DE102009043709A1

DE102009043709A1 - Hydraulisches Dehnspannwerkzeug zum hochgenauen Spannen von mehreren Teilen

Info

Publication number: DE102009043709A1
Application number: DE200910043709
Authority: DE
Inventors: Stefan Morgenstern
Original assignee: Maschinenbau Service Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Maschinenbau Service Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: DE102009043709B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dehnspannwerkzeug zum hochgenauen Spannen von mehreren Teilen, welches im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit einer Ringschulter und einer abgesetzten, dornförmigen Dehnhülsenaufnahme sowie einer von einem Hydraulikmedium in Verbindung mit einer Druckerzeugungseinrichtung mit Spanndruck beaufschlagbaren, in radialer Richtung über eine Druckkammer erweiterbaren, als Spannstelle dienenden Dehnhülse besteht. Verwendung findet die Erfindung insbesondere für Dehnspanndorne, auf denen durch Innenspannung mehrere, eine Präzisionsbohrung aufweisende Teile aufgenommen und nachfolgend einer gleichzeitigen mechanischen Bearbeitung ihrer Außenkontur auf einer Fertigungseinrichtung unterzogen werden sollen. Während es Aufgabe der Erfindung ist, ein Dehnspannwerkzeug vorzugschlagen, welches beim Spannen eine gleichförmige radiale Aufweitung der Druckkammern der Dehnhülse ermöglicht und damit eine koaxiale Lage der in Gruppen gespannten Teile sowie bei der Außenkonturbearbeitung einheitlche maßliche Verhältnisse über alle Teile absichern kann, wird diese dadurch gelöst, dass die Dehnhülse (8) mehrere separate Spannstellen (16) aufweist, denen jeweils mindestens drei Druckkammern (7) zugeordnet sind und an der Innenwandung der Dehnhülse (8) zwischen den Druckkammern (7) und in axialer Richtung der Dehnhülse (8) zwischen den Druckkammern (7) von benachbarten Spannstellen (16) Stützen (18) vorgesehen sind, die mit der die Dehnhülse (8) ...

