DE112017003117B4

DE112017003117B4 - Hydraulische Dehnspanneinrichtung

Info

Publication number: DE112017003117B4
Application number: DE112017003117.6T
Authority: DE
Inventors: Nico Cantz; Timo Reichert
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2037-06-24
Also published as: WO2017220784A1; DE112017003117A5; DE102016111581A1

Abstract

Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1), insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers (2) hin offenen zentralen Aufnahme (4) ausgebildet ist, wobei die Aufnahme (4) von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer (5) ringförmig umgeben ist oder von mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden und sich um die Aufnahme (4) erstreckenden Druckkammern umgeben ist, und die Wandung (6) zwischen der Aufnahme (4) und der Druckkammer (5)/den Druckkammern derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern (5) elastisch nach innen verformbar ist, um ein in die Aufnahme (4) eingesetztes zylindrisches Bauteil kraftschlüssig zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers eine Ringnut (8) ausgebildet ist, welche sich ringförmig um die Aufnahme (4) erstreckt und radial nach innen zu der Aufnahme (4) hin offen ist und in welcher ein Spannring (9) vorgesehen ist, der an mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten Verbindungsstellen mit der Umfangsfläche der Ringnut (8) kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist, in den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen jedoch radial von der Umfangsfläche der Ringnut (8) beabstandet ist, wobei der Spannring (9) bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern an den Verbindungsstellen elastisch nach außen und in den zwischen den Anlagestellen liegenden Umfangsbereichen elastisch nach innen verformt wird und in einem druckentlasteten Zustand der Druckkammer (5)/den Druckkammern eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme (4) korrespondierenden Durchmesser besitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse definierenden Grundkörper, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offenen zentralen Aufnahme ausgebildet ist, wobei die Aufnahme von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer ringförmig umgeben ist oder von mehreren sich in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden und sich um die Aufnahme erstreckenden Druckkammern umgeben ist, und die Wandung zwischen der Aufnahme und der Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer/den Druckkammern elastisch nach innen verformbar ist, um ein in die Aufnahme eingesetztes zylindrisches Bauteil kraftschlüssig zu fixieren.
Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Zwischenbüchsenanordnung umfassend eine Zwischenbüchse mit einem Büchsenkörper zylindrischer Grundform, der eine zentrale Spannbohrung definiert und in die zentrale Aufnahme eines als Spannfutter ausgebildeten Werkzeughalters, insbesondere einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung, einsetzbar ist, wobei der Büchsenkörper einen in radialer Richtung elastisch verformbaren Spannabschnitt definiert.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Spannsystem umfassend eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse definierenden Grundkörper, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offenen zentralen Aufnahme ausgebildet ist, wobei die Aufnahme von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer ringförmig umgeben ist oder von mehreren sich in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden und sich um die Aufnahme erstreckenden Druckkammern umgeben ist, und die Wandung zwischen der Aufnahme und der Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, und eine Zwischenbüchse, die einen Büchsenkörper zylindrischer Grundform aufweist, der eine zentrale Spannbohrung definiert und in die zentrale Aufnahme eingesetzt ist, wobei der Büchsenkörper einen Spannabschnitt definiert, der bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer durch die elastisch nach innen verformte Wandung ebenfalls nach innen verformt wird, um einen in die Spannbohrung eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren.
Derartige hydraulische Dehnspanneinrichtungen - auch Hydro-Dehnspannfutter genannt - sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, Werkzeuge an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu fixieren.
Die hydraulischen Dehnspanneinrichtungen umfassen gewöhnlich einen Grundkörper, der eine Spann- oder Futterachse definiert, und eine zu der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offene zentrale Aufnahme aufweist, in welche ein zu spannender Werkzeugschaft eingeschoben werden kann. Dabei ist die Wandung zwischen der Druckkammer und der Aufnahme derart dünn und elastisch ausgebildet, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren, siehe WO 2005/044491 A1 . Weitere Dehnspanneinrichtungen sind in den nachveröffentlichten Druckschriften DE 10 2015 118 758 B3 und DE 10 2016 107 244 A1 beschrieben.
Der Grundkörper mit der Aufnahme und der diese umgebenden Druckkammer kann grundsätzlich einteilig durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt sein.
