DE102020109587B4

DE102020109587B4 - Dehnspannvorrichtung, Spindelsystem, Verfahren und Anordnung zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs

Info

Publication number: DE102020109587B4
Application number: DE102020109587.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: DE102020109587A1

Abstract

Dehnspannvorrichtung (10) zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs, umfassendeinen Grundkörper (12) mit einer zylindrischen Ausnehmung (14), der mit einem Spannsystem verbindbar oder verbunden ist,eine in der zylindrischen Ausnehmung (14) des Grundkörpers (12) aufgenommene und koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordnete Dehnspannbuchse (18), die an einem ersten Ende (20) eine Aufnahmeöffnung (22) zur abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks und/oder des Werkzeugs umfasst,eine Kavität (28), die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche (32) der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildet ist, wobei die Kavität (28) fluidisch mit einem in der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildeten Fluidreservoir (36) verbunden ist und die Kavität (28) und das Fluidreservoir (36) mit einem Fluid gefüllt oder befüllbar sind,einen in der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordneten Kolben (44), der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir (36) hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper (12) axial verlagerbar ist, wobei der Kolben (44) dazu ausgebildet ist, bei einer axialen Verlagerung in eine der Aufnahmeöffnung (22) entgegengesetzte Richtung einen Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) zu erhöhen, wodurch zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse (18) zu elastisch verformt ist, und wobei der Kolben (44) dazu ausgebildet ist, bei einer axialen Verlagerung in Richtung der Aufnahmeöffnung (22) den Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) zu verringern, wodurch ein elastisch verformter Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in eine Ausgangsform rückstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehnspannvorrichtung, ein Spindelsystem sowie eine Anordnung und ein Verfahren zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs, insbesondere für die optische Industrie zur Fertigung von Linsen und Gläsern. Die erfindungsgemäße Dehnspannvorrichtung kann auch als Hydrodehnspannvorrichtung bezeichnet werden.
Hintergrund der Erfindung
Zum Einspannen von Werkzeugen und/oder zu bearbeitenden Werkstücken werden neben rein mechanischen Spannfuttern unter anderem Dehnspannvorrichtungen mit einer hydraulisch bewirkbaren Spannfunktion eingesetzt. Solche Dehnspannvorrichtungen werden auch Hydrodehnspannvorrichtung oder Hydrodehnspannfutter genannt. Sie umfassen typischerweise einen mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Hohlraum. Hydraulikflüssigkeiten sind zum Beispiel Öl oder Fett. Wird die Hydraulikflüssigkeit mit Druck beaufschlagt, werden dünne Wandabschnitte des Hydrodehnspannfutters durch den erhöhten Druck geringfügig elastisch verformt (gedehnt), wodurch ein in dem Spannfutter aufgenommenes Werkzeug oder Werkstück fest eingespannt wird.
Aus der Praxis bekannte Hydrodehnspannvorrichtung oder Hydrodehnspannfutter werden zur Druckbeaufschlagung und zur Druckentlastung meist manuell von einem Benutzer eingestellt. So umfassen herkömmlicherweise eingesetzte Hydrodehnspannfutter häufig Gewindestifte, die sich in den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Hohlraum hinein erstrecken und von außen mittels eines Werkzeugs, z.B. eines Innensechskantschlüssels oder eines Spezialwerkzeugs, in den Hohlraum eindrehbar oder aus dem Hohlraum herausdrehbar sind. So kann der Druck in dem Hohlraum gezielt manuell erhöht und verringert werden, um ein Werkzeug oder Werkstück festzuspannen oder freizugeben.
Um den manuellen Aufwand zum Spannen und/oder Lösen eines Werkzeugs und/oder Werkstücks zu verringern, gibt es Ansätze für Systeme mit automatisch spann- und lösbaren Dehnspannvorrichtungen bzw. Hydrodehnspannvorrichtungen.
Ein Beispiel für ein System zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks ist in dem Dokument US 3 251 604 A beschrieben. Dieses Dokument offenbart ein Werkzeugspindelsystem mit einem Hydrodehnspannfutter. Mittels einer Federanordnung wird über einen Kolben eine Druckkraft auf ein Hydraulikfluid ausgeübt, wodurch ein Hydrodehnspannfutter gespannt bzw. gedehnt wird. Durch temporäres Einbringen eines Hydraulikfluids von außen in das Werkzeugspindelsystem wird der Kolben entgegen der Druckkraft der Federanordnung ausgelenkt. Gleichzeitig wird ein Kugelventil geöffnet, wodurch es zu einer Druckentlastung des Hydraulikfluids kommt und die Spannung des Hydrodehnspannfutters gelöst wird. Jedoch ist der Gesamtaufbau des in dem Dokument US 3 251 604 A vorgeschlagenen Systems komplex und es muss eine externe Hydraulikfluidquelle bereitgestellt werden. Ein komplexer Systemaufbau erhöht die Kosten für das System und führt häufig zu einer höheren Fehleranfälligkeit.
Ein ähnliches System ist in dem Dokument US 4 423 880 A offenbart. Bei diesem System kann der Druckkraft einer Federanordnung mittels einer von außen in das System eingebrachten Druckluft entgegen gewirkt werden. Allerdings ist auch der Gesamtaufbau des Systems gemäß Dokument US 4 423 880 A vergleichsweise komplex.
Ferner offenbart das Dokument DE 20 2009 002 899 U1 eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper, der axial in wenigstens zwei Grundkörperelemente unterteilt ist und eine Passfläche zur radialen sowie eine Anschlagfläche zur axialen Positionierung des Grundkörpers in einer Maschinenaufnahme aufweist. Eine Dehnbüchse ist unter Bildung einer geschlossenen Druckkammer an dem Grundkörper gehalten, wobei die Druckkammer über einen Hydraulikmittelkanal mit einem innerhalb des Grundkörpers ausgebildeten Zylinderraum verbunden ist. In dem Zylinderraum ist mindestens ein Kolben axial bewegbar geführt, der über eine im Grundkörper axial verschiebbare und aus dessen maschinenseitigen Endbereich vorstehende Zugstange betätigbar ist, um in der Druckkammer einen Druck aufzubauen und so die Dehnbüchse zum Spannen eines Bauteils elastisch zu verformen. Die Passfläche und die axiale Anschlagfläche sind an dem die Dehnbüchse tragenden Grundkörperelement angeordnet Das Dokument DE 10 2010 008 872 A1 offenbart ein Hydrodehnspannfutter umfassend eine Dehnbuchse zum Einspannen eines Werkzeugs durch Ausdehnung durch Aufnahme eines Fluids. Die Ausdehnung ist rückführbar durch Abgabe des Fluids. Das Hydrodehnspannfutter umfasst ferner eine Leitungsbohrung zum Leiten des Fluids, einen Kolbenraum zur Aufnahme des Fluids, wobei der Kolbenraum mit der Dehnbuchse über die Leitungsbohrung verbunden ist, und eine Zugstange. Die Zugstange ist derart ausgebildet, dass durch eine erste Bewegung der Zugstange das Volumen des Kolbenraums verringerbar ist und durch eine zweite Bewegung der Zugstange das Volumen des Kolbenraums vergrößerbar ist.
