DE10221507C1 - Dehnspanneinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse, die eine zentrale Aufnahme für ein zu spannendes Bauteil bildet, wobei um die Dehnbüchse herum wenigstens eine Druckkammer vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu fixieren, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die wenigstens eine Druckkammer zwischen der Dehnbüchse und einem die Dehnbüchse umgebenden Spannring ausgebildet ist und das Volumen der Druckkammer durch Axialverstellung des Spannrings veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrich­ tung mit einem Grundkörper und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse, die eine zentrale Aufnahme für ein zu span­ nendes Bauteil bildet, wobei um die Dehnbüchse herum we­ nigstens eine Druckkammer vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil in der Auf­ nahme unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu fi­ xieren. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Dehn­ spanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwan­ digen Dehnbüchse, die einen Spanndorn bildet, wobei in­ nerhalb der Dehnbüchse eine Druckkammer vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil am Außenumfang der Dehnbüchse unter elastischer Verformung der Dehnbüchse zu fixieren.

Solche Dehnspanneinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden in erster Linie ein­ gesetzt, um einen Werkzeugschaft wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft an der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren. Hierzu wer­ den üblicherweise als Spannfutter ausgebildete Dehnspann­ einrichtungen verwendet, bei denen die Dehnbüchse in den Grundkörper eingesetzt ist und zum Spannen radial nach innen verformt wird. Des weiteren sind auch sogenannte Spanndorne bekannt, bei denen die Dehnbüchse den Grund­ körper umgibt und sich bei Druckbeaufschlagung der am In­ nenumfang der Dehnbüchse vorgesehenen Druckkammer radial nach außen aufweitet, um ein Bauteil am Außenumfang der Dehnbüchse zu spannen. Unabhängig davon, ob die Dehn­ spanneinrichtungen als Spannfutter oder Spanndorne ausge­ bildet sind, können sie beispielsweise als Steilkegel­ werkzeughalter ausgebildet sein, die mittels eines Befe­ stigungskonus an der Arbeitsspindel der betreffenden Werkzeugmaschine fixierbar sind. Auch besteht die Mög­ lichkeit, die Dehnspanneinrichtung direkt an der Arbeits­ spindel auszubilden.

Als Spannfutter ausgebildete Dehnspanneinrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der WO 98/39123 A1 bekannt. Bei diesen Dehnspanneinrichtungen ist die Dehnbüchse in den Grundkörper unter Bildung einer da­ zwischen liegenden Druckkammer eingesetzt und mit dem Grundkörper verlötet, um eine feste Verbindung unter Bil­ dung der Druckkammer herzustellen. Die Druckkammer ist über entsprechende Verbindungskanäle mit Zylinderbohrun­ gen verbunden, die in dem Grundkörper ausgebildet sind und in die Kolben eingesetzt sind, welche synchron durch die Verdrehung eines Spannrings axial verstellbar sind, um in den Zylinderbohrungen und damit auch in der Druck­ kammer einen Hydraulikdruck aufzubauen und auf diese Wei­ se ein Werkzeug in der Aufnahme unter elastischer Verfor­ mung der Dehnbüchse zu spannen.

Als nachteilig wird bei den bekannten Dehnspanneinrich­ tungen angesehen, daß sie relativ aufwendig in der Her­ stellung sind, da die Zylinderbohrungen und Kanäle in dem Grundkörper in aufwendigen Bohr- und Fräsbearbeitungs­ schritten hergestellt werden müssen und es außerdem er­ forderlich ist, die Dehnbüchse an dem Grundkörper durch Lötprozesse oder dergleichen zu fixieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Dehn­ spanneinrichtungen der eingangs genannten Art so auszuge­ stalten, daß sie einfach in der Herstellung sind.

