DE102018105000A1

DE102018105000A1 - Spannfutter

Info

Publication number: DE102018105000A1
Application number: DE102018105000.3A
Authority: DE
Inventors: Timo Reichert; Marco Mayer
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes, mit einem Grundkörper (1), der eine Bohrung (2) aufweist, und einer Spannhülse (3) mit einem rohrförmigen Hülsenkörper (4), welcher eine eine Spannachse (X) definierende zentrale Spannbohrung (5) zur Aufnahme des Bauteils aufweist, wobei der Hülsenkörper (4) ein Außengewinde (6) und die Bohrung (2) des Grundkörpers (1) ein korrespondierendes Innengewinde (7) aufweist und der Hülsenkörper (4) in die Bohrung (2) eingeschraubt oder einschraubbar ist, und die Spannhülse (3) einen umlaufenden, vom rohrförmigen Hülsenkörper (4) radial vorstehenden Bund (8) aufweist, dessen hintere, insbesondere senkrecht zur Spannachse (X) ausgebildete Stirnfläche (9) an einer vorderen ringförmigen Stirnfläche (10) des Grundkörpers (1) beim Einschrauben flächig in Anlage kommt.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Spannhülse (3), sowie ein Verfahren zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Spannstiftes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes, mit einem Grundkörper, der eine Aufnahmebohrung aufweist, und einer Spannhülse mit einem rohrförmigen Hülsenkörper, welcher eine eine Spannachse definierende zentrale Spannbohrung zur Aufnahme des Bauteils aufweist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Spannhülse zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes in einem Spannfutter, mit einem rohrförmigen Hülsenkörper, welche eine eine Spannachse definierende zentrale Spannbohrung zur Aufnahme des Bauteils aufweist.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Spannstiftes.
Spannfutter sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt und dienen dazu, Werkzeuge oder zu bearbeitende Bauteile an einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Üblicherweise weisen Spannfutter eine zentrale Aufnahme auf, um einen Werkzeugschaft, eine Welle oder dergleichen innenseitig zu spannen.
Zur Oberflächenfeinbearbeitung von Werkstücken in Werkzeugmaschinen werden häufig Schleifstifte eingesetzt. Diese weisen einen zylinderförmigen Schaft auf, der in eine Werkzeugaufnahme eingespannt wird. Üblicherweise handelt es sich dabei um einen länglichen Schaft mit einem kreisförmigen Querschnitt, an dessen einem axialen Ende ein Schleifwerkzeug angeordnet ist. Solche Schleifstifte werden sowohl als rotierendes Werkzeug als auch als feststehendes Werkzeug mit bewegtem, insbesondere rotierendem Werkstück eingesetzt.
Die Einspannung der zumeist filigran ausgebildeten Schleifstifte erfolgt üblicherweise, indem diese mit Radialspiel in eine Spannbohrung eingesetzt und mit einer radialen Klemmschraube fixiert werden. Hierbei wird teilweise als problematisch angesehen, dass der Schleifstift nicht zentrisch aufgenommen werden kann, weswegen vor dem Einsetzen in die Spannbohrung der Schaft lokal abgezogen werden muss. Gerade bei kleinen Schaftdurchmessern ist dies unerwünscht, da durch das abgetragene Material die Standzeit der Schleifstifte signifikant reduziert wird. Werden rotierende Schleifstifte eingesetzt, entstehen ferner infolge der Exzentrizität der Einspannung Schwingungen, die sich insbesondere bei hohen Drehzahlen negativ auswirken können. Des Weiteren führt die Einspannung mittels einer radialen Klemmschraube zu lokal hohen Belastungen, wodurch es zu Brüchen auch von neu eingesetzten Schleifstiften kommen kann.
Die DE 91 15 854 U1 schlägt ein Spannfutter für Werkzeuge vor, bei welchem eine Spannhülse mit einer zentralen Spannbohrung zur Aufnahme des Werkzeugs vorgesehen ist. Diese weist in ihrem mittleren axialen Bereich zwei Federelemente auf, die als umlaufende ringförmige Ausnehmungen in der Außenfläche der Spannhülse ausgebildet sind. Die Spannhülse wird in eine Bohrung eines Grundkörpers eingesetzt. Dieser umfasst ein konzentrisch zur Bohrung ausgebildetes Außengewinde, auf welches eine Überwurfmutter aufgeschraubt wird. Dadurch, dass die in die Bohrung eingesetzte Spannhülse frontseitig gegenüber dem Grundkörper vorragt, kann die aufgeschraubte Überwurfmutter eine Druckkraft auf diese ausüben, so dass sich deren Federelemente nach innen verformen und so das eingesetzte Werkzeug kraftschlüssig fixieren.
