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Die Erfindung betrifft ein Spannmittel zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs mit einem Spannkörper, der eine Aufnahme für das jeweils zu spannende Werkstück oder Werkzeug und mindestens zwei Spannsegmente umfasst, die durch in Längsrichtung der Aufnahme verlaufende Trennzonen voneinander getrennt sind und die Aufnahme umgrenzen. In den Trennzonen ist dabei jeweils ein elastisches Element vorgesehen, durch das die Spannsegmente elastisch miteinander verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine mit einem solchen Spannmittel ausgestattete Werkzeugmaschine.
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Spannmittel der hier in Rede stehenden Art werden in der industriellen Praxis eingesetzt, um die mit einem Absatz in ihre Aufnahme gesteckten Werkstücke oder Werkzeuge durch aus radialer Richtung wirkende Presskräfte kraftschlüssig zu spannen. In der Fachsprache werden solche Spannmittel auch als ”Spannhülsen” oder ”Spannzangen” bezeichnet. Bei den überwiegend zum Spannen von Werkstücken verwendeten ”Spannzangen” wird zudem zwischen gemäß DIN 6343 gestalteten ”Druckspannzangen” und gemäß DIN 6341 gestalteten ”Zugspannzangen” unterschieden.
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Spannmittel dieser bekannten Ausführungen umfassen jeweils als Spannkörper eine Spannhülse, in die als Aufnahme für das jeweils zu spannende Werkzeug oder Werkstück jeweils eine zylindrische Öffnung eingeformt ist. Ausgehend von der der Mündung der Öffnung zugeordneten Stirnseite sind die hülsenförmigen Spannkörper dabei üblicherweise durch mindestens zwei in ihrer Längsrichtung, also achsparallel zur Längsachse des Spannmittels, verlaufende, als den Spannkörper durchtrennende Schlitze ausgeführte Trennzonen in mindestens zwei Spannsegmente geteilt, die die Aufnahme umgrenzen. Die Spannsegmente können so durch aus radialer Richtung wirkende, von einer Betätigungseinrichtung ausgeübte Kräfte gegeneinander bewegt werden, um das jeweilige Werkzeug oder Werkstück an seinem in die Aufnahme greifenden Abschnitt durch Kraftschluss zu spannen.
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Im praktischen Einsatz von Spannmitteln der hier in Rede stehenden Art besteht eine besondere Anforderung darin, dass die mit den Spannmitteln jeweils gespannten Werkzeuge oder Werkstücke nach der in der jeweiligen Einspannung durchgeführten Bearbeitung in hoher Frequenz gewechselt werden müssen. Dies setzt einerseits eine ausreichend schnell agierende Betätigungseinrichtung voraus, die die erforderlichen Spannkräfte aufbringt. Andererseits muss sichergestellt sein, dass das Spannmittel das jeweils gespannte Werkzeug oder Werkstück ausreichend schnell und betriebssicher freigibt und es zu keinen Störungen durch Verschmutzungen oder Fremdteile kommt, die in den Bereich des Spannmittels gelangen.
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Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind bei aus der
DE 20 2006 000 914 U1 oder der
DE 10 2005 024 840 B3 jeweils bekannten Spannmitteln die die Spannsegmente voneinander trennenden Trennzonen mit einem elastischen Material gefüllt. Dieses verhindert einerseits, dass Partikel, wie Metallspäne oder Flüssigkeitsreste, in die Trennzonen gelangen und die für die Verspannung der Segmente erforderliche Relativbewegung behindern. Andererseits wird das elastische Material beim Spannvorgang komprimiert, so dass eine Rückstellkraft entsteht, die das selbsttätige Entspannen des Spannmittels nach Wegfall der zum Spannen aufgebrachten Kräfte unterstützt.
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Damit bei den in der voranstehend erläuterten Weise ausgebildeten Spannmitteln auch im Bereich der Kontaktzone zwischen dem elastischen Material und den Spannsegmenten ein dichter Anschluss gewährleistet ist, ist bei den bekannten Spannhülsen das in den Trennzonen sitzende elastische Material an die die betreffende Trennzone begrenzenden Längsrändern der Spannsegmente stoffschlüssig angebunden.
