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Die Erfindung betrifft eine Dehnspannhülse sowie ein Dehnspannfutter.
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Dehnspannfutter für Werkzeugmaschinen sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen dazu, ein Werkzeug in einem Werkzeughalter einzuspannen. Dehnspannfutter weisen allgemein ausgedrückt eine Dehnspannhülse und eine Druckkammer bzw. Hydraulikkammer auf, die mit einem unter hohen Druck stehenden Medium beaufschlagt werden kann, beispielsweise einem Hydrauliköl, sodass die Dehnspannhülse elastisch verformt wird. Dadurch greift sie an einen Schaft eines Werkzeugs an, der in die Dehnspannhülse eingesetzt ist. Hierdurch ergibt sich eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeugschaft und der Dehnspannhülse.
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Zusätzlich können mechanische Verriegelungsmittel verwendet werden, um den Werkzeugschaft in einer bestimmten Position zu arretieren und/oder das übertragbare Drehmoment zu erhöhen. Derartige Dehnspannfutter sind jedoch aufwendiger herzustellen und daher kostspieliger.
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Es hat sich gezeigt, dass in bestimmten Anwendungen ein zuverlässiger Halt des Werkzeugs mit bekannten Dehnspannfuttern nicht in jedem Fall gewährleistet werden kann, insbesondere für Fräswerkzeuge. Durch die im Betrieb des Werkzeugs auftretenden Vibrationen und dadurch verursachten Kräfte können Lötstellen beschädigt werden, die zur dauerhaften Fixierung der Dehnhülse in einem Grundkörper des Dehnspannfutters genutzt werden. Diese Lötstellen sind üblicherweise in den Abschnitten an der Außenseite der Dehnhülse vorgesehen, in denen keine Druckkammer vorgesehen ist, und grenzen somit üblicherweise an die Druckkammer an. Wird die Druckkammer mit zusätzlichem Druck beaufschlagt, wird durch die Verformung der Dehnhülse eine Zugspannung auf die angrenzenden Lotflächen erzeugt, die zur Zerstörung einer durch die Lötflächen hergestellten Lötverbindung führen kann.
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Wird die Lötverbindung zerstört, kann der Schaft des Werkzeugs nicht mehr zuverlässig in seiner Position fixiert werden, sodass sich dieser aus der Dehnspannhülse lösen und/oder beschädigt werden kann. In diesem Fall kann es auch zu einer Beschädigung des aktuell vom Werkzeug bearbeiteten Gegenstands kommen. Insbesondere in Anwendungen, in denen die zu bearbeiteten Gegenstände und Materialien ihrerseits bereits kostspielig sind, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie, besteht daher der Bedarf für zuverlässige Dehnspannfutter.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dehnspannhülse sowie ein Dehnspannfutter bereitzustellen, die bzw. das einen zuverlässigen Halt eines eingesetzten Werkzeugs ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dehnspannhülse für ein Dehnspannfutter, mit einem maschinenseitigen und einem werkzeugseitigen axialen Ende, wobei die Dehnspannhülse an ihrem maschinenseitigen axialen Ende zumindest zwei Lötflächen aufweist, und wobei direkt aneinander angrenzende Lötflächen am maschinenseitigen axialen Ende der Dehnspannhülse verschiedene Erstreckungsrichtungen relativ zu einer Mittelachse der Dehnspannhülse aufweisen. Die Mittelachse erstreckt sich vom maschinenseitigen axialen Ende zum werkzeugseitigen axialen Ende.
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Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die Lötflächen am maschinenseitigen axialen Ende der Dehnspannhülse so anzuordnen, dass diese gegen Vibrationen bzw. Bewegungen in verschiedene Richtungen gesichert werden kann, insbesondere sowohl gegen axiale als auch gegen radiale Bewegungen. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß die Größe der Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse im Dehnspannfutter erhöht, also die verlötete Kontaktfläche zwischen der Dehnspannhülse und einem Grundkörper, in dem die Dehnspannhülse aufgenommen ist.
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In einer Variante weist die Dehnspannhülse mindestens drei Lötflächen an ihrem maschinenseitigen axialen Ende auf. Durch die Verwendung von mindestens drei Lötflächen kann eine stufenartige Struktur am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse erzeugt werden. Durch eine solche Anordnung kann die Dehnspannhülse in besonderem Maße gleichzeitig gegen axiale und radiale Bewegungen gesichert werden, wenn die Dehnspanhülse mit dem Grundkörper eines Drehspannfutters verbunden wird.