Alternativ ist es möglich, den Grundkörper mehrteilig auszubilden. In diesem Fall besitzt der Grundkörper ein Basisbauteil, in das von der vorderen Stirnfläche her eine Dehnbüchse unter Bildung einer diese umgebenden und mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer eingesetzt und mit dem Basisbauteil fest verbunden, beispielsweise verlötet ist, wobei die Dehnbüchse dann die Aufnahme der Dehnspanneinrichtung bildet. Ebenso ist es möglich, den die Aufnahme definierenden Dehnbüchsenbereich unmittelbar an einem Basisbauteil des Grundkörpers auszubilden und den radial außerhalb der Druckkammer liegenden Bereich durch eine Hülse des Grundkörpers zu bilden, welche auf den die Dehnbüchse bildenden Abschnitt des Basisbauteils aufgeschoben und mit diesem fest verbunden, insbesondere daran festgelötet wird.
Ferner ist es möglich, anstelle einer die Aufnahme ringförmig umgebenden Druckkammer mehrere Druckkammern vorzusehen, die sich entlang der Aufnahme erstrecken und in Umfangsrichtung benachbart zueinander sind. In diesem Fall sind die Druckkammern zweckmäßiger Weise untereinander verbunden, sodass sie gemeinsam mit einem Druckmittel beaufschlagt werden können.
Die Aufnahmen der bekannten Hydro-Dehnspannfutter sind dabei als eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung ausgebildet, die einen definierten Innen- bzw. Spanndurchmesser besitzt, so dass nur Bauteile gespannt werden können, die einen zu dem Spanndurchmesser korrespondierenden Durchmesser besitzen. Konkret muss der Innendurchmesser der Aufnahme geringfügig größer sein als der Außendurchmesser des zu fixierenden Werkzeugschafts, so dass der Werkzeugschaft in die Aufnahme eingesetzt werden kann und bereits eine geringe elastische Verformung der Wandung der Aufnahme ausreicht, um den Werkzeugschaft kraftschlüssig in der Aufnahme zu fixieren.
Wenn der Innendurchmesser der Aufnahme und der Außendurchmesser des zu spannenden Werkzeugschafts nicht zueinander korrespondieren, sondern mit dem Dehnspannfutter Werkzeuge kleineren Durchmessers gespannt werden sollen, kommen Zwischenbüchsen zum Einsatz, um den aktiven Spanndurchmesser der Dehnspanneinrichtung zu verändern.
Eine solche Zwischenbüchse bildet einen Büchsenkörper zylindrischer Grundform. Dieser definiert eine zentrale Spannbohrung, deren Durchmesser dem Schaftdurchmesser des zu spannenden Werkzeugs entspricht. Der Außendurchmesser des Büchsenkörpers ist so bemessen, dass er in die Aufnahme des Spannfutters einsetzbar ist und der Spannabschnitt des Büchsenkörpers radial nach innen verformt wird, wenn die Druckkammer des Dehnspannfutters unter Druck gesetzt wird. Zur Erzielung der erforderlichen Elastizität weisen die Büchsenkörper in der Regel mehrere sich in der Längsrichtung des Büchsenkörpers erstreckende Schlitze auf, die sich insbesondere vom Außenumfang zum Innenumfang des Büchsenkörpers erstrecken können.
Bei den benannten Hydro-Dehnspannfuttern führt das Spannen, d.h. die Druckbeaufschlagung der Druckkammer, zu der gewünschten Verringerung des Durchmessers der Aufnahme nur in dem axialen Abschnitt der Aufnahme, über den sich die Druckkammer erstreckt. Gleichzeitig wird die Aufnahme jedoch durch verschiedene Effekte in dem axial zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers gebildeten axialen Endabschnitt trompetenförmig aufgeweitet. Dies führt dazu, dass der zu spannende Werkzeugschaft in diesem vorderen Endabschnitt der Aufnahme über eine Länge von ca. 3 mm bis 10 mm nicht gespannt oder abgestützt wird, was faktisch zu einer ungewollten größeren Ausspannlänge des Werkzeugs führt. In gleicher Weise weitet sich eine Zwischenbüchse an ihrem vorderen Endabschnitt trompetenförmig auf, wenn ihr Spannabschnitt zum Spannen eines Bauteils radial nach innen verformt wird.
Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine hydraulische Dehnspanneinrichtung und eine Zwischenbüchsenanordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass ein Werkzeugschaft auch im vorderen Endabschnitt der Aufnahme zuverlässig gespannt bzw. abgestützt wird. Desweiteren soll ein Spannsystem umfassend eine hydraulische Dehnspanneinrichtung und eine erfindungsgemäße Zwischenbüchsenanordnung angegeben werden.
Diese Aufgabe ist bei einer hydraulischen Spanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers eine Ringnut ausgebildet ist, welche sich ringförmig um die Aufnahme erstreckt und radial nach innen zu der Aufnahme hin offen ist und in welcher ein Spannring vorgesehen ist, der an mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten Verbindungsstellen mit der Umfangsfläche der Ringnut kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist, in den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen jedoch radial von der Umfangsfläche der Ringnut beabstandet ist, wobei der Spannring bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer an den Verbindungsstellen elastisch nach außen und in den zwischen den Anlagestellen liegenden Umfangsbereichen elastisch nach innen verformt wird und in einem druckentlasteten Zustand der Druckkammer eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme korrespondierenden Durchmesser besitzt.
Bei einer Zwischenbüchsenanordnung der eingangs genannten Art ist die Aufgabe entsprechend dadurch gelöst, dass in der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers eine Ringnut ausgebildet ist, welche sich ringförmig um die Aufnahme erstreckt und radial nach innen zur Spannbohrung hin offene Ringnut ausgebildet ist und in welcher ein Spannring vorgesehen ist, der an mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten Verbindungsstellen mit der Umfangsfläche der Ringnut kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist, in den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen jedoch radial von der Umfangsfläche der Ringnut beabstandet ist, wobei der Spannring an den Verbindungsstellen elastisch nach außen und in den zwischen den Anlagestellen liegenden Umfangsbereichen elastisch nach innen verformt wird, wenn der Spannabschnitt durch Druckkräfte radial nach innen verformt wird, und eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme korrespondierenden Durchmesser besitzt, wenn der Spannabschnitt druckentlastet ist.
Erfindungsgemäß ist somit an dem vorderen Ende der Dehnspanneinrichtung bzw. des Büchsenkörpers der Zwischenbüchse ein Spannring vorgesehen, über welchen ein Werkzeugschaft aktiv gespannt wird, wenn die Wandung der Aufnahme der hydraulischen Dehnspanneinrichtung bzw. der Spannabschnitt einer in die Aufnahme eingesetzten Zwischenbüchse zum Spannen eines Werkzeugschafts nach innen verformt wird, indem die Druckkammer mit Druck beaufschlagt wird.
Hierzu kann der Spannring in die Ringnut, welche in der Stirnfläche der Dehnspanneinrichtung bzw. des Zwischenbüchsenkörpers vorgesehen ist, eingepresst sein, so dass er in der Ringnut in einem elastisch verformten Zustand gehalten wird. Wenn nun die Druckkammer beaufschlagt wird und in der Folge der zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers der Zwischenbüchse gebildete axiale Endabschnitt trompetenförmig aufgeweitet wird, wird auch der Spannring dieser Aufweitung folgen. Die Aufweitung im Bereich der Verbindungsstellen führt dazu, dass die zwischen den Verbindungsstellen gelegenen Umfangsbereiche des Spannrings radial nach innen verformt werden, um einen den Spannring durchgreifenden, in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft zu spannen.
Mit anderen Worten wird ein Spannring eingesetzt, der nach der Tribos-Technologie der Anmelderin arbeitet. Der Spannring hat im völlig unbelasteten Zustand eine polygonale Innenkontur. Wenn auf den Spannring von außen Druckkräfte in dem vorstehenden polygonen Bereichen ausgeübt werden, wie dies beim Einpressen des Spannrings in die Ringnut der Fall ist, wird die Innenkontur zu einer runden Kontur verformt, in welche der Werkzeugschaft eingesetzt werden kann. Wenn die Druckkräfte wieder nachlassen, wie dies bei der Beaufschlagung der Druckkammer der Fall ist, verformt sich die Innenkontur in Richtung ihrer polygonalen Ausgangsform zurück und kommt dabei in den zwischen den Verbindungsstellen zwischen dem Spannring und der Umfangswandung der Ringnut gelegenen Bereichen an dem Werkzeugschaft in Anlage, um diesen zu spannen. Der Spannring kann aber auch eine ovale Innenkontur besitzen.
