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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zur Fixierung eines Werkzeuges oder Bauteiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Dehnspanneinrichtungen werden in den verschiedensten technischen Anwendungen zur Fixierung von Werkzeugen oder Bauteilen eingesetzt. Insbesondere in Werkzeugmaschinen ist eine Dehnspanneinrichtung an der übrigen Werkzeugmaschine befestigt und mittels der Dehnspanneinrichtung ist ein Werkzeug, beispielsweise ein Bohrer oder ein Fräser, entsprechend fixiert. Dabei unterscheidet man bei den hydraulischen Dehnspanneinrichtungen zwei unterschiedliche Arten, nämlich ein Dehnspannfutter oder ein Dehnspanndom. Bei einem Dehnspannfutter ist an einem Grundkörper eine Aufnahme zur Einführung des Werkzeugs ausgebildet und eine Dehnhülse als ein bewegbares Spannelement ist radial innerhalb des Grundkörpers angeordnet. Bei einem Dehnspanndom ist umgekehrt die Dehnhülse radial außerhalb des Grundkörpers angeordnet. Zwischen der Dehnhülse und dem Grundkörper ist eine ringförmige Druckkammer vorhanden und diese Druckkammer ist mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Ein Zylinder einer Beaufschlagungsvorrichtung begrenzt einen Arbeitsraum und innerhalb des Zylinders bzw. des Arbeitsraums ist ein Dichtkolben angeordnet. Der Dichtkolben kann axial innerhalb des Zylinders bewegt werden, sodass dadurch das Volumen des Arbeitsraums verändert werden kann, weil der Arbeitsraum fluidleitend mit der Druckkammer verbunden ist. Der Dichtkolben wird dabei von einer Stellvorrichtung, beispielsweise als eine Stellschraube ausgebildet, axial innerhalb des Zylinders bewegt. Die von der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer auf die Dehnhülse aufgebrachten hydrostatischen Druckkräfte aufgrund des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer ermöglichen eine radiale Bewegung der Dehnhülse aufgrund einer Verformung der Dehnhülse, sodass dadurch von der Dehnhülse ein Werkzeug oder ein Bauteil kraftschlüssig an der hydraulischen Dehnspanneinrichtung fixiert werden kann. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit kann nur wenige bar betragen oder auch bis zu einem Druck von etwa 100 bar bis 5000 bar ansteigen kann, je nachdem, welchen Durchmesser die Aufnahme an der Dehnspanneinrichtung für das Werkzeug aufweist.
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Die Dehnhülse ist an den jeweiligen axialen Endbereichen der Dehnhülse mit einer Lötverbindung als einer stoffschlüssigen Verbindung an dem Grundkörper befestigt. Dabei liegt das Lot auf jeweiligen Verbindungsflächen an der Dehnhülse und auf entsprechenden Gegenverbindungsflächen an dem Grundkörper auf. Bei großen Drücken der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer sind von dieser Lötverbindung große Kräfte aufzunehmen. Dabei weisen die Verbindungsfläche und die Gegenverbindungsfläche eine geringe Oberfläche auf, so dass dadurch je Flächeneinheit an der Verbindungsfläche und der Gegenverbindungsfläche große Zugkräfte von der Verbindungsfläche an der Dehnhülse auf die Gegenverbindungsfläche an dem Grundkörper zu übertragen sind. Bei einem Versagen dieser Lötverbindung tritt Hydraulikflüssigkeit in die Umgebung aus und damit tritt ein Versagen der Dehnspanneinrichtung ein, so dass insbesondere ein Werkzeug nicht mehr kraftschlüssig an der Dehnspanneinrichtung fixiert werden kann.
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Die
DE 36 31 445 A1 zeigt eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zum Spannen von zylindrischen, eine Anschlagfläche tragenden Körpern, insbesondere von zylindrischen Werkzeugschäften, mit einem Grundkörper, der eine zylindrische Aufnahmebohrung und eine der Aufnahmebohrung benachbarte Anschlagfläche aufweist, die sich an dem Grundkörper an dem Ende der Aufnahmebohrung befindet, von dem her der zylindrische Körper einzustecken ist, mit einer durch ein Hydraulikmedium unter Druck zu setzenden und aufweitbaren Kammer, die sich in dem Grundkörper neben der Wand der zylindrischen Aufnahmebohrung befindet, die Aufnahmebohrung vorzugsweise konzentrisch umgibt und über einen Kanal in dem Grundkörper mit einer Einrichtung zur Druckbeaufschlagung in Verbindung steht, wobei eine an dem zylindrischen Körper angreifende Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, die den eingesetzten zylindrischen Körper im Sinne eines Anpressens seiner Anschlagfläche an die Anschlagfläche des Grundkörpers vorspannt.