Teilweise wird als nachteilig an einem derart ausgestalteten Spannfutter angesehen, dass im Bereich der Überwurfmutter der Werkzeugschaft nicht geführt wird, so dass ein großer Abstand zwischen dem Bereich, in dem das Werkzeug eingespannt ist, und dem Bereich, mit dem das Werkzeug das Werkstück bearbeitet, existiert. Dies führt zu Biegemomenten und Querkräften im Werkzeugschaft, wodurch sich die Standzeit des Werkzeuges erheblich reduzieren kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Spannfutter zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes so auszugestalten, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden, und dass insbesondere die Standzeit des Werkzeuges erhöht wird.
Diese Aufgabe ist bei einem Spannfutter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Hülsenkörper ein Außengewinde und die Bohrung des Grundkörpers ein korrespondierendes Innengewinde aufweist und der Hülsenkörper in die Aufnahmebohrung eingeschraubt oder einschraubbar ist, und die Spannhülse einen umlaufenden vom rohrförmigen Hülsenkörper radial vorstehenden Bund aufweist, dessen hintere, insbesondere senkrecht zur Spannachse ausgebildete Stirnfläche an einer vorderen ringförmigen Stirnfläche des Grundkörpers beim Einschrauben flächig in Anlage kommt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass eine Spannhülse der eingangs genannten Art derart ausgestaltet ist, dass an dem Hülsenkörper ein Außengewinde zum Einschrauben in ein korrespondierendes Innengewinde ausgebildet ist, und dass die Spannhülse einen umlaufenden, vom rohrförmigen Hülsenkörper radial vorstehenden Bund mit einer insbesondere senkrecht zur Spannachse ausgebildeten hinteren Stirnfläche aufweist.
Die nachstehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich sowohl auf ein erfindungsgemäßes Spannfutter, als auch auf eine erfindungsgemäße Spannhülse, sofern sie diese betreffen.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Spannstiftes, welches die folgenden Schritte umfasst:

Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Spannfutters umfassend einen Grundkörper und eine Spannhülse;
Einschrauben der Spannhülse in den Grundkörper, so dass die rückseitige Stirnfläche des umlaufenden Bunds der Spannhülse mit der ringförmigen Stirnfläche des Grundkörpers in Kontakt kommt;
Einsetzen des zu fixierenden Bauteils in die Spannbohrung;
Vorspannen der Gewindeverbindung und somit Aufbringen einer axialen Druckkraft auf den Bund der Spannhülse, so dass sich der Hülsenkörper elastisch nach innen verformt und das Bauteil kraftschlüssig klemmt.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, zum Einspannen eines Bauteils den Hülsenkörper derart elastisch zu verformen, dass sich der Durchmesser der Spannbohrung verringert und so das Bauteil kraftschlüssig fixiert wird. Konkret geschieht dies dadurch, dass die hintere Stirnfläche des Bundes an einer vorderen ringförmigen Stirnfläche des Grundkörpers flächig in Anlage kommt und durch das Vorspannen des Gewindes eine axiale Druckkraft auf diese hintere Stirnfläche des Bundes ausgeübt wird, so dass sich der vordere Bereich der Spannhülse infolge des auf diesen wirkenden Biegemomentes elastisch nach innen verformt. Dadurch wird ein in die Spannhülse eingesetztes Bauteil mit einem kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der nicht vorgespannten Spannhülse, kraftschlüssig fixiert.
Durch die axiale Druckkraft, die auf den umlaufenden Bund der Spannhülse wirkt, entstehen des Weiteren axiale Zugspannungen in dem zwischen dem umlaufenden Bund und dem Außengewinde liegenden axialen Bereich des Hülsenkörpers. Infolge der Querkontraktion verformt sich dieser Bereich des Hülsenkörpers elastisch nach innen. Des Weiteren führt die Ausgestaltung der Gewindeverbindung dazu, dass die Gewindeflanken ähnlich wie Keile wirken und ebenfalls eine radial nach innen wirkende Kraft auf den Hülsenkörper ausüben. Diese radiale Kraft hat ebenfalls eine Verringerung des Innendurchmessers der Spannbohrung bei vorgespannter Gewindeverbindung zur Folge.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Hülsenkörper einen sich frontseitig an den umlaufenden Bund anschließenden rohrförmigen vorderen axialen Endbereich auf. In diesem Bereich erhöht sich die Durchbiegung der Spannhülse und führt zu einer stärkeren Verringerung des Durchmessers der Spannbohrung infolge elastischer Verformung als im Bereich des umlaufenden Bundes.
Die Spannhülse kann im rückseitigen Übergangsbereich zu dem Bund eine umlaufende ringförmige Ausnehmung aufweisen, die ein Festkörpergelenk bildet. Die Ausnehmung kann in der Außenfläche des Hülsenkörpers und/oder sich in axialer Richtung in den Bund erstreckend ausgebildet sein.
