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Stand der Technik
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Bei der Bearbeitung von Werkstücken auf Dreh- und/oder Fräsmaschinen werden die Werkzeuge und auch die Werkstücke in Spanndornen und Spannhülsen gespannt.
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Es sind verschiedene Arten von Spannsystemen bekannt. Z. B.: die Systeme der Fa. Röhm bei diesen werden Kegelspannsysteme verwendet die eine geschlitzte Spannpatrone über einen Innenkegel durch einen Außenkegel mittels einer axialen Verschiebung auf weiten. Diese Systeme sind nur für eine geringe Genauigkeit im Bereich mehrerer hundertstel Millimeter verwendbar. Diese Systeme verformen beim Spannvorgang die Werkstücke zum Polygon.
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Weiterhin sind zwei Systeme der Fa. Schunk bekannt zum einen ein System das hydraulisch einen Dorn oder eine Hülse auf weitet oder ein anderes System welches ein Polygon an den Ecken zum Öffnen zusammendrückt und auf weitet und durch die eigene Elastizität des Werkstoffes zurückfedert und ein Werkzeug spannen kann. Diese Systeme sind zwar für eine hohe Genauigkeit im Bereich einiger tausendstel Millimeter verwendbar haben aber nur sehr geringe Dehnungen (0,3%) da sonst die Elastizität des Werkstoffes überschritten wird.
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Außerdem sind noch die Spieth-Hülsen bekannt die über eine axiale Verschiebung eine mäanderförmig gestaltete Hülse oder einen Dorn auf weiten. Diese hat auch eine hohe Genauigkeit im tausendstel Millimeter Bereich aber ebenfalls nur eine geringe Dehnung.
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Unter der Patentschrift 736625 ist ein Spreizdübel bekannt der spiralförmig durch eine axiale Verschiebung die durch eine Schraube hervorgerufen wird radial auf weitet und so spannt. Dieses System verhindert nicht die Drehung der Spirale beim spannen und ist dadurch nur für geringe Kräfte und ungenaue Spannungen verwendbar.
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Alle bekannten Systeme haben entweder den Nachteil einer nur geringen Genauigkeit oder einer nur geringen Dehnung oder sie verformen zum Polygon.
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Beschreibung:
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Funktionsprinzip:
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Dornprinzip: Wird ein mehrfach spiralförmig geschlitztes Rohr welches an den Enden mit jeweils einem Flansch ausgebildet ist axial durch eine Kraft zusammengedrückt gespannt so weitet es sich auf. Wird dieses auf weiten verhindert in dem das Rohr z. B. in eine Hülse gesteckt wird so verdreht sich das eine Ende der Spirale gegen über dem anderen Ende der Spirale ohne das große Kräfte von innen auf die Hülse wirken. Erst durch ein verhindern der Verdrehung durch z. B. ein Polygon oder mehrere planetenförmig auf einem Kreis angebrachte Stifte die in den Flanschen (Dorn siehe 3; Hülse siehe 5 + 9) an den Enden untergebracht sind kann die Spirale nicht mehr ausweichen und erzeugt durch eine räumliche Kräftezerlegung enorme Kräfte auf die Hülse.
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Hülsenprinzip: Das Hülsenprinzip funktioniert umgekehrt wie das Dornprinzip. Beim Hülsenprinzip wird an der Hülse gezogen. Dabei verkleinert sich der Durchmesser der Hülse.
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Beide Systeme wirken umgekehrt wenn sich die Kraftrichtung ändert. Ein Dorn kann zum leichten entnehmen mit einer Zugkraft gezogen werden und verkleinert dabei seinen Durchmesser. Eine Hülse kann durch eine Druckkraft gestaucht werden und vergrößert dabei seinen Durchmesser zum entnehmen eines Werkstücks.
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Da das System sehr elastisch gestaltet werden kann obwohl es aus hochfestem gehärtetem Federstahl gefertigt wird können relativ große Durchmesserdifferenzen gedehnt werden.
