DE1552257C3

DE1552257C3 - Als Spanndorn oder Spannfutter aus gebildete hydraulische Spannvorrichtung für Werkzeuge oder Werkstucke

Info

Publication number: DE1552257C3
Application number: DE19661552257
Authority: DE
Inventors: David Dean Chagrin Falls Walker; Franklyn Edward Cleveland Winnen
Original assignee: Erickson Tool Co Solon Ohio (vsta)
Current assignee: Erickson Tool Co Solon Ohio (vsta)
Priority date: 1966-04-12
Filing date: 1966-04-12
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE1552257A1; DE1552257B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine als Spanndorn oder Spannfutter ausgebildete hydraulische Spannvorrichtung für Werkzeuge oder Werkstücke mit einem starren Haltekörper und einer am Haltekörper angeordneten elastischen Spannhülse, die einen zwischen Spannhülse und Haltekörper ausgesparten und gegenüber dem Haltekörper durch Dichtungsringe abgedichteten Druckraum umgibt, und mit einem im Haltekörper vorgesehenen und mit dem Druckraum über Bohrungen verbundenen Druckmittelzylinder, dessen Kolben mittels einer Schraube verschiebbar ist.

Es sind bereits Spanndorne bekannt, bei denen wegen der Verschweißung von Spannhülse und Haltekörper genaue Toleranzen eingehalten werden müssen und bei denen Durchgänge für das hydrostatische Druckmedium vorgesehen sind, was die Herstellung kompliziert und kostspielig macht (USA.-Patentschrift 2 797 604). Der aus der USA.-Patentschrift 2 744 756 bekannte Spanndorn hat den Nachteil, daß sich die Hülse nicht in ihrer ganzen Länge zwischen den Dichtungsringen erstrecken kann, wobei hinzukommt, daß sich die Vorrichtung nicht

ίο montieren läßt. Bei den bekannten Vorrichtungen sind die das Werkstück gegen Verdrehen sichernden Keile Teile der Spannvorrichtungen selbst, so daß eine Anpassung an unterschiedliche Werkstücke" nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Halterung mit einer leicht montierbaren, kostensparenden und den hydrostatischen Druckraum gut abdichtenden Spannhülse von hoher Lebensdauer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Festlegung der Spannhülse zumindest an einem ihrer Enden ein Bundring mit einem axial sich erstreckenden abgeschrägten Bund vorgesehen ist, der das entsprechend abgeschrägte Ende der Spannhülse untergreift.

Hierdurch wird ein die Materialstruktur veränderndes und Spannungserzeugendes Verschweißen nicht erforderlich und die Spannhülse durch einseitig oder beidseitig der Halterung aufgeschraubte Bundringe in ihrer Lage gesichert. Es brauchen keine genauen Toleranzen eingehalten zu werden, was die Herstellung vereinfacht und verbilligt. Beim Montieren passen sich Üie Bundringe und die Spannhülse von selbst mit ihren konischen Flächen an. Die Dichtungsringe sind so in dem Körper der hydrostatischen Halterung untergebracht, daß sie weder unmittelbar noch über die Spannhülse von dem hydrostatischen Druck des Arbeitsmediums beaufschlagt werden. Eine Verformung der Spannhülse außerhalb des Druckraumes an den gegen Verformungen besonders gefährdeten Enden wird durch das Untergreifen des Bundringes mit den entsprechend abgeschrägten Enden unter die Spannhülse vermieden. Durch diese Ausbildung der hydrostatischen Halterung ist eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer der Vorrichtung gewährleistet. Es kommt noch hinzu, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung äußerst einfach und kompakt ist sowie ein Minimum an Bohrvorgängen und sonstigen Bearbeitungsvorgängen benötigt. Darüber hinaus weist das hydraulische Spannfutter einfache Ringverschlüsse auf, wobei diese von gleichem Durchmesser sind, so daß kein übermäßiger Druck

. auf die Befestigungsschraube ausgeübt wird, die den Flansch der Spannhülse und den Bundring sichert.

