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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Spannvorrichtung dient generell zum Spannen eines Werkezugs oder einer Werkzeugaufnahme für ein Werkzeug. Das zu spannende Werkzeug beziehungsweise die Werkzeugaufnahme für das Werkzeug weist eine Hohlschaftkegel-Schnittstelle auf. Eine derartige Hohlschaftkegel-Schnittstelle weist in bekannter Weise einen Hohlschaftkegel auf.
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Generell können hierbei automatisiert arbeitende Spannvorrichtungen zum Spannen von Werkzeugen eingesetzt werden.
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Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es jedoch wünschenswert auch manuelle Spannvorrichtungen einzusetzen. Bei bekannten Spannvorrichtungen mit Hohlschaftkegel-Schnittstellen der Bauformen HSK-A und HSK-C ist für ein manuelles Spannen eine Zugriffsbohrung in einem Grundkörper vorgesehen. In diese Zugriffsbohrung kann ein Hilfswerkzeug eingeführt und dann gedreht werden, wodurch Spannelemente bewegt werden. Je nach Drehrichtung des Hilfswerkzeugs werden die Spannelemente in eine Spannstellung, in der das Werkzeug gespannt ist, oder in eine Lösestellung, in der das Werkzeug freigegeben ist, überführt.
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Ein weiterer Nachteil derartiger manueller Spannvorrichtungen besteht darin, dass die Zugriffsbohrung relativ klein ist, so dass nur entsprechend kleine Hilfs-Werkzeuge dort eingeführt werden können. Dies ist deshalb ungünstig, da mit diesen Hilfs-Werkzeugen nur kleine Kräfte übertragen werden können, die gegebenenfalls für ein Spannen des Werkzeugs unzureichend sind.
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Generell sind auch manuell betätigbare Spannvorrichtungen in Form von Exzenter-Spannern bekannt. In diesem Fall erfolgt die Überführung von Spannelementen in eine Spannstellung oder in eine Lösestellung mittels eines Exzenters. Nachteilig bei deren Spannvorrichtungen ist deren unerwünscht große Bauform. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Spannvorgang rein wegabhängig erfolgt, das heißt durch Einfahren des Exzenters in einen oberen Totpunkt wird die Spannstellung der Spannelemente erhalten. Wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen von Bauelementen in der Spannstellung nicht die erforderlichen Spannkräfte generiert werden, ist ein mechanisches Nachspannen nicht möglich, da der Exzenter nur aus seiner oberen Totposition herausgefahren werden kann, was zu einer Verringerung der Spannkräfte führen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei geringem konstruktivem Aufwand ein einfach betätigbares, zuverlässiges manuelles Spannen eines Werkzeugs ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Spannen eines Werkzeugs mit einer einer Hohlschaftkegel-Schnittstelle, und mit Spannelementen, welche zum Spannen des Werkzeugs ausgebildet sind. Weiterhin ist eine manuell drehbare Gewindehülse vorgesehen. Durch Drehen der Gewindehülse sind in einer ersten Drehrichtung die Spannelemente in eine Spannstellung überführt, in welcher das Werkzeug gespannt ist. Durch Drehen der Gewindehülse sind in einer zweiten Drehrichtung die Spannelemente in eine Lösestellung überführt.
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Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung wird ein einfaches und zugleich zuverlässiges und reproduzierbares manuelles Spannen von Werkzeugen beziehungsweise Werkzeuge aufnehmenden Werkzeugaufnahmen ermöglicht.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht in der einfachen Bedienung der Spannvorrichtung, da zum Spannen oder Lösen des Werkzeugs nur die an der Außenseite der Spannvorrichtung freiliegende Gewindehülse gedreht werden muss. Allein durch Drehen dieser Gewindehülse können die Spannelemente der Spannvorrichtung in eine Spannstellung oder Lösestellung eingebracht werden.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung besteht darin, dass das Spannen und Lösen des Werkzeugs werkzeuglos erfolgen kann. Insbesondere muss in der Spannvorrichtung keine Zugriffsbohrung zur Einführung eines Hilfs-Werkzeugs vorgesehen sein.
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Schließlich besteht ein weiterer Vorteil gegenüber Spannvorrichtungen, bei welchen das Spannen wegabhängig erfolgt, wie zum Beispiel Exzenter-Spannern, dass das manuelle Spannen mit der Gewindehülse drehmomentabhängig erfolgt. Der Spannvorgang kann damit unabhängig von Bauteiltoleranzen immer gleich gut und reproduzierbar durchgeführt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Spannvorrichtung in einer kompakten Bauform ausgeführt sein kann.