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Ferner kann, wenn anstelle von einer Lötfläche nun mehrere Lötflächen verwendet werden, die Form des maschinenseitigen Endes der Dehnspannhülse im Hinblick auf die im angedachten Einsatz der Dehnspannhülse zu erwartenden Belastungen maßgeschneidert werden.
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Zwei direkt aneinander angrenzende Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse können einen Winkel α zueinander bilden, wobei α im Bereich von größer 0° und kleiner 180° liegt, bevorzugt im Bereich 45° bis 135°. Besonders bevorzugt beträgt der Wert des Winkels α 90°. Der Winkel α ist dabei immer der kleinere von den beiden Winkeln, die gemessen werden können, und liegt daher nie über 180°.
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Liegen beispielsweise drei Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse vor, wird der Winkel α insbesondere zwischen den direkt aneinander angrenzenden Lötflächen gebildet, die dem maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse in axialer Richtung am nächsten liegen. Mit anderen Worten wird der Winkel α insbesondere zwischen den im Vergleich zum Stand der Technik zusätzlichen Lötflächen gebildet.
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Indem zwei direkt aneinander angrenzende Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse den Winkel α zueinander bilden, wird zumindest eine Schräge und/oder eine flache Stufe in der äußeren Form der Dehnspannhülse am maschinenseitigen Ende erzeugt. Mit anderen Worten verlaufen zwei direkt aneinander angrenzende Lötflächen am maschinenseitigen Ende gerade nicht parallel zueinander.
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Bevorzugt beträgt der Wert des Winkels α nahe 90° und besonders bevorzugt 90°. Durch eine derartige Anordnung wird eine besonders ausgeprägte Stufe in der äußeren Form der der Dehnspannhülse am werkzeugseitigen Ende gebildet, welche die Dehnspannhülse besonders effektiv gegen radiale und axiale Belastungen gleichermaßen schützt. Zugleich ist das Einbringen und Positionieren eines Lötmaterials zum spätere Fixieren der Dehnspannhülse in einem Grundkörper eines Dehnspannfutter erleichtert.
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In einer weiteren Variante wird der Winkel α zwischen jeder der direkt aneinander angrenzenden Lötflächen am maschinenseitigen axialen Ende der Dehnspannhülse gebildet. Auf diese Weise kann eine definierte Stufenstruktur am werkzeugseitigen Ende erzeugt werden.
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Die jeweiligen Winkel α zwischen jeweils zwei direkt aneinander angrenzenden Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse können auch unterschiedliche Werte für den Winkel α aufweisen, welcher jeweils einen Wert in den zuvor beschriebenen Bereichen hat.
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In einer Variante beträgt der Wert des Winkels α zwischen allen direkt aneinander angrenzenden Lötflächen am maschinenseitigen Ende jeweils 90°. Mit anderen Worten sind direkt aneinander angrenzende Lötflächen am maschinenseitigen Ende der Dehnspannhülse immer senkrecht zueinander angeordnet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren gelöst durch ein Dehnspannfutter mit einer Dehnspannhülse der zuvor beschriebenen Art, wobei das Dehnspannfutter einen Grundkörper mit einer Aussparung aufweist, in welche die Dehnspannhülse in den Grundkörper eingesetzt und mit dem Grundkörper verlötet ist. Die Aussparung weist maschinenseitig eine Auflagefläche auf, die komplementär zum maschinenseitigen axialen Ende der Dehnspannhülse ausgeformt ist.
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Das erfindungsgemäße Dehnspannfutter weist entsprechend einen Grundkörper auf, in den die Dehnspannhülse sicher aufgenommen und fixiert werden kann.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform, die in der beigefügten Zeichnung gezeigt ist. In dieser zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Dehnspannfutter mit einer erfindungsgemäßen Dehnspannhülse in einer Schnittansicht.
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In der einzigen Figur ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Dehnspannfutters 10 mit einem Grundkörper 12 dargestellt.
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Der Grundkörper 12 weist eine Aussparung 13 auf, in welche eine Dehnspannhülse 14 eingesetzt ist, sodass die Dehnspannhülse 14 die Aussparung 13 im Grundkörper 12 vollständig ausfüllt.
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Der Grundkörper 12 und die Dehnspannhülse 14 bestehen insbesondere aus Metall.
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Die Dehnspannhülse 14 weist ein werkzeugseitiges axiales Ende 16 sowie ein maschinenseitiges axiales Ende 18 auf.
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Die Dehnspannhülse 14 hat zudem eine Aussparung 20, die sich über die gesamte Länge der Dehnspannhülse 14 vom werkzeugseitigen axialen Ende 16 bis zum maschinenseitigen axialen Ende 18 erstreckt.