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dehnspannwerkzeug zum hochgenauen Spannen von mehreren Teilen, welches im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit einer Ringschulter und einer abgesetzten, dornförmigen Dehnhülsenaufnahme sowie einer von einem Hydraulikmedium in Verbindung mit einer Druckerzeugungseinrichtung mit Spanndruck beaufschlagbaren, in radialer Richtung über eine Druckkammer erweiterbaren, als Spannstelle dienenden Dehnhülse besteht.
Verwendung findet die Erfindung, insbesondere für Dehnspanndorne, auf denen durch Innenspannung mehrere, eine Präzisionsbohrung aufweisende Teile aufgenommen und nachfolgend einer gleichzeitigen mechanischen Bearbeitung ihrer Außenkontur auf einer Fertigungseinrichtung unterzogen werden sollen. Diese Außenkontur kann von beliebiger Form sein. Derartige Teile können beispielsweise die Nocken für so genannte „gebaute” Nockenwellen für Brennkraftmaschinen sein, wobei an diesen ellipsenförmigen Nocken eine Bearbeitung der Außenkontur durch Schleifen erfolgt.
Eine derartiges Dehnspannwerkzeug in Form eines Dehnspanndornes ist aus der DE 195 31 211 A1 bekannt. Dabei ist die Druckkammer als eine wendelförmige Nut ausgestaltet, die allein in der Mantelfläche des die Dehnhülse tragenden Abschnitts des dornförmigen Grundkörpers angeordnet ist und von der Dehnhülse abgedeckt wird. Dadurch soll bei entsprechender Druckbeaufschlagung eine gleichförmige radiale Aufweitung der Dehnhülse unter Ausbildung eines schmalen lang gestreckten Ringraumes zwischen der Innenwandung der Dehnhülse und der Außenwandung des die wendelförmige Nut beinhaltenden Abschnitts des dornförmigen Grundkörpers sichergestellt werden. Tatsächlich kann diese Wirkung jedoch deshalb nicht eintreten, weil sich die Dehnhülse über ihrer Breite bzw. den axialen Spannbereich der Teile unterschiedlich aufweitet. Diese verschiedenartige Aufweitung der Dehnhülse über den Bereich der Längserstreckung der wendelförmigen Nut bedingt, dass die auf dem Dehnspannwerkzeug mittels ihrer Bohrung fixierten und außerdem mit ihren Planseiten aneinander liegenden Teile hinsichtlich ihrer koaxiale Ausrichtung in Bezug auf die Achse der Bohrung nur eine ungenaue Spannlage erfahren können. Eine anschließende mechanische Bearbeitung (z. B. Schleifen) der Außenkontur der Teile (z. B. Nocken) erbringt somit im Endergebnis nur eine unzureichende Genauigkeit hinsichtlich den Lage- und Formabweichungen in Bezug auf die Bohrung der Teile, so dass es nicht möglich ist, diese Teile und/oder Teile aus weiteren Bearbeitungsvorgängen unter Verwendung des Dehnspannwerkzeuges für die Zusammenstellung von „gebauten” Nockenwellen von Brennkraftmaschinen zu verwenden, ohne dass es einer Nachbearbeitung der Nockenwellen bedarf. Durch den direkten Kontakt der Teile wirken sich außerdem Winkelfehler deren Planseiten wiederum negativ auf die koaxiale Lage der gespannten Teile und damit die Lage- und Formabweichungen zur Bohrung aus. Außerdem vollzieht sich bei der Außenkonturbearbeitung und der damit einhergehende Wärmeeinwirkung auf die im Block gespannten Teile zwischen den Teilen ein Temperaturgefälle in Richtung der außen liegenden Teile, so dass im Endergebnis wiederum keine einheitlichen maßlichen Verhältnisse angesichert werden können. Weiterhin gestaltet sich die Abdichtung des Bereiches beiderseits der wendelförmigen Nut deshalb schwierig, weil jede separate Dichtung zwangsläufig das Risiko von eintretenden Leckverlusten beinhaltet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dehnspannwerkzeug vorzuschlagen, welches beim Spannen eine gleichförmige radiale Aufweitung der Druckkammern der Dehnhülse ermöglicht und damit eine koaxiale Lage der in Gruppen gespannten Teile sowie bei der Außenkonturbearbeitung einheitliche maßliche Verhältnisse über alle Teile absichern kann. Weiterhin sollen Winkelfehler der Planseiten der Teile ohne Einfluss auf die Koaxialität der gespannten Teile sein und die Abdichtung der Druckkammern auf einfache und wirkungsvolle Weise sichergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Dehnspanneinrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein hydraulisches Dehnspannwerkzeug zum hochgenauen Spannen von mehreren Teilen zur Verfügung gestellt wird, welches beim Spannen eine gleichförmige radiale Aufweitung der Druckkammern der Dehnhülse ermöglicht und Winkelfehler der Planseiten der Teile keine Auswirkungen auf die koaxiale Lage der gespannten Teile ausüben, so dass bei einer nachfolgenden Bearbeitung (z. B. Schleifen) der Außenkontur der Teile (z. B. ellipsenförmige Nocken) eine hohe Lage- und Formgenauigkeit zur Präzisionsbohrung der Teile sichergestellt werden kann. Durch die separat ausgeführten Spannstellen für jedes der Teile und den damit verbundenen Abstand der Teile werden bei der Außenkonturbearbeitung alle Teile einer im Wesentlichen identischen Temperaturbeeinflussung unterzogen, wodurch über alle Teile einheitliche maßliche Verhältnisse erzielbar sind.
In der Folge werden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass Teile aus diesem Bearbeitungsvorgang und/oder Teile aus weiteren Bearbeitungsvorgängen unter Verwendung des Dehnspannwerkzeuges für die Zusammenstellung von „gebauten” Nockenwellen von Brennkraftmaschinen Verwendung finden können, ohne dass eine Nachbearbeitung der mit den Nocken bestückten Nockenwellen erforderlich wird. Letztlich werden zur Abdichtung der Dehnhülse keine zusätzlichen Dichtungen benötigt, da auch diese Aufgabe von den Stützen der auf den Grundkörper aufgeschrumpften Dehnhülse übernommen wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 charakterisiert.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Dehnspannwerkzeuges in Form eines Dehnspanndornes im Axialschnitt
