DE102016222996A1

DE102016222996A1 - Spannkopf und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102016222996A1
Application number: DE102016222996.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018095457A1

Abstract

Ein Spannkopf zum Einspannen eines Werkstücks weist mehrere Spannbacken (2) auf, an denen jeweils mindestens ein zum Halten des Werkstücks vorgesehenes Spannelement (3) in Umfangsrichtung des Spannkopfes (1) beschränkt verlagerbar geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen zum Einspannen eines Werkstücks, insbesondere eines Schmiederohlings, geeigneten Spannkopf sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.
Aus der DE 10 2009 050 140 A1 ist ein Spannfutter mit Klemmeinrichtung bekannt. Dieses Spannfutter ist zum Spannen von dünnwandigen Werkstücken vorgesehen und umfasst drei bis sechs Klemmeinrichtungen. Jede Klemmeinrichtung weist ein Trägerelement, eine feststehende Backe, sowie eine gegenüber der feststehenden Backe bewegliche Backe auf. In der DE 10 2009 050 140 A1 wird davon ausgegangen, dass die zu bearbeitenden dünnwandigen Werkstücke in der Regel als zylinderförmige Werkstücke vorliegen.
Weitere Vorrichtungen zum Spannen von Werkstücken sind zum Beispiel aus der DE 10 2006 009 201 B4 sowie aus der DE 200 07 682 U1 bekannt. Im letztgenannten Fall handelt es sich um einen Spannkopf für eine Schmiedemaschine zum Innenprofilieren rohrförmiger Werkstücke.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Möglichkeiten zum Spannen von Werkstücken, welche nicht notwendigerweise einen exakt kreisrunden Querschnitt aufweisen, anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Spannkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Bearbeitungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Spannkopf, und umgekehrt.
Der Spannkopf weist mehrere Spannbacken auf, wobei an jedem Spannbacken ein zum Halten eines Werkstücks vorgesehenes Spannelement derart geführt ist, dass es in Umfangsrichtung des Spannkopfes beschränkt verlagerbar ist.
Diese Gestaltung des Spannkopfes begünstigt das verformungsfreie Spannen von Werkstücken, beispielsweise Schmiederohlingen, welche einen in signifikantem Maße nicht kreisrunden, zu spannenden Querschnitt aufweisen. Bei den zu spannenden Rohlingen handelt es sich beispielsweise um Lagerringe, das heißt Innenringe oder Außenringe, aus welchen Wälzlager gefertigt werden. Im Gegensatz zu gängigen Verfahren werden die unrunden Rohlinge nicht durch einen Spannkopf in eine runde Form gezwungen.
Ein wesentlicher Vorteil des verformungsfreien Spannens der unrunden Rohlinge liegt darin, dass die Rohlinge nach dem Lösen der Spannung nicht in ihre unrunde Ausgangsform zurückspringen, was die Rundheit einer gedrehten Kontur, beispielsweise einer Bohrung oder einer Außenkontur, wieder beeinträchtigen würde. Vielmehr sorgt die verformungsfreie Spannung von Rohlingen mittels des Spannkopfes dafür, dass am eingespannten Rohling erzeugte Bezugsflächen oder sonstige insbesondere durch spanende Bearbeitung erzeugte Konturen in hoher geometrischer Präzision für die Weiterbearbeitung der Rohlinge erhalten bleiben. Von Vorteil sind auch extrem kurze Rüstzeiten, welche unter Verwendung des Spannkopfes erzielbar sind.
Im einfachsten Fall handelt es sich bei jedem Spannelement des Spannkopfes um ein einstückiges, schwimmend im jeweiligen Spannbacken gelagertes Element. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung sind in jedes Spannelement eine Mehrzahl sogenannter Gripeinsätze eingesetzt, welche zur direkten Kontaktierung des Werkstücks vorgesehen sind. Der Werkstoff, aus welchem die Gripeinsätze gefertigt sind, kann sich von dem Werkstoff, aus welchem die Spannelemente gefertigt sind, unterscheiden. Insbesondere können die Gripelemente aus einem im Vergleich zum Spannelement härteren Werkstoff gefertigt sein.
Die Anzahl der Spannelemente, welche in einen Spannbacken eingesetzt sind, kann unter anderem in Abhängigkeit von der Geometrie der zu bearbeitenden Werkstücke festgelegt werden. Beispielsweise ist in jeden Spannbacken genau ein Spannelement eingesetzt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist jedes Spannelement um eine zur Mittelachse des Spannkopfes parallele, außerhalb des Spannbackens liegende geometrische Schwenkachse begrenzt schwenkbar. Die Verschwenkung des Spannelementes um diese Schwenkachse ist gleichbedeutend mit einer Verlagerung des Spannelementes in Umfangsrichtung des Spannkopfes. Auf besonders einfache und zugleich robuste Weise ist diese Funktion realisierbar, indem jedes Spannelement einen im wesentlichen halbmondförmigen Querschnitt aufweist und in einer konkaven Ausnehmung des zugehörigen Spannbackens flächig abgestützt ist. Hierbei kann das Spannelement beispielsweise mittels einer Langlochführung beweglich im Spannbacken geführt sein. Die konkave Ausnehmung, in welcher das Spannelement einliegt, wird auch als Kalotte bezeichnet. In dieser Kalotte ist das Spannelement schwimmend gelagert. Das eingespannte Werkstück kommt ausschließlich mit den Gripeinsätzen des Spannelementes und nicht mit sonstigen Teilen des Spannelementes in Kontakt. Damit passt sich das Spannelement der unrunden Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks an. Gleichzeitig ist eine stabile Spannung des Werkstücks gegeben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen Spannkopf in perspektivischer Ansicht,
2 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Spannelement des Spannkopfes nach 1.

