DE102022120742A1

DE102022120742A1 - Werkzeughalter

Info

Publication number: DE102022120742A1
Application number: DE102022120742.0A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Albrecht Praez & Co KG GmbH; Albrecht Prazision & Co KG GmbH
Current assignee: Albrecht Praez & Co KG GmbH; Albrecht Prazision & Co KG GmbH
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2024-02-22
Also published as: WO2024038049A1

Abstract

Der erfindungsgemäße Werkzeughalter (10) dient dazu, die rotationssymmetrische Reibverhältnisse zwischen der Spannzange (1) und dem Spannzangenaufnahmekörper (17) zu schaffen, damit Kippmomente, die auf die Mittelachse (M) der Spannzange (1) beim Einspannen des Werkzeugs einwirken können, minimiert werden. Dies fördert die Rundlaufeigenschaften des Werkzeughalters (10). Der Werkzeughalter weist einen Spannzangenaufnahmekörper (17) mit einer eine konische Innenfläche aufweisenden Spannzangenaufnahmeöffnung (15) und eine in die Spannzangenaufnahmeöffnung (15) eingeführte Spannzange (1) mit einem Spannkörper (2) auf. Der Spannkörper (2) enthält eine konische Außenfläche (19) sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung (3), die zueinander konzentrisch um eine Mittelachse (M) angeordnet sind. In die Werkzeugaufnahmeöffnung (3) ist ein mindestens eine Sicherungsnut (6) aufweisender Werkzeugschaft (4) einführbar. Der Spannkörper (2) weist außerdem einen die mindestens eine Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitt (5) auf. Die Spannzange (1) kann zum Spannen von Werkzeugen von einer Spannvorrichtung (16) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagt werden. Beim Einspannen des Werkzeugs wirkt ein Anpressdruck (P) von der konischen Innenfläche 18 der Spannzangenaufnahmeöffnung (15) auf die Außenfläche 19 des Spannkörpers (2) zumindest zweizählig rotationssymmetrisch zur Mittelachse (M).

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter zum Spannen von Werkzeugen, insbesondere zur spanenden Werkstückbearbeitung, mit einer Spannzange, die vorzugsweise in Bezug auf die Rundlaufeigenschaften optimiert ist.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken werden üblicherweise Werkzeuge, wie beispielsweise Bohrer, Fräser und dergleichen verwendet, die in einem entsprechenden Werkzeughalter aufgenommen werden. Die Werkzeughalter können beispielsweise eine hülsenförmige Spannzange aufweisen, in die ein Schaft eines einzuspannenden Werkzeugs eingeführt und festgespannt werden kann.
In der DE 10 2018 111 044 A1 ist beispielsweise ein solcher Werkzeughalter mit Spannzange beschrieben, wobei in dem Werkzeughalter ein Spannrotor drehbar gelagert ist und dazu eingerichtet ist, die Spannzange mit einer Axialkraft zu beaufschlagen. Der Spannrotor weist ein Innengewinde auf, das mit einem an einem Spannzapfen der Spannzange vorgesehenen Außengewinde in Eingriff gebracht werden kann. Eine Drehung des Spannrotors führt zu einer Axialverschiebung der Spannzange entlang einer konischen Innenfläche der Werkzeugaufnahmeöffnung des Werkzeughalters.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Auszugsicherungen bekannt, wie beispielsweise aus der US 3,425,705 , DE 20 2007 019 560 U1 und JP 2002 - 355727 A . Während der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem im Werkzeughalter aufgenommenes Werkzeug können auf das Werkzeug einwirkende Kräfte und/oder Drehmomente zustande kommen, die dazu führen können, dass sich das Werkzeug in axialer Richtung aus der Werkzeugaufnahmebohrung sukzessive herausarbeitet. Auszugsicherungen können diesem axialen Auszug des Werkzeugs aus dem Werkzeughalter entgegenwirken.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Auszugsicherungen basieren zumeist darauf, dass im Werkzeugschaft einer Sicherungsnut vorgesehen ist, wobei die in der Spannzange vorgesehene Auszugsicherung einen Sicherungsstift aufweist, der radial in die Sicherungsnut des Werkzeugs vorsteht, sodass ein axialer Auszug des Werkzeugs aus der Spannzange verhindert werden kann. Solche Sicherungsnuten werden auch als Weldonnut bezeichnet.