Alternativ kann der Spannring an den Verbindungsstellen auch stoffschlüssig mit der Umfangswandung der Ringnut verbunden sein. Wenn dann der vordere axiale Endabschnitt des Grundkörpers/ der Zwischenbüchse beim Spannen eines Bauteils trompetenförmig aufgeweitet wird, wird der Spannring im Bereich der Verbindungsstellen mit nach außen gezogen, wodurch entsprechend die zwischen den Verbindungsstellen gelegenen Umfangsbereiche des Spannrings radial nach innen verformt werden. Diese nach innen gerichtete Verformung ist möglicherweise nicht stark genug, um das Bauteil bzw. den gespannten Werkzeugschaft zu spannen, zumindest aber wird sich der Spalt zwischen dem Spannring und dem Werkzeugschaft verringern, so dass dieser gegen eine radiale Verformung besser abgestützt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spannring mehrere gleichmäßig entlang des Umfangs verteilt positionierte, radial nach außen vorstehende Fortsätze aufweist, die unter Bildung der Verbindungsstellen mit der inneren Umfangsfläche der Ringnut kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind. Alternativ ist es möglich, den Spannring auch mit einer ovalen oder polygonalen Außenkontur zu versehen, die nur an zwei bzw. drei Anlagestellen mit der Umfangswand der Ringnut kraft- oder stoffschlüssig verbunden sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Spannring axial beabstandet von einer Bodenfläche der Ringnut sein. Auf diese Weise steht der Spannring tatsächlich nur an den singulären Stellen in Kontakt mit dem Grundkörper bzw. einer mit dem Grundkörper fest verbundenen Dehnbüchse, welche die Aufnahme bildet, und ist im Übrigen von dem Grundkörper/ dem Büchsenkörper entkoppelt. Der Spannring kann jedoch auch mit der Bodenfläche der Ringnut in Anlage kommen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die innere Umfangsfläche des Spannrings segmentiert sein. Insbesondere kann die innere Umfangsfläche des Spannrings durch radiale Ausnehmungen, insbesondere durch radiale Schlitze segmentiert sein, die sich dann über die gesamte axiale Länge des Spannrings erstrecken. In bevorzugter Weise sind die radialen Schlitze an zu den Verbindungsstellen bzw. den Fortsätzen korrespondierenden Umfangspositionen ausgebildet und insbesondere mittig zwischen den Verbindungsstellen/Fortsätzen positioniert, wie dies in der Tribos-Mini-Technologie der Anmelderin bekannt ist. Hinsichtlich der Tribos-Technologie und Tribos-Mini-Technologie wird auf die Patente DE 198 27 109 C1 , DE 198 34 739 C1 und DE 195 21 755 C1 verwiesen.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

1 im Längsschnitt eine hydraulische Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im unbetätigten Zustand;
2 die hydraulische Dehnspanneinrichtung aus 1 in Vorderansicht;
3 in Längsschnittansicht die hydraulische Dehnspanneinrichtung aus 1 im betätigten Zustand zum Spannen eines Werkzeugs;
4 die hydraulische Dehnspanneinrichtung aus 3 in Vorderansicht;
5 in perspektivischer Ansicht den vorderen Endbereich der hydraulischen Dehnspanneinrichtung mit eingezeichnetem Kraft-/Dehnungsverlauf im Bereich des Spannrings;
6 im Längsschnitt ein Spannsystem umfassend eine hydraulische Dehnspanneinrichtung und eine Zwischenbüchsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung im unbetätigten Zustand; und
7 das Spannsystem aus 6 in Vorderansicht.