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Die Variablen zur Gestaltung des Systems sind dabei die Dicke der Wandung, die Steigung der Spiralen und die Anzahl der Teilung. Damit können Dorne (3) und Hülsen (9) mit großer Genauigkeit im tausendstel Millimeter Bereich und gleichzeitig mit großen Kräften und großem Durchmesserbereich von einigen zehntel Millimeter gespannt werden.
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Durch die große Anzahl der Spiralnuten und das Bogenförmige anliegen an das zu spannende Werkstück entsteht keine Verformung zum Polygon. Dadurch können selbst dünnwandige Ringe ohne Verformung gespannt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist das durch die axiale Verschiebung des Spanndornes bzw. der Spannhülse das Werkstück ebenfalls axial verschoben wird und sich genau positioniert an der Stirnseite der Aufnahme anlegt.
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Beschreibung der unterschiedlichen Konstruktionen:
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Dehndorn axial mit einer Schraube gestaucht: In 1 ist ein Spiraldehndorn der mit einer Schraube axial gespannt wird gezeigt. Der Spanndorn 60 Achtkant (2 Pos. 2) wird an beiden Enden von einem achtkantförmigen Polygon an der Verdrehung gehindert und spannt durch Durchmesseraufweitung das Spannwerkstück Ring 60 (2 Pos. 5) mit großer Kraft. Die Drehung der Enden wird durch den Achtkant verhindert.
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Dehnhülse axial mit einer Schraube gestreckt: In 4 ist eine Spiraldehnhülse bestehend aus Teil 8; Pos. 7 gezeigt die mit einer Schraube gespannt wird und sich dabei im Durchmesser verkleinert und so das Dorn Werkstück 60 (8; Pos. 9) mit großer Kraft spannt. Die Drehung der Enden wird durch den Achtkant verhindert.
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Dehndorn axial beim spannen gestaucht und beim lösen gestreckt: In 10 ist ein Spiralspanndehndorn gezeigt der über eine Kräftezerlegung jeweils an einer Schrägen (12) durch Gewindestifte (12; Pos. 15) mit Spitze gestaucht werden kann und zur leichten Entnahme des Werkstückes mit einem gegenüberliegenden Gewindestift gestreckt werden kann. Hierbei besteht Dorn und Aufnahme aus einem Teil (Spanndorn 40 Polygon 12; Pos. 10). Wie in 16 zu sehen wird gleichzeitig Druck und Zug auf den Spanndorn und trotzdem die Montage ermöglicht durch den Polygonring der mit vier Montagestiften durch den Spanndorn befestigt ist (16). Die Drehung wird durch die Achtkantform des Polygonschiebers 12; Pos. 11 und den Polygonring vermieden.
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Dehndorn axial mit einer Schraube beim spannen gestaucht oder beim lösen gestreckt: In 13 ist ein Spiraldehnspanndorn gezeigt der über eine Spannschraube (15; Pos. 20) einen Spanndorn (15; Pos. 16) beim herein drehen staucht und beim heraus drehen streckt. In der Spannschraube ist dazu eine zweite Anschlagschraube (15; Pos. 21) in die Spannschraube eingedreht. Die Drehung der Enden wird hier durch planetenförmig im Kreis angeordnete Verdrehstifte (15; Pos. 17) verhindert.
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Dehndorn axial über einen Winkelhebel der über eine am Zylindermantel angeordnete Schraube gespannt wird: In 17 ist ein Dehndorn zu sehen der axial durch einen Zuganker für Winkelhebel (19; Pos. 26) und einen Winkelhebel (19; Pos. 28) von einer Senkschraube mit Innensechskant (19; Pos. 30) gezogen gestaucht wird. Die Drehung der Enden wird durch die Achtkant Polygonform der Achtkantaufnahme Stationär 60 (19; Pos. 22) vermieden. In 20 ist das Getriebe bestehend aus Zuganker, Winkelhebel, Dehndorn und Schraube zu sehen.