Beim Einspannen eines Werkzeugs mit einer im Werkzeugschaft ausgebildeten Sicherungsnut in einem herkömmlichen Werkzeughalters kann sich die Wandung der Spannzange jedoch in dem Wandabschnitt der Spannzange nicht am Werkzeugschaft abstützten, der die Sicherungsnut des Werkzeugschafts überspannt, wodurch die Wandung der Spannzange in diesem Bereich geringfügig nach innen in Richtung Werkzeugschaft nachgeben kann. Dies hat in diesem Bereich der Spannzange einen Einfluss auf die Reibeigenschaften zwischen der Spannzange und dem Spannzangenaufnahmekörper des Werkzeughalters, wobei die Reibeigenschaften der übrigen Spannzange unverändert bleiben. Dies kann dazu führen, dass sich die Spannzange beim Einspannen in Längsrichtung, insbesondere einseitig, elastisch verformt. Beim Einspannen des Werkzeugs kann hierdurch die Mittelachse der Spannzange geringfügig aus der gewünschten zentral zum Werkzeughalter verlaufenden Ausrichtung herauskippen.
Beim Einspannvorgang des Werkzeugs in den Werkzeughalter ist es allerdings wünschenswert, dass die Spannzange mit dem darin festgespannten Werkzeug präzise entlang der Mittelachse des Werkzeughalters ausgerichtet bleibt, da eine Schrägstellung des Werkzeugs relativ zu der Mittelachse des Werkzeughalters negative Auswirkungen auf den Rundlauf des Werkzeugs haben kann. In der Praxis sind bei der Fertigung von Werkstücken mitunter Mikrometer genaue Rundlaufanforderungen an das Werkzeug bzw. an den Werkzeughalter anzutreffen, sodass schon scheinbar geringe Schrägstellungen der Achse zu einer erheblichen Verschlechterung des Rundlaufs des Werkzeughalters und damit des darin gespannten Werkzeugs führen können.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Werkzeughalter mit einer Spannzange bereit zu stellen, der bzw. die verbesserte Rundlaufeigenschaften nach dem Einspannen eines mit einer Sicherungsnut am Schaft versehenen Werkzeugs aufweist.
Diese Aufgabe wird durch den Werkzeughalter zum Spannen von Werkzeugen, insbesondere zur spanenden Werkstückbearbeitung, nach Anspruch 1 gelöst:
Der erfindungsgemäße Werkzeughalter weist einen Spannzangenaufnahmekörper, eine Spannzange und eine Spannvorrichtung auf. Der Spannzangenaufnahmekörper ist mit einer eine konische Innenfläche aufweisenden Spannzangenaufnahmeöffnung versehen, in die die Spannzange eingeführt ist. Die Spannzange weist einen Spannkörper auf, der eine konische Außenfläche sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung enthält, die zueinander konzentrisch um eine Mittelachse angeordnet sind, wobei in die Werkzeugaufnahmeöffnung ein mindestens eine Sicherungsnut aufweisender Werkzeugschaft einführbar ist, wobei der Spannkörper einen die mindestens eine Sicherungsnut überspannender Wandabschnitt aufweist. Die Spannvorrichtung kann in dem Werkzeughalter untergebracht sein. Die Spannvorrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Spannzange in Axialrichtung in die Spannzangenaufnahmeöffnung des Spannzangenaufnahmekörpers zu ziehen. Die Spannvorrichtung kann alternativ auch außerhalb des Werkzeughalters angeordnet sein. Die Spannvorrichtung kann in diesem Fall beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Spannzange in Axialrichtung in die Spannzangenaufnahmeöffnung einpressen bzw. einzuschieben. In beiden Fällen kann die Spannzange zum Spannen von Werkzeugen von einer Spannvorrichtung mit einer Axialkraft beaufschlagt werden. Beim Spannen des Werkzeugs wirkt ein Anpressdruck von der konischen Innenfläche der Spannzangenaufnahmeöffnung zumindest zweizählig-rotationssymmetrisch zur Mittelachse auf die Außenfläche des Spannkörpers. Insbesondere weist der Spannkörper an einem dem Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitt (diametral) gegenüberliegenden Wandabschnitt eine reduzierte Wandstärke im Vergleich zur Wandstärke des überspannenden Wandabschnitts auf.
Hierdurch wird es möglich, die Reibungsbedingungen zwischen Spannzange und Werkzeughalter symmetrisch zu gestalten. Dies führt dazu, dass die Reibverhältnisse zwischen Spannzange und Werkzeughalter auf beiden Seiten zumindest im Wesentlichen gleich sind, wodurch ein Herauskippen der Mittelachse der Spannzange in Bezug auf die Mittelachse des Werkzeughalters verringert bzw. verhindert werden kann. Durch die reduzierte Wandstärke des Spannkörpers an der (diametral) gegenüberliegenden Seite der Sicherungsnut kann sich an dieser Seite die Wandung der Spannzange ebenfalls nicht an dem Werkzeugschaft abstützen, wodurch die Reibverhältnisse auf beiden Seiten symmetrisch ausgestaltet sind. Es kann außerdem zu einer (geringfügigen) elastischen Verformung der Spannzange an der gegenüberliegenden Seite der Sicherungsnut kommen, durch die die oben erwähnte (geringfügige) elastische Verformung der Spannzange auf der Seite der Sicherungsnut ausgeglichen werden kann. Beispielsweise kann sich die Spannzange in Axialrichtung derart verformen, dass sich die Wandung der Spannzange z.B. verjüngt oder ausbeult, je nachdem ob die Spannvorrichtung innerhalb des Werkzeughalters untergebracht und dazu eingerichtet ist, die Spannzange axial in die Spannzangenaufnahmeöffnung zu ziehen, oder außerhalb des Werkzeughalters angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Spannzange axial in die Spannzangenaufnahmeöffnung zu schieben bzw. zu drücken..