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Auf diese Weise dient das elastische Material nicht nur dazu, die Trennzonen zu verschließen und nach Art einer Rückstellfeder das Aufspreizen des Spannmittels zu unterstützen. Vielmehr verbindet das fest an die Spannsegmente angebundene elastische Material die als separate Bauteile vorgefertigten Spannsegmente zu einem einheitlichen Bauteil, nämlich dem Spannkörper des Spannmittels, das dann auf einfache Weise genutzt werden kann. Besondere Vorkehrungen, um ein Auseinanderfallen des Spannkörpers zu verhindern, sind dadurch nicht mehr erforderlich.
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Gleichzeitig erlaubt die ausschließlich über das elastische Material erfolgende Verbindung beim Spannen eine gleichmäßige Verstellung der Spannsegmente über ihre gesamte Länge, so dass die Spannsegmente im gespannten Zustand mit ihren die Aufnahme des Spannmittels begrenzenden Innenflächen gleichmäßig an den ihnen zugeordneten Umfangsflächen des in der Aufnahme sitzenden Werkstück- oder Werkzeugabsatzes anliegen. Auf diese Weise können hohe Spannkräfte ohne die Gefahr einer Beschädigung des Werkstücks oder Werkzeugs aufgebracht werden.
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Abhängig von der Art des jeweils verwendeten elastischen Materials, kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem elastischen Material und den Spannsegmenten beispielsweise durch Verkleben oder Vulkanisieren erfolgen. Unabhängig davon, welches dieser Verfahren angewendet wird, ergibt sich allerdings ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand, um die stoffschlüssige Verbindung zwischen der elastischen Masse und den Spannsegmenten über die von den Spannmitteln der in Rede stehenden Art geforderte Lebensdauer zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere dann, wenn als elastisches Material ein Gummiwerkstoff verwendet wird. Gummi weist zwar eine überlegene Dauerbelastbarkeit auf, kann jedoch nur durch Vulkanisieren in einer den praktischen Anforderungen gerecht werdenden Weise mit den in der Regel aus Stahl bestehenden Spannsegmenten des Spannmittels verbunden werden.
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Zu den aus fertigungstechnischer Sicht bestehenden Nachteilen kommt in der Praxis das Problem hinzu, dass das in die Trennzonen der Spannmittel gefüllte Material trotz der ihm eigenen Elastizität unter den im praktischen Einsatz herrschenden Bedingungen schon nach vergleichbar kurzer Einsatzdauer ermüdet. Infolgedessen kommt es zu Rissen des Materials selbst oder zum Ablösen der Verbindung zu den die jeweilige Trennzone begrenzenden Spannsegmenten. Beschleunigt wird die Alterung des elastischen Materials dabei durch Temperatureinflüsse und durch aggressive Medien, die im Einsatzbereich von Spannhülsen der in Rede stehenden Art regelmäßig auftreten. Zu diesen Medien zählen beispielsweise Schneidflüssigkeiten, wie sie bei spanabhebenden Werkzeugmaschinen regelmäßig zum Einsatz kommen.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Spannmittel der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem über einen verlängerten Einsatzzeitraum die erforderliche Elastizität mit hoher Sicherheit gewährleistet ist.
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Darüber hinaus sollte eine Werkzeugmaschine angegeben werden, bei der die Verfügbarkeit des Spannmittels, das zum mit hoher Wechselfrequenz erfolgenden Spannen eines jeweils zu bearbeitenden Werkstücks bzw. eines zur Bearbeitung benötigten Werkzeugs vorgesehen ist, über eine verlängerte Einsatzdauer gesichert ist.