Von großem Vorteil ist ferner, daß der Durchmesser der Spannhülse sich nicht verändert, wenn sich im Druckraum, unter hohem Druck Flüssigkeit befindet, mit der Folge, daß auf diese Weise Leckagen verhindert werden.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist vorgesehen, daß die Spannhülse an beiden Enden im Bereich der Dichtungsringe innen abgeschrägt ist und zwei Bundringe am Haltekörper im Bereich der Enden der Spannhülse befestigt sind. Ferner kann die Spannhülse am einen Ende einstückig mit einem radial verdickten, gewindetragenden Teil ausgebildet sein, der in eine Aussenkung des Haltekörpers eingeschraubt ist. Weiterhin ist vorgesehen, daß der zweite Bundring als Ring-

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flansch einstückig mit der Spannhülse ausgebildet ist, form der Erfindung hat die Spannhülse? einen mit und der Ringflansch mit dem Haltekörper ver- ihr einstückigen Ringflansch 17, der an das Ende des schraubt ist. Auch kann die Innenfläche des der Haltekörpers 1 angeschraubt ist. Die Spannhülse? Werkzeug- bzw. Werkstückeinführseite anliegenden erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge Bundringes konisch ausgebildet sowie am Haltekör- 5 der Bohrung 4 des Haltekörpers 1, so daß ihre Endper sich radial erstreckende Keile angeordnet sein, teile dicht an den Dichtungsringen 5 und 6 anliegen, die in Längskeilnuten eines in der Spannhülse ein- In einer Ansenkung am anderen Ende des Haltekör- oder auf ihr aufgespannten Werkstückes oder Werk- pers 1 sitzt ein an diesem angeschraubter Bundring zeuges eingreifen. 18, der einen abgeschrägten Bund 19 mit einem Kein den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele io gelwinkel von vorzugsweise 60° aufweist, der zu dargestellt. Es zeigt dem einwärts entsprechend abgeschrägten oder ange-

F i g. 1 ein Spannfutter im Längsschnitt nach der senkten, dem Dichtungsring 5 axial benachbarten

Linie 1-1 in F i g. 2, Ende 20 der Spannhülse komplementär ist. Um die

Fig.2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der Einführung des Werkstückes oder Werkzeuges yl in

F ig. 1, 15 die Spannhülse? zu erleichtern, kann die Eintrittsöff-

F i g. 3 stark vergrößert in einem Radialschnitt, nung bei 22 leicht konisch sein.

wie sich die Spannhülse verformt, wenn ein Druck In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das auf das hydrostatisch wirksame Medium ausgeübt Werkstück oder Werkzeug A einen langgestreckten wird, das in der Ringkammer des Spannfutters einge- Schaft 21, der satt in der Bohrung 23 der Spannschlossen ist, 20 hülse 7 sitzt' und so lang ist, daß er sich im wesentli-

F i g. 4 in einem Radialschnitt eine andere Form chen über die ganze Länge der Spannhülse 7 er-

, der Hülsenbefestigung, streckt. Daran anschließend weist er eine Keilverzah-

F i g. 5 in einem Querschnitt eine abgeänderte nung mit einer Schulter 25 auf, mit der sie sich an

Form eines Kolbens zum Ausüben von Druck auf das Ende der Spannhülse? anlegt. Zum Verhindern

das hydrostatisch wirksame Medium, 25 eines Drehens des Werkstückes oder Werkzeuges A

F i g. 6 in einem Radialschnitt eine andere Ausfüh- in dem Spannfutter ist auf dem Haltekörper 1 ein

rungsform einer Spannhülse, Ringbund 26 montiert, der innen einen Keil 27 auf-

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform eines Spann- weist, welcher der Keilverzahnung des einzuspannen-

futters in einem Längsschnitt nach der Linie 8-8 der den Werkstückes oder Werkzeuges A entspricht und

F i g. 8, 30 in diese eingreift.