Das Dokument DE 44 16 537 C1 offenbart einen Werkzeugträger, der mit einem Bearbeitungswerkzeug wie Bohrer, Fräser usw. versehen oder bestückbar ist. Der Werkzeugträger weist einen Befestigungsschaft auf, mit dem er zur Einnahme einer Arbeitsstellung in die Halteausnehmung einer an einer Bearbeitungsmaschine festgelegten oder festlegbaren Werkzeugaufnahme einsteckbar ist, die mindestens einen in die Halteausnehmung ausmündenden Kühlmittel-Zufuhrkanal aufweist. An dem Befestigungsschaft ist ein bewegliches Verdrängungsglied vorgesehen, durch dessen Betätigung ein Übertragungsfluid beaufschlagbar ist, um eine radiale Verspannung zwischen dem in die Halteausnehmung eingesteckten Befestigungsschaft und der Umfangswand der Halteausnehmung hervorzurufen.
Das Dokument EP 3 131 326 A1 offenbart eine hydraulische Spannvorrichtung mit einem Grundkörper und zumindest einem hydraulisch betätigbaren Spannelement, das vom Grundkörper ausgebildet und dazu vorgesehen ist, zumindest ein Spannstück radial und/oder axial zu verspannen. Die Spannvorrichtung umfasst eine Hydraulikeinheit, die zu einer autonomen Erzeugung eines Hydraulikdrucks zu einer Auslenkung des zumindest einen Spannelements vorgesehen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Dehnspannvorrichtung, ein Spindelsys-tem sowie eine Anordnung und ein Verfahren zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lösung mit einer geringen Komplexität bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen und Ausführungsformen der Vorrichtung, des Systems, der Anordnung und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachstehenden Beschreibung.
Beschreibung der Erfindung
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Dehnspannvorrichtung zum automatisierten und/oder vollautomatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs. Die Dehnspannvorrichtung ist insbesondere für die Verwendung in der optischen Industrie vorgesehen, beispielsweise zum Spannen und Lösen von Werkzeugen und/oder Werkstücken zur Fertigung von Linsen und Gläsern. Die Fertigung von Linsen und Gläsern kann Prozesse wie das Fräsen, Schleifen oder Polieren umfassen. Die Dehnspannvorrichtung ist jedoch auch in anderen Industriefeidern verwendbar, wie zum Beispiel in der Medizintechnik und/oder dem allgemeinen Maschinenbau.
Die Dehnspannvorrichtung umfasst einen Grundkörper mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung, der mit einem Spannsystem verbindbar oder verbunden ist, insbesondere mit einem Nullpunktspannsystem, einer Motorspindelanordnung, einer Bearbeitungsspindel bzw. Werkzeugspindel und/oder einer Werkstückspindel. Der Grundkörper kann direkt in eine Aufnahme des Spannsystems, beispielsweise eines Rotors der Motorspindelanordnung, aufnehmbar oder indirekt über einen zusätzlichen Adapter mit diesem verbindbar sein. Es versteht sich, dass der Einsatz der Dehnspannvorrichtung nicht auf eine Verwendung mit einer Motorspindelanordnung beschränkt ist, sondern in allen Bereichen der Spanntechnik einsetzbar ist. So kann die Dehnspannvorrichtung insbesondere in spanntechnischen Systemen eingesetzt werden, in denen eine hohe Wiederholungsgenauigkeit des Spannprozesses erforderlich ist.
Die Dehnspannvorrichtung umfasst eine in der zylindrischen Ausnehmung des Grundkörpers aufgenommene und koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung angeordnete Dehnspannbuchse.
Die Dehnspannbuchse umfasst an einem ersten Ende eine Aufnahmeöffnung zur abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks und/oder des Werkzeugs in die Dehnspannbuchse. Die Dehnspannbuchse ist fest mit dem Grundkörper verbindbar oder verbunden, sodass diese weder relativ zu dem Grundkörper drehbar noch relativ dazu axial verlagerbar ist. Eine Dehnspannbuchse kann hier eine Buchse beschreiben, die abschnittsweise elastisch verformbar ist, um einen in der Buchse aufgenommenen Abschnitt eines Werkzeugs oder Werkstücks fest einzuspannen, sodass das Werkzeug oder Werkstück weder relativ zu der Buchse drehbar noch relativ dazu axial verlagerbar ist. Eine abschnittsweise elastische Verformbarkeit der Dehnspannbuchse kann dadurch erreicht werden, dass der hierfür vorgesehene wenigstens eine Abschnitt eine vergleichsweise geringe Materialstärke (Wanddicke) aufweist.
Die Dehnspannvorrichtung umfasst eine Kavität, die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand der Dehnspannbuchse und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche der zylindrischen Ausnehmung gemeinsam ausgebildet ist, insbesondere durch einander gegenüberliegende Abschnitte der Außenwand der Dehnspannbuchse und der Innenumfangsfläche der zylindrischen Ausnehmung. Die Kavität ist fluidisch mit einem in der zylindrischen Ausnehmung ausgebildeten Fluidreservoir verbunden. Die Kavität und das Fluidreservoir sind mit einem Fluid gefüllt oder befüllbar, insbesondere mit einer Hydraulikflüssigkeit, z.B. einem Hydrauliköl. Die Kavität und das Fluidreservoir bilden somit zusammen einen Druckflüssigkeitsraum, der nach außen abgeschlossen und abgedichtet ist. Die Abdichtung kann insbesondere durch die Dehnspannbuchse, den Grundkörper, den Kolben sowie zwischen diesen angeordnete Dichtelemente realisiert sein. Genauer gesagt können Dichtelemente zwischen der Dehnspannbuchse und dem Grundkörper sowie zwischen Kolben und Grundkörper vorgesehen sein. Typische Dichtelemente sind Dichtringe, wie z.B. O-Ringe.
Die Dehnspannvorrichtung umfasst einen in der zylindrischen Ausnehmung angeordneten Kolben, der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper axial verlagerbar ist.
Der Kolben ist dazu ausgebildet, bei einer axialen Verlagerung in eine der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse entgegengesetzte Richtung einen Druck in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität zu erhöhen bzw. ein Volumen des Fluidreservoirs zu verringern und so den Druck zu erhöhen. Durch diese Druckerhöhung wird zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse zu elastisch verformt. Dies dient dazu, ein in der Dehnspannbuchse aufgenommenes Werkzeug/Werkstück zu spannen. Der elastisch verformbare Abschnitt kann der Abschnitt der Dehnspannbuchse sein oder in dem Abschnitt der Dehnspannbuchse liegen, durch den die Kavität ausgebildet ist.
Der Kolben ist ferner dazu ausgebildet, bei einer axialen Verlagerung in Richtung der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse den Druck in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität zu verringern bzw. das Volumen des Fluidreservoirs zu vergrößern und so den Druck zu verringern. Durch diese Druckverringerung ist ein elastisch verformter Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in eine Ausgangsform rückstellbar bzw. in lateraler Richtung von der Längsachse der Dehnspannbuchse weg elastisch rückstellbar. Mit anderen Worten kann durch Verringerung und somit Wegnahme des auf einen elastisch verformten Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse wirkenden Druck eine vorherige druckbeaufschlagte elastische Verformung rückgängig gemacht bzw. rückverformt werden, aufgrund einer Vorspannung der Dehnspannbuchse. Dies dient dazu, ein in der Dehnspannbuchse aufgenommenes Werkzeug/Werkstück zu lösen.