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Werkzeughalters liegt darin, dass der beim Spannen von der konischen Innenfläche der Spannzangenaufnahmeöffnung auf die Außenfläche des Spannkörpers einwirkende Anpressdruck zumindest zweizählig-rotationssymmetrisch zur Mittelachse der Spannzange ist, da durch den symmetrisch wirkenden Anpressdruck auch die Reibungskraft zwischen Spannzange und Spannzangenaufnahmekörper symmetrisch ausgebildet sind. Die Spannzange kann auch insbesondere dazu ausgestaltet sein, den auf sie wirkenden Anpressdruck mehrzählig-rotationssymmetrisch oder punktsymmetrisch zu verteilen.
Der Spannkörper kann insbesondere durch Schlitze oder dergleichen zumindest in einem oberen Bereich der des Spannkörpers unterbrochen sein. In die Werkzeugaufnahmeöffnung ist ein Werkzeugschaft einführbar, der eine Sicherungsnut aufweist. Die Sicherungsnut kann beispielsweise als eine Weldonnut ausgebildet sein. Der Außenkonuswinkel des Spannkörpers kann an den Innenkonuswinkel der Spannzangenaufnahmeöffnung angepasst, vorzugsweise angeglichen sein. Der Außenkonuswinkel und/oder der Innenkonuswinkel kann/können beispielsweise einen Winkel zwischen 0,5° und 15°, insbesondere zwischen 1° und 10°, besonders bevorzugt zwischen 1,25 und 5° aufweisen.
Insbesondere ist der gegenüberliegende Wandabschnitt auf einer Axialhöhe mit dem die Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitt angeordnet, vorzugsweise wenn der Werkzeugschaft (vollständig) in der Werkzeugaufnahmeöffnung eingeführt ist. Hierdurch ist der Wandabschnitt mit der reduzierten Wandstäke in Axialrichtung gegenüberliegend zu dem die Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitt angeordnet ist. Dies verbessert die Symmetrie der Reibverhältnisse.
In einer ersten Ausführungsform ist in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt mindestens eine (innenliegende) Ausgleichsvertiefung ausgebildet, wodurch die Wandstärke in diesem Wandabschnitt reduziert ist und der Anpressdruck rotationssymmetrisch auf die Spannzange einwirkt. Zusätzlich oder alternativ können in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt eine oder mehrere (außenliegende) Ausgleichvertiefungen ausgebildet sein, sodass der Anpressdruck rotationssymmetrisch auf die Spannzange einwirkt.
Vorzugsweise ist die innenliegende Ausgleichsvertiefung radial zur Mittelachse in der Innenfläche der Werkzeugaufnahmeöffnung ausgebildet und/oder die außenliegende Ausgleichsvertiefung radial zur Mittelachse in der Außenfläche des Spannkörpers ausgebildet, wodurch die Wandstärke in diesem Wandabschnitt reduziert ist.
Es wird bevorzugt, dass die axialen Abmessungen der Ausgleichsvertiefung zumindest im Wesentlichen den axialen Abmessungen der Sicherungsnut des Werkzeugschafts entsprechen, wodurch der Anpressdruck entlang der Axialrichtung rotationssymmetrisch verteilt ist.
Insbesondere sind in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt mehrere äquidistant zueinander und zu dem die Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitt beabstandete erste Ausgleichsvertiefungen und/oder zweite Ausgleichsvertiefungen ausgebildet.
Alternativ ist in dem Spannkörper eine ringförmige (innenliegende) Ausgleichsvertiefung an der Innenfläche der Werkzeugaufnahmeöffnung und/oder eine (außenliegende) Ausgleichsvertiefung an der Außenfläche des Spannkörpers ausgebildet, wodurch die Wandstärke des Spannkörpers in dem Bereich der Ausgleichsvertiefung reduziert ist. Wenn eine (außenliegende) Ausgleichsvertiefung an der Außenfläche des Spannkörpers vorgesehen ist, kann der mechanische Kontakt zwischen den Spannkörper der Spannzange und dem Spannzangenaufnahmekörper in dem axialen Bereich, in dem die Sicherungsnut angeordnet ist, (vollständig) verhindert werden. Dies führt ebenfalls zu einer symmetrischen Ausgestaltung der Reibverhältnisse.