Die 1 bis 5 zeigen eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2, der eine Spann- oder Futterachse X definiert. An seinem in der Zeichnung linken Endbereich weist der Grundkörper 2 eine Maschinenschnittstelle in Form eines Befestigungkonus 2a zur Einspannung an einer Arbeitsspindel auf, und an dem gegenüber liegenden axialen Ende ist ein Spannbereich 2b zum Spannen eines Werkzeugs mit einer zur vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 hin offenen zentralen Aufnahme 4 für einen Werkzeugschaft ausgebildet. Die Aufnahme 4 ist von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer 5 ringförmig umgeben, wobei die Wandung 6 zwischen der Aufnahme 4 und der Druckkammer 5 derart dünn und elastisch ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer 5 elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme 4 eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren. In an sich bekannter Weise ist hierzu die Druckkammer 5 mit einem Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl befüllt und steht über eine im Grundkörper 2 ausgebildete Hydraulikmittelleitung 7 mit einer Hydraulikmittelquelle in Verbindung, durch die sie zum Spannen eines Bauteils mit Druck beaufschlagt werden kann. In dem vorliegenden Fall ist der Grundkörper 2 in dem Spannbereich 2b durch ein generatives Fertigungsverfahren herstellt.
Der Grundkörper 2 mit der Aufnahme 4 und der diese umgebenden Druckkammer 5 kann grundsätzlich einteilig durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt sein.
Alternativ ist es möglich, den Grundkörper 2 mehrteilig auszubilden. In diesem Fall besitzt der Grundkörper 2 ein Basisbauteil, in das von der vorderen Stirnfläche her eine Dehnbüchse unter Bildung einer diese umgebenden und mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer 5 eingesetzt und mit dem Basisbauteil fest verbunden, beispielsweise verlötet ist, wobei die Dehnbüchse dann die Aufnahme 4 der Dehnspanneinrichtung 1 bildet. Ebenso ist es möglich, den die Aufnahme 4 definierenden Dehnbüchsenbereich unmittelbar an einem Basisbauteil des Grundkörpers 2 auszubilden und den radial außerhalb der Druckkammer 5 liegenden Bereich durch eine Hülse des Grundkörpers 2 zu bilden, welche auf den die Dehnbüchse bildenden Abschnitt des Basisbauteils aufgeschoben und mit diesem fest verbunden, insbesondere daran festgelötet wird.
Ferner ist es möglich, anstelle einer die Aufnahme 4 ringförmig umgebenden Druckkammer 5 mehrere Druckkammern vorzusehen, die sich entlang der Aufnahme 4 erstrecken und in Umfangsrichtung benachbart zueinander sind. In diesem Fall sind die Druckkammern zweckmäßiger Weise untereinander verbunden, sodass sie gemeinsam mit einem Druckmittel beaufschlagt werden können.
Wie insbesondere die 1 und 5 gut erkennen lassen, ist in dem axialen vorderen Endbereich des Grundkörpers 2 eine zur vorderen Stirnfläche 3 und radial nach innen zur Aufnahme 4 hin offene Ringnut 8 ausgebildet. In dieser Ringut 8 ist ein Spannring 9 positioniert, der in die Ringnut 8 eingepresst ist. Konkret besitzt der Spannring 9 drei entlang seines Umfangs gleichmäßig positionierte, d.h. mit 120° Winkelversatz zueinander versetzt angeordnete, radial nach außen vorstehende Fortsätze 10, die mit der inneren Umfangsfläche 8a der Ringnut 8 unter Bildung von drei Verbindungsstellen kraftschlüssig verbunden sind. In den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen ist der Spannring 9 jedoch radial von der Umfangsfläche 8a der Ringnut 8 beabstandet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der Spannring 9 im eingepressten, komprimierten Zustand eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme 4 korrespondierenden Durchmesser besitzt, wenn die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 unbetätigt ist, d.h. die Druckkammer 5 sich in einem druckentlasteten Zustand befindet.