Mit anderen Worten kann die Ausnehmung wie eine ringförmige Nut in der Außenfläche des Hülsenkörpers ausgebildet sein, wodurch der Materialquerschnitt des Hülsenkörpers in deren Bereich verringert ist. Sie kann sich aber auch in den umlaufenden Bund von seiner rückseitigen Stirnseite erstrecken, so dass im Bereich der Ausnehmung die Dicke des umlaufenden-Bunds reduziert ist. Ferner kann es sich um eine ringförmige Ausnehmung handeln, die sich sowohl radial in den Hülsenkörper hinein erstreckt, als auch axial in den umlaufenden Bund hinein. Durch die Anordnung einer Ausnehmung in der Außenfläche des Hülsenkörpers und/oder in dem umlaufenden Bund ergibt sich infolge der verringerten Querschnittsfläche der Spannhülse eine erhöhte Biegsamkeit und Flexibilität im vorderen Endbereich des Hülsenkörpers.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das Außengewinde der Spannhülse und das in der Aufnahmebohrung des Grundkörpers ausgebildete Innengewinde als Spitz- oder als Rund- oder als Sägen- oder als Trapez-Gewinde ausgebildet. Einer solchen Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass sich der Hülsenkörper im Bereich des Gewindes ebenfalls elastisch nach innen verformt, wenn das Gewinde vorgespannt ist und so ausgestaltet ist, dass die Gewindeflanken bei einer axialen Kraft eine Keilwirkung ausüben können.
Der Hülsenkörper kann einen sich frontseitig an das Außengewinde anschließenden außenseitigen Gewindefreistich aufweisen, der als ringförmige umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. Ein Gewindefreistich, der sich frontseitig an das Außengewinde anschließt, ist nicht nur fertigungstechnisch zu begründen, sondern erhöht infolge des abgerundeten Querschnittübergangs zwischen Gewinde und dem sich anschließenden Bereich des Hülsenkörpers infolge der Verringerung der Kerbwirkung die Standzeit der Spannhülse.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung weist der Hülsenkörper einen umlaufenden, radial gegenüber dem Außengewinde vorstehenden Zentrierbund auf, dessen radiale Außenfläche in einer im Grundkörper ausgebildeten Zentrierausnehmung in Anlage kommt, so dass die Spannhülse in der Aufnahmebohrung des Grundkörpers zentriert wird. Ein solcher Zentrierbund ermöglicht eine gleichmäßige Krafteinleitung in das Außengewinde der Spannhülse, da er sicherstellt, dass der Hülsenkörper und die in dem Grundkörper ausgebildete Aufnahmebohrung konzentrisch zueinander ausgerichtet sind. Der Zentrierbund kann beispielsweise in dem axialen Bereich zwischen dem Gewindefreistich und der im rückseitigen Übergangsbereich zu dem umlaufenden Bund angeordneten Ausnehmung, die ein Festkörpergelenk bildet, angeordnet sein.
Vorzugsweise kann die Wandung der Spannbohrung durch Nuten, die sich in Längsrichtung und insbesondere in Axialrichtung erstrecken, unter Bildung von in Umfangsrichtung zwischen den Nuten liegenden Spannbereichen, die mit dem einzuspannenden Bauteil in Kontakt kommen, segmentiert sein, wobei sich die Nuten bevorzugt über wenigstens 80 % der Länge der Spannbohrung erstrecken. Durch die Ausbildung solcher Nuten wird die Flexibilität des Hülsenkörpers insbesondere in seinem vorderen Endbereich weiter erhöht. Des Weiteren führt die Segmentierung in Umfangsrichtung zu einer verbesserten Einspannung des zu fixierenden Bauteils. Der Hülsenkörper kann dabei beispielsweise 3 oder 6 Spannbereiche aufweisen, um das Bauteil präzise zu fixieren. Allerdings ist auch eine andere Anzahl an Spannbereichen denkbar.
In bevorzugter Ausführung durchdringen die Nuten den rohrförmigen Hülsenkörper im Bereich des Festkörpergelenks und im Bereich des Gewindefreistichs vollständig nach außen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Nuten auch den frontseitigen axialen Endbereich vollständig nach außen durchdringen. Die Tiefe der Nuten kann zum vorderen Endbereich des Hülsenkörpers hin zunehmen, insbesondere stetig zunehmen.
Zum Vorspannen der Gewindeverbindung kann die Spannhülse an ihrem vorderen axialen Endbereich außenseitig Abflachungen, insbesondere gefräste Abflachungen zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels, insbesondere eines Gabelschlüssels oder eines Drehmomentschlüssels aufweisen.
In bevorzugter Weise wird zum Vorspannen der Gewindeverbindung ein Gabelschlüssel oder ein Drehmomentschlüssel verwendet.