Insbesondere entspricht ein von der oder den Ausgleichsvertiefungen überdeckter Winkel, dem Kreisbogenwinkel des die Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitts.
Vorzugsweise ist die Ausgleichsvertiefung diametral gegenüberliegenden zu dem die Sicherungsnut überspannenden Wandabschnitt angeordnet.
Insbesondere ist eine Radialtiefe der Ausgleichsvertiefung/en entlang des Umfangs zumindest im Wesentlichen konstant. Die Radialtiefe der Ausgleichvertiefung ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die Tiefe einer Schaftnut im Werkzeugschaft. Die Radialtiefe kann beispielsweise im in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 0,1 mm liegen, also im Zehntelmillimeterbereich.
In einer zweiten Ausführungsform ist in dem Spannkörper zusätzlich eine Auszugsicherung mit einer Sicherungsaussparung gebildet ist, in der ein Sicherungselement derart einsetzbar und/oder einschiebbar, dass das Sicherungselement zumindest teilweise innerhalb der Sicherungsnut angeordnet ist, wenn der Werkzeugschaft in der Werkzeugaufnahmeöffnung angeordnet ist, wobei an der der Auszugsicherung gegenüberliegenden Seite des Spannkörpers mindestens eine Ausgleichsaussparung in den Spannkörper geformt ist. Durch die Ausgleichsaussparung können die Reibverhältnisse und auch die Massenverteilungen der beiden gegenüberliegenden Seiten aneinander angenähert werden. Außerdem kann so auch eine ansonsten entstehende Unwucht des Spannkörpers reduziert bzw. verhindert werden.
Es wird bevorzugt, dass die Abmessungen der Ausgleichsaussparung zumindest im Wesentlichen den Abmessungen der Sicherungsaussparung entsprechen.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildungen oder Details der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, der Beschreibung, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:

1A eine schematische Ansicht einer Spannzange gemäß eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeughalters,
1B eine schematische Ansicht der Spannzange gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeughalters,
2 einen Längsschnitt der Spannzange mit einem in die Spannzange eingeführten Werkzeugschaft,
3A-3D mehrere verschiedene Querschnitte entlang der Schnittebene I durch die Spannzange in der der Werkzeugschaft eingeführt ist,
4 einen Detailausschnitt eines Werkzeughalters, in dem ein Werkzeug gespannt ist, im Längsschnitt,
5 einen Querschnitt des Werkzeughalters aus 4 entlang der Schnittebene II,
6 einen Detailausschnitt eines Werkzeughalters mit Spannzange, die eine Auszugsicherung aufweist, sowie
7 einen Detailausschnitt eines Werkzeughalters mit Spannzange, die eine Auszugsicherung aufweist.

In 1A ist eine perspektivische Ansicht einer Spannzange 1 abgebildet. Die Spannzange 1 weist einen Spannkörper 2 auf, der sich entlang einer Mittelachse M der Spannzange 1 erstreckt. Der Spannkörper 2 weist eine konische Außenfläche 19 und eine zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung 3 auf. Die konische Außenfläche 19 und die zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung 3 sind konzentrisch zueinander in Bezug auf die Mittelachse M angeordnet. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Spannkörper 2 von vier Schlitzen 20 unterbrochen. Der Spannkörper 2 kann jedoch auch von mehr oder weniger Schlitzen 20 unterbrochen sein. Die Schlitze 20 sind zueinander äquidistant beabstandet. Der Spannkörper 2 weist ein erstes Ende 26 auf, zu welchem hin die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 geöffnet ist. Die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 weist eine zylindrische Innenfläche 21 auf. Der Spannkörper 2 ist auf der gegenüberliegenden Seite 27 geschlossen und weist dort einen mit einem Außengewinde versehenen Spannzapfen 22 auf, mit dem eine Spannvorrichtung 16 in Eingriff gebracht werden kann. Die Spannvorrichtung 16 ist dazu eingerichtet, die Spannzange 1 mit einer Axialkraft F zu beaufschlagen. Die Spannvorrichtung 16 kann hierfür in dem Werkzeughalter 10 untergebracht sein. Alternativ kann auch die Spannvorrichtung 16 nicht in dem Werkzeughalter 10 untergebracht sein. In diesem Fall weist die Spannzange 1 keinen Spannzapfen 22 auf, sondern kann zum Spannen an dem ersten Ende 26 des Spannkörpers 2 von der Spannvorrichtung 16 mit einer Axialkraft F beaufschlagt werden.
In diesem Beispiel weist die Spannzange 1 eine Auszugsicherung 11 auf. Für die Auszugsicherung 11 ist in den Spannkörper 2 eine Sicherungsaussparung 12 ausgebildet. Auf einer der Sicherungsaussparung 12 diametral gegenüberliegenden Seite des Spannkörpers 2 ist in 1A außerdem eine Ausgleichsaussparung 14 ausgebildet.