2 eine weitere Ansicht eines Dehnspanndornes im Axialschnitt
3 eine Schnittdarstellung des Dehnspanndornes entlang der Linie A-A der 2
4 eine Schnittdarstellung des Dehnspanndornes entlang der Linie B-B der 2
5 eine Ansicht eines Dehnspanndornes im Axialschnitt mit den in Abstand zueinander angeordneten und gespannten, als Nocken ausgebildeten Teilen
In den 1 bis 3 ist ein beispielhaft als Dehnspanndorn ausgebildetes Dehnspannwerkzeug 1 dargestellt. Dieses besteht aus einem Grundkörper 2 mit einer Ringschulter 3 und einer abgesetzten, dornförmigen Dehnhülsenaufnahme 4 sowie einer von einem Hydraulikmedium 5 (Öl) in Verbindung mit einer Druckerzeugungseinrichtung 6 mit Spanndruck beaufschlagbaren, in radialer Richtung über Druckkammern 7 erweiterbaren Dehnhülse 8. Die Druckerzeugungseinrichtung 6 setzt sich aus einem Kolben 9, einer Kugel 10 und einer Öldruckschraube 11 zusammen, wobei durch einen formschlüssigen Eingriff eines nicht dargestellten Betätigungselements an der Öldruckschraube 11 der erforderliche Spanndruck durch Axialverschiebung des Kolbens 9 dadurch aufgebaut werden kann, indem das ölige Hydraulikmedium 5 durch einen axial durch den Grundkörper 2 verlaufenden Zuführungskanal 12 und dessen radial abzweigenden Nebenkanälen 13 in die Druckkammern 7 der Dehnhülse 8 gepresst wird. Grundkörperseitig weist der Zuführungskanal 12 eine Einfüllöffnung 14 für das Hydraulikmedium 5 auf, die mittels eines Stopfens 15 verschließbar ausgestaltet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind gemäß 4 und 5 an der Dehnhülse 8 vier separate Spannstellen 16 für die Aufnahme der zu spannenden Teile 17 (5) in axialer Erstreckung angeordnet. Jeder dieser Spannstellen 16 sind drei, zur dornförmigen Dehnhülsenaufnahme 4 des Grundkörpers 2 offene Druckkammern 7 zugeordnet, die untereinander im gleichen Abstand in der Innenwandung der Dehnhülse 8 vorgesehen sind. Außerdem sind an der Innenwandung der Dehnhülse 8 zwischen den Druckkammern 7 und in axialer Richtung der Dehnhülse 8 zwischen den Druckkammern 7 von benachbarten Spannstellen 16 Stützen 18 befindlich, die mit der die Dehnhülse 8 tragenden Dehnhülsenaufnahme 4 des Grundkörpers 8 kraftschlüssig, z. B. durch Schrumpfung, verbunden sind. Weiterhin ist der Grundkörper 2 im Bereich seiner Ringschulter 3 mit der Dehnhülse 8 formschlüssig, z. B. durch Schweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen, verbunden ausgestaltet. Alternativ kann die Dehnhülse 8 am Grundkörper 2 durch eine nicht dargestellte Schraubverbindung befestigt werden.
Die Breite b jeder der Druckkammern 7 ist größer als die Breite B der zu spannenden Teile 17 ausgeführt, wodurch die Planseiten 19 der Teile 17 in gedachter Linie die Druckkammer 7 schneiden.
Grundsätzlich ist auch die Möglichkeit gegeben, dass an der Dehnhülse 8 bzw. deren Spannstellen 16 mehr als drei Druckkammern 7 vorgesehen sind.
Durch die von den Stützen 18 allseitig umrahmte Ausgestaltung jeder der gewölbeartig ausgeführten Druckkammern 7 in Verbindung mit der durch Schrumpfung hergestellten kraftschlüssigen Verbindung zwischen der dornförmigen Dehnhülsenaufnahme 4 des Grundkörpers 2 und der Dehnhülse 8 wird für das Spannen der Teile 17 durch die zentrale Einleitung des Spanndruckes eine gleichförmige radiale Aufweitung der Druckkammern 7 der Dehnhülse 8 dadurch ermöglicht, dass sich, aufgrund der aus Schrumpfverbindung resultierenden Vorspannung, die Stützen 18 auch unter Spanndruck weiterhin auf der Dehnhülsenaufnahme 4 abstützen. Damit wird gleichzeitig neben einer einfachen und wirkungsvollen Abdichtung der Druckkammern 7 auch eine gleichförmige radiale Aufweitung der Druckkammern 7 der Dehnhülse 8 über alle Spannstellen 16 abgesichert, so dass eine hochgenaue koaxiale Lage der in Gruppen gespannten Teile 17 ermöglicht werden kann.
Im vorgegebenen Grenztoleranzbereich findet unabhängig von der Toleranzfeldlage der Präzisionsbohrung des jeweiligen Teiles 17 beim Spannen keine gegenseitige Beeinflussung der Teile 17 in geometrischer oder spanntechnischer Hinsicht statt, weil die Teile an jeder der Spannstellen 16 einer individuellen Fixierung unterzogen werden. Dies erfolgt dadurch, indem durch die sich zwischen den Druckkammern 7 vorgesehenen Stützen 18 lediglich im unmittelbaren Bereich der jeweiligen Druckkammer 7 eine radiale Aufweitung (Deformation) der Dehnhülse erfolgt, ohne das es durch diese Deformation zur Beeinflussung von Druckkammern 7 dieser Spannstelle oder denen von benachbarten Spannstellen 16 kommen kann.
Letztlich werden die Teile 17 mit einem Abstand a auf dem Dehnspanndorn fixiert, so dass mögliche Winkelfehler der Planseiten 19 der Teile 17 ohne Auswirkungen auf die Koaxialität der gespannten Teile 17 bleiben.
Unter Nutzung des erfindungsgemäßen Dehnspannwerkzeuges werden beispielsweise die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass außenkonturgeschliffene Teile (ellipsenförmige Nocken) aus diesem Bearbeitungsvorgang und/oder Teile aus weiteren Bearbeitungsvorgängen für die Zusammenstellung von „gebauten” Nockenwellen von Brennkraftmaschinen Verwendung finden können, ohne dass es einer Nachbearbeitung der Nocken der damit bestückten Nockenwellen bedarf.
Bezugszeichenliste

