DE1929659C3 - Spannfutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter für dünnwandige, geringfügig unterschiedliche Durchmesser aufweisende, zylindrische Werkstücke mit einem in einem Futtergehäuse von konstantem Innendurchmesser angeordneten, über die Länge des Futtergehäuses sich erstreckenden, aus Kunststoff u. dgl. bestehenden elastischen Spannkörper, der von einem durch das Spannfuttergehäuse zuführbaren Druckmittel beaufschlagt ist.

Bei Spannfuttern der vorgenannten Art (US-PS 27 20 735) werden als Spannkörper Hülsen aus Metall oder Kunststoff verwendet. Obwohl diese Hülsen verhältnismäßig dünnwandig sind, müssen zum festen Einspannen der Werkstücke sehr hohe hydraulische Drücke angewendet werden, um die Hülse fest an das Werkstück anzupressen, so daß es bei der Bearbeitung seine Lage nicht verändert. Diese Spannfutter eignen sich zwar für große Werkstücke, befriedigen aber nicht bei der Bearbeitung dünnwandiger, mit hoher Präzision herzustellender Werkstücke, z. B. bei der Bearbeitung von Zylinderbüchsen und ähnlichem.

Bei diesen Werkstücken wird vorausgesetzt, daß sie nicht nur eine gleichmäßige Wanddicke haben, sondern daß sie auch eine über ihre gesamte Länge gleichmäßige kreisförmige Rundung aufweisen. Darüber hinaus ist trotz der hohen Drücke die Haltekraft nicht ausreichend. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Oberfläche des Spannfutters mit der Oberfläche des Werkstücks nicht in Haftkontakt gebracht werden kann. Als Folge davon treten unerwünschte Verformungen der zu bearbeitenden Werkstücke auf.

Aus der CH-PS 3 09 260 ist ferner die einstückige Ausbildung einer Spannhülse mit verschiedenen Innendurchmessern zur Aufnahme eines im Durchmesser abgesetzten Werkstücks bekannt. Die Spannhülse wird jedoch in axialer Richtung beaufschlagt und dient dazu, daß für jeden Bohrungsdurchmesser ein besonderer, vollständiger Spanndorn vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Spannfutter so auszubilden, daß mit ihm eine Präzisionsbearbeitung, insbesondere von dünnwandigen zylindrischen Werkstücken ohne unerwünschte Verformung möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Spannkörper als zylindrische Hülse mit an die unterschiedlichen Außendurchmesser des Werkstücks angepaßten unterschiedlichen Innendurchmessern ausgebildet ist

Durch das Spannfutter gemäß der Erfindung wird nicht nur eine verformungsfreie Bearbeitung des Werkstücks möglich, sondern auch bei wesentlich herabgesetztem Druck ein ausgezeichneter Haftkontakt zwischen der Spannhülse und dem Werkstück erzielt, wobei die Kräfte gleichmäßig über die ganze Fläche des Werkstücks verteilt sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die den Spannkörper aufnehmende Innenbohrung des Futtergehäuses mit einem Gewinde zur Beaufschlagung des Spannkörpers mit dem Druckmittel versehen ist.

Ausführungsbeispide der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig.) eine Schnittansicht eines hydrostatischen Spannfutters,

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1, die ein konstruktives Detail der Dichtung darstellt

Fig.3 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform für die Anwendung von Differentialdrucken.

In F i g. 1 ist eine Zylinderbüchse 20 dargestellt, die in einem Futtergehäuse 22 einer Einspannvorrichtung durch hydrostatischen Druck in einer Kammer 24 festgeklemmt ist. Die Kammer 24 wird durch ein Gewinde 26 auf der Innenfläche des Futtergehäuses 22 in Zusammenwirkung mit einer als zylindrische Hülse ausgebildeten Spannkörpers 28 gebildet. Die Kammer kann auch durch eine geradlinige Ausnehmung (nicht dargestellt) im Futtergehäuse 22 gebildet werden anstatt durch ein Gewinde 26, das aber eine bevorzugte Ausführungsform der Kammer 24 darstellt, da in diesem Fall aus der Kammer leichter die Luft entfernt wird, wenn die Kammer mit einem Druckmittel ausgefüllt wird. (Diese Gewindekammerstruktur ist in der USA-Patentschrift 27 44 756 offenbart.)