Alternativ kann zum Vorspannen der Gewindeverbindung der Hülsenkörper an seinem hinteren axialen Endbereich, insbesondere in dem axialen Abschnitt, in welchem das Außengewinde an dem Hülsenkörper vorgesehen ist, eine Eingriffskontur, insbesondere eine Innensechskant-Kontur zur Koppelung mit einem korrespondierenden Betätigungselement, insbesondere einem Innensechskantschlüssel aufweisen. Eine Anordnung der Eingriffskontur an dem hinteren axialen Endbereich ermöglicht das Ansetzen des Betätigungselements und das Einschrauben der Spannhülse, sowie das Vorspannen der Gewindeverbindung von der hinteren Seite des Grundkörpers aus.
In an sich bekannter Weise können der Grundkörper und/oder die Spannhülse aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff bestehen und/oder gehärtete Oberflächen aufweisen.
Hinsichtlich der Ausgestaltung der Erfindung wird auch auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

1 ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung in Vollschnittansicht;
2 eine erste alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannhülse in isometrischer Ansicht;
3 die erste alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannhülse in einer teilweisen Seitenansicht;
4 eine zweite alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannhülse in isometrischer Ansicht;
5 die zweite alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannhülse in einer alternativen isometrischen Ansicht;
6 eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spannfutters in Vollschnittansicht;
7 die Spannhülse des in 6 dargestellten Spannfutters in Vollschnittansicht;
8 die in 7 dargestellte Spannhülse in isometrischer Ansicht;
9 eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Spannhülse für das in 6 dargestellte Spannfutter in Vollschnittansicht; und
10 die in 9 dargestellte Spannhülse in isometrischer Ansicht.

Die 1 zeigt ein Spannfutter zum Fixieren eines Werkzeugs, nämlich eines Schleifstiftes gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Spannfutter umfasst einen Grundkörper 1 mit einer Aufnahmebohrung 2 und eine Spannhülse 3 mit einem rohrförmigen Hülsenkörper 4, welcher eine zentrale Spannbohrung 5 zur Aufnahme eines Bauteils aufweist, die eine Spannachse X definiert. Sowohl der Grundkörper 1, als auch die Spannhülse 3 bestehen hier aus einem Stahlwerkstoff.
Der Hülsenkörper 4 weist ein Außengewinde 6 auf und ist in ein dazu korrespondierendes Innengewinde 7 der Aufnahmebohrung 2 des Grundkörpers 1 eingeschraubt. Das Außengewinde 6 der Spannhülse 3 und das in der Aufnahmebohrung 2 des Grundkörpers 1 ausgebildete Innengewinde 7 sind als Spitzgewinde ausgebildet.
Die Spannhülse 3 umfasst einen umlaufenden, vom rohrförmigen Hülsenkörper 4 radial vorstehenden Bund 8, dessen hintere, senkrecht zur Spannachse X ausgebildete Stirnfläche 9 flächig an einer vorderen ringförmigen Stirnfläche 10 des Grundkörpers 1 in Anlage kommt. Frontseitig an den umlaufenden Bund 8 des Hülsenkörpers 4 schließt sich ein rohrförmiger vorderer axialer Endbereich 11 an. Dieser weist außenseitig eine Eingriffskontur in Form von gefrästen Abflachungen 12 auf, die zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels, insbesondere eines Gabelschlüssels oder eines Drehmomentschlüssels dienen.
In der Außenfläche des Hülsenkörpers 4 ist im rückseitigen Übergangsbereich des Hülsenkörpers 4 zu dem umlaufenden Bund 8 eine umlaufende ringförmige Ausnehmung ausgebildet, die ein Festkörpergelenk 13 bildet und sich axial bis in den umlaufenden Bund 8 erstreckt.
An das Außengewinde 6 schließt sich frontseitig ein außenseitiger Gewindefreistich 14 an, der als ringförmige umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. In dem axial zwischen dem Festkörpergelenk 13 und dem Gewindefreistich 14 liegenden Bereich des Hülsenkörpers 4 ist an der Außenseite des Hülsenkörpers 4 ein umlaufender, radial gegenüber dem Außengewinde 6 vorstehender Zentrierbund 15 vorgesehen, dessen radiale Außenfläche in einer im Grundkörper 1 ausgebildeten Zentrierausnehmung 16 in Anlage kommt, so dass die Spannhülse 3 in der Aufnahmebohrung 2 des Grundkörpers 1 zentriert wird.
Soll nun ein Werkzeug, beispielsweise ein Schleifstift, in dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Spannfutter fixiert werden, wird in einem ersten Schritt die Spannhülse 3 in den Grundkörper 1 so eingeschraubt, dass die hintere Stirnfläche 9 des umlaufenden Bundes 8 der Spannhülse 3 mit der Stirnfläche 10 des Grundkörpers 1 in Kontakt kommt. Dabei wird zunächst die Gewindeverbindung noch nicht festgespannt, was bedeutet, dass während des Einschraubens beim Erreichen der ringförmigen Stirnfläche 10 des Grundkörpers 1 durch die hintere Stirnfläche 9 des umlaufenden Bundes 8 der Spannhülse 3 lediglich eine geringe Vorspannkraft auf die Gewindeverbindung aufgebracht wird.