Der Kolben kann durch Aufbringung externer Kräfte in axialer Richtung verlagerbar sein. Der Kolben kann vorzugsweise mit einer Zugstange eines Spannsystems verbunden sein, um externe Kräfte auf den Kolben aufzubringen. Die externen Kräfte können beispielsweise durch ein Federspannpaket bewirkt werden, wobei das Federspannpaket in einem Spannsystem integriert sein kann. Insbesondere kann der Kolben mit einer automatisch axial verlagerbaren Kolbenstange eines Rotors einer Motorspindel verbindbar sein und kann so zum Spannen und Lösen automatisch verlagert werden.
Um also ein Werkstück oder Werkzeug mittels der Dehnspannvorrichtung in der Dehnspannbuchse fest einzuspannen, kann das Werkstück oder Werkzeug in die Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse eingebracht werden. Hierbei befindet sich die Dehnspannbuchse bzw. der elastisch verformbare Abschnitt der Dehnspannbuchse in der Ausgangsform, d.h. der Kolben befindet sich in einer Stellung, in der er in Richtung der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse verlagert ist. Der Druck in der Kavität und dem Fluidreservoir reicht in dieser Stellung des Kolbens nicht aus, um den elastisch verformbaren Abschnitt der Dehnspannbuchse aus seiner Ausgangsform auszulenken. Nach Einbringen des Werkstücks oder Werkzeugs wird der Kolben in die der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse entgegengesetzte Richtung axial verlagert. Hierdurch verringert der Kolben durch weiteres Eindringen in das Fluidreservoir das Volumen des Fluidreservoirs und erhöht somit den Druck in dem Fluidreservoir und der damit fluidisch verbundenen Kavität. Durch diese Druckerhöhung wird der elastisch verformbare Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in lateraler Richtung auf das aufgenommene Werkstück/Werkzeug zu verlagert, genauer gesagt auf eine Längsachse des Werkstücks/Werkzeugs zu. Hierdurch wird mittels der Außenwand der Dehnspannbuchse eine Kraft auf das Werkstück/Werkzeug ausgeübt, wodurch dieses fest in der Dehnspannbuchse eingespannt wird. Um das Werkstück/Werkzeug wieder zu lösen und auszutauschen, vorzugsweise automatisiert auszutauschen, wird der Kolben in die Richtung der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse axial verlagert. Hierdurch vergrößert der Kolben durch teilweises Herausbewegen aus dem Fluidreservoir das Volumen des Fluidreservoirs und verringert somit den Druck in dem Fluidreservoir und der damit fluidisch verbundenen Kavität. Der Druck reicht in diesem Fall nicht mehr aus, um den zuvor elastisch verformten Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse weiterhin aus seiner Ausgangsform auszulenken, sodass dieser sich aufgrund seiner Vorspannung in die Ausgangsform zurückstellt. Der elastisch verformbare und zuvor verformte Abschnitt verlagert sich somit in lateraler Richtung von dem Werkstück/Werkzeug weg und übt dadurch keine Kraft mehr auf dieses aus. Das Werkstück/Werkzeug wird gelöst und kann entfernt und ausgetauscht werden.
Die Dehnspannvorrichtung stellt eine vergleichsweise einfache Lösung dar, die ein automatisiertes Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs ermöglicht. Die Dehnspannvorrichtung weist einen Aufbau mit geringer Komplexität auf und ist daher robuster und weniger Fehleranfällig als komplexe Systeme. Auch kann die Dehnspannvorrichtung vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden. Zudem ist die Dehnspannvorrichtung flexibel und mit einer Vielzahl an Spannsystemen, Spindelsystemen und insbesondere Motorspindelsystemen verwendbar, da der Kolben und die vorgesehene Betätigbarkeit des Kolbens eine einfache Anbindung an bestehende Spannsysteme, Spindelsysteme und Motorspindelsysteme ermöglicht. Die Dehnspannvorrichtung ist vielseitig einsetzbar. Zudem ist die Dehnspannvorrichtung nachrüstbar und adaptierbar. Auch ist die Dehnspannvorrichtung aufgrund ihres strukturellen Aufbaus gut geeignet für eine Reparatur. Ferner kann die Dehnspannvorrichtung beispielsweise im Falle einer Fehlstellung manuell wieder ausgerichtet werden.
In der vorliegenden Offenbarung kann „automatisiert“ bedeuten, dass die das Spannen und Lösen bewirkenden Kräfte nicht manuell, sondern mittels mechanischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Einrichtungen aufgebracht werden, wobei das Lösen und/oder Spannen von einem Benutzer manuell ausgelöst werden muss. In der vorliegenden Offenbarung kann „vollautomatisiert“ bedeuten, dass die Dehnspannvorrichtung in einem Spannsystem integriert ist, dass die das Spannen und Lösen bewirkenden Kräfte nicht manuell, sondern mittels mechanischer, hydraulischer und/oder pneumatischer Einrichtungen aufgebracht werden, und dass das Lösen und Spannen automatisch durch eine Spannsystemsteuerung initiiert wird.
Die Dehnspannbuchse kann lösbar in dem Grundkörper aufgenommen bzw. lösbar mit dem Grundkörper verbunden sein. Beispielsweise kann die Dehnspannbuchse mittels einer Schraubverbindung lösbar an dem Grundkörper befestigt sein. Durch eine lösbare Verbindung kann die Dehnspannbuchse austauschbar sein. In einem Reparaturfall muss somit nur die Dehnspannbuchse ausgetauscht werden, wobei die Dehnspannvorrichtung ansonsten mit einer neuen Dehnspannbuchse weiter verwendet werden kann.
Die Außenwand der Dehnspannbuchse kann im Bereich der Kavität zumindest abschnittsweise dünnwandig sein. Beispielsweise kann die Außenwand in einem Abschnitt eine Dicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm aufweisen. Genauer gesagt kann der elastisch verformbare Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse derart ausgebildet sein. Aufgrund ihrer Gestalt und ihres Materials hat die Dehnspannbuchse eine Grundform bzw. Ausgangsform. Aus dieser Ausgangsform ist zumindest der elastisch verformbare Abschnitt durch Druckbeaufschlagung auslenkbar. Eine solche elastische Auslenkung des elastisch verformbaren Abschnitts ist aufgrund der form- und materialgegebenen Vorspannung reversibel. Der elastisch verformbare Abschnitt kann zumindest abschnittsweise um die Außenwand der Dehnspannbuchse umlaufend ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der elastisch verformbare Abschnitt vollständig um die Außenwand der Dehnspannbuchse umlaufend ausgebildet sein. Der elastisch verformbare Abschnitt kann sich in einem Bereich der Dehnspannvorrichtung zumindest abschnittsweise in Längsrichtung entlang der Außenwand der Dehnspannbuchse erstrecken.
Die Dehnspannbuchse kann einen oder mehrere elastisch verformbare Abschnitte umfassen. Beispielsweise kann die Dehnspannbuchse eine Mehrzahl an elastisch verformbaren Abschnitten umfassen, die in Umfangsrichtung der Dehnspannbuchse voneinander beabstandet angeordnet sind.
Die Dehnspannbuchse kann Metall, insbesondere Edelstahl, umfassen. Vorzugsweise kann die Dehnspannbuchse vollständig aus Metall hergestellt sein, insbesondere aus Edelstahl.