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Die
WO 2009/092365 A1 zeigt eine Dehnspanneinrichtung, welche aus einem Grundkörper und einer dünnwandigen Dehnbüchse aus Stahl besteht, die unter Bildung einer geschlossenen, ringförmigen Druckkammer mittels eines Lotes zumindest an ihren axialen Endbereichen mit dem Grundkörper verbunden ist, wobei die Druckkammer unter elastischer Verformung der Dehnbüchse mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, um eine Spannwirkung für ein aufzunehmendes Werkzeugs zu realisieren, wobei der Grundkörper und die Dehnbüchse aus Stählen mit unterschiedlichen Kohlenstoff- und/oder Chromgehalt bestehen, so dass bei der Verbindung von Grundkörper und Dehnbüchse durch Löten ein hochfester Fügeverbund durch Bildung von Stengelkristalliten infolge des Auflegierens des Stahles mit dem geringeren Kohlenstoff- und/oder Chromgehalt entsteht.
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Die
EP 2 177 296 B1 zeigt eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer Dehnbüchse, die unter Bildung einer geschlossenen Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist und zumindest an einem axialen Endbereich mit dem Grundkörper fest verbunden, insbesondere verlötet ist, wobei die Druckkammer unter elastischer Verformung der Dehnbüchse mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um eine Spannwirkung zu erzielen, wobei die Dehnbüchse insbesondere an ihrem arbeitsspindelfernen Endbereich einen radial nach außen vorstehenden Kragen aufweist, der an seiner zum Grundkörper weisenden Stirnseite flächig an einem Absatz des Grundkörpers anliegt und fixiert, insbesondere festgelötet ist, wobei benachbart zu diesem Verbindungsbereich in dem Grundkörper eine zu der Druckkammer hin offene radiale Vertiefung ausgebildet ist, die derart ausgebildet und/oder positioniert ist, dass zwischen der Vertiefung und dem Verbindungsbereich eine dünne Wandung gebildet wird, die zumindest an ihrem druckraumseitigen Ende durch einen in der Vertiefung herrschenden Druck elastisch gegen den verlöteten Verbindungsbereich gedrückt wird.
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Die
WO 2001/60556 A1 zeigt ein Dehnspannwerkzeug mit einem an einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine fixierbaren Grundkörper und einer Dehnbüchse, die unter Bildung eines geschlossenen Ringraums in den Grundkörper eingesetzt ist oder diesen umgibt und zumindest an ihren axialen Endbereichen mit dem Grundkörper verlötet ist, wobei der Ringraum unter elastischer Verformung der Dehnbüchse mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um eine Spannwirkung zu erzielen, wobei die Dehnbüchse und der Grundkörper zumindest an ihrem arbeitsspindelfernen Verbindungsbereich einen die Bauteile in radialer Richtung aneinander fixierenden Formschluss bilden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Spannelement und dem Grundkörper zuverlässig und preiswert ausgebildet ist, so dass auch bei großen Drücken der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer die stoffschlüssige Verbindung den auftretenden großen Kräften Stand hält
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung zur Fixierung eines Werkzeuges oder Bauteiles, umfassend einen Grundkörper, wenigstens ein hydraulisch bewegbares Spannelement zur kraftschlüssigen Fixierung des Werkzeuges oder Bauteiles, wobei wenigstens eine Verbindungsfläche des wenigstens einen Spannelementes mit wenigstens einer stoffschlüssigen Verbindung an wenigstens einer Gegenverbindungsfläche des Grundkörpers befestigt ist, eine Druckkammer, so dass die hydrostatische Druckkraft der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer auf das wenigstens eine hydraulisch bewegbare Spannelement übertragbar ist und damit das wenigstens eine Spannelement hydraulisch bewegbar ist, vorzugsweise eine Beaufschlagungsvorrichtung zur Beaufschlagung der Druckkammer mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck, wobei an der wenigstens einen Verbindungsfläche Aussparungen und/oder Vorsprünge ausgebildet sind und/oder an der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche Aussparungen und/oder Vorsprünge ausgebildet sind und/oder die wenigstens eine Verbindungsfläche und die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche in axialer Richtung eine formschlüssige Verbindung bilden. Aufgrund der Aussparungen und/oder Vorsprüngen weist die Verbindungsfläche und die Gegenverbindungsfläche eine große Oberfläche auf. Die von der stoffschlüssigen Verbindung zu übertragenden Kräfte, insbesondere Zugkräfte, von dem wenigstens einen Spannelement auf den Grundkörper können dadurch an einer größeren Oberfläche der Verbindungsfläche und/oder der Gegenverbindungsfläche übertrage werden, so dass dadurch pro Flächeneinheit der Verbindungsfläche und/oder der Gegenverbindungsfläche geringere Kräfte aufzunehmen sind und damit die stoffschlüssige Verbindung pro Flächeneinheit mit geringeren Kräften beansprucht ist. Die stoffschlüssige Verbindung in einem Zwischenraum zwischen dem Grundkörper und dem wenigstens einen Spannelement weist somit eine größere Ausdehnung auf. Die stoffschlüssige Verbindung hält damit auch großen Drücken in der Druckkammer zuverlässig stand, so dass in vorteilhafter Weise die hydraulische Dehnspanneinrichtung im Betrieb besonders zuverlässig, sicher und langlebig ist. Eine axiale Richtung ist eine Richtung parallel zu einer Zentralachse einer Maschinenaufnahme und/oder einer Axialbohrung. Die formschlüssige Verbindung in axialer Richtung zwischen der wenigstens einen Verbindungsfläche und der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche ist vorzugsweise von den Aussparungen und Vorsprüngen gebildet, da die Vorsprünge in den Aussparungen angeordnet sind.