Diese Aufgabe wird bei einer als Spannfutter ausgebilde­ ten Dehnspanneinrichtung nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wenigstens eine Druckkammer zwischen der Dehn­ büchse und einem die Dehnbüchse umgebenden Spannring aus­ gebildet ist und das Volumen der Druckkammer durch Axial­ verstellung des Spannrings veränderbar ist.

Bei einer als Spanndorn ausgebildeten Dehneinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 ist die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die wenigstens eine Druckkammer zwischen der Dehnbüchse und einem in die Dehnbüchse eingesetzten Spannring ausgebildet ist und das Volumen der Druckkammer durch Axialverstellung des Spann­ rings veränderbar ist.

Erfindungsgemäß wird der Druck innerhalb der Druckkammer somit nicht wie im Stand der Technik durch den Kolbenhub in separaten Kolbenbohrungen erzeugt, sondern durch eine Veränderung des Volumens der Druckkammer selbst, indem der Spannring axial verstellt wird. Damit kann auf die im Stand der Technik vorgesehenen separaten Kolben- und Ver­ bindungsbohrungen verzichtet werden, so daß die erfin­ dungsgemäßen Dehnspanneinrichtungen einfach im Aufbau und in der Herstellung sind. Die Herstellung wird auch da­ durch vereinfacht, daß sich die Druckkammern in einfacher Weise durch Druckbearbeitungen an der Dehnbüchse und dem Spannring herstellen lassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Spannring mit dem Grundkörper ver­ schraubt und durch Verdrehung gegenüber dem Grundkörper axial verstellbar ist. Auf diese Weise wird eine einfache Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Spannring er­ zielt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die die Druckkammern begrenzenden Wandabschnitte der Dehnbüchse und des Spannrings so ausgebildet sind, daß sich das Volumen der Druckkammer bei einer Axialverstel­ lung des Spannrings in der einen Richtung verkleinert und in der anderen Richtung vergrößert. Zweckmäßigerweise wird dabei die Ausbildung so getroffen, daß sich das Vo­ lumen der Druckkammer verkleinert und sich damit der Druck innerhalb der Druckkammer vergrößert, je weiter der Spannring in Richtung des der Dehnbüchse gegenüberliegen­ den axialen Endes des Grundkörpers bewegt wird. In diesem Fall ist in bevorzugter Weise ein Anschlag vorgesehen, der den axialen Verstellweg des Spannrings in Richtung des der Dehnbüchse gegenüberliegenden axialen Endes des Grundkörpers begrenzt und damit den maximal erzielbaren Druck innerhalb der Druckkammer festlegt. Dieser Anschlag kann beispielsweise am Grundkörper fest vorgegeben sein. Alternativ ist es auch möglich, den Anschlag axial ver­ stellbar an dem Grundkörper anzuordnen, um auf diese Wei­ se den maximal erzielbaren Druck innerhalb der Druckkam­ mer variabel vorgeben zu können.

Die Druckkammer kann in herkömmlicher Weise mit einem flüssigen Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl gefüllt sein. In diesem Fall sind zwischen der Dehnbüchse und dem Spannring Dichtungselemente vorgesehen, welche die Druck­ kammer axial begrenzen. Alternativ ist es möglich, die wenigstens eine Druckkammer mit einem elastischen Fest­ stoff wie beispielsweise einen elastischen Kunststoff oder Gummi als Hydraulikmittel zu füllen. Diese Ausfüh­ rungsform hat den Vorteil, daß auf Dichtungsmaßnahmen verzichtet werden kann.

Des weiteren können an dem Spannring Eingriffsmittel für Betätigungselemente wie beispielsweise einen Rollen- oder Hakenschlüssel vorgesehen sein.

Auch ist es nicht erforderlich, bei einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung den Spannring, der in die Dehnbüchse eingreift, tatsächlich ringförmig auszu­ bilden. Er kann auch aus einem Vollmaterial bestehen.

