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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dehnspannwerkzeug mit einem Grundkörper, der an einer Maschine befestigbar ist, und einer Spannhülse, die in den Grundkörper eingesetzt ist und eine Aufnahme für ein zu spannendes Bauteil definiert, wobei einem hülsenförmigen Basiskörper der Spannhülse eine Radial-Druckkammer zugeordnet ist, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um den Basiskörper elastisch nach innen zu verformen und so eine Spannwirkung zu erzielen, und wobei die Spannhülse an ihrem maschinenseitigen Endbereich einen radial nach außen ragenden Kragen aufweist, der zur Maschinenseite hin eine Axial-Druckkammer begrenzt, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um eine zur Maschinenseite gerichtete Axialkraft auf die Spannhülse auszuüben. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Dehnspannwerkzeug mit einem Grundkörper, der an einer Maschine befestigbar ist, und einer Spannhülse, einen hülsenförmigen Basiskörper aufweist, welcher den Grundkörper umgibt und außenseitig eine Spannfläche für ein zu spannendes Bauteil definiert, wobei dem Basiskörper der Spannhülse eine Radial-Druckkammer zugeordnet ist, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um den Basiskörper elastisch nach außen zu verformen und so eine Spannwirkung zu erzielen, und wobei die Spannhülse an ihrem einen Endbereich einen radial nach innen ragenden Kragen aufweist, der eine Axial-Druckkammer begrenzt, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um eine Axialkraft auf die Spannhülse auszuüben. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Dehnspannwerkzeug, das seiner Funktion nach als ein Spannfutter oder als ein Spanndorn ausgebildet sein kann.
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Dehnspannwerkzeuge dieser Art 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. Man unterscheidet dabei zwei Arten von Dehnspannwerkzeugen, nämlich zum einen sogenannte Spanndorne, bei denen die Spannhülse den Grundkörper umgibt und sich bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer radial nach außen aufweitet, und zum anderen Spannfutter, bei dem die Spannhülse in den Grundkörper eingesetzt ist und zum Spannen einer Welle oder eines Schaftes radial nach innen verformt wird.
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Bei den bekannten Dehnspannwerkzeugen ist die Spannhülse an ihren axialen Endbereichen mit dem Grundkörper in der Regel verlötet, um eine feste Verbindung unter Bildung einer geschlossenen Druckkammer herzustellen. Mit diesen Konstruktionen ist dann eine exakte Zentrierung des zu spannenden Bauteils möglich. Wünschenswert ist es jedoch, auch eine exakte axiale Positionierung zu erreichen.
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Zu diesem Zweck ist bei einem Dehnspannwerkzeug, welches aus der
DE 43 17 170 C2 und hier insbesondere der
6 bekannt ist, die Spannhülse an ihrem maschinenseitigen Endbereich mit einem radial vorstehenden Kragen versehen, auf den bei einem Druckaufbau in der Druckkammer ein Axialdruck ausgeübt wird, der die Dehnhülse in ihrem Spannbereich in Richtung der Maschine zieht. Durch diesen Rückzugseffekt kann eine sichere Plananlage eines zu spannenden Bauteils an dem Dehnspannfutter gewährleistet werden. Als nachteilig wird allerdings angesehen, dass das werkstückseitige Ende der Spannhülse in der zentralen Aufnahmebohrung des Grundkörpers bewegbar geführt sein muss. Dies erfordert eine aufwendige und hochgenaue Bearbeitung der Einzelteile und zusätzlich gegebenenfalls auch noch Dichtungsmaßnahmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Dehnspannwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine exakte Zentrierung und Plananlage des zu spannenden Bauteils ermöglicht und dabei eine hohe radiale Steifigkeit besitzt und einfach hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe ist bei einem Dehnspannfutter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Basiskörper der Spannhülse von einer Dehnhülse umgeben ist, deren hülsenförmiger Basiskörper die Radial-Druckkammer außenseitig begrenzt und die an ihrem von der Maschine wegweisenden axialen Endbereich einen radial nach außen ragenden Kragen aufweist, wobei die Dehnhülse mit dem Grundkörper an dem maschinenseitigen Endbereich ihres Basiskörpers und an dem radial äußeren Randbereich ihres Kragens fest verbunden ist und ein im Wesentlichen durchgehender, im Querschnitt L-förmiger Hohlraum zwischen der äußeren Mantelfläche des Basiskörpers und dem Kragen der Dehnhülse einerseits und dem Grundkörper andererseits gebildet wird, und dass die Spannhülse an dem radial äußeren Randbereich ihres Kragens mit dem Grundkörper und an dem vom Maschinenende wegweisenden Endbereich ihres Basiskörpers mit der Dehnhülse unter Bildung der Druckkammern fest verbunden ist. Bei einem Dehnspanndorn der eingangs genannten Art wird die Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass in die Spannhülse eine Dehnhülse eingesetzt ist, deren hülsenförmiger Basiskörper die Radial-Druckkammer innenseitig begrenzt und die an ihrem dem Kragen der Spannhülse gegenüberliegenden axialen Endbereich einen radial nach innen ragenden Kragen aufweist, wobei die Dehnhülse mit dem Grundkörper an dem radial inneren Randbereich ihres Kragens und an dem dem Kragen gegenüberliegenden axialen Endbereich ihres Basiskörpers fest verbunden ist und ein im Wesentlichen durchgehender, im Querschnitt L-förmiger Hohlraum zwischen der inneren Mantelfläche des Basiskörpers und dem Kragen der Dehnhülse und dem Grundkörper gebildet wird, und dass die Spannhülse an dem radial inneren Randbereich ihres Kragens mit dem Grundkörper und an ihrem dem Kragen gegenüberliegenden axialen Endbereich ihres Basiskörpers mit der Dehnhülse unter Bildung der Druckkammern fest verbunden ist.