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Insbesondere sind die je eine Verbindungsfläche, welche mit der stoffschlüssigen Verbindung an der je einer Gegenverbindungsfläche befestigt ist, und diese je eine Gegenverbindungsfläche komplementär zueinander ausgebildet, so dass Vorsprünge in Aussparungen angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Aussparungen von ebenen und/oder gekrümmten Teilflächen an dem wenigstens einen Spannelement und/oder dem Grundkörper begrenzt.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind die Vorsprünge von ebenen und/oder gekrümmten Teilflächen an dem wenigstens einen Spannelement und/oder dem Grundkörper begrenzt.
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Vorzugsweise sind die gekrümmten Teilflächen an den Vorsprüngen konvex.
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In einer Variante sind die gekrümmten Teilflächen an den Aussparungen konkav.
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Zweckmäßig ist die wenigstens eine Verbindungsfläche des wenigstens einen Spannelementes eine radiale Außenseite des wenigstens einen Spannelementes und die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche des Grundkörpers ist eine radiale Innenseite des Grundkörpers, insbesondere an einer Axialbohrung des Grundkörpers ausgebildet, bei einem Dehnspannfutter oder die wenigstens eine Verbindungsfläche des wenigstens einen Spannelementes ist eine radiale Innenseite des wenigstens einen Spannelementes und die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche des Grundkörpers ist eine radiale Außenseite des Grundkörpers bei einem Dehnspanndom.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die wenigstens eine Verbindungsfläche als wenigstens ein Außengewinde an dem Spannelement ausgebildet und die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche ist als wenigstens ein Innengewinde an dem Grundkörper ausgebildet bei einem Dehnspannfutter oder die wenigstens eine Verbindungsfläche ist als wenigstens ein Innengewinde an dem Spannelement ausgebildet und die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche ist als wenigstens ein Außengewinde an dem Grundkörper ausgebildet bei einem Dehnspanndom.
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In einer ergänzenden Variante umfasst der Grundkörper ein in axialer Richtung erstes äußeres Innengewinde und ein in axialer Richtung zweites inneres Innengewinde und das wenigstens eine Spannelement umfasst ein in axialer Richtung erstes äußeres Außengewinde und ein in axialer Richtung zweites inneres Innengewinde bei einem Dehnspannfutter oder der Grundkörper umfasst ein in axialer Richtung erstes äußeres Außengewinde und ein in axialer Richtung zweites inneres Außengewinde und das wenigstens eine Spannelement umfasst ein in axialer Richtung erstes äußeres Innengewinde und ein in axialer Richtung zweites inneres Innengewinde bei einem Dehnspanndom.
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In einer weiteren Ausgestaltung greift das wenigstens eine Außengewinde in axialer Richtung formschlüssig in das wenigstens eine Innengewinde ein, insbesondere ist das wenigstens eine Außengewinde in das wenigstens eine Innengewinde eingeschraubt.
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In einer ergänzenden Variante ist in einem Zwischenraum zwischen der wenigstens einen Verbindungsfläche und der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche, insbesondere vollständig, ein Verbindungsstoff, insbesondere Lot oder Klebstoff, angeordnet, so dass die stoffschlüssig Verbindung ein Lötverbindung oder eine Klebeverbindung ist.
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In einer weiteren Variante ist der maximale Durchmesser des ersten äußeren Innengewindes größer als der maximale Durchmesser des zweiten inneren Innengewindes bei einem Dehnspanfutter und umgekehrt bei einem Dehnspanndom.
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In eine ergänzenden Ausgestaltung ist der maximale Durchmesser des zweiten inneren Außengewindes kleiner als der minimale Durchmesser des ersten äußeren Innengewindes, so dass das zweite innere Außengewinde in axialer Richtung durch das erste äußere Innengewinde durchführbar ist ohne ein Eingreifen des zweiten inneren Außengewindes in das erste äußere Innengewinde bei einem Dehnspanndom oder der minimale Durchmesser des zweiten inneren Innengewindes größer ist als der maximale Durchmesser ersten äußeren Außengewindes, so dass das zweite innere Innengewinde in axialer Richtung durch das erste äußere Außengewinde durchführbar ist ohne ein Eingreifen des zweiten inneren Innengewindes in das erste äußere Außengewinde bei einem Dehnspannfutter.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Druckkammer einen ersten Druckkammerteilabschnitt auf, so dass in dem ersten Druckkammerteilabschnitt eine fiktive Ebene senkrecht zu der Zentralachse sowohl wenigstens eine Verbindungsfläche und/oder wenigstens eine Gegenverbindungsfläche als auch den ersten Druckkammerteilabschnitt schneidet. Die fiktive Ebene kann unterschiedliche axiale Positionen aufweisen, so dass die axialen Positionen der fiktiven Ebene bzw. Ebenen der axialen Position des ersten Druckkammerteilabschnittes entspricht.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Druckkammer einen zweiten Druckkammerteilabschnitt auf, so dass in dem zweiten Druckkammerteilabschnitt eine fiktive Ebene senkrecht zu der Zentralachse den zweiten Druckkammerteilabschnitt schneidet, nicht jedoch die wenigstens eine Verbindungsfläche und/oder nicht die wenigstens eine Gegenverbindungsfläche schneidet.