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In Bezug auf das Spannmittel ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, dass ein solches Spannmittel die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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In Bezug auf die Werkzeugmaschine besteht die Lösung der oben genannten Aufgabe darin, dass die Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Spannmittel ausgestattet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
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Ein erfindungsgemäßes Spannmittel zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs umfasst in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik einen Spannkörper, der eine Aufnahme für das jeweils zu spannende Werkstück oder Werkzeug und mindestens zwei durch in Längsrichtung der Aufnahme verlaufende Trennzonen voneinander getrennte, die Aufnahme umgrenzende Spannsegmente aufweist, wobei in den Trennzonen jeweils ein elastisches Element vorgesehen ist, durch das die Spannsegmente elastisch miteinander verbunden sind.
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Erfindungsgemäß sind nun die die Spannsegmente verbindenden elastischen Elemente als metallische Federelemente ausgebildet.
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Gemäß der Erfindung ist also das beim Stand der Technik in den Trennzonen des Spannmittels sitzende elastische Material, wie beispielsweise Gummi oder desgleichen, durch metallische Federn ersetzt. Das erfindungsgemäß an Stelle des elastischen Materials in der jeweiligen Trennzone sitzende Federelement übernimmt dessen Funktionen sowohl hinsichtlich der Erzeugung der zum selbsttätigen Aufspreizen der Spannhülse benötigten federnd elastischen Rückstellkraft als auch hinsichtlich der Abschirmung der Aufnahme vor dem Eindringen von Fremdpartikeln durch die Trennzone. Der besondere Vorteil von metallischen Federelementen besteht dabei darin, dass sie nicht nur höhere Rückstellkräfte bewirken können, sondern auch eine höhere Dauerbelastbarkeit besitzen und unempfindlich sind gegenüber Temperatureinflüssen.
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Darüber hinaus kann bei der Erfindung der metallische Werkstoff, aus denen die Federelemente bestehen, problemlos so gewählt werden, dass die Federelemente auch gegenüber aggressiven Medien unempfindlich sind.
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Schließlich lassen sich metallische Federelemente mit vergleichbar geringem technischen Aufwand derart mit den ihnen jeweils zugeordneten Spannsegmenten des Spannmittels verbinden, dass sie auch unter den in der Praxis auftretenden Belastungen dauerhaft den Zusammenhalt der Spannsegmente gewährleisten und damit sicherstellen, dass das Spannmittel auch nach langer Einsatzdauer als einheitliches Bauteil gehandhabt werden kann.
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Die Maßgabe der Erfindung, das beim Stand der Technik in den sich in Längsrichtung des Spannmittels erstreckenden Trennzonen jeweils vorgesehene elastische Material jeweils durch ein metallisches Federelement zu ersetzen, kann auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden.
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Im Fall, dass mindestens zwei benachbart angeordnete Spannsegmente aus einem Metallwerkstoff bestehen, kann das die Spannsegmente verbindende Federelement einstückig mit den betreffenden Spannsegmenten verbunden sein. Bei dieser Ausgestaltung sind demgemäß mindestens zwei benachbarte, aus einem Metallwerkstoff bestehende Spannsegmente in der zwischen ihnen vorhandenen, sich in Längsrichtung des Spannmittels erstreckenden Trennzone durch den Metallwerkstoff, aus dem die Spannsegmente bestehen, einstückig verbunden.
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Der Vorteil einer federnden, jedoch einstückigen Verbindung zweier benachbarter Spannsegmente besteht darin, dass die miteinander einstückig verbundenen Segmente und das zwischen ihnen liegende Federelement des Spannmittels aus einem einheitlichen Material bestehen und kein besonderer Montageaufwand anfällt, um die Segmente zu einer Baueinheit zu verbinden. Gleichzeitig kann auf einfache Weise durch eine geeignete Wahl des Metallwerkstoffs eine optimale Temperaturbeständigkeit und Unempfindlichkeit gegen aggressive Medien und desgleichen gewährleistet werden.