Fig. 8 das Spannfutter nach Fig.7 in einem Wenn das Werkstück oder das Werkzeuge! gemäß

Querschnitt nach der Linie 9-9 in F i g. 7 und F i g. 1 eingesetzt worden ist, braucht man zum festen

F i g. 9 in einem Radialschnitt eine weitere Aus- einspannen desselben nur die Innensechskant-

führungsform der Hülsenbefestigung. schraube 16 so zu verdrehen, daß sich der Kolben 14

In der Zeichnung ist mit 1 der Haltekörper des 35 in F i g. 2 nach rechts bewegt und auf das hydrostati-Spannfutters bezeichnet. Dieser Körper ist mit einem sehe Medium einen Druck ausübt. Der Druck des Führungszapfen 2 und einem Befestigungsflansch 3 hydrostatisch wirksamen Mediums bewirkt dann eine versehen. Mit diesem Flansch kann der Körper an radial einwärtsgerichtete Verformung der Wandung der nicht gezeigten Spindel einer Werkzeugmaschine der Spannhülse 7, so daß der Schaft 21 des Werkbefestigt werden. Der Haltekörper 1 ist von einer 40 Stückes oder Werkzeuges^ an seinem ganzen UmBohrung 4 durchsetzt, die im Bereich ihrer Enden fang über den größten Teil seiner Länge eingespannt mit Innennuten versehen ist, die Dichtungsringe wird.

j od. dgl. aus einem gummiartigen Material aufneh- Damit der Druck in dem hydrostatisch wirksamen

men, das vorzugsweise mit Teflon überzogen ist. Medium nicht zu stark ansteigen kann, ist die Innen-

Zwischen den Dichtungsringen 5 und 6 ist der Halte- 45 Sechskantschraube 16 in dem Querkanal nur be-

körperl hinterschnitten, so daß er mit der Spann- grenzt bewegbar.

hülse 7 einen Druckraum 8 bildet, der mit Öl oder Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer Fett oder einem ähnlichen, hydrostatisch wirksamen Spannhülse 7 aus Stahl, die beispielsweise eine Wand-Medium gefüllt werden kann, beispielsweise durch stärke von etwa 1,8 mm und eine Bohrung 23 mit den in den Druckraum 8 führenden Kanal 9. 50 einem Durchmesser von etwa 54 mm hat, die AusWenn der Druckraum 8 mit dem hydrostatischen übung eines Druckes von 211 kg/cm² auf das hydro-Medium gefüllt ist, kann der Kanal 9 beispielsweise statisch wirksame Medium nicht zu einer meßbaren mit dem Schraubstöpsel 10 verschlossen werden. Herabsetzung des Durchmessers der Spannhülse zwi-Zum Ausüben eines hydrostatischen Druckes auf das sehen den Dichtungsringen 5 und 6 führt, die in diegenannte Medium ist in dem Haltekörper 1 ein weite- 55 sem Ausführungsbeispiel einen Abstand von etwa rer Kanal 11 ausgebildet, der vom Druckraum 8 zu 67 mm haben. Wenn dagegen kein Werkstück oder dem Querkanal 12 führt. In diesem ist ein Kolben 14 Werkzeug A in der Spannhülse 7 angeordnet ist, wird axial verschiebbar, der mit Dichtungsringen 15 diese in der Mitte zwischen den Dichtungsringen 5 od. dgl. versehen ist. Das Ende des Querkanals 12 ist und 6 über etwa zwei Drittel ihrer Länge auf einen mit einem Innengewinde versehen, in das eine Innen- 60 einheitlichen Durchmesser von etwa 54 mm versechskantschraube 16 eingeschraubt ist, die so ge- formt. Dies geht deutlich aus der Fig.3 hervor, die dreht werden kann, daß sie in dem axial äußeren zeigt, daß der Durchmesser der Spannhülse 7 bei B Ende des Kolbens 14 angreift, so daß auf das hydro- und C den Wert von etwa 53,99 mm beibehält, und statisch wirksame Medium eine Druckkraft ausgeübt über die ganze LängeD auf etwa 53,89 mm abwird, welche eine Verformung der Spannhülse 7 in 65 nimmt, wenn der Druck des Mediums im Druckder nachstehend ausführlich beschriebenen Weise be- raum 8 211 kg/cm² beträgt,
wirkt. Bei einer Verformung der Spannhülse 7 in der vor-