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Zweckmäßig ist die axiale Ausdehnung des ersten Druckkammerteilabschnittes größer als 2%, 3%, 5%, 10%, 20% oder 30% der axialen Gesamtausdehnung der Druckkammer.
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In einer weiteren Variante umfasst die Beaufschlagungsvorrichtung einen Zylinder, der einen Arbeitsraum für Hydraulikflüssigkeit begrenzt, und der Arbeitsraum mit der Druckkammer in fluidleitender Verbindung steht, einen an dem Zylinder angeordneten und beweglich gelagerter Dichtkolben, so dass ein erstes axiales Ende des Dichtkolbens von der Hydraulikflüssigkeit in dem Arbeitsraum beaufschlagt ist und eine Stellvorrichtung zum axialen Bewegen des Dichtkolbens in dem Zylinder zur Veränderung des Volumens des Arbeitsraumes und damit des Druckes in der Druckkammer. Die axiale Richtung an der Beaufschlagungsrichtung bzw. dem Zylinder an der Beaufschlagungsvorrichtung ist im Regelfall eine andere axiale Richtung als die axiale Richtung in Richtung der Zentralachse an der Axialbohrung, der Aufnahme, der wenigstens einen Verbindungsfläche und der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche.
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Zweckmäßig ist das wenigstens eine Spannelement als eine Dehnhülse und/oder eine Dehnbuchse ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dehnspanneinrichtung als ein Dehnspannfutter ausgebildet und das wenigstens eine bewegbare Spannelement ist radial innerhalb des Grundkörpers angeordnet oder die Dehnspanneinrichtung ist als ein Dehnspanndom ausgebildet und das wenigstens eine bewegbare Spannelement ist radial außerhalb des Grundkörpers angeordnet und/oder die Dehnspanneinrichtung umfasst einen Hydraulikkanal und der Hydraulikkanal verbindet die Druckkammer mit dem Arbeitsraum hydraulisch und/oder die Druckkammer ist zwischen dem wenigstens einen bewegbaren Spannelement und dem Grundkörper angeordnet und/oder die Stellvorrichtung umfasst eine Stellschraube und/oder die Stellvorrichtung umfasst einen Übertragungskolben und/oder die Stellvorrichtung liegt auf einem zweiten axialen Ende des Dichtkolbens auf.
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In eine weiteren Variante umfasst der Grundkörper in axialer Richtung eine erste äußere Gegenverbindungsfläche und in axialer Richtung eine zweite innere Gegenverbindungsfläche und das wenigstens eine Spannelement umfasst in axialer Richtung eine erste äußere Verbindungsfläche und eine zweite innere Verbindungsfläche und der Durchmesser der ersten äußeren Gegenverbindungsfläche ist größer als der Durchmesser der zweiten inneren Verbindungsfläche, so dass die zweite innere Verbindungsfläche in axialer Richtung durch die erste äußere Gegenverbindungsfläche durchführbar ist ohne ein Eingreifen der zweiten inneren Verbindungsfläche in die erste äußere Gegenverbindungsfläche bei einem Dehnspannfutter und dies ist umgekehrt bei einem Dehnspanndom.
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In einer weiteren Ausführungsform besteht in radialer Richtung zwischen dem wenigstens einen Spannelement und dem Grundkörper keine formschlüssige Verbindung, insbesondere besteht zwischen der wenigstens eine Verbindungsfläche und der wenigstens eine Gegenverbindungsfläche in radialer Richtung keine formschlüssige Verbindung.
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In einer zusätzlichen Variante beträgt die Differenz des maximalen und minimalen radialen Abstandes zu der Zentralachse an je einer Verbindungsfläche wenigstens 0,1%, 1%, 2%, 3%, 5%, 10% oder 20% des maximalen radialen Abstandes zu der Zentralachse an dieser Verbindungsfläche. Die Aussparungen und/oder Vorsprünge weisen somit eine große radiale Ausdehnung auf.
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In einer zusätzlichen Variante beträgt die Differenz des maximalen und minimalen radialen Abstandes zu der Zentralachse an je einer Gegenverbindungsfläche wenigstens 0,1%, 1%, 2%, 3%, 5%, 10% oder 20% des maximalen radialen Abstandes zu der Zentralachse an dieser Gegenverbindungsfläche. Die Aussparungen und/oder Vorsprünge weisen somit eine große radiale Ausdehnung auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen an der wenigstens einen Verbindungsfläche die Aussparungen einen kleineren radialen Abstand zu der Zentralachse auf als die Vorsprünge bei einem Dehnspannfutter oder an der wenigstens einen Verbindungsfläche weisen die Aussparungen einen größeren radialen Abstand zu der Zentralachse auf als die Vorsprünge bei einem Dehnspanndom.