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Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, den Basiskörper der Spannhülse an seinem der Axial-Druckkammer gegenüberliegenden Endbereich axial bewegbar zu halten. Hierzu ist der Basiskörper an diesem Endbereich mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Dehnhülse verbunden, die aufgrund ihrer L-Form an dem Verbindungsbereich eine ausreichende Elastizität besitzt, wobei der für die Bewegung der Dehnhülse erforderliche Platz durch den Hohlraum, welcher zwischen der Dehnhülse und dem Grundkörper vorhanden ist, zur Verfügung gestellt wird. Der Kragen der Dehnhülse bildet hierbei einen Biegearm. Die Länge des Biegearms und die Materialeigenschaften sind dabei so gewählt, dass die Dehnhülse in dem Verbindungsbereich bei den auftretenden Spannkräften die gewünschte Verformung erfährt.
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In an sich bekannter Weise können der Grundkörper, die Spannhülse und die Dehnhülse miteinander verlötet sein, wobei sich insbesondere eine Verbindung durch Hochtemperaturlöten beispielsweise in einem Vakuumofen anbietet. Die Verbindung durch Hochtemperaturlöten hat den Vorteil, dass eine permanente und fluiddichte Verbindung zwischen den Bauteilen auf einfache Weise hergestellt werden kann, indem der Grundkörper mit daran positionierter Spann- und Dehnhülse in einem Ofen platziert und erhitzt wird, bis das Lötmaterial aufschmilzt. Dieses kann beispielsweise in entsprechenden Nuten vorgesehen sein.
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Auch ist es möglich, die Spannhülse und die Dehnhülse an ihrem Verbindungsbereich miteinander zu verschrauben. Auf diese Weise wird an dieser stark beanspruchten Verbindungsstelle eine formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen hergestellt. In gleicher Weise kann auch die Dehnhülse an dem Bereich ihres Basiskörpers, der ihrem Kragen gegenüberliegt, mit dem Grundkörper verschraubt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Radial-Druckkammer mit der Axial-Druckkammer verbunden ist, sodass eine durchgängige Druckkammer mit dann L-förmigem Querschnitt gebildet wird. Eine Trennung der Druckkammern ist grundsätzlich auch möglich. In diesem Fall müssten die Radial-Druckkammer und die Axial-Druckkammer allerdings gegeneinander abgedichtet sein, was mit zusätzlichen Aufwand verbunden ist. Die Trennung von Radial-Druckkammer und Axial-Druckkammer bietet lediglich den Vorteil, dass in den Druckkammern unterschiedliche Drücke erzeugt werden können.
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Schließlich kann an den Hohlraum, welcher zwischen der Dehnhülse und dem Grundkörper gebildet wird, eine Hydraulikmittelleitung angeschlossen sein, über welche in dem Hohlraum ein Druck erzeugt werden kann. Durch einen Druckaufbau in dem Hohlraum wird einer Verformung der Dehnhülse aufgrund des in der Druckkammer herrschenden Drucks entgegengewirkt mit der Folge, dass ein höherer Druck in der Druckkammer herrscht.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine erste Ausführungsform eines als Dehnspannfutter ausgebildeten Dehnspannwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt,
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2 das Dehnspannfutter im Werkstück entlang der Linie II-II von 1,
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3 eine Prinzipskizze zur Wirkungsweise des in 1 und 2 dargestellten Dehnspannfutters,
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4 eine Ausführungsform eines als Dehnspanndorn ausgebildeten Dehnspannwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt, und
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5 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wirkungsweise des in 4 dargestellten Dehnspanndorns.