Schließlich kann die Dehnspanneinrichtung auch für eine Welle/Nabe-Verbindung eingesetzt werden. Ebenfalls kann sie stationär an einer Werkbank oder dergleichen vorgese­ hen sein.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform einer als Dehnspannfutter ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegen­ den Erfindung in ihrem unbetätigten Zu­ stand,

Fig. 2 im Längsschnitt das Dehnspannfutter aus Fig. 1 im betätigten Zustand,

Fig. 3 im Längsschnitt eine alternative Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Dehn­ spannfutters, bei dem die Druckkammer mit einem Feststoff gefüllt ist,

Fig. 4 im Längsschnitt eine Ausführungsform einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspannein­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung im unbetätigten Zustand und

Fig. 5 den Spanndorn aus Fig. 4 im betätigten Zustand.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform ei­ nes als Steilkegelwerkzeughalter ausgebildeten Dehnspann­ futters 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im Längs­ schnitt dargestellt. Das Dehnspannfutter 1 umfaßt einen Grundkörper 2 aus einem formsteifen Material, der an sei­ nem in der Zeichnung linksseitigen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 3 zur Einspannung an einer drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeug­ maschine aufweist. An dem anderen axialen Ende des Grund­ körpers 2 ist eine dünnwandige Dehnbüchse 4 vorgesehen, die hier einteilig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet ist, alternativ aber auch ein separates Bauteil sein kann, das mit dem Grundkörper 2 fest verbunden ist. Die Dehnbüchse 4 bildet eine zentrale Aufnahme 5, in die ein zylindri­ scher Schaft eines Werkzeugs wie beispielsweise eines zu spannenden Bohrers oder Fräsers eingeschoben werden kann.

Die Dehnbüchse 4 ist von einem als Überwurfmutter ausge­ bildeten Spannring 6 umgeben, der an seinem zum Befesti­ gungskonus 3 weisenden axialen Ende auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt ist, wozu an dem Futterkörper 2 und an der Innenseite des Spannrings 6 entsprechende Gewindeab­ schnitte 9a, 9b ausgebildet sind. Die Dehnbüchse 4 und der Spannring 6 bilden zwischen sich eine Druckkammer 7, die mit einem flüssigen Hydraulikmittel wie beispielswei­ se Öl gefüllt ist und axial durch zwei Dichtungsringe 8, welche in dem Spannring 6 gehalten sind, begrenzt wird. Der Druck innerhalb der Druckkammer 7 läßt sich durch ei­ ne axiale Verstellung des Spannrings 6 gegenüber dem Grundkörper 2 verändern. Hierzu sind die Wandabschnitte der Dehnbüchse 4 und des Spannrings 6, welche die Druck­ kammer 7 begrenzen, in der Weise ausgebildet, daß sich das Volumen der Druckkammer 7 bei einer Axialverstellung des Spannrings 6 verändert. Konkret ist die Anordnung so getroffen, daß in der in Fig. 1 gezeigten rechten End­ stellung des Spannrings 6 das Volumen der Druckkammer 7 am größten ist und somit in der Druckkammer der geringste Druck herrscht und in der in Fig. 2 gezeigten linken Endstellung des Spannrings 6, in welcher der Spannring 6 an einem Axialanschlag 10 des Grundkörpers 2 anliegt, das Volumen der Druckkammer 7 am geringsten ist und damit in der Druckkammer 7 der größte Druck herrscht. Die axiale Verstellung des Spannrings 6 erfolgt dabei, indem der Spannring 6 aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung weiter auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt wird bzw. aus der in Fig. 2 dargestellten Spannstellung von dem Grundkörper 2 wieder abgeschraubt wird.