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In einer ergänzenden Variante weisen an der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche die Aussparungen einen größeren radialen Abstand zu der Zentralachse auf als die Vorsprünge bei einem Dehnspannfutter oder an der wenigstens einen Gegenverbindungsfläche weisen die Aussparungen einen kleineren radialen Abstand zu der Zentralachse auf als die Vorsprünge bei einem Dehnspanndom.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Druckkammer als ein Ringspalt und/oder Ringraum ausgebildet.
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Vorzugsweise ist der Grundkörper aus Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Grundkörper einteilig oder mehrteilig.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das wenigstens eine Spannelement von wenigstens drei radial beweglich gelagerte Spannbacken gebildet.
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Zweckmäßig sind das Innengewinde und/oder das Außengewinde als Flachgewinde, Rundgewinde, Sägengewinde, Spitzgewinde, Trapezgewinde und/oder Whitworth-Gewinde (konisches Gewinde) ausgebildet.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen vereinfachten Längsschnitt einer Dehnspanneinrichtung,
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2 einen Schnitt A-A gemäß 1 der Dehnspanneinrichtung,
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3 einen vergrößerten Teilbereich aus 1 im Bereich einer Aufnahme,
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4 einen zusätzlich vergrößerten Teilbereich aus 1 mit einer zweiten inneren Verbindungsfläche und einer zweiten inneren Gegenverbindungsfläche in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3,
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5 einen zusätzlich vergrößerten Teilbereich aus 1 mit einer zweiten inneren Verbindungsfläche und einer zweiten inneren Gegenverbindungsfläche in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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6 einen zusätzlich vergrößerten Teilbereich aus 1 mit einer zweiten inneren Verbindungsfläche und einer zweiten inneren Gegenverbindungsfläche in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Eine in den 1 bis 3 dargestellte hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 ist als ein Dehnspannfutter 2 ausgebildet. Die Dehnspanneinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 3 aus Stahl mit einer Axialbohrung 4 in Richtung einer Zentralachse 7 der Dehnspanneinrichtung 1. Eine Maschinenaufnahme 6 dient zur formschlüssigen Befestigung der Dehnspanneinrichtung 1 an einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine, beispielsweise einer Fräs- oder Bohrmaschine. Innerhalb der Axialbohrung 4 ist eine Dehnhülse 9 aus Metall angeordnet und die Dehnhülse 9 bildet dabei ein Spannelement 8 zur kraftschlüssigen Befestigung eines nicht dargestellten Werkzeugs innerhalb einer Aufnahme 5. Die Dehnhülse 9 ist dabei koaxial und konzentrisch zu der Zentralachse 7 angeordnet und auch die Axialbohrung 4 ist koaxial und konzentrisch zu der Zentralachse 7 ausgerichtet. Zwischen dem Grundkörper 3 an der Axialbohrung 4 und der Dehnhülse 9 ist eine Druckkammer 12 ausgebildet und die Druckkammer 12 ist dabei als ein Ringraum ausgebildet. Die axialen Enden der Druckkammer 12 sind von einer stoffschlüssigen Verbindung 10, beispielsweise einem Lötring 11 oder Klebstoffstoffring 11, abgedichtet und zusätzlich ist mittels der stoffschlüssigen Verbindung 10 die Dehnhülse 9 an dem Grundkörper 3 befestigt, so dass eine Lötverbindung 10 oder eine Klebeverbindung 10 zwischen dem Spannelement 8 und dem Grundkörper 3 vorhanden ist. Eine Lötverbindung 10 wird in einem Lötofen hergestellt indem geschmolzenes Lot aus einem Lotreservoir 51 mittels Kapillarwirkung in einen Zwischenraum zwischen einer Verbindungsfläche 26 des Spannelementes 8 und einer Gegenverbindungsfläche 29 an dem Grundkörper 29 eingeleitet wird.
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In den Grundkörper 3 ist außerdem eine Bohrung eingearbeitet und die Bohrung bildet an einem Teilabschnitt einen Zylinder 13 zur Aufnahme eines Dichtkolbens 21 und eines Übertragungskolbens 20 (2). An einem außenseitigen Endbereich dieser Bohrung ist ein Innengewinde 19 angeordnet. In dieses Innengewinde 19 ist eine Stellschraube 17 mit einem Außengewinde 18 eingeschraubt, sodass dadurch das Außengewinde 18 der Stellschraube 17 in das Innengewinde 19 an dem Grundkörper 3 eingreift. Die Bohrung an dem Grundkörper 3 und damit auch der Zylinder 13 ist koaxial und/oder konzentrisch zu einer Längsachse des Dichtkolbens 21 und/oder des Zylinders 13 ausgebildet, d. h. der Dichtkolben 21 ist koaxial und/oder konzentrisch innerhalb des Zylinders 13 angeordnet. Zwischen dem Dichtkolben 21 und der Stellschraube 17 ist der Übertragungskolben 20 angeordnet. Die Stellschraube 17 und vorzugsweise der Übertragungskolben 20 bilden eine Stellvorrichtung 16. Der Durchmesser des Übertragungskolbens 20 kann im Wesentlichen dem Durchmesser des Zylinders 13 entsprechen oder der Durchmesser des Übertragungskolbens 20 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Zylinders 13. Ein Arbeitsraum 24 ist von dem Zylinder 13 und einem ersten axialen Ende 22 des Dichtkolbens 21 begrenzt. Der Arbeitsraum 24 ist fluidleitend mittels eines Hydraulikkanals 14 in dem Grundkörper 3 mit der Druckkammer 12 verbunden. Ein axialer Endbereich der Stellschraube 17 weist eine Formschlussgeometrie auf zum Verdrehen der Stellschraube 17, sodass dadurch mittels eines Verdrehens der Stellschraube 17 die axiale Position der Stellschraube 17 verändert werden kann und aufgrund des Übertragungskolbens 20 dadurch die axiale Position des Dichtkolbens 21 in den Zylinder 13 verändert werden kann und damit auch das Volumen des Arbeitsraums 24 verändert wird.