Durch die Ausbildung des Fluidreservoirs in der zylindrischen Ausnehmung ist das Fluidreservoir der Dehnspannvorrichtung vollständig innerhalb des Grundkörpers ausgebildet. Das Fluidreservoir ist insbesondere in einem Bereich der zylindrischen Ausnehmung ausgebildet, der benachbart zu einem zweiten Ende der Dehnspannbuchse angeordnet ist, welches dem ersten Ende entgegengesetzt ist.
Die Kavität kann in einem Bereich der Dehnspannvorrichtung zumindest abschnittsweise um die Außenwand der Dehnspannbuchse umlaufend ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Kavität in einem Bereich der Dehnspannvorrichtung vollständig um die Außenwand der Dehnspannbuchse umlaufend ausgebildet sein. Die Kavität kann sich in einem Bereich der Dehnspannvorrichtung zumindest abschnittsweise in Längsrichtung entlang der Außenwand der Dehnspannbuchse erstrecken.
Die Kavität kann mit dem Fluidreservoir durch einen oder mehrere in einem Endabschnitt der Dehnspannbuchse ausgebildete/n Verbindungskanal/Verbindungskanäle realisiert sein. Der oder die Verbindungskanal/Verbindungskanäle kann/können sich in axialer Richtung erstrecken.
Das Fluidreservoir und die Kavität (d.h. der Druckflüssigkeitsraum) können zusammen ein Volumen zwischen 2000 mm³ und 30000 mm³ haben, vorzugsweise zwischen 3000 mm³ und 20000 mm³, weiter bevorzugt zwischen 4000 mm³ und 10000 mm³, noch weiter bevorzugt zwischen 5000 mm³ und 8000 mm³, insbesondere zwischen 6500 mm³ und 7500 mm³. Ein solches Volumen des Fluidreservoirs dient dazu, eine optimale Bauraumgröße der Dehnspannvorrichtung und gleichzeitig einen optimalen Druckaufbau innerhalb des Fluidreservoirs und der Kavität zu erreichen, Die Dehnspannvorrichtung kann insbesondere ein einziges Fluidreservoir umfassen.
In einer Weiterbildung der Dehnspannvorrichtung kann ein erstes Ende des Kolbens axial verschiebbar in dem Grundkörper gelagert sein. Ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende des Kolbens kann axial verschiebbar in der Dehnspannbuchse gelagert sein. Insbesondere kann sich das zweite Ende des Kolbens gegenüber einer Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse abstützen und entlang dieser verschiebbar sein. Das Fluidreservoir kann vorzugsweise zwischen dem ersten Ende des Kolbens und dem zweiten Ende des Kolbens angeordnet sein. Das erste Ende des Kolbens kann gegenüber dem Grundkörper abgedichtet sein, beispielsweise mittels eines Dichtrings. Das zweite Ende des Kolbens kann gegenüber der Dehnspannbuchse abgedichtet sein, genauer gesagt gegenüber einer Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse, beispielsweise mittels eines Dichtrings.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Kolben entlang einer umlaufenden Kante einer Stirnfläche mit einem Abstreifelement, vorzugsweise einem Dichtring, versehen sein, das an einer Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse anliegt. Das Abstreifelement kann an dem Kolben befestigt sein. Das Abstreifelement steht somit in Kontakt mit dem Kolben und der Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse. Mittels des Abstreifelements kann verhindert werden, dass bei einer axialen Verlagerung des Kolbens Verunreinigungen in der Dehnspannbuchse zwischen den Kolben und die Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse gelangen, die die Lagerung und/oder Dichtung beeinträchtigen. Verunreinigungen können mittels des Abstreifelements bei einer axialen Verlagerung des Kolbens in Richtung der Aufnahmeöffnung abgestreift werden. Die Stirnfläche an der das Abstreifelement angeordnet ist, kann eine Stirnfläche des in der Dehnspannbuchse gelagerten zweiten Endes des Kolbens sein. Das entgegengesetzte erste Ende des Kolbens kann eine weitere Stirnfläche aufweisen. Auch kann der Kolben in einem mittleren Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende eine dritte Stirnfläche aufweisen, die in dem Fluidreservoir angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Dehnspannvorrichtung kann der Kolben an einem von der Dehnspannbuchse abgewandten Ende, d.h. dem ersten Ende, eine Aufnahmeausnehmung zum lösbaren Verbinden des Kolbens mit einer Kolbenstange einer Motorspindel aufweisen.
In einer Weiterbildung kann in dem Kolben eine zentrale Bohrung zum Führen von Druckluft, Kühlschmiermittel, einem Öl-Luft-Gemisch und/oder anderen Medien ausgebildet ist. Die zentrale Bohrung kann sich in axialer Richtung vollständig durch den Kolben hindurch erstrecken. Die zentrale Bohrung kann an einem der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse zugewandten Ende, d.h. dem zweiten Ende, des Kolbens in wenigstens einer Düse münden. Die wenigstens eine Düse kann in der Stirnfläche des Kolbens ausgebildet sein. Der Kolben kann vorzugsweise wenigstens zwei Düsen, bevorzugst wenigstens vier Düsen, weiter bevorzugt wenigstens sechs Düsen umfassen. Die Düsen können in gleichmäßigen Abständen voneinander kreisförmig in der Stirnfläche angeordnet sein. Eine oder mehrere der Düsen kann/können sich ausgehend von der zentralen Bohrung schräg zu der Längsachse des Kolbens nach außen in Richtung der Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse erstrecken. Die Druckluft (das Kühlschmiermittel, das Öl-Luft-Gemisch und/oder ein anderes Medium) kann von einer externen Druckluftquelle bzw. Mediumquelle (z.B. eines Motorspindelsystems durch eine zentrale Bohrung in einer Kolbenstange eines Rotors einer Motorspindel) eingebracht werden. Durch die Verzweigung der zentralen Bohrung in die wenigstens eine Düse kann bei einem Auswurf bzw. Wechsel des Werkzeugs/Werkstücks die Druckluft (das Kühlschmiermittel, das Öl-Luft-Gemisch und/oder ein anderes Medium) in das Innere der Dehnspannbuchse eingeblasen werden, wodurch Verunreinigungen aus dem Inneren der Dehnspannbuchse ausgeblasen werden können. Dies gilt insbesondere für die Ausführungsform mit einer oder mehreren schräg ausgebildeten Düsen, die auf die Innenumfangsfläche der Dehnspannbuchse gerichtet ist/sind und so effektiv daran abgelagerte Verunreinigungen und Rückstände (wie z.B. Öl und Späne) entfernen kann. Zusätzlich oder alternativ kann über die wenigstens eine Düse mittels der Druckluft (das Kühlschmiermittel, das Öl-Luft-Gemisch und/oder ein anderes Medium) ein in der Dehnspannvorrichtung aufgenommenes Werkzeug/Werkstück gekühlt werden.
In einer Ausführungsform der Dehnspannvorrichtung kann in der Außenwand der Dehnspannbuchse eine Struktur mit wenigstens einem Rippenelement ausgebildet sein. Das wenigstens eine Rippenelement kann mehrere miteinander verbundene Bereiche der Kavität definieren. Hierdurch kann die Steifigkeit wenigstens eines Abschnitts der Dehnspannbuchse und so die Verformung des verformbaren Abschnitts der Dehnspannbuchse gezielt beeinflusst werden. Das wenigstens eine Rippenelement kann vorzugsweise als Wendel ausgebildet sein, d.h. spiral- oder helixförmig um eine Außenumfangsfläche der Außenwand verlaufend. Das wenigstens eine Rippenelement kann als sich in axialer Richtung erstreckende Rippe und/oder als sich quer zur axialen Richtung erstreckende Rippe ausgebildet sein. Zumindest in einem entspannten Zustand der Dehnspannbuchse, d.h. in einer Ausgangsstellung, kann sich das wenigstens eine Rippenelement gegenüber der Innenumfangsfläche der zylindrischen Ausnehmung abstützen.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Spindelsystem mit einer Spindelanordnung, insbesondere einer Motorspindelanordnung, und einer damit verbundenen Dehnspannvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art.