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Bei einer einstückigen Verbindung der Spannsegmente über ein zwischen ihnen liegendes Federelement ist im Bereich der jeweiligen, sich in Längsrichtung des Spannmittels erstreckenden Trennzone das dort vorhandene Metallmaterial jedoch durch ein geeignetes materialabtragendes Verfahren so geschwächt und geformt, dass es eine dauerelastische, federnd elastische Nachgiebigkeit besitzt. Der Materialabtrag kann beispielsweise durch Funkenerosion erfolgen, wobei der Funkenerosion erforderlichenfalls ein anderes spanabhebendes Verfahren vorausgehen kann, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen.
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Eine andere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Verbindung der Spannsegmente mittels eines metallischen Federelements besteht darin, dass das jeweils zwischen zwei Spannsegmenten sitzende Federelement mindestens mit einem der Spannsegmente lösbar verbunden ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass einzelne Spannsegmente oder Federelemente eines erfindungsgemäßen Spannmittels separat ausgetauscht werden können, wenn sie beschädigt oder verschlissen sind. Auch können einzelne Segmente und die Federelemente separat vorgefertigt und ersetzt werden.
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Darüber hinaus sind bei dieser Ausgestaltung der Wahl des für die Herstellung der Spannsegmente verwendeten Materials keine Grenzen gesetzt. So können die Spannsegmente aus Stahl oder anderen Metallwerkstoffen, wie Kupfer- oder Aluminiumwerkstoffen, bestehen. Ebenso ist es denkbar, die Spannsegmente aus Hartmetall oder einem Karbonwerkstoff zu fertigen, wenn besonders hohe Anforderungen an ihre Verschleißfestigkeit gestellt werden.
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Abhängig von dem jeweiligen Einsatzzweck kann es vorteilhaft sein, Mischformen der beiden voranstehend angegebenen Möglichkeiten der Verbindung zwischen den jeweiligen metallischen Federelementen und den Spannsegmenten eines erfindungsgemäßen Spannmittels vorzusehen. So ist es bei einem zwei Spannsegmente und damit einhergehend zwei zwischen ihnen liegende, sich in Längsrichtung erstreckende Trennzonen umfassenden Spannmittel beispielsweise möglich, im Bereich der einen Trennzone die beiden Spannmittel durch ein einstückig mit ihnen verbundenes Federelement zu verkoppeln, während in der anderen Trennzone ein separat vorgefertigtes Federelement die beiden Spannsegmente verbindet.
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Dieses Prinzip lässt sich selbstverständlich auf Spannmittel mit drei oder mehr Spannsegmenten übertragen.
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Die lösbare Verbindung zwischen einem metallischen Federelement und einer der ihm zugeordneten Spannsegmente kann dadurch bewerkstelligt werden, dass in mindestens eine der jeweils einander zugeordneten Längsseiten der Spannsegmente eine Aufnahme eingeformt ist, in der das jeweils zugeordnete metallische Federelement mit einem an die Form der Aufnahme angepassten Abschnitt gehalten ist.
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Eine maximale Variationsmöglichkeit und optimale Reparaturfreundlichkeit bei gleichzeitig vereinfachter Herstellung ergibt sich dann, wenn sowohl die Spannsegmente als auch die sie verbindenden metallischen Federelemente separat vorgefertigt und die Federelemente lösbar mit den ihnen jeweils zugeordneten Spannsegmenten verbunden sind.
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Zu diesem Zweck kann in jede der einander jeweils zugeordneten Längsseiten der Spannsegmente jeweils eine Aufnahme für das jeweils zugeordnete Federelement eingeformt sein, in der das Federelement jeweils mit einem an die Form der Aufnahme angepassten Absatz gehalten ist.
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Der Halt des jeweiligen Absatzes des Federelements in der ihm zugeordneten Aufnahme kann auf unterschiedliche Weise so geformt sein, dass eine Verliersicherheit gewährleistet ist. Hierzu ist es beispielsweise möglich, den jeweiligen Absatz des Federelements und die Form der jeweiligen Aufnahme so aneinander anzupassen, dass der Absatz mindestens in Umfangsrichtung und in radialer Richtung des Spannmittels gesehen formschlüssig in der Aufnahme gehalten ist.