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Die Druckkammer 12, der Hydraulikkanal 14 und der Arbeitsraum 24 sind mit einer im Wesentlichen nicht kompressiblen Hydraulikflüssigkeit befüllt, sodass dadurch eine axiale Bewegung des Dichtkolbens 21 gemäß der Darstellung in 2 nach oben eine Verkleinerung des Volumens des Arbeitsraums 24 bewirkt, sodass dadurch die Hydraulikflüssigkeit von dem Arbeitsraum 24 durch den Hydraulikkanal 14 in die Druckkammer 12 eingeleitet wird und dadurch das Volumen der Druckkammer 12 erhöht wird und eine radiale Dehnung der Dehnhülse 9 in Richtung zu der Zentralachse 7 bewirkt wird. Dadurch kann ein Werkzeug oder ein Bauteil innerhalb der Aufnahme 5 kraftschlüssig von der Dehnhülse 9 fixiert werden. Umgekehrt kann die kraftschlüssige Fixierung eines Werkzeugs in der Aufnahme 5 gelöst werden, indem die Stellschraube 17 in einer entgegengesetzten Richtung verdreht wird und dadurch der Dichtkolben 21 gemäß der Darstellung in 2 nach unten bewegt wird und das Volumen des Arbeitsraums 24 erhöht wird und somit eine radiale Bewegung der Dehnhülse 9 in Richtung weg von der Zentralachse 7 in einer radialen Richtung 15 bewirkt wird. Der Dichtkolben 21 weist neben dem ersten axialen Ende 22 ein dem ersten axialen Ende 22 gegenüberliegendes zweites axiale Ende 23 auf und auf diesem zweiten axialen Ende 23 liegt der Übertragungskolben 20 auf. Der Dichtkolben 21, die Stellvorrichtung 16 und der Hydraulikkanal 14 bilden eine Beaufschlagungsvorrichtung 25 zur Beaufschlagung der Druckkammer 12 mit Hydraulikflüssigkeit unter einem unterschiedlichen Druck.
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Der in der Druckkammer 12 und damit in dem Arbeitsraum 24 maximal auftretende Druck hängt von dem Durchmesser der Aufnahme 5, das heißt dem Durchmesser der Dehnhülse 9, ab. Bei Dehnspanneinrichtungen 1 mit einem kleineren Durchmesser der Dehnhülse 9 können Drücke zwischen 100 bar und 5000 bar auftreten und bei hydraulischen Dehnspanneinrichtungen 1 mit einem größeren Durchmesser der Dehnhülse 9, ab beispielsweise 32 mm, beträgt der maximal notwendige Druck zur Fixierung eines Werkzeugs in der Aufnahme 5 ungefähr 200 bar bis 600 bar.