Der Spannkörper 28 wird im Futtergehäuse 22 durch einen Haltering 30 und eine Vielzahl von Keilen 32 aufgenommen, die am Futtergehäuse 22 durch Schrauben 34 oder in anderer geeigneter Weise befestigt sind. Der Haltering 30 und die über den Umfang im Abstand voneinander angeordneten Keile 32 verhindern, daß der Spannkörper 28 relativ zum Futtergehäuse 22 längs verschoben wird, aber sie ermöglichen, daß der Spannkörper durch den hydrostatischen Druck in der Kammer 24 radial bewegt werden kann. Ein Durchgang 31 im Futtergehäuse 22 ist für einen Druckmitteleintriit in die Kammer 24 vorgesehen und ein Durchgang 33 mit einem Absperrglied 35 dient als Auslaß und zum Säubern der Kammer 24.

Wie Fig.2 zeigt, enthält eine gradlinige Ausnehmung 36 an jedem Ende der Kammer 24 eine O-Ringdichtung 38 und einen mit einer Nut versehenen Stützring 40. Der O-Ring 38 stellt eine Dichtung zwischen dem Futtergehäuse 22 und dem Spannkörper her, so daß die Kammer 24 nicht lecken kann, wenn sie einem hydrostatischen Druck ausgesetzt wird. (Diese Dichtungsanordnung ist in der USA-Patentschrift 22 376 offenbart.)

Der Spannkörper 28 ist hergestellt aus einem flexiblen Kunststoff mit hoher Dichte, beispielsweise Nylon oder Teflon. Wenn auf den Spannkörper 28 ein hydrostatischer Druck ausgeübt wird, so nimmt das

Materia- eine geringe Verformung an und fließt in die Unregelmäßigkeiten in der Rundung oder Gestalv des Werkstückes 20 ein oder füllt diese aus. Diese nachgiebige Eigenschaft des Materials unterstützt es, daß die durch den hydrostatischen Druck in der Kammer 24 entwickelten Kräfte gleichförmiger über die Fläche des Werkstückes ausgeübt werden. Das ermöglicht es, daß ein nichtrundes Werkstück im Futtergehäuse 22 ohne Verformung gehalten wird.

Die Verwendung eines Spannkörpers 28 in dieser Vorrichtung hat auch zu einer beträchtlichen Verringerung oder Senkung des Drucks geführt, dem das Druckmittel in der Kammer 24 ausgesetzt werden muß, um das Werkstück 20 im Futtergehäuse 22 festzuklemmen, verglichen mit dem Druck, der erforderlich ist, um eine gleichartige Vorrichtung zu betätigen, die eine Metallhülse aufweist. In vielen Fällen ist damit die Notwendigkeit für Spezialhochdruckvorrichtungen vermieden, die bei gleichartigen Vorrichtungen mit Metallhülsen notwendig sind. So läßt sich das Spannfutter mit einem Druck in der Kammer 24 im Bereich von 3,5 bis 22 kg/cm² betätigen. Ein höherer hydrostatischer Druck wird gewählt während der Grobbearbeitungen und dann der Druck verringert auf den Bereich von 10 bis 14 kg/cm² für die Endbearbeitungen.

In F i g. 3 ist eine Abwandlung dargestellt, bei der ein Futtergehäuse 50 einen zylindrischen Abschnitt 52 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 54 aufweist, die durch eine Abschrägung 56 verbunden sind. Am in F i g. 3 rechten Ende des Spannfutters ist ein schmaler Kappenring 58 vorgesehen, der eine ringförmige Ausnehmung 60 an seiner Innenfläche aufweist, die mit einer im Bereich eines Flansches 66 des zu spannenden Werkstückes 70 angeordneten öffnung 62 verbunden ist. Ein an die Ausnehmung 60 anschließender, unter Luftdruck stehender Kanal ist mit einem Manometer verbunden, an dem ablesbar ist, ob das Werkstück 70 sachgemäß sitzt.

Es ist zu ersehen, daß das Werkstück 70 eine starke Wandung 72 und eine dünne Wandung 74 aufweist; unter bestimmten Umständen kann es erwünscht sein, auf diese Wandungen unterschiedliche Drücke auszuüben, um ein sachgemäßes Einspannen ohne Verformung sicherzustellen. Das wird erreicht durch die Verwendung eines Spannkörpers 80, der eine starke Wandung 82 und eine dünne Wandung 84 aufweist, um eine sachgemäße Berührung mit dem Werkstück herzustellen. Der Span.nkörper wird an den Enden durch O-Ringdichtungen 86 bzw. 88 abgedichtet und zwischen den beiden Wandstärkeabschnitten ist eine dritte O-Ringdichtung 90 angeordnet. Die Einrichtung zur Erzeugung des Druckes ist bekann!, und es sind entsprechende Durchgänge 92 und 94 vorgesehen, die entweder von einer äußeren Queiie durch die Durchgänge 96 bzw. 98 oder von einer eingebauten Kolbeneinrichtung (nicht dargestellt) unter Druck setzbar sind.