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In den 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines als Dehnspannfutter 1 ausgebildeten Dehnspannwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Das Dehnspannfutter 1 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 2 aus einem formsteifen Material, der an seinem in der Zeichnung unteren Endbereich an einer Maschine befestigbar ist. Im Grundkörper 2 ist eine zentrale Durchgangsbohrung 3 vorgesehen, in die eine Spannhülse 4 eingesetzt ist, welche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Durchgangsbohrung 3 erstreckt. Die Spannhülse 4 besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Basiskörper 4a, der eine zentrale Aufnahme 5 aufweist, in die ein zu spannendes Bauteil, insbesondere ein zylindrischer Schaft eines Werkzeuges wie beispielsweise eines Bohrers oder Fräsers, eingeschoben werden kann. An ihrem maschinenseitigen Endbereich weist die Spannhülse 4 einen radial nach außen vorstehenden Kragen 4b auf, der in eine entsprechende stirnseitige Ausnehmung 6 des Grundkörpers 2 eingreift, wobei zwischen dem Kragen 4b und der Ausnehmung 6 eine Axial-Druckkammer 7a ausgebildet wird. Des weiteren ist der Spannhülse 4 eine Radial-Druckkammer 7b zugeordnet, welche als Ringraum ausgebildet ist, der den zylindrischen Basiskörper 4a der Spannhülse 4 umgibt. Außenseitig wird die Radial-Druckkammer 7b von dem zylindrischen Basiskörper 8a einer Dehnhülse 8 begrenzt, die von dem der Maschine gegenüberliegenden werkzeugseitigen Endbereich her in die zentrale Durchgangsbohrung 3 des Grundkörpers 2 eingesetzt ist und an ihrem werkzeugseitigen Endbereich einen radial nach außen vorstehenden Kragen 8b aufweist, der in eine entsprechende stirnseitige Ausnehmung 9 des Grundkörpers 2 eingreift. Die Länge der Dehnhülse 8 ist dabei so bemessen, dass sie vor der Ausnehmung 6 endet, welche in der zur Maschine weisenden Stirnseite des Grundkörpers 2 ausgebildet ist. Die Dehnhülse 8 ist an dem radial äußeren Randbereich ihres Kragens 8b sowie an dem maschinenseitigen Endbereich ihres Basiskörpers 8a mit dem Grundkörper 2 verbunden, hier verlötet (Lötstellen A und B), wobei ein im Wesentlichen durchgehender, im Querschnitt etwa L-förmiger Hohlraum 10 zwischen der äußeren Mantelfläche des Basiskörpers 8a und dem Radialflansch 8b der Dehnhülse 8 einerseits und dem Grundkörper 2 andererseits gebildet wird. Die innenliegende Spannhülse 4 ist an dem radial äußeren Randbereich ihres Kragens 4b mit dem Grundkörper 2 und an dem werkzeugseitigen Endbereich ihres Basiskörpers 4a mit der außenliegenden Dehnhülse 8 verbunden, hier verlötet (Lötstellen C und D).