Wenn zum Spannen eines Bauteils wie etwa eines Werkzeugschafts W die Druckkammer 5 mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt wird, wird zwar die Wandung 6 der Aufnahme 4 in dem axialen Teilabschnitt der Aufnahme 4, über welchen sich die Druckkammer 5 erstreckt, nach innen verformt, um den Werkzeugschaft W zu fixieren. Gleichzeitig wird die Aufnahme 4 jedoch durch verschiedene Effekte in dem axial zwischen der Druckkammer 5 und der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 gebildeten axialen Endabschnitt trompetenförmig aufgeweitet, wie dies in 3 angedeutet ist. Der in die Ringnut 8 eingepresste, d.h. radial nach innen komprimierte Spannring 9 wird dieser Aufweitung im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den radialen Fortsätzen 10 und der Umfangsfläche 8a der Ringnut 8 folgen mit dem Ergebnis, dass die zwischen den Verbindungsstellen gelegenen Umfangsbereiche des Spannrings 9 radial nach innen verformt werden, um den den Spannring 9 durchgreifenden, in die Aufnahme 4 eingesetzten Werkzeugschaft W zu spannen (siehe 5). Auf diese Weise wird eine zufriedenstellende Spannung/ Abstützung des Werkzeugschaftes W auch am vorderen Ende des Grundkörpers 2 und insbesondere unmittelbar im Bereich der vorderen Stirnfläche 3 erreicht.
Alternativ ist es möglich, den Spannring 9 im Bereich der radialen Fortsätze 10 mit der Umfangsfläche 8a der Ringnut 8 stoffschlüssig zu verbinden. Dann ist der Spannring 9 natürlich nicht von außen druckbelastet, sondern im Wesentlichen frei von äußeren Spannungen. In diesem Fall wird der Spannring 9 im Bereich der Verbindungsstellen radial mit nach außen gezogen, wenn der Grundkörper 2 sich im vorderen Endabschnitt beim Spannen eines Werkzeugschafts W trompetenförmig aufweitet. In der Folge werden die zwischen den Verbindungsstellen gelegenen Umfangsbereiche des Spannrings 9 radial nach innen verformt.
In der dargestellten Ausführungsform liegt der Spannring 9 nur mit seinem äußeren Randbereich und den radialen Fortsätzen 10 auf der Bodenfläche 8b der Ringnut 8 auf, ist ansonsten jedoch axial beabstandet von der Bodenfläche 8b der Ringnut 8. Es ist jedoch möglich, den Spannring 9 in der Ringnut 8 derart zu positionieren, dass seine Bodenfläche überhaupt keinen Kontakt mit der Bodenfläche 8b der Ringnut 8 hat.
Nicht dargestellt ist, dass die innere Umfangsfläche des Spannrings 9 segmentiert sein kann. In diesem Fall sind bevorzugt in der inneren Umfangsfläche des Spannrings 9 radiale Schlitze ausgebildet, die sich über die gesamte axiale Länge des Spannrings erstrecken. Die radialen Schlitze können insbesondere mittig zwischen den Verbindungsstellen/ Fortsätzen positioniert sein.
In den 6 und 7 ist eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Spannsystems dargestellt, das eine hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 und eine Zwischenbüchsenanordnung, welche erfindungsgemäß ausgebildet ist, umfasst. Die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 besitzt den üblichen Grundaufbau, der in dem vorstehenden ersten Absatz der Figurenbeschreibung erläutert ist. Der wesentliche Unterschied zwischen der in den 1 bis 5 dargestellten Dehnspanneinrichtung 1 und der nunmehr vorliegenden Dehnspaneinrichtung 1 besteht darin, dass in der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 keine Ringnut 8 mit einem eingepressten Spannring 9 vorgesehen ist, jedoch in die Aufnahme 4 eine Zwischenbüchse 11 eingeschoben ist, über welche ein Werkzeugschaft W indirekt in der Dehnspanneinrichtung 1 gespannt wird. Die Zwischenbüchse 11 besitzt einen Büchsenkörper 12 zylindrischer Grundform, der eine zentrale Spannbohrung 13 zur Aufnahme eines zu spannenden Werkzeugschafts W definiert. Die Zwischenbüchse 11 besitzt dabei einen Spannabschnitt 14, in dem die Wandung des Büchsenkörpers 12 in radialer Richtung verformbar ist. Zur Bereitstellung der notwendigen Elastizität sind in dem Büchsenkörper 12 Längsschlitze 15 ausgebildet, die sich über die gesamte Länge des Spannabschnitts 14 in axialer Richtung erstrecken und die den Büchsenkörper 12 in radialer Richtung durchsetzen. Dabei sind die Längsschlitze 15 entlang des Umfangs der Zwischenbüchse 11 gleichmäßig verteilt angeordnet.