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In 3 und 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Ausbildung der Geometrie der Verbindungsflächen 26 und der Gegenverbindungsflächen 29 dargestellt. Das Spannelement 8 weist eine radiale Außenseite 35 auf und der Grundkörper 3 weist an der Axialbohrung 4 eine radiale Innenseite 36 auf. Das Spannelement 8 weist an zwei axialen Endbereichen in Richtung der Zentralachse 7 als einer axialen Richtung 52 eine erste äußere Verbindungsfläche 27 und eine zweite innere Verbindungsfläche 28 auf. In analoger Weise weist der Grundkörper 3 an zwei axialen Endbereichen in axialer Richtung 52 der Zentralachse 7 eine erste äußere Gegenverbindungsfläche 30 und eine zweite innere Gegenverbindungsfläche 31 auf. Die Verbindungsflächen 26 sind als ein Außengewinde 40 ausgebildet, so dass die erste äußere Verbindungsfläche 27 ein erstes äußeres Außengewinde 41 bildet und die zweite innere Verbindungsfläche 28 ein zweites inneres Außengewinde 42 bildet. Die Gegenverbindungsflächen 29 sind als Innengewinde 37 ausgebildet, so dass dadurch die erste äußere Gegenverbindungsfläche 30 ein erstes äußeres Innengewinde 38 bildet und die zweite innere Gegenverbindungsfläche 31 ein zweites inneres Innengewinde 39 bildet. Die Kerben bzw. Gewindegänge des Außengewindes 40 bilden somit Aussparungen 32 und zwischen den Kerben bzw. Gewindegängen als den Aussparungen 32 sind Vorsprünge 33 als von dem Außengewinde 40 gebildet vorhanden. Dies gilt analog auch für das Innengewinde 37. Die erste äußere Verbindungsfläche 27 weist einen im Wesentlichen konstanten radialen Abstand zu der Zentralachse 7 auf und dies gilt analog auch für die zweite innere Verbindungsfläche 28. Dabei ist jeweils der durchschnittliche radiale Abstand der ersten äußeren Verbindungsfläche 27 zu der Zentralachse 7 größer als der durchschnittliche radiale Abstand der zweiten inneren Verbindungsfläche 28 zu der Zentralachse 78. Der durchschnittliche radiale Abstand der ersten äußeren Gegenverbindungsfläche 30 zu der Zentralachse 7 ist größer als der durchschnittliche radiale Abstand der zweiten inneren Gegenverbindungsfläche 31 zu der Zentralachse 7. Zwischen den Verbindungsflächen 26 und den Gegenverbindungsflächen 29 ist ein Zwischenraum in einer radialen Richtung 15 vorhanden. In diesem Zwischenraum ist das Lot angeordnet für die stoffschlüssige Verbindung 10. Die vorhandene stoffschlüssige Verbindung 10 ist in den 3 bis 6 nicht dargestellt.
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Das erste äußere Außengewinde 41 weist einen maximale Durchmesser 43 an den Vorsprüngen 33 auf. Das erste äußere Innengewinde 38 des Grundkörpers 3 weist an den Vorsprüngen 33 einen minimalen Durchmesser 46 auf. In analoger Weise weist das zweite innere Außengewinde 42 einen maximalen Durchmesser 44 auf (4). Das zweite innere Innengewinde 39 weist einen maximalen Durchmesser 45 an den Enden der Aussparungen 32 in der radialen Richtung 15 auf. Das zweite innere Außengewinde 42 weist einen minimalen Durchmesser 47 an den radialen Enden der Aussparungen 32 auf. Das zweite innere Innengewinde 39 weist einen minimalen Durchmesser 48 an den radialen Enden der Vorsprünge 33 auf.
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Der maximale Durchmesser 44 des zweiten inneren Außengewindes 42 ist kleiner als der minimale Durchmesser 46 des ersten äußeren Innengewindes 38. Bei der Herstellung der Dehnspanneinrichtung 1 kann somit das zweite innere Außengewinde 42 in axialer Richtung 52 durch das erste äußere Innengewinde 38 des Grundkörpers 3 durchgeführt werden und erst bei einem Auftreffen des zweiten inneren Außengewindes 42 auf das zweite innere Innengewinde 39 wird das zweite innere Außengewinde 42 in das zweite innere Innengewinde 39 eingeschraubt. In analoger Weise wird, vorzugsweise simultan aufgrund der Geometrie, erst bei dem Auftreffen bzw. dem Kontakt des ersten äußeren Außengewindes 41 auf das erste äußere Innengewinde 38 das erste äußere Außengewinde 41 in das erste äußere Innengewinde 38 an dem Grundkörper 3 eingeschraubt, in dem das Spannelement 8 in eine Rotationsbewegung um die Zentralachse 7 versetzt wird. Die Innengewinde 37 und die Außengewinde 40 sind in der radialen Differenz überdimensioniert, so dass ein ausreichend großer Zwischenraum zwischen den Innengewinden 37, 38, 39 und den Außengewinden 40, 41, 42 vorhanden ist zur Aufnahme des Lotes oder eines Klebstoffes. Bei einer stoffschlüssigen Lötverbindung darf jedoch die Ausdehnung des Zwischenraumes in der radialen Richtung nicht zu groß sein, damit das Lot mittels einer Kapillarwirkung in dem Lötofen von dem Lotreservoir 51 in den Zwischenraum eingeleitet werden kann.