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Die Axial-Druckkammer 7a und die Radial-Druckkammer 7b sind zu einer durchgehenden Druckkammer 7 mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt verbunden. Diese ist mit einem Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl gefüllt und steht über einen im Grundkörper 2 ausgebildeten Kanal 11 mit einer Hydraulikmittelquelle in Verbindung, durch die sie zum Spannen eines Bauteils mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Hydraulikmittelquelle umfasst in an sich bekannter Weise einen im Grundkörper 2 ausgebildeten Zylinderraum 12, der endseitig durch ein kolbenartiges Stellorgan 13 verschlossen ist, das zur Erhöhung des Drucks in den Zylinderraum 12 eingeschraubt bzw. zur Verringerung des Drucks aus dieser herausgedreht werden kann. Der von der Hydraulikmittelquelle erzeugte Druck wird über den Kanal 11 zur Druckkammer 7 übertragen. Dort bewirkt eine Druckerhöhung im Bereich der Radial-Druckkammer 7b, dass der zylindrische Basiskörper 4a der innnenliegenden Spannhülse 4 elastisch nach innen gewölbt und damit ein in die Aufnahme 5 eingesetztes Bauteil gespannt wird. Gleichzeitig wird die gesamte Spannhülse 4 durch den Druckaufbau im Bereich der Axial-Druckkammer 7a zusammen mit dem gespannten Werkzeug zur Maschine hin gezogen, und durch diesen Rückzugseffekt wird das zu spannende Bauteil gegen einen nicht dargestellten Axialanschlag des Dehnspannfutters 1, beispielsweise die Stirnfläche des Grundkörpers 2, sicher gespannt. Die Rückzugsbewegung wird dadurch unterstützt, dass der Basiskörper 8a der außenliegenden Dehnhülse 8 durch den Druck in der Radial-Druckkammer 7b elastisch nach außen gewölbt und damit der axiale Endbereich des Basiskörpers 8a, in dem die Dehnhülse 8a mit der Spannhülse 4 verbunden ist (Lötstelle D), axial zur Maschine hin gezogen wird. Eine solche Axialbewegung ist möglich, da der zwischen der Dehnhülse 8 und dem Grundkörper 2 vorgesehene Hohlraum 10 insbesondere im Bereich des radialen Kragens 8b des Dehnhülse 8 den notwendigen Raum bietet. Im Ergebnis wird eine sichere Positionierung des gespannten Werkstücks sichergestellt.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Dehnspannwerkzeug wird in einfacher Weise hergestellt, indem die Dehnhülse 8 und die Spannhülse 4 in die Durchgangsbohrung 3 des Grundkörpers 2 eingesetzt werden und die gesamte Anordnung einem Hochtemperaturlötverfahren in einem Ofen, insbesondere in einem Vakuumofen, unterworfen wird. Das erforderliche Lötmaterial kann in entsprechenden Nuten, die beispielsweise in entsprechenden Ringnuten in den äußeren Mantelflächen der Basiskörper 4a, 8a und der Kragen 4b, 8b von der Spannhülse 4 und Dehnhülse 8 vorgesehen sein können, untergebracht sein. Zusätzlich ist es möglich, an den Verbindungsbereichen Formschlussverbindungen herzustellen. Beispielsweise kann in dem Verbindungsbereich D zwischen der Spannhülse 4 und der Dehnhülse 8, die im Betrieb starken Kräften unterworfen ist, eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Schließlich wäre es denkbar, an den Hohlraum eine zweite Hydraulikmittelleitung anzuschließen, um in dem Hohlraum 10 einen Druck aufzubauen und damit die Ausdehnung der Dehnhülse 8 zu verringern mit der Folge, dass sich der Druck in der Druckkammer 7 erhöht.
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In der 4 ist ein weiteres Dehnspannwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, das hier als Dehnspanndorn 1 ausgebildet ist und dazu dient, außenseitig ein Bauteil zu spannen. Der Dehnspanndorn 1 besitzt einen Grundkörper 20, der an seinem in der Zeichnung unteren Endbereich an einer Maschine, beispielsweise der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, eingespannt werden kann. Der Grundkörper 20 ist hier aus Montagegründen zweiteilig ausgeführt, wobei das untere und das obere Grundkörperteil 20a, 20b miteinander nach der Montage des Dehnspanndorns 1 fest verbunden werden. Das obere Grundkörperteil 20b umfasst einen zylindrischen Kopf 21. Dieser trägt außenseitig eine Spannhülse 22 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Basiskörper 22a, dessen äußere Mantelfläche eine Spannfläche 27 bildet, auf die ein zu spannendes Bauteil aufgeschoben werden kann. An ihrem maschinenseitigen Endbereich weist die Spannhülse 22 einen radial nach innen vorstehenden Kragen 22b auf, der die Unterseite des Kopfes 21 hintergreift, wobei zwischen dem Kragen 22b und der Unterseite des Kopfes 21 eine Axial-Druckkammer 23a ausgebildet wird. Des weiteren ist der Spannhülse 22 eine Radial-Druckkammer 23b zugeordnet, welche als ein Ringraum ausgebildet ist, der an der Innenseite des zylindrischen Basiskörpers 22a der Spannhülse 22 vorgesehen ist. Innenseitig wird die Radial-Druckkammer 23b von dem zylindrischen Basiskörper 24a einer Dehnhülse 24 begrenzt, die von dem der Maschine gegenüberliegenden werkzeugseitigen Endbereich her in einen zwischen der Spannhülse 22 und dem Kopf 21 gebildeten Raum eingesetzt ist und an ihrem werkzeugseitigen, oberen Endbereich einen radial nach innen vorstehenden Kragen 24b aufweist, der den oberen Rand des Kopfes 21 übergreift und stirnseitig an einem zylindrischen Ansatz 25 des Kopfes 21 anliegt. Die Länge der Dehnhülse 24 ist dabei so bemessen, dass sie bündig mit dem unteren Rand des Kopfes 21 abschließt. Die Dehnhülse 24 ist an dem radial inneren Randbereich ihres Kragens 24b sowie an dem maschinenseitigen Endbereich ihres Basiskörpers 24a mit dem Kopf 21 verbunden, hier verlötet (Lötstellen A und B), wobei ein im Wesentlichen durchgehender, im Querschnitt etwa L-förmiger Hohlraum 26 zwischen der inneren Mantelfläche des Basiskörpers 24a und dem Kragen 24b der Dehnhülse 24 einerseits und dem Kopf 21 andererseits gebildet wird. Die außenliegende Spannhülse 22 ist an dem radial inneren Randbereich ihres Kragens 22b mit dem Kopf 21 und an dem werkzeugseitigen Endbereich ihres Basiskörpers 22a mit der innenliegenden Dehnhülse 24 verbunden, hier verlötet (Lötstellen C und D).