In dem axial vorderen Endbereich des Büchsenkörpers 12 ist erfindungsgemäß eine zur vorderen Stirnfläche und radial nach innen zur Spannbohrung 13 hin offene Ringnut 8 ausgebildet, in welcher ein Spannring 9 vorgesehen ist. Der Spannring 9 ist hier in gleicher Weise ausgebildet wie der Spannring 9 der in den 1 bis 5 dargestellten Dehnspanneinrichtung 1 mit der Maßgabe, dass der kreisrunde Innendurchmesser des Spannrings 9 hier dem Innendurchmesser der Spannbohrung 13 entspricht. Ebenso ist der Spannring 9 in gleicher Weise in der Ringnut 8 des Büchsenkörpers 12 angeordnet/gehalten, wie der Spannring 9 der in den 1 bis 5 dargestellten hydraulischen Dehnspanneinrichtung 1 in der Ringnut 8 des Grundkörpers 2.
Wenn ein Werkzeugschaft W in der Spannbohrung 13 der Zwischenbüchse 11 gespannt werden soll, wird die Druckkammer 5 hydraulisch beaufschlagt, um die Wandung 6 der Aufnahme 4 und damit den Spannabschnitt 14 der Zwischenbüchse 11 radial nach innen zu verformen. Hierbei weitet sich der vordere Endabschnitt der Zwischenbüchse 11 trompetenförmig auf. In der Folge wird auch der Spannring 9 im Bereich seiner radialen Fortsätze 10, d.h. im Bereich der Verbindungsstellen zwischen dem Spannring 9 und der Umfangsfläche 8a der Ringnut 8 nach außen aufgeweitet, was wiederum dazu führt, dass der Spannring in den zwischen den radialen Fortsätzen 10 gelegenen Bereichen nach innen in Richtung des zu spannenden Werkzeugschafts W verformt wird, um diesen zu spannen oder zumindest den Spalt zwischen dem Spannring 9 und dem Werkzeugschaft W zu verringern und somit dessen Abstützung zu verbessern.
Bezugszeichenliste

1: hydraulische Dehnspanneinrichtung
2: Grundkörper
2a: Befestigungskonus
2b: Spannbereich
3: vordere Stirnfläche
4: Aufnahme
5: Druckkammer
6: Wandung
7: Hydraulikmittelleitung
8: Ringnut
8a: Umfangsfläche
8b: Bodenfläche
9: Spannring
10: Fortsätze
11: Zwischenbüchse
12: Büchsenkörper
13: Spannbohrung
14: Spannabschnitt
15: Längsschlitze
X: Spannachse
W: Werkzeugschaft

Claims

Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1), insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers (2) hin offenen zentralen Aufnahme (4) ausgebildet ist, wobei die Aufnahme (4) von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer (5) ringförmig umgeben ist oder von mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden und sich um die Aufnahme (4) erstreckenden Druckkammern umgeben ist, und die Wandung (6) zwischen der Aufnahme (4) und der Druckkammer (5)/den Druckkammern derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern (5) elastisch nach innen verformbar ist, um ein in die Aufnahme (4) eingesetztes zylindrisches Bauteil kraftschlüssig zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers eine Ringnut (8) ausgebildet ist, welche sich ringförmig um die Aufnahme (4) erstreckt und radial nach innen zu der Aufnahme (4) hin offen ist und in welcher ein Spannring (9) vorgesehen ist, der an mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten Verbindungsstellen mit der Umfangsfläche der Ringnut (8) kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist, in den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen jedoch radial von der Umfangsfläche der Ringnut (8) beabstandet ist, wobei der Spannring (9) bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern an den Verbindungsstellen elastisch nach außen und in den zwischen den Anlagestellen liegenden Umfangsbereichen elastisch nach innen verformt wird und in einem druckentlasteten Zustand der Druckkammer (5)/den Druckkammern eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme (4) korrespondierenden Durchmesser besitzt.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) mehrere gleichmäßig entlang des Umfangs verteilt positionierte, radial nach außen vorstehende Fortsätze (10) aufweist, die unter Bildung der Verbindungsstellen mit der inneren Umfangsfläche (8a) der Ringnut (8) kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) eine ovale oder polygonale Außenkontur besitzt.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) axial beabstandet von einer Bodenfläche (8b) der Ringnut (8) ist.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umfangsfläche des Spannrings (9) segmentiert ist.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umfangsfläche des Spannrings (9) durch radiale Ausnehmungen, insbesondere radiale Schlitze segmentiert ist, die sich über die gesamte axiale Länge des Spannrings (9) erstrecken.