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Um bei einer lösbaren Verbindung zwischen dem Federelement und dem ihm jeweils zugeordneten Spannsegment die Demontage zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn das Federelement im Schiebesitz in Längsrichtung der jeweils zugeordneten Aufnahme verschiebbar ist. Um dabei dennoch die Verliersicherheit zu gewährleisten, kann der Absatz des Federelements mit einer gewissen Pressung in der ihm zugeordneten Aufnahme gehalten sein, so dass verhindert ist, dass er selbsttätig aus der Aufnahme rutscht, jedoch durch Aufbringen einer ausreichend hohen Kraft zerstörungsfrei aus der Aufnahme getrieben werden kann. Alternativ kann auch ein zusätzliches im Fall der Demontage leicht entfernbares Bauteil, wie ein Stopfen oder ein Stift, vorgesehen sein, durch das das Federelement in der jeweiligen Aufnahme für die Zeit seiner Nutzung festgesetzt ist.
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Grundsätzlich ist es denkbar, nicht nur ein, sondern zwei oder mehrere Federelemente in Längsrichtung dicht aufeinander folgend in der jeweiligen Trennzone anzuordnen, um die an diese Zone angrenzenden Spannsegmente miteinander zu verbinden. Eine besonders gute Federwirkung bei gleichzeitig optimaler Abdichtung ergibt sich jedoch dann, wenn jeweils ein einziges Federelement in der jeweiligen Trennzone sitzt und sich dabei vorteilhafterweise über deren gesamte Länge erstreckt. In diesem Fall ist also die Länge des Federelements an die Länge der Trennzone so angepasst, dass das Federelement die Aufnahme des Spannmittels in dem Bereich, in dem die jeweilige Trennzone offen ist, vollständig gegenüber der Umgebung abschirmt.
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Das erfindungsgemäß in der Trennzone zwischen zwei Spannsegmenten eines Spannmittels vorgesehene metallische Federelement kann in beliebiger Weise geformt sein, solange es seine Federfunktion erfüllt. Eine besonders robuste und gleichzeitig fertigungstechnisch einfach herzustellende Form des Federelements besteht dabei darin, dass das Federelement mindestens eine sich in seiner Längsrichtung erstreckende Faltung aufweist, wobei sich eine optimale Dauerbelastbarkeit des Federelements dadurch ergibt, dass das Federelement mehrfach in seiner Längsrichtung gefaltet ist und so die Form eines Faltenbalgs erhält.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste Variante eines Spannmittels in frontaler Ansicht;
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2 die Einzelteile des Spannmittels gemäß 1 in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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3 eine zweite Variante eines Spannmittels in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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4 das Spannmittel gemäß 3 in Spannstellung in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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5 das Spannmittel gemäß 3 und 4 in einer perspektivischen Ansicht;
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5 eine dritte Variante eines Spannmittels in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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7 eine vierte Variante eines Spannmittels in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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8 eine fünfte Variante eines Spannmittels in einer 1 entsprechenden Ansicht;
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9 eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkzeugs mittels des in 1 dargestellten Spannmittels in einem Längsschnitt.
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Das in 1 gezeigte, in der Praxis nach Art einer Spannhülse einsetzbare Spannmittel 1a zum Spannen eines hier im Einzelnen nicht dargestellten Werkstücks oder Werkzeugs weist einen Spannkörper 2 auf, der eine an einen Zylinder angenäherte Grundform besitzt und eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahme 3, in die im Fall der Verwendung als Spannhülse ein Spannkegel 52 einer Einrichtung 50 zum Aufspreizen des Spannmittels 1a einführbar ist (9). Alternativ kann bei zuvor aufgespreiztem Spannmittel 1a in die Aufnahme 3 auch ein Absatz eines Werkstücks oder Werkzeugs eingesetzt werden, so dass das jeweilige Werkstück oder Werkzeug nach der Entlastung des Spannmittels 1a durch die dann wirksamen Federkräfte aus radialer Richtung in der Aufnahme 3 gespannt ist.