Anschließend wird der zu fixierende Spannstift in die Spannbohrung 5 eingesetzt.
Die Gewindeverbindung wird dann durch das Erzeugen eines Drehmoments entlang der Spannachse X vorgespannt. Dazu kann ein Gabelschlüssel oder ein Drehmomentschlüssel verwendet werden, der an den Abflachungen 12 angesetzt wird. Durch das Vorspannen der Gewindeverbindung wird eine axiale Druckkraft auf den umlaufenden Bund 8 der Spannhülse 3 aufgebracht, so dass sich der Hülsenkörper 4 insbesondere in seinem rohrförmigen axialen Endbereich 11 elastisch nach innen verformt und so den eingesetzten Spannstift kraftschlüssig klemmt.
Durch die auf den umlaufenden Bund 8 wirkende axiale Druckkraft entstehen gleichzeitig Zugspannungen in dem Bereich des Hülsenkörpers 4 zwischen den Außengewinde 6 und dem umlaufenden Bund 8. Infolge der dabei auftretenden Querkontraktion verformt sich der Hülsenkörper 4 in diesem Bereich ebenfalls elastisch nach innen. Des Weiteren führt die in der Gewindeverbindung auf das Außengewinde 6 des Hülsenkörpers 4 wirkende Kraft ebenfalls zu einer Verformung des Hülsenkörpers 4 nach innen, und zwar infolge der Keilwirkung der Gewindeflanken in der Gewindeverbindung.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Spannhülse zum Fixieren eines Werkzeugs, insbesondere eines Schleifstiftes in einem Spannfutter gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Diese ist grundsätzlich in gleicher Weise ausgestaltet wie die in 1 dargestellte Spannhülse, jedoch ist die Wandung der Spannbohrung 5 über ihre axiale Länge durch Nuten 17 segmentiert. Diese Nuten 17 erstrecken sich in Längsrichtung unter Bildung von 6 in Umfangsrichtung zwischen den Nuten 17 liegenden Spannbereichen 18.
Die Ausgestaltung der Nuten 17 ist in 3 dargestellt. Im Bereich des Festkörpergelenks 13 und des Gewindefreistichs 14 durchdringen die Nuten 17 den rohrförmigen Hülsenkörper 4 vollständig radial nach außen. Die Nuten 17 sind als Radialschlitze ausgebildet. Denkbar wäre aber auch, dass diese ein anderes Nutprofil aufweisen.
Die 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Spannhülse gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung. Diese unterscheidet sich von der in den 2 und 3 dargestellten Spannhülse dadurch, dass die Nuten 17 im axialen Endbereich 11 den Hülsenkörper 4 vollständig radial nach außen durchdringen. Dies wird ermöglicht, indem die Tiefe der Nuten 17 zum vorderen Endbereich des Hülsenkörpers 4 stetig zunimmt. Durch die vollständige Durchdringung des vorderen Endbereichs des Hülsenkörpers 4 durch die Nuten 17 wird die elastische Verformbarkeit der Spannbereiche 18 im axialen Endbereich 11 gesteigert.
Die 6, 7 und 8 zeigen ein Spannfutter und eine Spannhülse 3 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Das Spannfutter ist in an sich bekannter Weise als Hydrodehnspannfutter ausgebildet. Dieses besitzt einen Grundkörper 1, der an seinem rückseitigen Abschnitt eine Schnittstelle 19 zur Befestigung an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufweist. In dem vorderen Endabschnitt des Grundkörpers 1 ist eine zentrale, axiale Aufnahmebohrung 2 für ein zu spannendes Bauteil ausgebildet.
Der Grundkörper 1 weist eine ringförmig um die Aufnahmebohrung 2 verlaufende Druckkammer 20 auf, die mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt oder befüllbar ist. Wird die die Druckkammer 20 ausfüllende Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt, so verformt sich die Wandung der Aufnahmebohrung 2 elastisch nach innen und spannt somit ein in diese eingesetztes Bauteil kraftschlüssig fest.
Im vorliegenden Fall ist der Grundkörper 1 einteilig ausgebildet, d. h. die ringförmig verlaufende Druckkammer 20 bildet einen vollständig in dem Grundkörper 1 angeordneten Hohlraum. Ein solcher Grundkörper 1 mit kann mittels eines generativen Fertigungsverfahrens wie zum Beispiel des selektiven Laserschmelzens hergestellt werden, wodurch die Ausbildung von Hohlräumen nahezu beliebiger Geometrien in einem Bauteil ermöglicht wird. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, in die Bohrung des Grundkörpers 1 eine korrespondierende Dehnbüchse einzusetzen, die in einem axialen Teilbereich von der Bohrungswandung beabstandet ist, wodurch eine umlaufende ringförmige Druckkammer 20 ausgebildet wird. In diesem Fall sind ferner Dichtungsmittel vorzusehen, um ein Austreten der Hydraulikflüssigkeit aus der Druckkammer 20 zu vermeiden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in die Aufnahmebohrung 2 des Hydrodehnspannfutters eine erfindungsgemäße Spannhülse 3 eingesetzt.