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Die Dehnspannhülse 14 ist zudem im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Mittelachse M, die vom maschinenseitigen axialen Ende 18 in Richtung des werkzeugseitigen axialen Endes 16 verläuft.
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Das maschinenseitige axiale Ende 18 der Dehnspannhülse 14 sitzt mit einer Grundfläche 22 an einem Anschlag 24 des Grundkörpers 12 auf.
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Am werkzeugseitigen axialen Ende 16 weist die Dehnspannhülse 14 einen Flansch 26 auf, der über maschinenseitige Lötflächen 28 mit dem Grundkörper 12 verbunden ist.
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Angrenzend an die werkzeugseitigen Lötflächen 28 weist die Dehnspannhülse 14 eine Hydraulikkammer 30 auf, die sich in Richtung des maschinenseitigen axialen Endes des Dehnspannfutters 10 erstreckt. Die Hydraulikkammer 30 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt, beispielsweise einem Hydrauliköl.
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Das Dehnspannfutter 10 verfügt über (nicht dargestellte) Kanäle zur Versorgung der Hydraulikkammer 30 mit der Hydraulikflüssigkeit. Somit kann durch Zuführen von Hydraulikflüssigkeit ein hoher Druck innerhalb der Hydraulikkammer aufgebaut werden. Als Folge dieses Drucks wird die Dehnspannhülse 14 zumindest im Bereich der Hydraulikkammer 30 elastisch nach innen in Richtung der Aussparung 20 verformt, sodass ein im Aufnahmeraum 20 angeordnetes (nicht dargestelltes) Werkzeug fest eingespannt werden kann, insbesondere mittels eines Schafts des Werkzeugs.
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Am maschinenseitigen axialen Ende 18 weist die Dehnspannhülse 14 insgesamt drei Lötflächen 32, 34 und 36 auf, wobei die Lötfläche 32 direkt an das maschinenseitige axiale Ende der Hydraulikkammer 30 angrenzt und parallel zur Mittelachse M verläuft.
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Die Lötfläche 34 grenzt direkt an die Lötfläche 32 an und verläuft senkrecht zur Lötfläche 32 und somit auch senkrecht zur Mittelachse M. Dementsprechend wird ein Winkel α zwischen der Lötfläche 32 und der Lötfläche 34 gebildet, der genau 90° beträgt.
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Die Lötfläche 36 schließt sich direkt an die Lötfläche 34 an, wobei die Lötfläche 36 an dem Ende der Lötfläche 34 angrenzt, an der nicht die Lötfläche 32 an die Lötfläche 34 angrenzt. Die Lötfläche 36 verläuft ebenso wie die Lötfläche 32 parallel zur Mittelachse M. Dementsprechend wird ein Winkel α zwischen der Lötfläche 34 und der Lötfläche 36 gebildet, der genau 90° beträgt.
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Der in der Figur eingezeichnete Winkel β gibt den Winkel an, der durch die Winkelhalbierende des Winkels α zur Mittelachse M gebildet wird. Entsprechend ist der Wert des Winkels β die Hälfte des Wertes des Winkels a, in der gezeigten Ausführungsform also gerade 45°.
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Die Lötfläche 36 endet an der Grundfläche 22 der Dehnspannhülse 14.
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Durch die Abfolge der Erstreckungsrichtungen der Lötflächen 32, 34 und 36 weist die Dehnspannhülse 14 eine stufenartige äußere Form an ihrem maschinenseitigen axialen Ende 18 auf.
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Der Grundkörper 12 hat maschinenseitig eine Auflagefläche 38, die komplementär zur stufenartigen äußeren Form des maschinenseitigen axialen Endes 18 der Dehnspannhülse 14 ist. Auf diese Weise kann die Dehnspannhülse 14 auf einfache Weise korrekt im Grundkörper 12 angeordnet werden, sodass ein passender Sitz der Dehnspannhülse 14 im Grundkörper 12 gewährleistet ist.
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Während des Betriebs eines im Dehnspannfutter 10 eingespannten (nicht dargestellten) Werkzeugs können Vibrationen, Stöße und anderweitige Belastungen, die senkrecht zur Mittelachse M auftreten können, effektiv abgefangen werden, sodass Beschädigungen der Lötflächen 32, 34 und/oder 36 vermieden werden.
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Selbst bei teilweiser Beschädigung oder einem Aufreißen einzelner der Lötflächen 32, 34 und/oder 36, ist ein sicherer Halt der Dehnspannhülse 14 im Grundkörper gewährleistet.