Die Motorspindelanordnung umfasst einen Grundkörper mit einem Stator und einen drehbar in dem Grundkörper gelagerten Rotor, der relativ zu dem Stator drehbar ist. Der Rotor ist mit dem Grundkörper der Dehnspannvorrichtung fest verbindbar, sodass diese gemeinsam drehbar sind. Die Spindelanordnung umfasst eine sich in axialer Richtung durch den Rotor erstreckende Kolbenstange, die relativ zu dem Rotor axial verlagerbar und mit dem Kolben der Dehnspannvorrichtung verbunden oder verbindbar ist. Im Falle einer Ausführungsform mit einer Motorspindelanordnung kann der Rotor mittels des Stators drehbar sein.
Die Spindelanordnung umfasst eine in dem Rotor angeordnete Federanordnung, mittels der die Kolbenstange und der damit verbundene oder verbindbare Kolben unter Zugspannung in eine Betriebsstellung vorspannbar sind, in welcher der Druck in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität durch den Kolben so erhöht ist, dass zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse zu elastisch verformt ist bzw. elastisch verformt werden kann. Das heißt in der Betriebsstellung ist das Volumen in dem Fluidreservoir durch den Kolben so verringert, dass der erhöhte Druck erreicht wird, der ausreicht, um den elastisch verformbaren Abschnitt aus seiner Ausgangsstellung auszulenken und so ein Werkstück oder Werkzeug zu spannen. Mittels der Federanordnung wird die Dehnspannbuchse somit durch Ziehen des Kolbens bzw. unter Aufbringung von Zugkraft auf den Kolben gedehnt.
Das Spindelsystem umfasst eine mit Druckluft beaufschlagbare und mit der Kolbenstange wirkverbundene Zylinder-Kolben-Anordnung, mittels der die Kolbenstange und der Kolben entgegen der Zugspannung der Federanordnung in eine Lösestellung verlagerbar sind, d.h. in Richtung der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse. In der Lösestellung ist der Druck in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität so verringert (bzw. das Volumen des Fluidreservoirs so vergrößert), dass ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in eine Ausgangsform rückgestellt ist. Genauer gesagt kann so ein zuvor zum Spannen elastisch verformter Abschnitt der Außenwand durch Druckentlastung in lateraler Richtung von der Längsachse der Dehnspannbuchse weg elastisch rückverformt sein. Insbesondere wird die Druckluftbeaufschlagung temporär bewirkt, um das Werkstück/Werkzeug zu lösen und ggf. ein anderes zu spannendes Werkstück/Werkzeug auszunehmen, also für den Werkstück-/Werkzeugaustausch.
Die Federanordnung kann beispielsweise eine oder mehrere Tellerfeder/n oder Torsionsfeder/n umfassen.
In einer Ausführungsform des Spindelsystems kann die Kolbenstange eine sich in axialer Richtung durch die Kolbenstange erstreckende Durchgangsbohrung umfassen, über die zusätzliche Druckluft in die Dehnspannvorrichtung einbringbar ist. Die zusätzliche Druckluft kann unabhängig von der Druckluft zum Verlagern der Kolbenstange entgegen der Federzugkraft sein. Bei einer Verbindung der Kolbenstange mit dem Kolben ist die Durchgangsbohrung zur Verbindung mit der zentralen Bohrung des Kolbens vorgesehen, sodass über die Durchgangsbohrung der Kolbenstange und die zentrale Bohrung des Kolbens Druckluft über wenigstens eine Düse des Kolbens in das Innere der Dehnspannbuchse eingeblasen werden kann.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Anordnung zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs. Die Anordnung umfasst eine Dehnspannvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art und eine Adaptereinrichtung, über die die Dehnspannvorrichtung mit einer Spindelanordnung, insbesondere mit einer Motorspindelanordnung, verbindbar ist. Die Adaptereinrichtung kann einen Druckluftzugang umfassen, über den zusätzliche Druckluft in die Dehnspannvorrichtung einbringbar ist, genauer gesagt in die zentrale Bohrung des Kolbens. Somit ist die Dehnspannvorrichtung mittels der Adaptereinrichtung flexibel mit einer Vielzahl an Spann- und Spindelsystemen, z.B. Motorspindeln, verwendbar, unabhängig davon, ob diese eine Druckluftquelle umfassen oder nicht.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs mittels einer Dehnspannvorrichtung. Die Dehnspannvorrichtung umfasst einen Grundkörper mit einer zylindrischen Ausnehmung, der mit einer Spindelanordnung verbunden ist. Die Dehnspannvorrichtung umfasst eine in der zylindrischen Ausnehmung des Grundkörpers aufgenommene und koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung angeordnete Dehnspannbuchse, die an einem ersten Ende eine Aufnahmeöffnung zur abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks und/oder des Werkzeugs umfasst. Die Dehnspannvorrichtung umfasst eine Kavität, die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand der Dehnspannbuchse und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche der zylindrischen Ausnehmung ausgebildet ist, wobei die Kavität fluidisch mit einem in der zylindrischen Ausnehmung ausgebildeten Fluidreservoir verbunden ist und die Kavität und das Fluidreservoir mit einem Fluid gefüllt sind. Die Dehnspannvorrichtung umfasst einen in der zylindrischen Ausnehmung angeordneter Kolben, der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper axial verlagerbar ist.
Das Verfahren umfasst die Schritte:

- axiales Verlagern des Kolbens in eine der Aufnahmeöffnung entgegengesetzte Richtung zum Erhöhen eines Drucks in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität, wodurch zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse zu elastisch verformt wird, und
- axiales Verlagern des Kolbens in Richtung der Aufnahmeöffnung zum Verringern des Drucks in dem Fluidreservoir und der damit verbundenen Kavität, wodurch der zuvor elastisch verformte Abschnitt der Außenwand der Dehnspannbuchse aufgrund seiner Vorspannung in eine Ausgangsform zurückgestellt wird.

Durch das axiale Verlagern des Kolbens in die der Aufnahmeöffnung entgegengesetzte Richtung und das damit verbundene Auslenken des elastisch verformbaren Abschnitts wird ein in der Dehnspannbuchse aufgenommenes Werkstück oder Werkzeug in dieser festgespannt.
Durch das axiale Verlagern des Kolbens in Richtung der Aufnahmeöffnung und das damit verbundene Rückstellen des zuvor elastisch verformten Abschnitts wird das in der Dehnspannbuchse festgespannte Werkstück oder Werkzeug wieder gelöst und kann entfernt werden.
Das axiale Verlagern des Kolbens in die der Aufnahmeöffnung entgegengesetzte Richtung kann in dem Verfahren mittels einer Federzugkraft bewirkt werden.