1: Dehnspannwerkzeug
2: Grundkörper
3: Ringschulter an 2
4: Dehnhülsenaufnahme an 2
5: Hydraulikmedium (Öl)
6: Druckerzeugungseinrichtung
7: Druckkammer
8: Dehnhülse
9: Kolben
10: Kugel
11: Öldruckschraube
12: Zuführungskanal
13: Nebenkanal
14: Einfüllöffnung an 2
15: Stopfen für 14
16: Spannstelle an 8
17: Teil
18: Stütze
19: Planseite an 17
b: Breite von 7
B: Breite von 17
a: Abstand zwischen 17

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19531211 A1 [0003]

Claims

Hydraulisches Dehnspannwerkzeug zum hochgenauen Spannen von mehreren Teilen, welches im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit einer Ringschulter und einer abgesetzten, dornförmigen Dehnhülsenaufnahme sowie einer von einem Hydraulikmedium in Verbindung mit einer Druckerzeugungseinrichtung mit Spanndruck beaufschlagbaren, in radialer Richtung über eine Druckkammer erweiterbaren, als Spannstelle dienenden Dehnhülse besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnhülse (8) mehrere separate Spannstellen (16) aufweist, denen jeweils mindestens drei Druckkammern (7) zugeordnet sind und an der Innenwandung der Dehnhülse (8) zwischen den Druckkammern (7) und in axialer Richtung der Dehnhülse (8) zwischen den Druckkammern (7) von benachbarten Spannstellen (16) Stützen (18) vorgesehen sind, die mit der die Dehnhülse (8) tragenden Dehnhülsenaufnahme (4) des Grundkörpers (2) kraftschlüssig verbunden sind sowie die Dehnhülse (8) im Bereich der Ringschulter (3) mit dem Grundkörper (2) formschlüssig verbunden ausgestaltet ist.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spannstellen (16) der Dehnhülse (8) vier Druckkammern (7) beinhaltet.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammern (7) im gleichen Abstand an der Innenwandung der Dehnhülse (8) angeordnet sind.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Grundkörper (2) und Dehnhülse (8) als eine Schrumpfverbindung ausgestaltet ist.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung von Grundkörper (2) und Dehnhülse (8) als eine Schweißverbindung oder eine Schraubverbindung ausgestaltet ist.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung als eine Elektronenstrahlschweißverbindung ausgeführt ist.
Hydraulisches Dehnspannwerkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (7) eine Breite (b) aufweist, die größer als die Breite (B) des zu spannenden Teiles (17) ausgebildet ist.