Die in 1A gezeigte Spannzange 1 weist außerdem eine Ausgleichsvertiefung 8 auf, die an der Innenfläche 21 der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 vorgesehen ist. Die Ausgleichsvertiefung 8 ist in einem Wandabschnitt 7 des Spannkörpers 2 ausgebildet, der gegenüberliegend zu einem anderen Wandabschnitt 5 angeordnet ist, der eine in einem Werkzeugschaft 4 vorgesehene Sicherungsnut 6 überspannt. Die axialen Abmessungen der Ausgleichsvertiefung 8 entsprechen in diesem Beispiel den axialen Abmessungen einer Sicherungsnut 6 eines Werkzeugschafts 4, der von die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 der Spannzange 1 aufnehmbar ist. Die Länge eines Kreisbogens, der durch der Ausgleichsvertiefung 8 definiert ist, entspricht der Länge des Kreisbogens des anderen Wandabschnitts 5.
In 1B ist ein weiteres Beispiel der Spannzange 1 in perspektivischer Ansicht abgebildet. Die in 1B abgebildete Spannzange 1 unterscheidet sich von der in 1A abgebildeten Spannzange 1 dadurch, dass die Spannzange 1 keine Auszugsicherung 11 aufweist. Darüber hinaus ist in der in 1B abgebildeten Spannzange 1 eine Ausgleichsvertiefung 9 in der Außenfläche 19 des Spannkörpers 2 ausgebildet. Die Ausgleichsvertiefung 9 ist in diesem Beispiel ringförmig. Die axialen Abmessungen der Ausgleichsvertiefung 9 in der Außenfläche 19 des Spannkörpers entsprechen in diesem Beispiel den axialen Abmessungen einer Sicherungsnut 6 eines Werkzeugschafts 5, der von die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 der Spannzange 1 aufnehmbar ist.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt der in 1A gezeigten Spannzange 1. In die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 der Spannzange 1 ist ein Werkzeugschaft 4 eines Werkzeugs eingeführt. Der Werkzeugschaft 4 weist eine Sicherungsnut 6 auf, eine sogenannte Weldonnut. Die Weldonnut 6 ist in 2 zur linken Seite hin orientiert ausgerichtet, wobei der Spannkörper 2 einen die Weldonnut 6 überspannenden Wandabschnitt 5 aufweist. In einem Wandabschnitt 7, der gegenüberliegend von dem die Sicherungsnut 6 überspannenden Wandabschnitt 5 liegt, ist eine Ausgleichsvertiefung 8 in die Innenfläche 21 der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 ausgebildet. Die Ausgleichsvertiefung 8 ist auf der gleichen Axialhöhe Ha wie die Sicherungsnut 6 angeordnet. Außerdem entsprechen die axialen Abmessungen der Ausgleichsvertiefung 8 den axialen Abmessungen der Sicherungsnut 6. Die Wandstärke W des Spannkörpers 2 ist in dem Wandabschnitt 5 größer als die Wandstärke W in dem Wandabschnitt 7, der dem Wandabschnitt 5 gegenüber liegt.
In 3A ist der zu 2 dazugehörige Querschnitt entlang der Schnittachse I abgebildet. Der von der Ausgleichsvertiefung 8 überdeckte Kreisbogenwinkel relativ zur Mittelachse M entspricht in 3a dem Kreisbogenwinkel des die Sicherungsnut 6 überspannenden Wandabschnitts 5. In 3A ist die Ausgleichsvertiefung 8 diametral gegenüberliegend zu dem die Sicherungsnut 6 überspannenden Wandabschnitt 5 angeordnet.
In 3B ist ein alternatives Beispiel für eine Spannzange 1 im Querschnitt abgebildet. In dem in 3B abgebildeten Beispiel sind zwei Ausgleichsvertiefungen 8 in der Innenfläche 21 der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 ausgebildet. Die zwei Ausgleichsvertiefungen 8 sind zueinander und zu dem die Sicherungsnut 6 überspannenden Wandabschnitt 5 äquidistant angeordnet. Es ist außerdem möglich, dass mehrere weitere Ausgleichsvertiefungen 8 in der Innenfläche 21 der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 vorgesehen sind.
In 3C ist ein weiteres Beispiel einer Spannzange 1 im Querschnitt abgebildet. In diesem Beispiel ist die Ausgleichsvertiefung ringförmig ausgestaltet, was bedeutet, dass in dem Bereich der Ausgleichsvertiefung 8 der Werkzeugschaft 4 nicht mit der Wand des Spannkörpers 2 in Kontakt steht.