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Dehnhülse axial mit einer stirnseitigen Schraube gestreckt: In 17 ist eine Achtkantspannhülse 60 (23; Pos. 7) zu sehen die über einen Zuganker (23; Pos. 34) und eine Kippachse (23; Pos. 36) und eine Zylinderkopfschraube (23; Pos. 38) die Achtkantspannhülse 60 (23; Pos. 7) streckt und dabei das Dorn Werkstück 60 (23; Pos. 9) spannt. 24 zeigt das Getriebe bestehend aus Dorn Werkstück 60, Achtkantspannhülse 60, Zuganker, Kippachse und Zylinderkopfschraube.
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Dehndorn axial durch eine Schraube gestaucht zum spannen auf einen Werkzeugmaschinentisch: In 25 ist ein Spanndorn 60 Achtkant (27; Pos. 2) zu sehen der ein Spannwerkstück Ring 60 (27; Pos. 5) auf einem Frästisch mit T Nut (27; Pos. 40) mit einer Senkschraube mit Innensechskant (27; Pos. 45) und einem T Nut Stein (27; Pos. 41) spannt. Die Drehung der Enden wird durch ein Achtkant Profil für T Nut (27; Pos. 42) vermieden.
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Spiraldehnspannsysteme können zum genauen spannen von Werkstücken oder Werkzeugen in Dreh- und/oder Fräsmaschinen mit großen Spannkräften verwendet werden.
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Es können sowohl Dorne zum Außenspannen wie Hülsen zum Innenspannen verwendet werden.
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1 zeigt einen Spiraldehndorn der durch eine Schraube gestaucht wird.
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Die Spiraldehnspannsysteme haben in einen rohrförmigen Zylindermantel Nuten spiralförmig eingebracht. Wird der Zylindermantel axial gestaucht so vergrößert der Zylindermantel seinen Durchmesser. Ein Ausweichen durch eine Verdrehung der Enden zueinander wird durch eine polygonförmige Führung oder durch planetenförmig auf dem Kreis angeordnete Stifte in denen die ringförmigen Enden des Spiralzylindermantels stecken vermieden.
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Bei Stauchen vergrößert sich der Spanndurchmesser und beim Strecken verkleinert sich der Spanndurchmesser. Dieses wird angewendet um die Werkstücke z. B. bei einem Dorn durch eine Streckung oder bei einer Hülse durch eine Stauchung leicht zu entnehmen.
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Die Spiraldehnspannsysteme können auch dünnwandige Ringe ohne Verformung zum Polygon spannen.
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Es sind verschiedene Betätigungen der Spiralspannsysteme beschrieben. Diese können axial zentral oder nicht zentral Stirnseitig oder am Zylindermantel betätigt werden. Bezugszeichenliste:
| Position | Benennung | Normteil |
| 1 | Achtkantaufnahme | |
| 2 | Spanndorn 60 Achtkant | |
| 3 | Druckscheibe M20 | |
| 4 | Senkschrauben mit Innensechskant | DIN 7991 – M20 × 50 |
| 5 | Spannwerkstück Ring 60 | |
| 6 | Innenachtkantaufnahme 60 | |
| 7 | Achtkantspannhülse 60 | |
| 8 | Zylinderkopfschraube | DIN 912 – M20 × 60 |
| 9 | Dorn Werkstück 60 | |
| 10 | Spanndorn 40 Polygon | |
| 11 | Polygonschieber | |
| 12 | Polygonring | |
| 13 | Druckscheibe | |
| 14 | Sechskantschraube | DIN 933 – M10 × 20 |
| 15 | Gewindestift | DIN 914 – M10 × 25 |
| 16 | Spanndorn | |
| 17 | Verdrehstift | |
| 18 | Montagering | |
| 19 | Montagestift | |
| 20 | Spannschraube | |
| 21 | Anschlagschraube | |
| 22 | Achtkantaufnahme Stationär 60 | |
| 23 | | |
| 24 | Druckscheibe M12 | |
| 25 | | |
| 26 | Zuganker für Winkelhebel | |
| 27 | Achse Kipphebel | |
| 28 | Winkelhebel | |
| 29 | Gewindenuß | |
| 30 | Senkschrauben mit Innensechskant | DIN 7991 – M20 × 80 |
| 31 | Senkschrauben mit Innensechskant | DIN 7991 – M12 × 30 |
| 32 | Hülsenhebelaufnahme 60 | |
| 33 | | |
| 34 | Zuganker | |
| 35 | Achse Kipphebel | |
| 36 | Kippachse | |
| 37 | Gewindenuß | |