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Schließlich ist vorteilhaft, dass die Spannvorrichtungen für das Spannen von Hohlschaftkegel-A, -C, -E, -F und -T Werkzeugen eingesetzt werden kann.
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Bevorzugte Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung sind die Bereiche Sondermaschinen, Fertigungsmodule, Adapter sowie Verlängerungen und Reduzierungen.
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Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform ist die Gewindehülse mit einer Schiebehülse gekoppelt, mittels derer die Drehbewegung der Gewindehülse in eine Translationsbewegung eines Zugbolzens umgesetzt ist. Mittels des Zugbolzens sind die Spannelemente in die Spannstellungen und in die Lösestellung überführbar.
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Mit der Schiebehülse gelingt eine konstruktiv sehr einfache Umsetzung der Drehbewegung der Gewindehülse in eine Translationsbewegung des Zugbolzens.
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Besonders vorteilhaft sind an der Gewindehülse Mitnehmer für die Schiebehülse vorgesehen. Die Schiebehülse und der Zugbolzen sind über ein Gewinde verbunden.
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Somit wird mit geringem konstruktivem Aufwand eine Ankopplung der Schiebehülse an die Gewindehülse und den Zugbolzen erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist eine Drehbewegung der Gewindehülse mittels jeweils eines der Mitnehmer in eine Verschiebebewegung der Schiebehülse umgesetzt. Ein erster Mitnehmer ist in Form eines von der Innenseite der Gewindehülse vorstehenden Vorsprungs ausgebildet. Durch eine mit diesen Mitnehmer bewirkte Verschiebebewegung sind die Spannelemente in die Spannstellungen überführt.
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Ein zweiter Mitnehmer ist in Form eines von der Innenseite der Gewindehülse hervorstehenden Sicherungsrings gebildet. Durch eine mit diesem Mitnehmer bewirkte Verschiebebewegung sind die Spannelemente in die Lösestellung überführbar.
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Mit den beiden Mitnehmern kann separat sowohl die Bewegung des Zugbolzens in Richtung Spannstellung als auch die Bewegung in Richtung Lösestellung abhängig von der Drehbewegung der Gewindehülse vorgegeben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spannelemente von koaxial zum Zugbolzen angeordneten Rubberspannelementen gebildet.
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Dabei sind die Rubberspannelemente durch Federkräfte von Federelementen in der Lösestellung des Zugbolzens vom Werkzeug abgelöst.
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Die Federelemente sorgen somit dafür, dass die Rubberspannelemente außer Eingriff mit dem Werkzeug sind, wenn der Zugbolzen in die Lösestellung eingefahren ist.
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Weiter vorteilhaft weisen die Rubberspannelemente Schrägflächen auf, die in der Spannstellung an einer Spannschulter der Werkzeugaufnahme anliegen.
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Dabei ist die Spannschulter ein Element der Hohlschaftkegel-Schnittstelle. Somit wird die Kontur des Hohlschaftkegels zur Durchführung der Spannvorgänge ausgenutzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Zugbolzen ein konisch ausgebildetes Segment mit einem ersten Hubkonus und zweiten Hubkonus auf.
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Der erste Hubkonus ist für eine radiale Auslenkung der Rubberspannelemente ausgebildet. Der zweite Hubkonus ist zur Generierung von Spannkräften ausgebildet.
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Die freien Enden der Rubberspannelemente gleiten bei Überführen des Zugbolzens in die Spannstellung zunächst über den ersten Konus und werden dabei radial ausgelenkt. Anschließend gleiten die freien Enden des Rubberspannelements über den zweiten Konus. Dieser bildet eine Rampe, der bei weiterer Bewegung des Zugbolzens in Richtung Spannstellung die Schrägflächen der Rubberspannelemente zunehmend gegen die Spannschulter führt, wodurch das Spannen des Werkzeugs bewirkt wird.
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Durch eine geeignete Wahl der Geometrien des ersten und zweiten Konus kann somit der Spannvorgang exakt vorgegeben und optimiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet der Zugbolzen einen Hohlkörper aus, welcher einen sich in deren Längsrichtung erstreckenden Hohlraum aufweist, in welchem Kühlschmierstoffe führbar sind.