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Die Druckkammer 12 ist in einen ersten Druckkammerteilabschnitt 49 und in einem zweiten Druckkammerteilabschnitt 50 unterteilt. Die beiden Druckkammerteilabschnitte 49, 50 sind fluidleitend miteinander verbunden (3). Der erste Druckkammerteilabschnitt 49 ist in der radialen Richtung 15 zwischen dem Spannelement 8 und der Verbindungsfläche 26 ausgebildet, so dass eine fiktive Ebene (nicht dargestellt) senkrecht zu der Zentralachse 7 sowohl die Verbindungsfläche 26 als auch den ersten Druckkammerteilabschnitt 49 schneidet. Der zweite Druckkammerteilabschnitt 50 ist nur zwischen dem Grundkörper 3 und dem Spannelement 8 in der radialen Richtung 15 vorhanden, so dass die fiktive Ebene senkrecht zu der Zentralachse 7 nur den zweiten Druckkammerteilabschnitt 50 schneidet, nicht jedoch die Verbindungsfläche 26 und nicht die Gegenverbindungsfläche 29 schneidet. Der zweite Druckkammerteilabschnitt 50 ist somit in der radialen Richtung 15 einerseits von dem Grundkörper 3 und andererseits von dem Spannelement 8 begrenzt. Der erste Druckkammerteilabschnitt 49 ist in der radialen Richtung 15 beidseitig von dem Spannelement 8 begrenzt. Für eine möglichst sichere Fixierung von Werkzeugen mittels des Spannelementes 8 ist es gewünscht, dass das Spannelement 8 in axialer Richtung 52 der Zentralachse 7 an einem möglichst großen axialen Abschnitt des Spannelementes 8 in der radialen Richtung 15 dehnbar bzw. bewegbar ist und dies setzt eine möglichst große axiale Ausdehnung der Druckkammer 12 voraus. Aufgrund der Ausbildung der Druckkammer 12 mit dem ersten Druckkammerteilabschnitt 49 an einem Bereich auch in der radialen Richtung 15 an der Verbindungsfläche 26 und damit auch an der stoffschlüssigen Verbindung 10 kann einerseits zusätzlich die Oberfläche der Verbindungsfläche 26 und der Gegenverbindungsfläche 29 vergrößert werden, da die Verbindungsfläche 26 und die Gegenverbindungsfläche 29 eine größere axiale Ausdehnung aufweisen können und andererseits wird dadurch der axiale Bereich des Spannelementes 8, der in der radialen Richtung 15 bewegbar ist, mittels der Hydraulikflüssigkeit in dem ersten Druckkammerteilabschnitt 49 erhöht.
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In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Verbindungsflächen 26 und der Gegenverbindungsflächen 29 dargestellt. An dem Grundkörper 3 sind Vorsprünge 33 vorhanden und die Vorsprünge 33 sind in Aussparungen 32 an dem Spannelement 8 angeordnet. Dabei sind sowohl an den Vorsprüngen 33 ebene Teilflächen 34 ausgebildet als auch an den Aussparungen 32 ebene Teilflächen 34. Die Geometrie der Aussparungen 32 und der Vorsprünge 33 ist entsprechend komplementär zueinander ausgebildet. Der durchschnittliche radiale Abstand der Verbindungsflächen 26 und der Gegenverbindungsflächen 29 zu der Zentralachse 7 nimmt dabei in Richtung zu dem außenseitigen Ende der Aufnahme 5 ab.
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In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für die Geometrie der Verbindungsflächen 26, 28 und der Gegenverbindungsflächen 29, 31 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Vorsprünge 33 weisen eine gekrümmte konvexe Oberfläche auf und die Aussparungen 32 weisen eine gekrümmte konkave Oberfläche auf. Der durchschnittliche radiale Abstand der Verbindungsflächen 26 und der Gegenverbindungsflächen 29 zu der Zentralachse 7 nimmt in Richtung zu dem außenseitigen Ende der Aufnahme 5 nicht ab, d. h. dieser ist im Wesentlichen konstant, wobei vorzugsweise das Spannelement 8 in Umfangsrichtung mehrteilig ausgebildet ist zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung 10. Die Durchmesser 44, 45, 47, 48 sind analog 4 bezeichnet.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Dehnspanneinrichtung 1 wesentliche Vorteile verbunden. Aufgrund der Geometrie der Verbindungsflächen 26 und der Gegenverbindungsflächen 29 mit den Aussparungen 32 und den Vorsprüngen 33 weisen die Verbindungsflächen 26 und die Gegenverbindungsflächen 29 eine größere Oberfläche auf bezüglich einer Verbindungsfläche 26 und einer Gegenverbindungsfläche 29, die einen jeweils konstanten radialen Abstand zu der Zentralachse 7 aufweisen. Von dem Spannelement 8 sind Kräfte, insbesondere Zugkräfte, mittels der stoffschlüssigen Verbindung 10 von dem Spannelement 8 auf den Grundkörper 3 zu übertragen. Aufgrund dieser konstruktiv vergrößerten Oberfläche sind somit pro Flächeneinheit der Verbindungsfläche 26 und der Gegenverbindungsfläche 29 geringere Kräfte von der stoffschlüssigen Verbindung 10 jeweils für eine Flächeneinheit zu übertragen. Dadurch ist die stoffschlüssige Verbindung 10 pro Flächeneinheit der Verbindungsfläche 26 und der Gegenverbindungsfläche 29 mit kleineren Kräften beansprucht. Die stoffschlüssige Verbindung 10 ist damit im Betrieb der Dehnspanneinrichtung 1 zuverlässig und sicher und auch bei großen Drücken der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer 12 ist die Dichtheit der Druckkammer 12 aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung 10 gewährleistet. Ein Versagen der stoffschlüssigen Verbindung 10 und damit auch der Dehnspanneinrichtung 1 ist somit im Wesentlichen ausgeschlossen. Die Dehnspanneinrichtung 1 ist somit im Betrieb sicher, zuverlässig und weist eine lange Lebensdauer auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3631445 A1 [0004]
- WO 2009/092365 A1 [0005]
- EP 2177296 B1 [0006]
- WO 2001/60556 A1 [0007]