Das axiale Verlagern des Kolbens in Richtung der Aufnahmeöffnung kann in dem Verfahren mittels einer der Federzugkraft temporär entgegenwirkenden externen Kraft bewirkt werden, beispielsweise mittels Druckluft und einer Zylinder-Kolben-Anordnung.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann ein automatisiertes Wechseln des Werkstücks oder Werkzeugs durchgeführt werden. Hierzu kann das gelöste Werkstück oder Werkzeug automatisch entnommen werden, ein Austauschwerkstück oder Austauschwerkzeug kann automatisch koaxial zu der Aufnahmeöffnung der Dehnspannbuchse ausgerichtet werden, und das Austauschwerkstück oder Austauschwerkzeug kann automatisch in die Dehnspannbuchse aufgenommen werden. Das automatische Entfernen, Ausrichtung und/oder Aufnehmen kann z.B. mittels eines oder mehrerer Roboter/s durchgeführt werden.
Das Verfahren kann insbesondere mittels einer Dehnspannvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art durchgeführt werden.
Das Verfahren kann insbesondere mittels eines Spindelsystems der vorstehend beschriebenen Art durchgeführt werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung einer Dehnspannvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art zum automatisierten Spannen und/oder Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Spindelsystems der vorstehend beschriebenen Art zum automatisierten Spannen und/oder Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs.
Obgleich einige Merkmale, Vorteile, Funktionen, Wirkweisen, Ausführungsformen und Weiterbildungen vorstehend nur in Bezug auf die Dehnspannvorrichtung, das Spindelsystem, die Anordnung oder das Verfahren beschrieben wurden, können diese entsprechend auch für die jeweils anderen der Dehnspannvorrichtung, des Spindelsystems, der Anordnung und/oder des Verfahrens gelten.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:

1 eine schematische Schnittansicht einer Dehnspannvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 eine schematische Draufsicht der Dehnspannvorrichtung aus 1.
3 eine schematische Schnittansicht einer Motorspindelanordnung mit einer erfindungsgemäßen Dehnspannvorrichtung.
4A und 4B schematische Schnittansichten zur Veranschaulichung einer Betriebsstellung und einer Lösestellung einer erfindungsgemäßen Dehnspannvorrichtung.

Figurenbeschreibung
1 zeigt eine Dehnspannvorrichtung 10 zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs (in den Figuren nicht gezeigt). Die Dehnspannvorrichtung 10 umfasst einen Grundkörper 12 mit einer darin ausgebildeten zylindrischen Ausnehmung 14. Der Grundkörper 12 ist in einem hinteren Bereich 16 mit einer Motorspindelanordnung (in 1 nicht gezeigt) verbindbar.
Eine Dehnspannbuchse 18 ist in der zylindrischen Ausnehmung 14 des Grundkörpers 12 aufgenommene und koaxial zu dieser angeordnete. Über eine an einem ersten Ende 20 der Dehnspannbuchse 18 ist eine Aufnahmeöffnung 22 ausgebildet, über die das Werkstück und/oder Werkzeug in die Dehnspannbuchse 18 aufnehmbar ist. Wie in 1 zu erkennen ist, ist die zylindrischen Ausnehmung 14 länger als die Dehnspannbuchse 18. Im Bereich der Aufnahmeöffnung 22, d.h. am ersten Ende 20, der Dehnspannbuchse 18 schließen die Dehnspannbuchse 18 und der Grundkörper 12 bzw. die zylindrische Ausnehmung 14 im Wesentlichen bündig miteinander ab. Hierdurch ergibt sich ein Abstand zwischen einem dem ersten Ende 20 entgegengesetzten zweiten Ende 24 der Dehnspannbuchse 18 und einem von dem ersten Ende 20 der Dehnspannbuchse 18 abgewandten Ende 26 der zylindrische Ausnehmung 14.
Die Dehnspannvorrichtung 10 umfasst eine Kavität 28, die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche 32 der zylindrischen Ausnehmung 14 ausgebildet ist. Wie in 1 zu erkennen ist, besteht die Kavität 28 in der gezeigten Ausführungsform aus mehreren Bereichen, die durch ein Rippenelement 34 definiert sind. Das Rippenelement 34 erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsform wendelförmig in Längsrichtung um die Außenwand 30 herum. Die Kavität 28 ist einem Fluidreservoir 36 verbunden, sodass die Kavität 28 und das Fluidreservoir 36 gemeinsam einen abgeschlossenen Druckflüssigkeitsraum bilden. Die Kavität 28 und das Fluidreservoir 36 sind mit einem Hydrauliköl gefüllt. Der Druckflüssigkeitsraum ist vollständig innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 14 ausgebildet und mittels verschiedener Dichtelemente 38, 40, 42 gegenüber der Umgebung abgedichtet.
In der zylindrischen Ausnehmung 14 ist ein Kolben 44 angeordnet, der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir 36 hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper 12 axial verlagerbar ist. Zur axialen Verlagerbarkeit ist ein erstes Ende 46 des Kolbens 44 axial verschiebbar in dem Grundkörper 12 gelagert und gegenüber diesem mittels des Dichtelements 40 abgedichtet. Ein dem ersten Ende 46 entgegengesetztes zweites Ende 48 des Kolbens 44 ist axial verschiebbar in der Dehnspannbuchse 18 gelagert und mittels des Dichtelements 42 gegenüber dieser abgedichtet. Das Fluidreservoir 36 ist zwischen dem ersten Ende 46 des Kolbens 44 und dem zweiten Ende 48 des Kolbens 44 in der zylindrischen Ausnehmung 14 angeordnet.
Der Kolben 44 ist in eine der Aufnahmeöffnung 22 entgegengesetzte Richtung axial verlagerbar, also in Richtung des hinteren Bereichs 16 des Grundkörpers 12, um einen Druck in dem Fluidreservoir 36 und der damit verbundenen Kavität 28 zu erhöhen. Hierdurch wird zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 in lateraler Richtung auf eine Längsachse A der Dehnspannbuchse 18 zu elastisch verformt. Der elastisch verformbare Abschnitt ist hier der Abschnitt der Außenwand 30, an dem die Kavität 28 und das Rippenelement 34 ausgebildet ist.
Der Kolben 44 ist ferner in Richtung der Aufnahmeöffnung 22 axial verlagerbar, den Druck in dem Fluidreservoir 36 und der damit verbundenen Kavität 28 zu verringern, wodurch der zuvor elastisch verformte Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 in eine Ausgangsform zurückgestellt wird. Der Druck reicht in diesem Fall nicht mehr aus, um den elastisch verformbaren Abschnitt weiterhin auszulenken.
In dem Grundkörper 12 sind zwei Bohrungen 50, 52 ausgebildet, die jeweils mit Gewindestiften 54, 56 verschlossen sind. Über diese Bohrungen 50, 52 können das Fluidreservoir 36 und die Kavität 28 mit Hydrauliköl oder einem sonstigen Fluid befüllt werden.
An einer in der Dehnspannbuchse 18 angeordneten Stirnfläche 58 des Kolbens 44 ist an der umlaufenden Kante ein Abstreifelement 60 befestigt, welches in Form eines zusätzlichen Dichtrings ausgebildet ist. Das Abstreifelement 60 liegt an einer Innenumfangsfläche 62 der Dehnspannbuchse 18 an, sodass bei einer axialen Verlagerung des Kolbens 44 Verunreinigungen in der Dehnspannbuchse 18 abgestreift werden können.