Zum Spannen eines Bauteils wird der Spannring 6 zunächst in die in Fig. 1 gezeigte rechte Endstellung gebracht, in welcher das Volumen der Druckkammer 1 am größten ist und in der Druckkammer 7 nur ein geringer Druck vor­ herrscht. Nach dem Einschieben beispielsweise eines Boh­ rerschaftes in die Aufnahme 5 wird der Spannring 6 auf den Grundkörper 2 weiter aufgeschraubt, bis er an dem An­ schlag 10 in Anlage kommt. Dabei verkleinert sich das Vo­ lumen der Druckkammer 7, wodurch sich der Kammerdruck so­ weit erhöht, daß sich die dünnwandige Dehnbüchse 4 radial nach innen verformt und den Bohrerschaft festspannt.

In der Fig. 3 ist ein alternatives Dehnspannfutter 1 dargestellt, das grundsätzlich den gleichen Aufbau wie das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dehnspannfutter 1 besitzt. Im Unterschied zu der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform definieren die Dehn­ büchse 4 und der Spannring 6 bei der in Fig. 3 darge­ stellten zweiten Ausführungsform allerdings zwischen sich eine Druckkammer 7 mit einem kreisringförmigen Quer­ schnitt, die mit vier Ringen 11 aus einem elastischen Feststoff wie beispielsweise Gummi anstelle eines flüssi­ gen Hydraulikmittels gefüllt, sind. Nachdem bei solchen Feststoffringen 11 keine Abdichtungsprobleme auftreten, fehlen die Dichtungsringe 8, welche bei der ersten Aus­ führungsform zwischen der Dehnbüchse 4 und dem Spannring 6 vorgesehen sind, um die Druckkammer 7 axial zu begren­ zen. Ansonsten ist die Funktionsweise des in Fig. 3 dar­ gestellten Dehnspannfutters 1 die gleiche wie bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Dehnspannfutter: Wenn der Spannring 6 aus der in Fig. 3 dargestellten Lage weiter auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt wird, verklei­ nert sich das Volumen der Druckkammer 7, wobei sich auch die Feststoffringe 11 elastisch verformen, so daß es zu einem Druckaufbau in der Druckkammer 7 kommt, durch den die dünnwandige Dehnbüchse 4 radial nach innen verformt wird, um ein Bauteil wie beispielsweise einen Werkzeug­ schaft zu spannen.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform einer als Spanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Spanndorn 1 besitzt einen Grundkörper 2, der an seinem in der Zeich­ nung linken Endbereich nicht dargestellte Befestigungs­ mittel zur Anbringung an einer Arbeitsspindel aufweist und an seinem rechten Ende eine dünnwandige Dehnbüchse 4 trägt. Ein Spannelement 6, das in der dargestellten Aus­ führungsform einen kreisrunden Querschnitt besitzt, aber alternativ auch ringförmig ausgebildet sein kann, ist von der rechten Seite her in die Dehnbüchse 4 eingesetzt und mit einem Gewindezapfen 9a in den Grundkörper 2 einge­ schraubt, welcher ein entsprechendes Innengewinde 9b be­ sitzt. Die Dehnbüchse 4 und das Spannelement 6 definieren zwischen sich eine ringförmige Druckkammer 7, die wie bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform mit einem elastischen Feststoff 11 als Hydraulikmittel gefüllt ist. Dabei wird das linke axiale Ende der Druckkammer 7 durch den Futterkörper 2 begrenzt, und das rechte axiale Ende durch das Spannelement 6, welches einen Ringsteg 6a be­ sitzt, der außenseitig an der Dehnbüchse 4 anliegt.

Die Fig. 4 zeigt den Spanndorn 1 in dem Zustand, in dem das Spannelement 6 seine rechte Endstellung einnimmt und die Druckkammer 7 im wesentlichen drucklos ist, so daß ein zu spannendes Bauteil außenseitig auf die Dehnbüchse 4 aufgeschoben werden kann. Wenn nun das Spannelement weiter in den Grundkörper 2 eingeschraubt und dabei axial nach links in die in Fig. 5 gezeigte Endstellung, in welcher das Spannelement 6 an einem Anschlag 10 des Grundkörpers 2 anliegt, verstellt wird, verkleinert sich das Volumen innerhalb der Druckkammer 7, so daß sich der Druck in der Druckkammer erhöht und die dünnwandige Dehn­ büchse 4 radial nach außen elastisch verformt, um das aufgesetzte Bauteil zu fixieren. In umgekehrter Weise kann die Fixierung gelöst werden, indem das Spannelement 6 wieder aus dem Grundkörper 2 in die in Fig. 4 gezeigte rechte Endlage herausgeschraubt wird.