Durch die Anwendung verschiedener Durchgänge können unterschiedliche Drücke zwischen der Wandung 82 und dem Futtergehäuse und zwischen der Wandung 84 und dem Futtergehäuse erzeugt werden, um die sachgemäße Spannung zu gewährleisten.

Die Differentialdrucke können auch für unterschiedliche Schnittdrücke benutzt werden. So kann ein Schruppschnitt. mit einem beträchtlich höheren Druck durchgeführt werden, um stärkere Belastungen während des Schruppschnittes zu widerstehen. Das Schlichten kann dann mit einem geringeren Druck durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß der Klemmdruck auf den unrunden Außenflächen nicht die Erzeugung einer runden Bohrung im Werkstück beeinträchtigt, wenn es von der Spannung freigesetzt wird. Es ist natürlich zu berücksichtigen, daß die Verwendung des Spannkörpers 28 in F i g. 1 bis zu einem gewissen Grad die Unterschiede in der Wanddicke kompensiert, da

'5 eine größere Dicke des Spannkörpers über dem dünnwandigen Teil des Werkstückes einen größeren Widerstand dem zusammendrückenden Druck entgegensetzt, während die dünnere Wandung des Spannkörpers an dem dickeren Teil des Werkstückes einen

geringeren Widerstand gegenüber dem Druck aufweist.

Es findet somit ein automatischer Ausgleich statt, und

diese Wirkung kann noch besser durch die Verwendung einer Nylonhülse erreicht werden. Wesentlich ist die Elastizität des verhältnismäßig dünnen Spannkörpers,

Z5 da der Spannkörper unmittelbar auf die Drücke in den verschiedenen Bereichen anspricht, so daß er unverzüglich an einem unrunden Werkstückteil anliegt, bevor ein unangemessener Druck auf einen Bereich ausgeübt wird. Somit wirkt der Druck rund um die Einheit, und es ist ein Minimum an Verformung vorhanden, die sich dann zeigt, wenn das Werkstück wieder von dem Spanndruck frei wird.

Als Material für den Spannkörper kann auch Fiberglas dienen. Dieses Material weist Ausdehnungseigenschaften auf, die akzeptabel sind. Die Fiberglasfasern werden wendelförmig um einen Dorn gewickelt und mit einer Harzmasse, beispielsweise von Epoxy-Polyester-Harzen gesättigt, die gehärtet werden können und ein hohes Dichteverhältnis haben. Das Material ist natürlich korrosionsbeständig, nicht magnetisch und besitzt eine geringe thermische Leitfähigkeit, was in Verbindung mit den zu spannenden Werkstücken von Vorteil ist. Das Material besitzt eine hohe Bruchfestigkeit und ist allgemein mit einem Draht vorgespannt, der unter Spannung gewickelt ist. Mit diesem Material kann eine sehr weiche Spannung erzielt werden, und aufgrund der ihm innewohnenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren, Salzen usw. besteht auch nicht die Notwendigkeit einer Plattierung oder Rostfreimachung, wie es bei einem Spannkörper aus Metall der Fall ist.

Auch ein schmiegsames Material, beispielsweise ein imprägniertes, gewundenes Fasermaterial von Glasfibern, kann beispielsweise für eine Verstärkung benutzt werden. Feine gewickelte Stahldrähte, z. B. ermöglichen eine Ausdehnung und können eingebettet in Gummi, synthetischen Gummi oder Kunststoff Verwendung finden. Allgemein sollen Materialien verwendet werden, die nachgiebige Eigenschaften aufweisen und deren Härte geringer ist als die von Metall, so daß der netwendige Druck ohne Verformung gleichmäßig am Werkstück angreift.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ί. Spannfutter für dünnwandige, geringfügig unterschiedliche Durchmesser aufweisende, zylindrische Werkstücke mit einem in einem Futtergehäuse von konstantem Innendurchmesser angeordneten, über die Länge des Futtergehäuses sich erstreckenden, aus Kunststoff u. dgl. bestehenden elastischen Spannkörper, der von einem durch das Spannfuttergehäuse zuführbaren Druckmittel beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkörper (28; 80) als zylindrische Hülse mit an die unterschiedlichen Außendurchmesser des Werkstücks angepaßten unterschiedlichen Innendurchmessern ausgebildet ist.
2. 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannkörper (28; 80) aufnehmende Innenbohrung des Futtergehäuses (22; 50) mit einem Gewinde (26) zur Beaufschlagung des Spannkörpers mit dem Druckmittel versehen ist.