| 38 | Zylinderkopfschraube | DIN 912 – M20 × 150 |
| 39 | | |
| 40 | Frästisch mit T Nut | |
| 41 | T Nut Stein | |
| 42 | Achtkant Profil für T Nut | |
| 43 | | |
| 44 | | |
| 45 | Senkschrauben mit Innensechskant | DIN 7991 – M20 × 100 |
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Beschreibung der Figuren:
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1: Hier ist ein Spiraldehnspanndorn gezeigt in Isometrischer Ansicht.
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1a: Hier ist der Spiraldehnspanndorn von 1 gezeigt in der Vorderansicht mit Schnittangabe der 2.
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2: zeigt den Schnitt der in 1a angegeben ist.
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3: zeigt einen Spiraldehnspanndorn im axialen Schnitt
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4: zeigt eine Spiraldehnspannhülse in isometrischer Darstellung.
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5: zeigt eine Spiraldehnspannhülse.
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6: zeigt die Spiraldehnspannhülse von 5 in der Vorderansicht mit der Schnittangabe der 7.
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7: zeigt den Schnitt von 6 ohne Dornwerkstück.
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8: zeigt den Schnitt von 7 mit Dornwerkstück.
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9: zeigt einen axialen Schnitt durch eine Spiraldehnspannhülse
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10: zeigt einen Spiraldehnspanndorn zum betätigen mit einer radial angeordneten Schraube.
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11: zeigt den Spiraldehnspanndorn aus 10 in der Vorderansicht mit Schnittangabe von 12.
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12: zeigt den schnitt von 11.
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13: zeigt einen Spiraldehnspanndorn zum stauchen und strecken mit der zentralen Betätigungsschraube.
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14: zeigt den Spiraldehnspanndorn von 13 in der Vorderansicht mit der Schnittangabe von 15.
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15: zeigt den Schnitt von 14.
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16: zeigt den schrägen Schnitt von 14.
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17: zeigt einen Spiraldehnspanndorn mit Betätigungsschraube auf dem Zylindermantel.
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18: zeigt den Spiralspanndehndorn von 17 in der Vorderansicht mit der Schnittangabe von 19.
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19: zeigt den Schnitt von 18.
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20: zeigt das Getriebe zum betätigen des Spiraldehnspanndorns aus 19.
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21: zeigt eine Spiralspanndehnhülse zum stirnseitigen betätigen in der Rückansicht mit der Schnittangabe der 23.
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22: zeigt den Spiraldehnspannhülse zum stirnseitigen betätigen in der Vorderansicht.
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23: zeigt den Schnitt von 21.
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24: zeigt das Getriebe zum stirnseitigen Betätigen der Spiralspannhülse.
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25: zeigt einen Spiraldehnspanndorn zum spannen von Werkstücken auf einen Werkstückspanntisch einer Fräsmaschine in Isometrischer Darstellung.
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26: zeigt den Spiraldehnspanndorn aus 25 mit der Schnittangabe der 27.
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27: zeigt den Schnitt aus 26.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 7991 [0027]
- DIN 912 [0027]
- DIN 933 [0027]
- DIN 914 [0027]