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Die Axial-Druckkammer 23a und die Radial-Druckkammer 23b sind zu einer durchgehenden Druckkammer 23 mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt verbunden. Diese ist mit einem Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl befüllt und steht über einen im Grundkörper ausgebildeten Kanal 11 mit einer Hydraulikmittelquelle in Verbindung, durch die sie zum Spannen eines Bauteils mit Druck beaufschlagt werden kann. Die Hydraulikmittelquelle umfasst in an sich bekannter Weise einen im Grundkörper 20, hier dem unteren Grundkörperteil 20a, ausgebildeten Zylinderraum 12, der endseitig durch ein kolbenartiges Stellorgan 13 verschlossen ist, das zur Erhöhung des Drucks in den Zylinderraum 12 eingeschraubt bzw. zur Verringerung des Drucks aus dieser herausgeschraubt werden kann. Der von der Hydraulikmittelquelle erzeugte Druck wird über den Kanal 11 zur Druckkammer 23 übertragen. Dort bewirkt eine Druckerhöhung im Bereich der Radial-Druckkammer 23b, dass der zylindrische Basiskörper 22a der außenliegenden Spannhülse 22 elastisch nach außen gewölbt und damit ein aufgeschobenes Bauteil gespannt wird. Gleichzeitig wird die gesamte Spannhülse 22 durch den Druckaufbau im Bereich der Axial-Druckkammer 23a zusammen mit dem gespannten Werkzeug zur Maschine hingezogen, und durch diesen Rückzugseffekt wird das zu spannende Bauteil gegen einen nicht dargestellten Axialanschlag des Dehnspanndorns 1 sicher gespannt. Die Rückzugsbewegung wird dadurch unterstützt, dass der axiale Endbereich des Basiskörpers 24a der Dehnhülse 24, an dem die Dehnhülse 24 mit der Spannhülse 22 verbunden ist, aufgrund der Elastizität des Kragens 24b der Dehnhülse 24 axial bewegbar ist und der zwischen der Dehnhülse und dem Grundkörper vorgesehene Hohlraum insbesondere im Bereich des radial Kragens der Dehnhülse den notwendigen Raum bietet. Im Ergebnis ist eine sichere Positionierung des gespannten Werkstücks sichergestellt.
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Das in der 4 dargestellte Dehnspannwerkzeug wird hergestellt, indem die Spannhülse 22 und die Dehnhülse 24 an dem Kopf 21 des oberen Grundkörperteils 20b platziert werden und die gesamte Anordnung in einem Ofen wie beispielsweise einem Vakuumofen einem Hochtemperaturlöterverfahren unterworfen wird. Das erforderliche Lötmaterial kann in entsprechende Nuten, die beispielsweise an den inneren Mantelflächen der Basiskörper 22a, 24a und der Kragen 22b, 24b von Spannhülse 22 und Dehnhülse 24 vorgesehen sein können, untergebracht sein. Zusätzlich ist es möglich, an den Verbindungsbereichen Formschlussverbindungen herzustellen. Beispielsweise kann in dem Verbindungsbereich D zwischen der Spannhülse 22 und der Dehnhülse 24, die im Betrieb starken Kräften unterworfen ist, eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Auch ist es möglich, an den Hohlraum 10 eine zweite Hydraulikmittelleitung anzuschließen, um in dem Hohlraum 26 einen Druck aufzubauen und damit die Ausdehnung der Dehnhülse 24 zu verringern mit der Folge, dass sich der Druck in der Druckkammer 23 erhöht.