3D zeigt ein weiteres Beispiel für einen Spannkörper 2, bei dem die Ausgleichsvertiefung 9 an der Außenfläche 19 des Spannkörpers 2 ausgebildet ist. Bei diesem Beispiel wirkt kein Anpressdruck beim Einspannen des Werkzeugs in dem Bereich der Ausgleichsvertiefung 9 von der Innenfläche der Spannzangenaufnahmeöffnung 15 auf den Spannkörper 2 ein. Im übrigen Bereich der Außenfläche 19 des Spannkörpers 2 wirkt ein rotationssymmetrischer Anpressdruck von der konischen Innenfläche 18 der Spannzangenaufnahmeöffnung 15 auf den Spannkörper 2 ein.
In 4 ist ein schematischer Detailausschnitt eines Längsschnitts des erfindungsgemäßen Werkzeughalters 10 beim Einspannen eines Werkzeugs abgebildet. Der Spannkörper 2 weist in 4 eine Ausgleichsvertiefung 8 auf. Während des Einspannens des Werkzeugs beaufschlagt die Spannvorrichtung 16 die Spannzange 1 mit einer Axialkraft F, wodurch die Spannzange 1 entlang der konischen Innenfläche 18 der Spannzangenaufnahmeöffnung 15. Die Spannvorrichtung 16 kann innerhalb des Werkzeughalters 10, wie in 6 dargestellt, oder alternativ außerhalb des Werkzeughalters 10 angeordnet sein. Durch die sich nach unten hin verjüngende Innenfläche 18 der Spannzangenaufnahmeöffnung 15 wirkt ein Anpressdruck P von dem Spannzangenaufnahmekörper 17 auf den Spannkörper 2 der Spannzange ein. In 4 ist die Verteilung des Anpressdrucks P durch Pfeile veranschaulicht. So entspricht der Anpressdruck P auf der Seite, an der sich die Sicherungsnut 6 des Werkzeugschafts 4 befindet, zumindest im Wesentlichen dem Anpressdruck P auf der Seite, an der sich die Ausgleichsvertiefung 8 befindet. Dies führt dazu, dass die Reibungsverhältnisse zwischen dem Spannkörper 2 und dem Spannzangenaufnahmekörper 17 auf beiden Seiten zumindest einander angenähert sind. Durch die zumindest zweizählig rotationssymmetrischen Reibungsverhältnisse kommt es beim Einspannen des Werkzeugs zu keiner Verkippung der Mittelachse M der Spannzange 1.
In 5 ist ein schematischer Querschnitt der Spannzange 1 aus 4 entlang der Schnittebene II abgebildet. Der Querschnitt kann in vier Quadranten Q1 bis Q4 unterteilt werden, wobei im ersten Quadranten Q1 die Sicherungsnut 6 des Werkzeugschafts 4 angeordnet ist. In dem dem ersten Quadranten Q1 gegenüberliegenden Quadranten Q3 ist der Anpressdruck P von dem Spannzangenaufnahmekörper 17 auf den Spannkörper 2 an den Anpressdruck P im ersten Quadranten Q1 angepasst. Der zweite Quadrant Q2 und der vierte Quadrant Q4 sind seitlich zu dem ersten Quadrant Q1 und dem dritten Quadrant Q3 zwischen diesen angeordnet. Auch der in den zweiten Quadranten Q2 und vierten Quadranten Q4 wirkende Anpressdruck P entspricht einander zumindest im Wesentlichen.
In 6 ist ein Detailausschnitt des Werkzeughalters 10 im Längsschnitt beim Einspannen eines Werkzeugs abgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Spannzange eine Auszugsicherung 11 auf. Die Auszugsicherung 11 weist eine Sicherungsaussparung 12 auf, die sich zumindest teilweise radial zur Mittelachse M der Spannzange 1 erstreckt. In dem in 6 gezeigten Beispiel ist die Sicherungsaussparung 12 zusätzlich axial zur Mittelachse M geneigt. Der Neigungswinkel der Sicherungsaussparung 12 ist vorzugsweise an die im Werkzeugschaft 4 ausgebildete Weldonnut 6 angepasst. Der Neigungswinkel kann zwischen 20° und 70°, vorzugsweise zwischen 30° und 60° zu einer horizontalen Ebene betragen. In dem abgebildeten Beispiel beträgt der Neigungswinkel ungefähr 45° zur horizontalen Ebene. In der Sicherungsaussparung 12 ist ein Sicherungselement 13 angeordnet, das im eingesetzten Zustand zumindest teilweise in der Weldonnut 6 des Werkzeugschafts 4 angeordnet ist. Das Sicherungselement 13 kann stiftförmig ausgebildet sein. Das Sicherungselement 13 verhindert, dass sich der Werkzeugschaft 4 bei der Benutzung des Werkzeughalters 10, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, sukzessive aus der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 der Spannzange 1 axial herausarbeitet. Auf der diametral gegenüberliegenden Seite der Auszugsicherung 11 kann die Spannzange 1 eine Ausgleichsaussparung 14 aufweisen, deren Abmessungen zumindest im Wesentlichen den Abmessungen der Sicherungsaussparung 12 entsprechen. Die Ausgleichsaussparung 14 kann spiegelsymmetrisch zur Sicherungsaussparung 12 ausgebildet und angeordnet sein.