In der in Fig. 1,2 und3 gezeigten Ausführungs- stehend angegebenen Weise wird die Spannhülse 7,

auch wenn sich kein Werkstück oder Werkzeug A in ihr befindet, innerhalb der Dichtungsringe 5 und 6 nicht verformt, so daß kein hydrostatisch wirksames Medium an der Stoßstelle zwischen dem Haltekörper 1 und der Spannhülse 7 entweichen kann. Wenn der Schaft 21, der einen Durchmesser von etwa 54 mm hat, in der Spannhülse 7 eingesetzt ist, wird der Schaft von der Spannhülse fest, gleichmäßig und stabil über die relativ große axiale Länge D eingespannt, selbst wenn der Druck auf das hydrostatisch wirksame Medium niedriger ist als der in dem vorstehend angegebenen Beispiel angewendete Druck von 211 kg/cm².

Zur Freigabe des Werkstückes oder Werkzeuges A wird die Innensechskantschraube 16 in F i g. 2 nach links geschraubt, worauf die Spannhülse 7 auf den ursprünglichen Durchmesser der Bohrung 4 zurückfedert und sich das hydrostatisch wirksame Medium ausdehnt und den Kolben 14 nach links bewegt.

Gemäß F i g. 4 ist die Spannhülse T an beiden Enden bei 20 innen abgeschrägt, und zwar komplementär zu den abgeschrägten Bünden 19 der Bundringe 18, die mit dem Bundring 18 in F i g. 1 und 3 identisch sein können. Die Bundringe 18 bestehen vorzugsweise aus hartem, aufgekohltem Stahl oder aus einem anderen Metall, das härter ist als die Spannhülse 7', so daß feste, nicht verformbare Bundringe 18 vorhanden sind, die beim Einführen und Herausziehen von Werkstücken keinem Verschleiß und keiner Verformung unterliegen.

F i g. 5 und 8 zeigen eine andere Anordnung eines Kolbentriebes zur Unterstützung des Füllens des Spannfutters mit dem hydrostatisch wirksamen Medium. Wenn der Kolben 30 und die Schraube 31 ganz zurückgezogen sind und die Schraube 32 herausgenommen ist, kann hier das Spannfutter durch den Kanal 9 (s. F i g. 1) gefüllt werden, wobei das überschüssige Medium, was sich jenseits des Sitzes 34 befindet, durch den Füllkanal 9 verdrängt wird, wenn die Schraube 32 am Sitz 34 in Anlage gebracht wird. Um den Austritt des Mediums zu ermöglichen, ist der Stöpsel 10 nur lose eingeschraubt. Nach dem Einfüllen wird der Stöpsel 10 festgezogen, so daß das Medium in dem Spannfutter dicht eingeschlossen ist.

Fig. 6 ähnelt der Fig. 1, doch sind hier die Dichtungsringes und 6 in Nuten angeordnet, die auf der Außenseite der Spannhülse 40 ausgebildet sind, so daß ein Hinterschneiden des Körpers 41 nicht erforderlich ist. Ferner wird die Fett- oder Ölkammer 42 von einer langen Umfangsnut in der Spannhülse 40 gebildet. Der Bundring 18 greift mit seinem abgeschrägten Bund 19 an dem abgeschrägten Ende 20 der Spannhülse an und stützt diese daher ab. Die Spannhülse 40 ist durch radiale Verdickungen im Bereich der Nuten für die Dichtungsringe versteift.

In der Ausführungsform nach F i g. 7 und 8 wird der Druckraum 35 für das Medium von einer langen Umfangsnut 36 in der Spannhülse 37 gebildet, ebenso wie in der Ausführungsform nach F i g. 6, und hat die Spannhülse 37 am einen Ende ein abgeschrägtes Ende zur Anlage an dem abgeschrägten Bund des Bundringes 18, der in einer Aussenkung 39 in dem benachbarten Ende des Haltekörpers 38 angeordnet und an diesem angeschraubt ist. An ihrem