Hydraulische Dehnspanneinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schlitze an zu den Verbindungsstellen korrespondierenden Umfangspositionen ausgebildet sind.
Zwischenbüchsenanordnung umfassend eine Zwischenbüchse (11) mit einem Büchsenkörper (12) zylindrischer Grundform, der eine zentrale Spannbohrung (13) definiert und in die zentrale Aufnahme (4) eines als Spannfutter ausgebildeten Werkzeughalters, insbesondere einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung (1), einsetzbar ist, wobei der Büchsenkörper (12) einen in radialer Richtung elastisch verformbaren Spannabschnitt (14) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorderen Stirnfläche (3) des Büchsenkörpers (12) eine Ringnut (8) ausgebildet ist, und welche sich ringförmig um die Aufnahme (4) erstreckt und radial nach innen zu der Aufnahme (4) hin offen ist und in welcher ein Spannring (9) vorgesehen ist, der an mehreren entlang des Umfangs verteilt angeordneten Verbindungsstellen mit der Umfangsfläche (8a) der Ringnut (8) kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist, in den zwischen den Verbindungsstellen liegenden Bereichen jedoch radial von der Umfangsfläche (8a) der Ringnut (8) beabstandet ist, wobei der Spannring (9) an den Verbindungsstellen elastisch nach außen und in den zwischen den Anlagestellen liegenden Umfangsbereichen elastisch nach innen verformt wird, wenn der Spannabschnitt (14) durch Druckkräfte radial nach innen verformt wird, und eine kreisrunde Innenkontur mit einem zu dem Durchmesser der Aufnahme (4) korrespondierenden Durchmesser besitzt, wenn der Spannabschnitt (14) druckentlastet ist.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) mehrere gleichmäßig entlang des Umfangs verteilt positionierte, radial nach außen vorstehende Fortsätze (10) aufweist, die unter Bildung der Verbindungsstellen mit der inneren Umfangsfläche (8a) der Ringnut (8) kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) eine ovale oder polygonale Außenkontur besitzt.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (9) axial beabstandet von einer Bodenfläche (8b) der Ringnut (8) ist.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umfangsfläche des Spannrings (9) segmentiert ist.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Umfangsfläche des Spannrings (9) durch radiale Ausnehmungen, insbesondere radiale Schlitze segmentiert ist, die sich über die gesamte axiale Länge des Spannrings (9) erstrecken.
Zwischenbüchsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Schlitze an zu den Verbindungsstellen korrespondierenden Umfangspositionen ausgebildet sind.
Zwischenbüchsenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Büchsenkörper (12) mehrere sich in Längsrichtung des Büchsenkörpers (12) erstreckende Schlitze (15) ausgebildet sind, die insbesondere die Wandung (6) des Büchsenkörpers (12) von deren Außenumfang zum Innenumfang durchgreifen.
Spannsystem umfassend eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse (X) definierenden Grundkörper (2), an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich (2b) mit einer zur vorderen Stirnfläche (3) des Grundkörpers (2) hin offenen zentralen Aufnahme (4) ausgebildet ist, wobei die Aufnahme (4) von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer (5) ringförmig umgeben ist oder von mehreren sich in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden und sich um die Aufnahme (4) erstreckenden Druckkammern umgeben ist und die Wandung (6) zwischen der Aufnahme (4) und der Druckkammer (5)/den Druckkammern derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern elastisch nach innen verformbar ist, und einer Zwischenbüchsenanordnung mit einer Zwischenbüchse (11), die einen Büchsenkörper (12) zylindrischer Grundform aufweist, der eine zentrale Spannbohrung (13) definiert und in die zentrale Aufnahme (4) eingesetzt ist, wobei der Büchsenkörper (12) einen Spannabschnitt (14) definiert, der bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer (5)/den Druckkammern durch die elastisch nach innen verformte Wandung (6) ebenfalls nach innen verformt wird, um einen in die Spannbohrung (13) eingesetzten Werkzeugschaft (W) kraftschlüssig zu fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbüchsenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15 ausgebildet ist.