Die Spannhülse 3 besitzt einen rohrförmigen Hülsenkörper 4, welcher eine nicht über ihren vollen Durchmesser durchgehende zentrale Spannbohrung 5 zur Aufnahme eines Bauteils aufweist. Ferner trägt die Spannhülse 3 an ihrem axial vorderen Ende einen umlaufenden, vom rohrförmigen Hülsenkörper 4 radial nach außen vorstehenden Bund 8 mit einer senkrecht zur Spannachse X ausgebildeten hinteren Stirnfläche 9. Diese hintere Stirnfläche 9 befindet sich in Anlage mit der ringförmigen vorderen Stirnfläche 10 des Grundkörpers. Im rückseitigen Übergangsbereich zu dem Bund 8 eine sich axial in diesen erstreckende ringförmige Ausnehmung auf, die ein Festkörpergelenk 13 bildet.
Die Spannhülse 3 ist über ihre Außenfläche 21 in der Bohrung 2 des Grundkörpers 1 zentriert.
Am rückseitigen Ende des Hülsenkörpers 4 ist ein axial vorragender zapfenförmiger Vorsprung 22 ausgebildet, dessen Außendurchmesser deutlich kleiner ist als der Durchmesser der Spannbohrung 5. Außenseitig ist an dem Vorsprung ein Außengewinde 6 ausgebildet, welches in ein korrespondierendes Innengewinde 7 des Grundkörpers 1 eingeschraubt ist. In ihm ist ausgehend von der Spannbohrung 4 eine Durchgangsbohrung ausgebildet, die sich im rückseitigen axialen Endbereich des zapfenförmigen Vorsprungs 22 zu einer Innensechskant-Kontur 23 aufweitet. In diese kann von der Rückseite des Spannfutters ein Sechskantschlüssel eingebracht werden, um die Spannhülse 3 einzuschrauben und die Gewindeverbindung vorzuspannen.
Durch die Vorspannung der Gewindeverbindung wird eine axiale Druckkraft auf den umlaufenden Bund 8 der Spannhülse 3 aufgebracht, sodass sich der Hülsenkörper 4 in seinem frontseitigen Endbereich elastisch nach innen verformt und so ein eingesetztes Bauteil kraftschlüssig klemmt. Dadurch wird der bei Hydrodehnspannfuttern bekannte nachteilige Effekt ausgeglichen, dass das Bauteil im Bereich der Druckkammer 20 eingespannt wird und sich infolge der Verformung die Aufnahmebohrung 2 in ihrem vorderen axialen Endbereich trompetenförmig aufweitet. Dies führt dazu, dass das eingespannte Bauteil in diesem Bereich nicht abgestützt ist und die Ausspannlänge des Bauteils vergrößert ist. Die von der Spannhülse 3 aufgebrachte radiale Spannkraft wirkt lokal konzentriert im vorderen Endbereich der Spannhülse 3 auf das Bauteil und spannt somit auch in diesem Bereich das Bauteil fest ein.
Die elastische Verformbarkeit der Spannhülse 3 beim Einspannen eines Schleifstifts wird begünstigt die Segmentierung der Wandung der Spannbohrung 5 durch sechs schlitzförmige Nuten 17, die im axialen Bereich des Festkörpergelenks 13 unterbrochen sind und sich somit über zwei axiale Teilbereiche 17a, 17b der Spannhülse 3 erstrecken. In ihrem rückseitigen Teilbereich 17a erstrecken sich die Nuten 17 über eine Länge von etwa 80 % der Spannbohrung 5 und münden an ihrem rückseitigen, in dem hinteren Bereich der Spannbohrung 5 liegenden Ende in Querbohrungen 24. Der frontseitige Teilbereich der Nuten 17b liegt vollständig in einem axialen Teilabschnitt des umlaufenden Bunds 8.
Die Nuten 17 durchdringen in beiden Teilabschnitten den rohrförmigen Hülsenkörper 4, bzw. den umlaufenden Bund 8 in radialer Richtung vollständig.
Ausgehend von der frontseitigen Stirnfläche der Spannhülse 3 sind sich in axialer Richtung erstreckende U-förmige Ausnehmungen 25 vorgesehen, die fluchtend zu den schlitzförmigen Nuten 17 angeordnet sind und die beiden Teilbereiche 17a, 17b der Nuten 17 verbinden. Diese haben zur Folge, dass die Fläche der Spannhülse 3, auf welcher die Spannkraft auf das Bauteil wirkt, verkleinert wird, so dass die Spannkraft mit einer höheren Flächenpressung aufgebracht wird.