Der Kolben 44 ist mit einer zentralen Bohrung 64 versehen, die sich durch den Kolben 44 hindurch erstreckt. Die zentrale Bohrung 64 gabelt sich an dem zweiten Ende 48 des Kolbens 44 in mehrere Düsen 66. Aus Gründen der Übersicht ist nur eine der Düsen 66 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Düsen 66 erstrecken sich ausgehend von der zentralen Bohrung 64 quer zu der Längsachse A des Kolbens 44 nach außen in Richtung der Innenumfangsfläche 62 der Dehnspannbuchse 18. Von einer externen Druckluftquelle (z.B. eines Motorspindelsystems) kann Druckluft durch die zentrale Bohrung 64 und die Düsen 66 in die Dehnspannbuchse 18 eingeblasen werden. Durch die schräge Ausrichtung der Düsen 66 auf die Innenumfangsfläche 62 der Dehnspannbuchse 18 können so Verunreinigungen von dieser Entfernt und aus dem Inneren der Dehnspannbuchse 18 ausgeblasen werden, wenn gerade kein Werkzeug/Werkstück in der Dehnspannbuchse 18 aufgenommen ist, oder ein in der Dehnspannbuchse 18 aufgenommenes Werkzeug/Werkstück kann gekühlt werden.
Wie in der Draufsicht in 2 zu erkennen ist, umfasst der Kolben 44 in der gezeigten Ausführungsform sechs kreisförmig in der Stirnfläche 58 ausgebildete Düsen 66. Auch zeigt 2 mehrere Verschraubungen der Komponenten der Dehnspannvorrichtung 10.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Motorspindelanordnung 100 eines Spindelsystems mit einer erfindungsgemäßen Dehnspannvorrichtung 10. Der Übersicht halber sind nur einzelne Merkmale der Dehnspannvorrichtung 10 mit Bezugszeichen versehen. Die Dehnspannvorrichtung 10 kann der Dehnspannvorrichtung aus 1 entsprechen.
Die Motorspindelanordnung 100 umfasst einen Grundkörper 102 mit einem Stator 104. In dem Grundkörper 102 ist ein Rotor 106 drehbar gelagert, der mittels des Stators 104 drehantreibbar ist. Der Rotor 106 ist mit dem Grundkörper 12 der Dehnspannvorrichtung 10 verbunden, sodass diese gemeinsam drehbar sind.
Eine Kolbenstange 108 erstreckt sich in axialer Richtung durch den Rotor 106 hindurch und ist relativ zu dem Rotor 106 axial verlagerbar. Die Kolbenstange 108 ist mit dem Kolben 44 der Dehnspannvorrichtung 10 verbunden, sodass diese gemeinsam in axialer Richtung verlagerbar sind.
In dem Rotor 106 ist eine Federanordnung 110 in Form von Tellerfedern ausgebildet. Mittels dieser Federanordnung 110 sind die Kolbenstange 108 und der Kolben 44 unter Zugspannung in eine Betriebsstellung vorspannbar. In dieser Betriebsstellung ist der Druck in dem Fluidreservoir 36 und der damit verbundenen Kavität 28 durch den Kolben 44 so erhöht, dass der elastisch verformbare Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 in lateraler Richtung auf die Längsachse der Dehnspannbuchse 18 zu elastisch verformt ist.
Über eine mit Druckluft beaufschlagbare und mit der Kolbenstange 108 wirkverbundene Zylinder-Kolben-Anordnung (nicht gezeigt) des Spindelsystems sind die Kolbenstange 108 und der Kolben 44 entgegen der Zugspannung der Federanordnung 110 in eine Lösestellung verlagerbar. In der Lösestellung ist der Druck in dem Fluidreservoir 36 und der damit verbundenen Kavität 28 so verringert, dass der elastisch verformte Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 sich in eine Ausgangsform zurückstellt.
Die erfindungsgemäße Dehnspannvorrichtung ist auch mit anderen Spindelsystemen verwendbar, in denen die Kolbenstange mittels einer sonstigen externen Kraft axial verlagerbar ist (d.h. alternativ zu einer Verlagerung mittels einer Federanordnung und/oder alternativ zu einer Verlagerung mittels druckluftbeaufschlagbarer und/oder hydraulisch beaufschlagter Zylinder-Kolben-Anordnung).
Die Kolbenstange 108 umfasst eine darin ausgebildete zentrale Durchgangsbohrung 112, über die zusätzliche Druckluft von außen durch die Kolbenstange 108 in eine zentralen Bohrung 64 des Kolbens 44 und so in die Dehnspannvorrichtung 10 einbringbar ist.
Zur Veranschaulichung des Wirkprinzips der erfindungsgemäßen Dehnspannvorrichtung 10, ist diese in den 4A und 4B in einer Betriebsstellung (4A) und in einer Lösestellung ( 4B) gezeigt. In diesen Darstellungen sind zur besseren Übersicht nicht alle Merkmale der Dehnspannvorrichtung 10 mit Bezugszeichen versehen.
Wie in den 4A und 4B zu erkennen ist, ist der Kolben 44 mit einer Kolbenstange 108 verbunden, die in den gezeigten Abbildungen nicht vollständig dargestellt ist.
In der in 4A gezeigten Betriebsstellung befindet sich der Kolben 44 in einer in Richtung des hinteren Bereichs 16 des Grundkörpers 12 der Dehnspannvorrichtung 10 verlagerten Stellung. Der Kolben 44 wurde durch die Kolbenstange 108 bzw. einer daran angreifenden externen Zugkraft in diese Stellung verlagert und wird durch die kontinuierlich wirkende externe Zugkraft in dieser Stellung gehalten. Um diese Kraft kontinuierlich auszuüben kann insbesondere eine Federanordnung zur Erzeugung der Kraft verwendet werden.
Da sich durch die Verlagerung des Kolbens 44 in die gezeigte Betriebsstellung das Volumen des Fluidreservoirs 36 verringert (durch weiteres Eindringen des Kolbens 44 in das Fluidreservoir), wird ein Druck in dem Fluidreservoir 36 und der damit verbundenen Kavität 28 erzeugt bzw. erhöht, durch den der elastisch verformbare Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 in lateraler Richtung auf die Längsachse A zu verlagert wird. Hierdurch kann eine Spannkraft auf ein in der Dehnspannbuchse 18 aufgenommenes Werkstück oder Werkzeug (nicht gezeigt) ausgeübt werden. In der Betriebsstellung bzw. der Grundstellung der Dehnspannvorrichtung 10 im Betrieb befindet sich die Dehnspannbuchse 18 also in einem gespannten Zustand. Dies erhöht die Sicherheit des gesamten Systems, da das Werkstück/Werkzeug auch bei einem Notaus bzw. bei einem Ausfall der Strom- und/oder Druckluftversorgung weiterhin fest eingespannt bleibt.
Wird temporär eine weitere externe Kraft aufgebracht, die der externen Zugkraft entgegenwirkt und die Kolbenstange 108 in Richtung der Aufnahmeöffnung 22 axial verlagert, verlagert sich auch der damit verbundene Kolben 44 in dieser Richtung in die in 4B gezeigte Lösestellung. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des Fluidreservoirs 36, wodurch sich der Druck in dem Fluidreservoir 36 und der Kavität 28 verringert. Der verringerte Druck reicht nicht mehr aus, um den elastisch verformbaren Abschnitt der Außenwand 30 der Dehnspannbuchse 18 weiter in lateraler Richtung auf die Längsachse A zu auszulenken. Aufgrund seiner Vorspannung stellt sich der elastisch verformbare Abschnitt zurück in seine Ausgangs- oder Grundstellung, wodurch die auf ein aufgenommenes Werkstück oder Werkzeug wirkende Spannkraft gelöst wird. Das Werkstück oder Werkzeug kann in dieser Lösestellung automatisch entnommen und ein Austauschwerstück oder -werkzeug eingesetzt werden.