Zum Drehen des Spannrings 6 sind an seinem rechtsseitigen Ende am Umfang verteilt mehrere Bohrungen 12 vorgesehen, in die entsprechende Werkzeuge eingesetzt werden können.

Claims (10)

1. Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper (2) und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse (4), die eine zentrale Aufnahme (5) für ein zu spannendes Bauteil bildet, wobei um die Dehnbüchse (4) herum wenigstens eine Druckkammer (7) vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil in der Aufnahme (5) unter elastischer Verformung der Dehn­ büchse (4) zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckkammer (7) zwischen der Dehnbüchse (4) und einem die Dehnbüchse (4) umgeben­ den Spannring (6) ausgebildet ist und das Volumen der Druckkammer (7) durch Axialverstellung des Spannrings (6) veränderbar ist.

2. Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper (2) und einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers (2) vorgesehenen dünnwandigen Dehnbüchse (4), die einen Spanndorn bildet, wobei innerhalb der Dehn­ büchse (4) eine Druckkammer (7) vorgesehen ist, in der ein Druck aufgebaut werden kann, um ein Bauteil unter elastischer Verformung der Dehnbüchse (4) an der Dehnbüchse (4) zu fixieren, dadurch gekennzeich­ net, daß die wenigstens eine Druckkammer (7) zwi­ schen der Dehnbüchse (4) und einem in die Dehnbüchse (4) eingesetzten Spannring (6) ausgebildet ist und das Volumen der Druckkammer (7) durch Axialverstel­ lung des Spannrings (6) veränderbar ist.

3. Dehnspanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (6) mit dem Grund­ körper (2) verschraubt und durch Verdrehung gegen­ über dem Grundkörper (2) axial verstellbar ist.

4. Dehnspanneinrichtung nach einem der vorherigen An­ sprüche 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Druckkammer (7) begrenzenden Wandabschnitte der Dehnbüchse (4) und des Spannrings (6) so ausgebildet sind, daß sich das Volumen der Druckkammer (7) bei einer Axialverstellung des Spannrings (6) in der ei­ nen Richtung verkleinert und in der anderen Richtung vergrößert.

5. Dehnspanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die wenigstens eine Druckkam­ mer (7) begrenzenden Wandabschnitte der Dehnbüchse (4) und des Spannrings (6) so ausgebildet sind, daß das Volumen der Druckkammer (7) sich verkleinert und sich damit der Druck innerhalb der Druckkammer (7) vergrößert, je weiter der Spannring (6) in Richtung des der Dehnbüchse (4) gegenüberliegenden axialen Endes des Grundkörpers (2) bewegt wird.

6. Dehnspanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der axiale Verstellweg des Spann­ rings (6) zumindest in Richtung des der Dehnbüchse (4) gegenüberliegenden axialen Endes des Grundkör­ pers (2) durch einen Anschlag (10) begrenzt ist.

7. Dehnspanneinrichtung nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckkammer (7) mit einem flüssigen Hydraulik­ mittel, insbesondere Öl, gefüllt ist.

8. Dehnspanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Dehnbüchse (4) und dem Spannring (6) Dichtungselemente (8) vorgesehen sind, welche die wenigstens eine Druckkammer (7) axial begrenzen.

9. Dehnspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckkammer (7) mit einem elastischen Feststoff als Hydraulikmittel gefüllt ist.

10. Dehnspanneinrichtung nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spann­ ring (6) Eingriffsmittel für Betätigungselemente vorgesehen sind.