Die in den 9 und 10 dargestellte Spannhülse 3 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen dadurch, dass auf die U-förmigen Ausnehmungen 25 verzichtet wird, so dass die Teilbereiche 17a, 17b der Nuten 17 nicht verbunden sind und die auf das Bauteil wirkende Flächenpressung geringer ausfällt als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2: Aufnahmebohrung
3: Spannhülse
4: Hülsenkörper
5: Spannbohrung
6: Außengewinde
7: Innengewinde
8: umlaufender Bund
9: hintere Stirnfläche des umlaufenden Bundes
10: ringförmige Stirnfläche
11: vorderer axialer Endbereich
12: Abflachung
13: Festkörpergelenk
14: Gewindefreistich
15: Zentrierbund
16: Zentrierausnehmung
17: Nut
17a, 17b: Teilbereiche der Nut
18: Spannbereich
19: Schnittstelle
20: Druckkammer
21: Außenfläche
22: zapfenförmiger Vorsprung
23: Innensechskant-Kontur
24: Querbohrung
25: U-förmige Ausnehmung
X: Spannachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 9115854 U1 [0007]

Claims

Spannfutter zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes, mit einem Grundkörper (1), der eine Aufnahmebohrung (2) aufweist, und einer Spannhülse (3) mit einem rohrförmigen Hülsenkörper (4), welcher eine eine Spannachse (X) definierende zentrale Spannbohrung (5) zur Aufnahme des Bauteils aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) ein Außengewinde (6) und die Aufnahmebohrung (2) des Grundkörpers (1) ein korrespondierendes Innengewinde (7) aufweist und der Hülsenkörper (4) in die Aufnahmebohrung (2) eingeschraubt oder einschraubbar ist, und die Spannhülse (3) einen umlaufenden, vom rohrförmigen Hülsenkörper (4) radial vorstehenden Bund (8) aufweist, dessen hintere, insbesondere senkrecht zur Spannachse (X) ausgebildete Stirnfläche (9) an einer vorderen ringförmigen Stirnfläche (10) des Grundkörpers (1) beim Einschrauben flächig in Anlage kommt.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen sich frontseitig an den umlaufenden Bund (8) anschließenden rohrförmigen vorderen axialen Endbereich (11) aufweist.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (3) im Übergangsbereich vom umlaufenden Bund (8) zu dem rohrförmigen Hülsenkörper (4) eine ein Festkörpergelenk (13) bildende umlaufende ringförmige Ausnehmung aufweist, die in der Außenfläche des Hülsenkörpers (4) und/oder sich axial in den umlaufenden Bund (8) erstreckend ausgebildet ist.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (6) der Spannhülse (3) und das in der Aufnahmebohrung (2) des Grundkörpers (1) ausgebildete Innengewinde (7) als Spitz- oder als Rund- oder als Sägen- oder als Trapezgewinde ausgebildet sind.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen sich frontseitig an das Außengewinde (6) anschließenden außenseitigen Gewindefreistich (14) aufweist, der als ringförmige umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen umlaufenden, radial gegenüber dem Außengewinde (6) vorstehenden Zentrierbund (15) aufweist, dessen radiale Außenfläche in einer im Grundkörper (1) ausgebildeten Zentrierausnehmung (16) in Anlage kommt, sodass die Spannhülse (3) in der Aufnahmebohrung (2) des Grundkörpers (1) zentriert wird.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Spannbohrung (5) durch Nuten (17), die sich in Längsrichtung und insbesondere in Axialrichtung erstrecken, unter Bildung von in Umfangsrichtung zwischen den Nuten (17) liegenden Spannbereichen (18), die mit einem einzuspannenden Bauteil in Kontakt kommen, segmentiert ist, wobei sich die Nuten (17) bevorzugt über wenigstens 80% der Länge der Spannbohrung (5) erstrecken.
Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten den rohrförmigen Hülsenkörper (4) im Bereich des Festkörpergelenks (13) und im Bereich des Gewindefreistichs (14) radial vollständig nach außen durchdringen.
Spannfutter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (17) den vorderen axialen Endbereich (11) vollständig radial nach außen durchdringen.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten (17) zum vorderen Endbereich des Hülsenkörpers (4) hin zunimmt, insbesondere stetig zunimmt.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) an seinem vorderen axialen Endbereich (11) außenseitig eine Eingriffskontur insbesondere in Form von Abflachungen (12), bevorzugt gefräste Abflachungen zum Ansetzen eines Betätigungselements, beispielsweise in Form eines Schraubenschlüssels, insbesondere eines Gabelschlüssels oder eines Drehmomentschlüssels, aufweist.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) an seinem hinteren axialen Endbereich insbesondere in dem axialen Abschnitt, in welchem das Außengewinde (6) an dem Hülsenkörper (4) vorgesehen ist, innenseitig eine Eingriffskontur, insbesondere eine Innensechskant-Kontur (23), zur Koppelung mit einem korrespondierenden Betätigungselement, insbesondere einem Innensechskantschlüssel aufweist.
Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) und/oder die Spannhülse (3) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff bestehen und/oder gehärtete Oberflächen aufweisen.
Spannhülse (3) zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Schleifstiftes in einem Spannfutter, mit einem rohrförmigen Hülsenkörper (4), welcher eine eine Spannachse (X) definierende zentrale Spannbohrung (5) zur Aufnahme des Bauteils aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hülsenkörper (4) ein Außengewinde (6) zum Einschrauben in ein korrespondierendes Innengewinde (7) ausgebildet ist, und dass die Spannhülse (3) einen umlaufenden, von rohrförmigen Hülsenkörper (4) radial vorstehenden Bund (8) mit einer insbesondere senkrecht zur Spannachse (X) ausgebildeten hinteren Stirnfläche (9) aufweist.
Spannhülse (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen sich frontseitig an den umlaufenden Bund (8) anschließenden rohrförmigen vorderen axialen Endbereich (11) aufweist.
Spannhülse (3) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese im Übergangsbereich vom umlaufenden Bund (8) zu dem rohrförmigen Hülsenkörper (4) eine ein Festkörpergelenk (13) bildende umlaufende ringförmige Ausnehmung aufweist, die in der Außenfläche des Hülsenkörpers (4) und/oder sich axial in den umlaufenden Bund (8) erstreckend ausgebildet ist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das im Hülsenkörper (4) ausgebildete Außengewinde (6) als Spitz- oder Rund- oder Sägen- oder Trapezgewinde ausgebildet ist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen sich frontseitig an das Außengewinde (6) anschließenden außenseitigen Gewindefreistich (14) aufweist, der als ringförmige umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) einen umlaufenden, radial gegenüber dem Außengewinde (6) vorstehenden Zentrierbund (15) zum Zentrieren der Spannhülse (3) in einer korrespondierenden Zentrierausnehmung aufweist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Spannbohrung (5) durch Nuten (17), die sich in Längsrichtung und insbesondere in Axialrichtung erstrecken, unter Bildung von in Umfangsrichtung zwischen den Nuten (17) liegenden Spannbereichen (18), die mit einem einzuspannenden Bauteil in Kontakt kommen, segmentiert ist, wobei sich die Nuten (17) bevorzugt über wenigstens 80% der Länge der Spannbohrung (5) erstrecken.
Spannhülse (3) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (17) den rohrförmigen Hülsenkörper (4) im Bereich des Festkörpergelenks (13) und im Bereich des Gewindefreistichs und/oder im vorderen axialen Endbereich (11) vollständig radial nach außen durchdringen.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die die Tiefe der Nuten (17) zum vorderen Endbereich des Hülsenkörpers (4) hin zunimmt, insbesondere stetig zunimmt.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) an seinem vorderen axialen Endbereich (11) außenseitig eine Eingriffskontur insbesondere in Form von Abflachungen (12), bevorzugt gefräste Abflachungen zum Ansetzen eines Betätigungselements, beispielsweise in Form eines Schraubenschlüssels, insbesondere eines Gabelschlüssels oder eines Drehmomentschlüssels, aufweist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (4) an seinem hinteren axialen Endbereich insbesondere in dem axialen Abschnitt, in welchem das Außengewinde (6) an dem Hülsenkörper (4) vorgesehen ist, innenseitig eine Eingriffskontur, insbesondere eine Innensechskant-Kontur (23), zur Koppelung mit einem korrespondierenden Betätigungselement, insbesondere einem Innensechskantschlüssel aufweist.
Spannhülse (3) nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff besteht und/oder gehärtete Oberflächen aufweist.
Verfahren zum Fixieren eines Bauteils, insbesondere eines Werkzeugs und vorzugsweise eines Spannstiftes, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Spannfutters nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfassend einen Grundkörper (1) und eine Spannhülse (3); - Einschrauben der Spannhülse (3) in den Grundkörper (1), so dass die hintere Stirnfläche (9) des umlaufenden Bunds (8) der Spannhülse (3) mit der ringförmigen Stirnfläche (10) des Grundkörpers (1) in Kontakt kommt; - Einsetzen des zu fixierenden Bauteils in die Spannbohrung (5); - Vorspannen der Gewindeverbindung und somit Aufbringen einer axialen Druckkraft auf den Bund (8) der Spannhülse (3), so dass sich der Hülsenkörper (4) elastisch nach innen verformt und das Bauteil kraftschlüssig klemmt.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorspannen der Gewindeverbindung ein Gabelschlüssel oder ein Drehmomentschlüssel oder ein Innensechskantschlüssel verwendet wird.