Sobald die weitere externe Kraft nicht mehr auf die Kolbenstange 108 und den Koben 44 wirkt, bewirkt die kontinuierlich wirkende Zugkraft, dass die Kolbenstange 108 und der Koben 44 wieder in die in 4A gezeigte Betriebsstellung gezogen werden und das Austauschwerstück oder -werkzeug gespannt wird.

Claims

Dehnspannvorrichtung (10) zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs, umfassend einen Grundkörper (12) mit einer zylindrischen Ausnehmung (14), der mit einem Spannsystem verbindbar oder verbunden ist, eine in der zylindrischen Ausnehmung (14) des Grundkörpers (12) aufgenommene und koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordnete Dehnspannbuchse (18), die an einem ersten Ende (20) eine Aufnahmeöffnung (22) zur abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks und/oder des Werkzeugs umfasst, eine Kavität (28), die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche (32) der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildet ist, wobei die Kavität (28) fluidisch mit einem in der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildeten Fluidreservoir (36) verbunden ist und die Kavität (28) und das Fluidreservoir (36) mit einem Fluid gefüllt oder befüllbar sind, einen in der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordneten Kolben (44), der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir (36) hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper (12) axial verlagerbar ist, wobei der Kolben (44) dazu ausgebildet ist, bei einer axialen Verlagerung in eine der Aufnahmeöffnung (22) entgegengesetzte Richtung einen Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) zu erhöhen, wodurch zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse (18) zu elastisch verformt ist, und wobei der Kolben (44) dazu ausgebildet ist, bei einer axialen Verlagerung in Richtung der Aufnahmeöffnung (22) den Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) zu verringern, wodurch ein elastisch verformter Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in eine Ausgangsform rückstellbar ist.
Dehnspannvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei ein erstes Ende (46) des Kolbens (44) axial verschiebbar in dem Grundkörper (12) gelagert ist und ein dem ersten Ende (46) des Kolbens (44) entgegengesetztes zweites Ende (48) des Kolbens (44) axial verschiebbar in der Dehnspannbuchse (18) gelagert ist.
Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kolben (44) entlang einer umlaufenden Kante einer Stirnfläche (58) mit einem Abstreifelement (60) versehen ist, das an einer Innenumfangsfläche (62) der Dehnspannbuchse (18) anliegt.
Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kolben (44) an einem von der Dehnspannbuchse (18) abgewandten Ende (46) des Kolbens (44) eine Aufnahmeausnehmung zum lösbaren Verbinden des Kolbens (44) mit einer Kolbenstange (108) einer Spindelanordnung (100) aufweist.
Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Kolben (44) eine zentrale Bohrung (64) zum Führen von Druckluft, Kühlschmiermittel und/oder einem Öl-Luft-Gemisch ausgebildet ist, die sich in axialer Richtung durch den Kolben (44) hindurch erstreckt, wobei die zentrale Bohrung (64) an einem der Aufnahmeöffnung (22) der Dehnspannbuchse (18) zugewandten Ende (48) des Kolbens (44) in wenigstens einer Düse (66) mündet.
Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) eine Struktur mit wenigstens einem Rippenelement (34) ausgebildet ist, das mehrere miteinander verbundene Bereiche der Kavität (28) definiert.
Spindelsystem mit einer Spindelanordnung (100) und einer Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spindelanordnung (100) umfasst: einen Grundkörper (102) mit einem Stator (104), einen drehbar in dem Grundkörper (102) gelagerten Rotor (106), der relativ zu dem Stator (104) drehbar ist, eine sich in axialer Richtung durch den Rotor (106) erstreckende Kolbenstange (108), die mit dem Kolben (44) der Dehnspannvorrichtung (10) verbunden oder verbindbar ist, und eine in dem Rotor (106) angeordnete Federanordnung (110), mittels der die Kolbenstange (108) und der Kolben (44) unter Zugspannung in eine Betriebsstellung vorspannbar sind, in welcher der Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) durch den Kolben (44) so erhöht ist, dass zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse (18) zu elastisch verformt ist, wobei das Spindelsystem eine mit Druckluft beaufschlagbare und mit der Kolbenstange (108) wirkverbundene Zylinder-Kolben-Anordnung umfasst, mittels der die Kolbenstange (108) und der Kolben (44) entgegen der Zugspannung der Federanordnung (110) in eine Lösestellung verlagerbar sind, in welcher der Druck in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28) so verringert ist, dass ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in eine Ausgangsform rückgestellt ist.
Spindelsystem nach Anspruch 7, wobei die Kolbenstange (108) eine sich in axialer Richtung durch die Kolbenstange (108) erstreckende Durchgangsbohrung (112) umfasst, über die zusätzliche Druckluft in die Dehnspannvorrichtung (10) einbringbar ist.
Anordnung zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs, mit einer Dehnspannvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer Adaptereinrichtung, über die die Dehnspannvorrichtung (10) einer Spindelanordnung (100) verbindbar ist, wobei die Adaptereinrichtung einen Druckluftzugang umfasst, über den Druckluft in die Dehnspannvorrichtung (10) einbringbar ist.
Verfahren zum automatisierten Spannen und Lösen eines Werkstücks und/oder Werkzeugs mittels einer Dehnspannvorrichtung (10), die umfasst: einen Grundkörper (12) mit einer zylindrischen Ausnehmung (14), der mit einer Spindelanordnung (100) verbunden ist, eine in der zylindrischen Ausnehmung (14) des Grundkörpers (12) aufgenommene und koaxial zu der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordnete Dehnspannbuchse (18), die an einem ersten Ende (20) eine Aufnahmeöffnung (22) zur abschnittsweisen Aufnahme des Werkstücks und/oder des Werkzeugs umfasst, eine Kavität (28), die durch zumindest einen Abschnitt einer Außenumfangsfläche einer Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) und zumindest einen Abschnitt einer Innenumfangsfläche (32) der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildet ist, wobei die Kavität (28) fluidisch mit einem in der zylindrischen Ausnehmung (14) ausgebildeten Fluidreservoir (36) verbunden ist und die Kavität (28) und das Fluidreservoir (36) mit einem Fluid gefüllt sind, ein in der zylindrischen Ausnehmung (14) angeordneter Kolben (44), der sich abschnittsweise in das Fluidreservoir (36) hinein erstreckt und relativ zu dem Grundkörper (12) axial verlagerbar ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: axiales Verlagern des Kolbens (44) in eine der Aufnahmeöffnung (22) entgegengesetzte Richtung zum Erhöhen eines Drucks in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28), wodurch zumindest ein elastisch verformbarer Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) in lateraler Richtung auf eine Längsachse der Dehnspannbuchse (18) zu elastisch verformt wird, und axiales Verlagern des Kolbens (44) in Richtung der Aufnahmeöffnung (22) zum Verringern des Drucks in dem Fluidreservoir (36) und der damit verbundenen Kavität (28), wodurch der zuvor elastisch verformte Abschnitt der Außenwand (30) der Dehnspannbuchse (18) aufgrund seiner Vorspannung in eine Ausgangsform zurückgestellt wird.