal 136 und Zweigfluidkanal 138 in
die Fluidkammer 113 eingeführt. Die radial nach innen
gerichtete Kraft des unter Druck stehenden Fluides verschiebt die
elastische Hülse 120 in festen
Eingriff mit einer Außenfläche des
Werkstücks W', so dass auf diese
Weise das Werkstück
W' festgehalten
und genau positioniert wird, so dass Bearbeitungsvorgänge hieran
ausgeführt
werden. Um das Werkstück
W' nach den Bearbeitungsvorgängen zu entfernen,
wird der Druck des der Fluidkammer 113 zugeführten Fluides
erniedrigt, um auf diese Weise den Druck des Fluides in der Fluidkammer 113 herabzusetzen,
so dass sich die Hülse 120 entspannt und
in ihren Ruhezustand expandiert. Somit wirkt die Hülse 120 als
Eingriffelement, um mit dem Werkstück W' radial einwärts in Eingriff zu treten.
-
Der
Werkstückhalter
kann in irgendeiner geeigneten Konfiguration einschließlich eines
Dornes oder eines Spannfutters ausgebildet sein und eine fluidbetätigte oder
mechanisch betätigte
Hülse aufweisen.
Beispielsweise sind exemplarische hydrostatische Werkstückdorne
und -spannfutter in der amerikanischen Patentanmeldung 2006/0131820
beschrieben, auf die hiermit in ihrer Gesamtheit Bezug genommen
wird. Bei einem anderen Beispiel ist ein exemplarischer mechanisch
betätigter
Werkstückhalter
in der amerikanischen Patentanmeldung 2006/0097463 offenbart, auf
die ebenfalls in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
-
Die
vorstehend beschriebenen Werkstückhalterausführungsformen
weisen Werkstückhalterhülsen mit
hoher Expansion auf, um das Verhalten der Werkstückhalter gleichzeitig zu ver einfachen
und zu verbessern. Als erstes benötigen diese Werkstückhalter
keine schwierig herzustellenden Spannringe oder ein entsprechendes
Blasenzwischenlement. Als zweites können die Werkstückhalterhülsen unter
relativ geringem Fluiddruck im Vergleich zu den massiven Hülsen, die
aus Stahl bestehen, wesentlich stärker expandieren oder kontraktieren.
Als drittes besitzen die Hülsen
eine einfache Konstruktion als metallbeschichtete Kunststoffhülsen, einen
besseren Verschleiß als
metallbeschichtete Kunststoffhülsen und
halten ihre Form besser als metallbeschichtete Kunststoffhülsen aufrecht.
Trotz der Tatsache, dass stark expandierbare Hülsen vorgesehen sind, lecken die
Werkstückhalter
nicht. Mit anderen Worten, die Verwendung der Hülsen mit hoher Expansion führte zu
dem überraschenden
Ergebnis, dass die Werkstückhalter
bei einer Konstruktion die guten Eigenschaften der verschiedenen
vorhergehenden Werkstückhalter
aufweisen, ohne ihre wesentlichen Beschränkungen und Nachteile zu besitzen.
-
Die
hier in der Beschreibung und den Patentansprüchen verwendeten Begriffe „beispielsweise", „zum Beispiel" und „wie" sowie die Verben „umfassen", „haben", „aufweisen" sowie ihre anderen
Verbformen sind, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung von
einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet
werden, als unbeschränkt
aufzufassen, was bedeutet, dass die Auflistung keine anderen weiteren
Komponenten, Elemente oder Gegenstände ausschließt. Darüber hinaus
finden reine richtunganzeigende Worte, wie oben, unten, oberer,
unterer, radial, in Umfangsrichtung, axial, seitlich, in Längsrichtung,
vertikal, horizontal, u. ä.,
in beschreibender Weise Verwen dung, um die Orientierung der in den
Zeichnungen dargestellten Werkstückhalterausführungsformen
anzuzeigen, und sind in keiner Weise einschränkend. Auch andere Begriffe
sind in ihrer breitesten Bedeutung aufzufassen, wenn sie nicht in
einem Zusammenhang verwendet werden, der eine andere Interpretation
erforderlich macht. Wenn Elemente der vorliegenden Erfindung oder
von deren Ausführungsformen
eingeführt
werden, sollen die Artikel „ein", „eine", „der", „die" und „das" die Bedeutung besitzen, dass
ein oder mehrere Elmente vorhanden sind.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung mit einer begrenzten Anzahl von gegenwärtig bevorzugten beispielhaften
Ausführungsformen
erläutert
wurde, sind viele andere Ausführungsformen
möglich.
Es sollen hier nicht sämtliche
möglichen äquivalenten Ausführungsformen
und Verzweigungen der vorliegenden Erfindung erwähnt werden. Andere Modifikationen,
Variationen, Ausführungsformen,
Verzweigungen, Substitutionen und/oder Äquivalente sind für den Fachmann
angesichts der vorhergehenden Beschreibung augenscheinlich. Mit
anderen Worten, die Lehren der vorliegenden Erfindung umfassen viele Substitutionen
oder Äquivalente
der in den nachfolgenden Patentansprüchen wiedergegebenen Beschränkungen.
Beispielsweise können
die offenbarten Konstruktionen, Materialien, Größen, Formen u. ä. ohne Weiteres
durch andere Konstruktionen, Materialien, Größen, Formen u. ä. ersetzt
oder entsprechend modifiziert werden. Die vorliegende Erfindung soll
alle diese Ausführungsformen,
Verzweigungen, Modifikationen, Variationen, Substitutionen und/oder Äquivalente,
die unter den Umfang der Patentansprüche fallen, umfassen.