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Die Kühlschmierstoffe können so dem Werkzeug direkt zugeführt werden. Da bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung keine Zugriffsbohrung benötigt wird, ist die Spannvorrichtung völlig dicht abgeschlossen, so dass keine Gefahr von Leckagen über die Kühlschmierstoffe austreten könnte, gegeben ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit Spannelementen in einer Spannstellung.
- 2: Spannvorrichtung gemäß 1 mit Spannelementen in einer Löse stellung.
- 3: Einzeldarstellung einer Schiebehülse für die Spannvorrichtung gemäß den 1 und 2.
- 4: Einzeldarstellung eines Grundkörpers für die Spannvorrichtung gemäß den 1 und 2.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1. Die Spannvorrichtung 1 dient zum Spannen von Werkzeugen oder wie in vorliegendem Fall zum Spannen eines ein Werkzeug aufnehmenden Werkzeughalters 2.
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Der Werkzeughalter 2 weist eine Hohlschaftkegel-Schnittstelle auf, das heißt der Werkzeughalter 2 weist einen Hohlschaftkegel 3 auf, der eine Kegelfläche 3a, eine ebene Anlagefläche 3b und eine schräg verlaufende Spannschulter 3c aufweist.
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Die Spannvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 4 und eine mit diesem verbundene Anschlusskontur 5 auf. Gummistopfen 6 und Quadringe 7 dichten diese Einheit ab, so dass kein Schmutz oder Kühlschmierstoffe in diese eindringen kann. Die Gummistopfen 6 sind an Zylinderschrauben 6a gelagert.
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Entlang der sich in Längsachse der Spannvorrichtung 1 erstreckenden Symmetrieachsen ist ein Zugbolzen 8 verschiebbar gelagert. Der Zugbolzen 8 ist als Hohlkörper ausgeführt. Der sich in axialer Richtung des Zugbolzens 8 erstreckende Hohlraum 8a ist zur Führung von Kühlschmierstoffen ausgebildet. An das dem Werkzeug zugwandte Ende des Zugbolzen 8 schließt ein Kühlmittelrohr 9 an, welchem der Kühlschmierstoff zugeführt wird.
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Zum Spannen des Werkzeugs beziehungsweise des Werkzeughalters 2 sind Spannelemente vorgesehen, die im vorliegenden Fall von einer bezüglich der Symmetrieachse konzentrisch angeordneten Rubberspannelementen 10 gebildet sind. Die Rubberspannelemente 10 sind identisch ausgebildet und mittels elastischer Elemente 10a auf Abstand gehalten. Die Rubberspannelemente 10 sind jeweils mittels einer Federeinheit in Form einer Ringfeder 10b am Grundkörper 4 gelagert.
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Erfindungsgemäß werden die Rubberspannelemente 10 manuell betätigt und so zwischen einer Spannstellung (1) und einer Lösestellung verfahren. Zur manuellen Betätigung der Rubberspannelemente 10 ist eine hohlzylindrische Gewindehülse 11 vorgesehen, die an der äußeren Mantelfläche der Spannvorrichtung 1 liegt und um eine mit der Symmetrieachse der Spannvorrichtung 1 zusammenfallenden Drehachse gedreht werden kann. Hierzu ist die Gewindehülse 11 in den Quadringen 7 drehbar gelagert.
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Die Gewindehülse 11 ist über eine Schiebehülse 12 an den Zugbolzen 8 angekoppelt. 3 zeigt die Schiebehülse 12 in einer Einzeldarstellung. 4 zeigt den Grundkörper 4 in einer Einzeldarstellung. Wie der Vergleich der 3 und 4 zeigt, ist die Form der Schiebehülsen 12 an die Form des Grundkörpers 4 angepasst.
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Zur Ankopplung der Gewindehülse 11 an die Schiebehülse 12 sind von der Innenseite der Gewindehülse 11 hervorstehend zwei Mitnehmer vorgesehen, die in Eingriff mit dem äußeren Rand der Schiebehülse 12 gebracht werden können.
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Ein erster Mitnehmer ist in Form eines von der Innenseite der Gewindehülse 11 hervorstehenden Vorsprungs 13 ausgebildet. Ein zweiter Mitnehmer ist in Form eines von der Innenseite der Gewindehülse 11 hervorstehenden Sicherungsrings 14 ausgebildet.