Ein in 1 vereinfacht dargestellter, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Spannkopf ist zum Einspannen von Werkstücken, nämlich Schmiederohlingen, vorgesehen, bei welchen es sich insbesondere um Wälzlagerkomponenten oder Gleitlagerkomponenten, nämlich Innenring oder Außenringe, handeln kann. Generell kann es sich bei den Werkstücken um beliebige Rohlinge, beispielsweise Schmiederohlinge, Sinterrohlinge, Walzrohlinge und Gussrohlinge, handeln, welche verzugsfrei gespannt werden sollen.
Der Spannkopf 1 weist drei Spannbacken 2 auf, in welchen jeweils ein zusätzliches Spannelement 3 schwimmend gelagert ist. Somit ist jedes Spannelement 3 in Tangentialrichtung TR des Spannkopfes 1 begrenzt verschiebbar, wie in 1 durch Doppelpfeile angedeutet ist. Im Querschnitt beschreibt jedes Spannelement 3, wie sowohl aus 1 als auch aus 2 hervorgeht, die Form eines Halbmondes. An der Innenseite des Spannelementes 3 sind in dieses zwei Gripeinsätze 4 eingelegt, welche zur unmittelbaren Kontaktierung des zu bearbeitenden Werkstücks vorgesehen sind. In Umfangsrichtung des Spannkopfes 1 zwischen den Gripeinsätzen 4 eines Spannelementes 3, das heißt mittig im Spannelement 3, ist dieses mittels einer Langlochführung 5 verschiebbar geführt. In die Langlochführungen 5 eingesetzte Schrauben sind in 1 nicht dargestellt. In 2 ist eine Langloch, welches Teil der Langlochführung 5 ist, mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet. Die in das Langloch 6 einzusetzende Schraube weist einen Durchmesser auf, welcher geringer als die Breite des Langlochs 6 im dargestellten Querschnitt (2) ist.
Wie aus 1 hervorgeht, liegt jedes Spannelement 3 praktisch vollflächig am zugehörigen Spannbacken 2 an. Der Krümmungsradius auf der Außenseite eines jeden Spannelementes 3, das heißt auf derjenigen Seite des Spannelementes 3, auf welcher dieses am Spannbacken 2 anliegt, ist wesentlich geringer als der Krümmungsradius, welcher durch die Innenseite des Spannelements 3 beschrieben ist und dem Krümmungsradius am Innenumfang des Spannbackens 2 entspricht. Die unterschiedlichen Krümmungsradien des Spannelementes 3 sorgen dafür, dass bei einer Verschiebung des Spannelementes 3 in Tangentialrichtung TR einer der beiden Gripeinsätze 4 in den Spannbacken 2 eintaucht, während der andere Gripeinsatz 4 aus dem Spannbacken 2 herausgehoben wird. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedliche Abstände der beiden Gripeinsätze 4 ein und desselben Spannelementes 3 zur Mittelachse der Spannvorrichtung 1. Damit ist der Spannkopf 1 prädestiniert für die Bearbeitung von Werkstücken mit nicht kreisrundem Querschnitt. Sowohl dickwandige als auch dünnwandige Werkstücke sind mittels des Spannkopfes 1 verformungsfrei spannbar. Damit bleiben Konturen, beispielsweise kreisförmige Konturen, welche an dem mittels des Spannkopfes 1 gespannten Werkstück erzeugt werden, auch nach dem Lösen der Spannung erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Spannkopf
2: Spannbacken
3: Spannelement
4: Gripeinsatz
5: Langlochführung
6: Langloch
TR: Tangentialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009050140 A1 [0002]
DE 102006009201 B4 [0003]
DE 20007682 U1 [0003]

Claims

Spannkopf (1) zum Einspannen eines Werkstücks, mit mehreren Spannbacken (2), an denen jeweils mindestens ein zum Halten des Werkstücks vorgesehenes Spannelement (3) in Umfangsrichtung des Spannkopfes (1) beschränkt verlagerbar geführt ist.
Spannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Spannelement (3) eine Mehrzahl zur Kontaktierung des Werkstücks vorgesehene Gripeinsätze (4) eingesetzt sind.
Spannkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Spannbacken (2) genau ein Spannelement (3) eingesetzt ist.
Spannkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) um eine zur Mittelachse des Spannkopfes (1) parallele, außerhalb des Spannbackens (2) liegende Schwenkachse begrenzt schwenkbar ist.
Spannkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Spannelement (3) einen halbmondförmigen Querschnitt beschreibt, wobei das Spannelement (3) in einer konkaven Ausnehmung des zugehörigen Spannbackens (2) flächig abgestützt ist.
Spannkopf (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) mittels einer Langlochführung (5) beweglich im Spannbacken (2) geführt ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, mit folgenden Merkmalen: - Ein zu bearbeitendes Werkstück mit nicht kreisrundem Querschnitt wird bereitgestellt, - das Werkstück wird mittels eines Spannkopfes (1) eingespannt, welcher mehrere Spannbacken (2) aufweist, an denen jeweils mindestens ein in Umfangsrichtung des Spannkopfes (1) beschränkt verschiebbares, das Werkstück kontaktierendes Spannelement (3) geführt ist, wobei der nicht kreisrunde Querschnitt des Werkstücks durch das Einspannen nicht durch elastische Verformung verändert wird. - das eingespannte Werkstück wird spanabhebend bearbeitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück ein Rohling eingespannt wird, welcher aus der Gruppe an Rohlingen ausgewählt ist, die Schmiederohlinge, Sinterrohlinge, Walzrohlinge und Gussrohlinge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am eingespannten Werkstück eine Referenzstruktur für die weitere Bearbeitung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstück ein Rohling zur Herstellung eines Wälzlagerrings bearbeitet wird.