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Der Spannkörper 2 ist durch vier Spannsegmente 4, 5, 6, 7 und vier Federelemente 8, 9, 10, 11 gebildet. Die Spannsegmente 4–7 bestehen wie die Federelemente 8–11 aus einem rostfreien Stahl.
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Die identisch geformten Spannsegmente 4–7 weisen jeweils die Form eines Zylindersegments auf und umspannen im Querschnitt gesehen jeweils einen Kreisbogen von ca. 70°.
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Die benachbart zueinander angeordneten Spannsegmente 4, 5; 5, 6; 6, 7 und 7, 4 sind jeweils durch eine sich über die gesamte Länge L des Spannkörpers 1 erstreckende Trennzone 12, 13, 14, 15 voneinander getrennt.
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In den Trennzonen 12–15 sitzt jeweils eins der Federelemente 8–11, die sich ebenfalls über die gesamte Länge L des Spannkörpers 1 erstrecken. Auf diese Weise ist die Aufnahme 3 auch im Bereich der Trennzonen 12–15 in radialer Richtung gegenüber der Umgebung U des Spannkörpers 1 abgeschirmt.
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In jede der einander zugeordneten Längsseiten 16, 17 der Spannsegmente 4–7 des Spannmittels 1a ist jeweils eine sich über die Länge L des Spannmittels 1a erstreckende nutartige, an ihren Stirnseiten offene Aufnahme 18, 19, 20, 21 eingeformt, die sich ausgehend von einem von der jeweiligen Seitenfläche ausgehenden Schlitz 22a in einen im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Abschnitt 22b erweitert. In den Aufnahmen 18–21 sitzt jeweils ein seitlicher Abschnitt 23a, 23b der Federelemente 8–11. Die Form der Abschnitte 23a, 23b der Federelemente 8–11 ist dabei so an die Form der jeweils zugeordneten Aufnahme 18–21 angepasst, dass das jeweilige Federelement 8–11 mit leichtem Presssitz in der zugeordneten Aufnahme 18–21 in Längsrichtung LR des Spannmittels 1a verschiebbar ist. Auf diese Weise kann das jeweilige Federelement 8–11 durch einfaches Verschieben von dem zugeordneten Spannsegment 4–7 getrennt werden.
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Dabei sind die Federelemente 8–11 nach Art eines Faltenbalges mehrfach um jeweils eine Knicklinie gefaltet, die sich in Längsrichtung LR des Spannmittels 1a erstreckt.
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Der Aufbau des in den 4 und 5 gezeigten alternativen Spannmittels 1b entspricht dem Aufbau des Spannmittels 1a. So umfasst das Spannmittel 1b wieder die voranstehend bereits erläuterten Spannsegmente 4–7. Auch sind hier die Spannsegmente 4–7 durch Federelemente 24, 25, 26, 27 verbunden, deren einziger Unterschied zu den Federelementen 8–11 darin besteht, dass sie nur einmal um eine sich in Längsrichtung LR erstreckende Knicklinie gefaltet sind. Die Federelemente 24–27 verhalten sich beim Spannen des Spannmittels 1b dementsprechend steifer und erzeugen höhere Rückstellkräfte als die Federelemente 8–11 des Spannmittels 1a.
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Das in 6 dargestellte Spannmittel 1c entspricht in seiner grundsätzlichen Gliederung ebenfalls den Spannmitteln 1a und 1b. Jedoch sind hier die die Spannsegmente 4–7 verbindenden Federelemente 28, 29, 30, 31 mit ihrem einen längsseitigen flachen Randabschnitt form- und kraftschlüssig in eine entsprechend nutförmige, in die jeweils zugeordnete Längsseite 16, 17 der Spannsegmente 4–7 eingeformte Aufnahme 32 eingespannt, während sie mit ihrem anderen Absatz wie die Federelemente 8–11 im Schiebesitz in jeweils einer den Aufnahmen 18 entsprechenden Aufnahme 33 sitzen. Die Grundform der Federelemente 28–31 entspricht dabei der Form der Federelemente 8–11.