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Die Ankopplung der Schiebehülse 12 an den Zugbolzen 8 erfolgt über ein Gewinde 15 an einem Rand der Schiebehülse 12, das in ein Gegengewinde 16 am Zugbolzen 8 greift.
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Wird die Gewindehülse 11 in einer ersten Drehrichtung gedreht, liegt der Vorsprung 13 am Rand der Schiebehülse 12 an und verschiebt diese so, dass mittels der Schiebehülse 12 der Zugbolzen 8 in die Spannstellung verfahren wird ( 1).
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Wird die Gewindehülse 11 in entgegengesetzter Richtung Drehrichtung gedreht, liegt der Sicherungsring 14 am Rand der Schiebehülse 12 an und verschiebt diese so, dass mittels der Schiebehülse 12 der Zugbolzen 8 in die Lösestellung verfahren wird (2).
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Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, sind die dem Werkzeug zugewandten freien Enden der Rubberspannelemente 10 in Form eines Kopfteils 17 verbreitert. Jedes Kopfteil 17 weist einerseits eine Schrägfläche 17a und eine konvex ausgeformte Führungsfläche 17b auf.
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Das dem Werkzeug zugewandte Ende des Zugbolzens 8 ist in Form eines konischen Segments 18 verbreitert. Dies konische Segment 18 weist einen ersten Hubkonus 18a auf, an welchen ein zweiter Hubkonus 18b anschließt. Der zweite Hubkonus 18b weist eine größere Länge und geringere Steilheit als der erste Hubkonus 18a auf.
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Die Funktionsweise der Spannvorrichtung 1 wird im Folgenden anhand der 1 und 2 erläutert. Durch Drehen der Gewindehülse 11 in eine erste Drehrichtung wird die Drehbewegung der Gewindehülse 11 über den vom Sicherungsring 14 gebildeten Mitnehmer auf die Schiebehülse 12 übertragen, wobei durch deren Verschiebebewegung der Zugbolzen 8 in die in 2 dargestellte Lösestellung überführt. Durch die Ringfedern 10b sind die Rubberspannelemente 10 auf Abstand zum Werkzeughalter 2 gehalten, so dass dieser nur der Spannvorrichtung 1 entnehmbar ist.
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Um die Rubberspannelemente 10 in die in 1 dargestellte Spannstellung zu überführen wird die Gewindehülse 11 in entgegengesetzter Richtung gedreht. Dabei kommt die Führungsfläche 17b der Kopfteile 17 der Rubberspannelemente 10 zuerst in Kontakt mit dem ersten Hubkonus 18a des konischen Segments 18 des Zugbolzens 8. Dadurch werden die Rubberspannelemente 10 gegen die Federkräfte der Ringfedern 10b in radialer Richtung aufgespreizt.
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Bei weiterem Drehen der Gewindehülse 11 werden die Führungsflächen 17b über den zweiten Hubkonus 18b des konischen Segments 18 geführt. Dadurch werden die Schrägflächen 17a der Rubberspannelemente 10 immer weiter gegen die Spannschalter des Hohlschaftkegels 3 des Werkzeughalters 2 gedrückt, wodurch der Werkzeughalter 2 gespannt wird und gegen ein Herauslösen aus der Spannvorrichtung 1 gesichert ist.
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Zum Lösen des Werkzeughalters 2 wird die Gewindehülse 11 wieder in entgegengesetzter Richtung gedreht, wodurch der Zugbolzen 8 wieder in die Lösestellung (2) verfahren wird.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Spannvorrichtung
- (2)
- Werkzeughalter
- (3)
- Hohlschaftkegel
- (3a)
- Kegelfläche
- (3b)
- Anlagefläche
- (3c)
- Spannschulter
- (4)
- Grundkörper
- (5)
- Anschlusskontur
- (6)
- Gummistopfen
- (6a)
- Zylinderschrauben
- (7)
- Quadringe
- (8)
- Zugbolzen
- (8a)
- Hohlraum
- (9)
- Kühlmittelrohr
- (10)
- Rubberspannelement
- (10a)
- elastisches Element
- (10b)
- Ringfeder
- (11)
- Gewindehülse
- (12)
- Schiebehülse
- (13)
- Vorsprung
- (14)
- Sicherungsring
- (15)
- Gewinde
- (16)
- Gegengewinde
- (17)
- Kopfteil
- (17a)
- Schrägfläche
- (17b)
- Führungsfläche
- (18)
- Segment
- (18a)
- Hubkonus
- (18b)
- Hubkonus