Um die Reibverhältnisse der Spannzange 1 zu dem Spannzangenaufnahmekörper 17 rotationssymmetrisch auszugestalten, weist der Spannkörper 2 eine Ausgleichsvertiefung 8 an der Innenfläche 21 der Werkzeugaufnahmeöffnung 3 auf. Wie oben bereits beschrieben kann der Spannkörper 2 auch mit einer außenliegenden Ausgleichsvertiefung 9 versehen sein, die in der Außenfläche 19 des Spannkörpers 2 geformt ist.
7 veranschaulicht ein weiteres Beispiel eines Werkzeughalters 10, wobei die Spannzange 1 in diesem Beispiel eine tangentiale Auszugsicherung 11 aufweist. In diesem Beispiel ist die Sicherungsaussparung 12 tangential zur Weldonnut 6 in dem Spannkörper 2 ausgebildet, sodass sich ein Überschneidungsraum zwischen der Weldonnut 6 und der Sicherungsaussparung 12 bildet. In die Sicherungsaussparung 12 kann ein Sicherungselement 13 eingeschoben werden sodass sich das Sicherungselement 13 zumindest teilweise in der Sicherungsaussparung 12 und dem Überschneidungsraum befinden kann, wenn das Sicherungselement 13 in die Sicherungsaussparung 12 eingesetzt ist. Das Sicherungselement 13 kann beispielsweise stiftförmig ausgestaltet sein. Auf der diametral gegenüberliegenden Seite der Auszugsicherung 11 kann auch in diesem Beispiel die Spannzange 1 eine Ausgleichsaussparung 14 aufweisen, deren Abmessungen zumindest im Wesentlichen den Abmessungen der Sicherungsaussparung 12 entsprechen. Die Ausgleichsaussparung 14 kann spiegelsymmetrisch zur Sicherungsaussparung 12 ausgebildet und angeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Werkzeughalter 10 dient dazu, die rotationssymmetrische Reibverhältnisse zwischen der Spannzange 1 und dem Spannzangenaufnahmekörper 17 zu schaffen, damit Kippmomente, die auf die Mittelachse M der Spannzange 1 beim Einspannen des Werkzeugs einwirken können, minimiert werden. Dies fördert die Rundlaufeigenschaften des Werkzeughalters 10. Der Werkzeughalter weist einen Spannzangenaufnahmekörper 17 mit einer eine konische Innenfläche aufweisenden Spannzangenaufnahmeöffnung 15 und eine in die Spannzangenaufnahmeöffnung 15 eingeführte Spannzange 1 mit einem Spannkörper 2 auf. Der Spannkörper 2 enthält eine konische Außenfläche 19 sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung 3, die eine Mittelachse M definiert und konzentrisch zu der Außenfläche angeordnet ist. In die Werkzeugaufnahmeöffnung 3 ist ein mindestens eine Sicherungsnut 6 aufweisender Werkzeugschaft 4 einführbar. Der Spannkörper 2 weist außerdem einen die mindestens eine Sicherungsnut 6 überspannenden Wandabschnitt 5 auf. Die Spannzange 1 kann zum Spannen von Werkzeugen von einer Spannvorrichtung 16 mit einer Axialkraft F beaufschlagt werden. Beim Einspannen des Werkzeugs wirkt ein Anpressdruck P von der konischen Innenfläche 18 der Spannzangenaufnahmeöffnung 15 auf die Außenfläche 19 des Spannkörpers 2 zumindest zweizählig rotationssymmetrisch zur Mittelachse M.