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Das in 7 dargestellte Spannmittel 1d entspricht wiederum in seiner Grundform dem Spannmittel 1d und umfasst dementsprechend vier Spannsegmente 4–7, von denen benachbarte Spannsegmente 4, 5; 5, 6; 6, 7; 7, 4 jeweils über ein Federelement 34, 35, 36, 37 miteinander verbunden sind, das in einer der auch hier zwischen den Spannsegmenten 4–7 vorhandenen Trennzonen 12–15 sitzt. Die Grundform der Federelemente 34–37 entspricht dabei ebenfalls der Grundform der Federelemente 8–11.
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Im Unterschied zu den Federelementen 8–11 sind die Federelemente 34–37 des Spannmittels 1d jedoch einstückig mit den ihnen jeweils zugeordneten Spannsegmenten 4–7 verbunden. Das Spannmittel 1d ist dementsprechend aus einem Stück ”aus dem Vollen” gefertigt. Hierzu ist zunächst in einer spanabhebenden Bearbeitung, beispielsweise durch Fräsen und Bohren, die hülsenförmige Grundform des Spannmittels 1d erzeugt worden. Anschließend sind die Federelemente 8–11 durch Funkenerosion in die jeweilige Trennzone 12–15 eingearbeitet worden.
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8 zeigt ein Spannmittel 1e mit zwei halbschalenförmigen Spannsegmenten 38, 39, die durch zwei gegenüberliegende, sich über die Länge des Spannmittels 1e erstreckende Trennzonen 40, 41 getrennt sind.
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In der einen Trennzone 40 ist dabei ein erstes Federelement 42 angeordnet, das wie die Federelemente 24–27 ausgebildet und mit den seinen Längsrändern angeformten Absätzen mit Schiebesitz in den entsprechend geformten Aufnahmen der Längsseiten der Spannsegmente 38, 39 sitzt.
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Das in der gegenüberliegenden Trennzone 41 angeordnete, ebenfalls nach Art der Federelemente 24–27 geformte Federelement 43 ist dagegen einstückig mit den Spannsegmenten 38, 39 verbunden, so dass die Spannsegmente 38, 39 und das Federelement 43 eine fest miteinander verbundene Baueinheit bilden.
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Die in 9 dargestellte Einrichtung 50 zum Spannen eines Werkzeugs W, bei dem es sich beispielsweise um einen Bohrer handelt, von dem hier nur der von der Bohrspitze abgewandte, der Einrichtung 50 zugeordnete Abschnitt gezeigt ist, umfasst einen Spannkegel 51, der auf einer Maschinenaufnahme 52 montiert ist. In dem Spannkegel 51 ist koaxial zur Längsachse des Spannkegels 51 ausgerichtet eine Zugstange 53 eines Zugdorns 54 längsverschiebbar geführt. An ihrem oberen, über den Spannkegel 51 hinausragenden Ende trägt die Zugstange 53 einen umlaufenden Absatz 55. Der Absatz 55 greift in jeweils eine Nut 4a, 5a ein, die jeweils in den oberen, dem Absatz 55 zugeordneten Abschnitt der Spannsegmente 4, 5, 6, 7 eingeformt ist.
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Die Innenflächen der Spannsegmente 4, 5, 6, 7 sind dabei ebenfalls kegelförmig so angeschrägt, dass sich die Aufnahme 3 des Spannmittels 1a in Richtung ihrer oberen Öffnung entsprechend der Kegelform des Spannkegels 51 verjüngt und das Spannmittel 1a im entspannten Zustand formschlüssig auf den Spannkegel 51 aufsetzbar ist. Gleichzeitig ist das Spannmittel 1a über den Absatz 54 formschlüssig mit der Zugstange 53 verkoppelt.