ίο anderen Ende 43 ist die Spannhülse 37 radial verdickt und mit einem Außengewinde versehen, das in eine mit einem Gewinde versehene Aussenkung 44 des Haltekörpers 38 eingeschraubt ist. In diesen Aussenkungen 44 und 39 sind die Dichtungsringe 5 und 6 enthalten, die dicht an der Spannhülse anliegen. Diese Verschraubung der Spannhülse mit dem Haltekörper ist ein wichtiges Merkmal, weil die Spannhülse in den Haltekörper mit einem Schraubenschlüssel od. dgl. eingeschraubt werden kann, der in

ao die Ausnehmungen 60 eingesetzt wird, so daß automatisch etwaige Toleranzabweichungen zwischen der Länge der Spannhülse und der Länge der Bohrung 61 ausgeglichen werden. Dadurch wird eine einwandfreie Anlage zwischen dem abgeschrägten Ende 20 und dem abgeschrägten Bund 19 gewährleistet. Zum Festhalten der Spannhülse 37 in jeder gewünschten Einstellung kann eine Klemmschraube 62 vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist der verdickte, gewindetragende Teil 43 mit der Spannhülse 37 einstückig. Der verdickte Teil kann aber auch ein eigener Teil sein, wie es in der Ausführungsform nach F i g. 9 gezeigt ist. Hier hat er eine konische Randfläche 63 zur Anlage an einem entsprechenden abgeschrägten Ende 20 der Spannhülse. Außerdem kann die Bohrung 61' eine Innennut aufweisen und die Spannhülse 37' glatt sein, so daß zwischen der Bohrung 61' und der Spannhülse 37' der Druckraum 35' vorhanden ist.

F i g. 7 zeigt, daß der auf dem Haltekörper 38 vorgesehene Bundring 18 nicht mit einer Innenkeilverzahnung versehen zu sein braucht, welche mit der Keilverzahnung des Werkzeuges^' zusammenwirkt, um dieses drehfest zu halten, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist; er kann auch mit mehreren radial sich erstreckenden Keilen 64 wie in der Ausführungsform nach F i g. 1 im Bereich eines der Enden des Haltekörpers versehen sein, die in axiale Keilnuten 65 des Werkstückes eingreifen.

Bei den Ausführungen nach F i g. 1 bis 9 bewirkt der Druck auf das Fett oder das Öl, daß der Durchmesser der dünnwandigen Spannhülse verringert wird. Es versteht sich aber, daß die Spannhülsen auch so angeordnet werden können, daß sie durch den Druck dieses Mediums radial ausgedehnt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Als Spanndorn oder Spannfutter ausgebildete hydraulische Spannvorrichtung für Werkzeuge oder Werkstücke mit einem starren Haltekörper und einer am Haltekörper angeordneten elastischen Spannhülse, die einen zwischen Spannhülse und Haltekörper ausgesparten und gegenüber dem Haltekörper durch Dichtungsringe abgedichteten Druckraum umgibt, und mit einem im Haltekörper vorgesehenen und mit dem Druckraum über Bohrungen verbundenen Druckmittelzylinder, dessen Kolben mittels einer Schraube verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Spannhülse (7; 7'; 37; 40) zumindest an einem ihrer Enden (20) ein Bundring (18) mit einem axial sich erstreckenden abgeschrägten Bund (19) vorgesehen ist, der das entsprechend abgeschrägte Ende (20) der Spannhülse (7; 7'; 37; 40) untergreift.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (7'; 37') an beiden Enden (20) im Bereich der Dichtungsringe (5; 6) innen abgeschrägt ist, und zwei Bundringe (18) am Haltekörper (1;38) im Bereich der Enden der Spannhülse (7'; 37') befestigt sind.

3. Spannvorriphtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (37) am einen Ende einstückig mit einem radial verdickten, gewindetragenden Teil (43) ausgebildet ist, der in eine Aussenkung (44) des Haltekörpers (38) eingeschraubt ist.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der , zweite Bundring als Ringflansch. (17) einstückig mit der Spannhülse (7) ausgebildet ist, und der Ringflansch (17) mit dem Haltekörper (1) verschraubt ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des der Werkzeug- bzw. Werkstückeinführseite anliegenden Bundringes konisch ausgebildet ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Haltekörper (1;38) sich radial erstreckende Keile (27; 64) angeordnet sind, die in Längskeilnuten eines in der Spannhülse (7; 7'; 37; 40) ein- oder auf ihr aufgespannten Werkstückes oder Werkzeuges (A;A') eingreifen.