Bezugszeichen:

1: Spannzange
2: Spannkörper
3: Werkzeugaufnahmeöffnung
4: Werkzeugschaft
5: Wandabschnitt, der die Sicherungsnut überspannt
6: Sicherungsnut des Werkzeugschafts
7: gegenüberliegender Wandabschnitt
8: (innenliegende) Ausgleichsvertiefung
9: (außenliegende) Ausgleichsvertiefung
10: Werkzeughalter
11: Auszugsicherung
12: Sicherungsaussparung
13: Sicherungselement
14: Ausgleichsaussparung
15: Spannzangenaufnahmeöffnung
16: Spannvorrichtung
17: Spannzangenaufnahmekörper
18: konische Innenfläche der Spannzangenaufnahmeöffnung
19: konische Außenfläche des Spannkörpers
20: Schlitze im Spannkörper
21: zylindrische Innenfläche der Werkzeugaufnahmeöffnung
22: Spannzapfen
23: seitliche Wandabschnitte des Spannkörpers
24: Spannzangenwand
25: Spannrotor
26: erstes Ende des Spannkörpers
27: zweites Ende des Spannkörpers
M: Mittelachse der Spannzange
P: Anpressdruck beim Einspannen
Q1-Q4: Quadranten
U: Umfangsrichtung
W: Wandstärke des Spannkörpers
I, II: Schnittebenen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018111044 A1 [0003]
US 3425705 [0004]
DE 202007019560 U1 [0004]
JP 2002 [0004]
JP 355727 A [0004]

Claims

Werkzeughalter (10) zum Spannen von Werkzeugen, insbesondere zur spanenden Werkstückbearbeitung, aufweisend: - einen Spannzangenaufnahmekörper (17) mit einer eine konische Innenfläche (18) aufweisenden Spannzangenaufnahmeöffnung (15); sowie - eine in die Spannzangenaufnahmeöffnung (15) eingeführte Spannzange (1) mit einem Spannkörper (2), der eine konische Außenfläche (19) und eine zylindrische Werkzeugaufnahmeöffnung (3) enthält, die zueinander konzentrisch um eine Mittelachse (M) angeordnet sind, wobei in die Werkzeugaufnahmeöffnung (3) ein mindestens eine Sicherungsnut (6) aufweisender Werkzeugschaft (4) einführbar ist und der Spannkörper (2) einen die mindestens eine Sicherungsnut (6) überspannender Wandabschnitt (5) aufweist; wobei die Spannzange (1) zum Spannen von Werkzeugen von einer Spannvorrichtung (16) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagbar ist; wobei beim Spannen ein Anpressdruck (P) von der konischen Innenfläche (18) der Spannzangenaufnahmeöffnung (15) auf die Außenfläche (19) des Spannkörpers (2) zumindest zweizählig-rotationssymmetrisch zur Mittelachse (M) wirkt.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkörper (2) an einem dem Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitt (5) gegenüberliegenden Wandabschnitt (7) eine reduzierte Wandstärke (W) aufweist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenüberliegende Wandabschnitt (7) auf einer Axialhöhe (Ha) mit dem die Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitt (5) angeordnet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt (7) mindestens eine innenliegende Ausgleichsvertiefung (8) ausgebildet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt (7) mindestens eine außenliegende Ausgleichvertiefung (9) ausgebildet ist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Ausgleichsvertiefung (8) radial zur Mittelachse (M) in einer Innenfläche (21) der Werkzeugaufnahmeöffnung (3) ausgebildet ist und/oder die außenliegende Ausgleichsvertiefung radial zur Mittelachse (M) in einer Außenfläche (19) des Spannkörpers (2) ausgebildet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Abmessungen der Ausgleichsvertiefung (8, 9) zumindest im Wesentlichen den axialen Abmessungen der Sicherungsnut (6) des Werkzeugschafts (4) entsprechen.
Werkzeughalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gegenüberliegenden Wandabschnitt (7) an der Innenfläche (21) der Werkzeugaufnahmeöffnung (3) mehrere äquidistant zueinander und zu dem die Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitt (5) beabstandete innenliegende Ausgleichsvertiefungen (8) und/oder außenliegende Ausgleichsvertiefungen (9) ausgebildet sind.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spannkörper (2) eine ringförmige innenliegende Ausgleichsvertiefung (8) ausgebildet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spannkörper (2) eine ringförmige außenliegende Ausgleichsvertiefung (9) ausgebildet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der oder den Ausgleichsvertiefungen (8, 9) überdeckter Winkel, dem Kreisbogenwinkel des die Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitts (5) entspricht.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsvertiefung (8, 9) diametral gegenüberliegend zu dem die Sicherungsnut (6) überspannenden Wandabschnitt (5) angeordnet ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Radialtiefe der Ausgleichsvertiefungen (8, 9) entlang des Umfangs zumindest im Wesentlichen konstant ist.
Werkzeughalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spannkörper (2) eine Auszugsicherung (11) mit einer Sicherungsaussparung (12) gebildet ist, in der ein Sicherungselement (13) derart einsetzbar und/oder einschiebbar ist, dass das Sicherungselement (13) zumindest teilweise innerhalb der Sicherungsnut (6) angeordnet ist, wenn der Werkzeugschaft (4) in der Werkzeugaufnahmeöffnung (3) angeordnet ist, wobei an der der Auszugsicherung (9) gegenüberliegenden Seite des Spannkörpers (2) mindestens eine Ausgleichsaussparung (14) in den Spannkörper (2) geformt ist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Ausgleichsaussparung (14) zumindest im Wesentlichen den Abmessungen der Sicherungsaussparung (11) entsprechen.