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In die dem Spannmittel 1a zugeordnete Stirnseite des Werkzeugs W ist eine topfförmige Aufnahme A eingeformt, deren Innendurchmesser ein bestimmtes Übermaß gegenüber dem Außendurchmesser des Spannmittels 1a im ungespannten Zustand hat.
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Zum Spannen wird zunächst das Werkzeug W auf das Spannmittel 1a gesetzt, so dass das Spannmittel 1a mit gewissem Spiel in der Aufnahme A des Werkzeugs sitzt. Dann wird der Zugdorn 54 in Richtung der Maschinenaufnahme 52 gezogen. Damit einhergehend wird das Spannmittel 1a in Richtung der Maschinenaufnahme 52 auf den Spannkegel 51 aufgeschoben und in radialer Richtung R gespreizt, bis seine Außenflächen unter ausreichendem Druck an den Innenflächen der Aufnahme A des Werkzeugs W anliegen und das Werkzeug W fest gehalten ist.
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In diesem Zustand sind die Federelemente 8–11 auseinander gezogen, so dass sie eine gegen die jeweilige Längsseite 16, 17 der Spannsegmente 4–7 gerichtete, federnd elastische Rückstellkraft auf die Spannsegmente 4–7 ausüben. Diese Rückstellkraft bewirkt, dass sich die Spannsegmente 4–7 selbsttätig wieder in ihre Ausgangsposition bewegen, wenn der Zugdorn 54 entlastet wird.
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Das Spannsegment 1a wird in seiner Spannstellung gehalten, bis das Werkzeug W ausgetauscht werden soll. Ist dies der Fall, wird der Spanndorn 54 entlastet, so dass sich das Spannmittel 1a aufgrund der von den Federelementen 8–11 bewirkten, in Umfangsrichtung des Spannmittels 1a wirkenden Rückstellkräfte zusammenzieht und selbsttätig auf dem Spannkegel 51 nach oben rutscht, bis die Federelemente 8–11 weitestgehend entlastet sind und der Kontakt zwischen dem Werkzeug W und dem Spannmittel 1a aufgehoben ist. Das Werkzeug W kann nun frei vom in seine Ursprungsform zusammengezogenen Spannmittel 1a abgehoben und durch ein anderes Werkzeug ersetzt werden. Der gesamte Spann- und Lösevorgang kann innerhalb extrem kurzer Zeit über eine große Zahl von Zyklen ohne die Gefahr einer Ermüdung der Federelemente 8–11 wiederholt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1a–1e
- Spannmittel
- 2
- Spannkörper
- 3
- Aufnahme für einen Absatz A
- 4–7
- Spannsegmente der Spannmittel 1a–1d
- 4a, 5a
- Nuten der Spannsegmente 4, 5
- 8–11
- Federelemente des Spannmittels 1a
- 12–15
- Trennzonen
- 16, 17
- Längsseiten der Spannsegmente 4–7, 38, 39
- 18–21
- Aufnahmen
- 22a
- Schlitz der Aufnahmen 18–21
- 22b
- verbreiterter Abschnitt der Aufnahmen 18–21
- 23a, 23a
- seitliche Abschnitte der Federelemente 8–11
- 24–27
- Federelemente des Spannmittels 1b
- 28–29
- Federelemente des Spannmittels 1c
- 32
- schlitzförmige Aufnahme des Spannmittels 1c
- 33
- Aufnahme des Spannmittels 1c
- 34–37
- Federelemente des Spannmittels 1d
- 38, 39
- Spannsegmente des Spannmittels 1e
- 40, 41
- Trennzonen des Spannmittels 1e
- 42, 43
- Federelement des Spannmittels 1e
- 50
- Einrichtung zum Spannen des Werkzeugs W
- 51
- Spannkegel
- 52
- Maschinenaufnahme
- 53
- Zugstange
- 54
- Zugdorn
- 55
- umlaufender Absatz des Zugdorns 54
- A
- Aufnahme des Werkzeugs W
- L
- Länge des Spannkörpers 1
- LR
- Längsrichtung der Spannmittel 1a–1e
- W
- Werkzeug
