DE202011051311U1

DE202011051311U1 - Spannvorrichtung zum kraftschlüssigen Festspannen von einem oder mehreren Werkstücken mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung

Info

Publication number: DE202011051311U1
Application number: DE201120051311
Authority: DE
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2012-09-18
Anticipated expiration: 2021-09-16

Abstract

Spannvorrichtung (1) zum kraftschlüssigen Festspannen von einem oder mehreren Werkstücken (2) mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung (3), insbesondere Nocken für eine Nockenwelle, umfassend mindestens ein Spannelement (5), insbesondere eine Spannhülse, mit wenigstens einer eine Längsachse (11) zumindest überwiegend umgebenden und radial nach außen gewandten Spanndecke (6), über die das oder die Werkstücke (2) über die Aufnahmebohrung (3) festgespannt oder festspannbar sind, wobei die Spanndecke (6) eine Außenverzahnung (7) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum kraftschlüssigen Festspannen von einem oder mehreren Werkstücken mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung, insbesondere Nocken für eine Nockenwelle. Diese Spannvorrichtungen dienen beispielsweise dem Festspannen von Werkstücken in einer Werkszeugmaschine, damit diese bearbeitet werden können, beispielsweise die Außenkontur von Nocken geschliffen werden kann.
Derartige Spannvorrichtungen umfassen ein Spannelement, insbesondere eine Spannhülse, mit wenigstens einer eine Längsachse umgebenden und radial nach außen gewandten Spanndecke, über die das oder die Werkstücke über die Aufnahmebohrung festgespannt oder festspannbar sind.
Bekannte Spannelemente weisen eine glatte Spanndecke auf, die beim Spannen in bewährter Weise mit Aufnahmebohrungen in Werkstücken korrespondiert, die ebenfalls eine glatte Oberfläche aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Spannvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Spannvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst mindestens ein Spannelement, insbesondere eine Spannhülse, mit wenigstens einer eine Längsachse zumindest überwiegend umgebenden und radial nach außen gewandten Spanndecke, über die das oder die Werkstücke über die Aufnahmebohrung festgespannt oder festspannbar sind. Diese Spanndecke weist eine Außenverzahnung auf. Insbesondere ist die Außenverzahnung derart ausgebildet und angeordnet, dass sie mit der Innenverzahnung des oder der festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke zur Ausbildung einer kraftschlüssigen Verspannung zwischen Spannelement und Werkstück korrespondiert.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit die Außenverzahnung der Spanndecke anstelle einer glatten Spanndecke. Die Zähne der Spanndecke wirken beim Spannen mit den Zähnen der Innenverzahnung zusammen, die Zähne sorgen für eine Verzahnung und somit für eine stabile, insbesondere rotationsstabile Verspannung zwischen Spannelement und Werkstück bzw. Werkstücken.
Der Begriff Spannelement wird hierbei in einem allgemeinen Sinne verstanden, er umfasst jedes Spannelement oder jeden Spannkörper oder jede Spannkörperanordnung, das bzw. der bzw. die mit einer im Wesentlichen zylindermantelförmigen Spanndecke eine Längsachse zumindest überwiegend umgibt oder umschließt. Das Spannelement kann mit einem Hohlraum versehen sein sowie axial zur Längsachse gesehen wenigstens an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seiten, wenigstens teilweise nach außen (oder: zum Außenraum hin oder nach vorne und/oder nach hinten) offen sein. Über den Hohlraum kann es mit weiteren Teilen der Spannvorrichtung, beispielsweise mit den weiteren Komponenten eines Spanndorns, zusammenwirken. Das Spannelement kann als eigenständige, austauschbare Komponente vorgesehen sein, es kann aber auch fest und gegebenenfalls auch einstückig mit weiteren Komponenten der Spannvorrichtung verbunden sein oder auch die Spannvorrichtung selbst sein. So umfasst der Begriff Spannelement auch ohne Beschränkung der Allgemeinheit Spannbuchsen und Spannhülsen sowie hülsenartige Spanneinsätze. Als Teil der Spannvorrichtung können neben dem Spannelement gegebenenfalls auch das oder die festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke angesehen werden.
Die Zähne der Außenverzahnung des Spannelements und die Zähne der Innenverzahnung des oder der Werkstücke können ein Spline-Zahnprofil aufweisen, wobei die Formen zwischen Außen- und Innenverzahnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die jeweiligen Zähne problemlos in die jeweils korrespondierenden Zahnzwischenräume eindringen können. Dabei sollte auf möglichst wenig Spiel zwischen den Zähnen geachtet werden. Im Wesentlichen können alle Zähne der Innenverzahnung des oder der Werkstücke eine identische Profilform aufweisen, es kann sich bei den Innenverzahnungs-Zähnen auch um axial ausgerichtete, längliche, gegebenenfalls durchgehende Grate handeln, die durch entsprechende geradlinige Rillen bzw. Nuten voneinander getrennt sind, und die auch mit mehreren axial zueinander versetzt angeordneten Zähnen des Spannelements zusammenwirken können. Auch die Profilform der Außenverzahnungs-Zähne kann, gegebenenfalls bis auf einzelne Ausnahmen, im Wesentlichen identisch sein.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Außenverzahnung mindestens einen Zahnkranz umfassend mehrere Zähne aufweist, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse liegt. Unter Zahnkranz wird hierbei ganz allgemein eine kreisförmig geschlossene Reihe von Zähnen verstanden, die an der Spanndecke die Längsachse des Spannelements ringartig umgibt. Insbesondere können mehrere axial zueinander beabstandete derartige Zahnkränze vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung kann auch zur Mehrfachspannung geeignet sein, d.h. zum parallelen Einspannen mehrerer Werkstücke in der Spannvorrichtung, so dass diese gemeinsam in einer Werkzeugmaschine bearbeitet werden können. Hierzu kann die Spanndecke mindestens zwei, beispielsweise zwei oder drei oder vier oder fünf, axial zueinander beabstandete Spannbereiche aufweisen, die jeweils für das Festspannen eines Werkstücks vorgesehen sind, wobei jeder Spannbereich mindestens einen Zahnkranz, insbesondere zwei Zahnkränze, und vorzugsweise auch einen zugeordneten Druckraum zur Erzeugung der Spannkraft im jeweiligen Spannbereich mittels eines Druckmittels aufweist. Durch eine derartige Ausbildung, und insbesondere bei entsprechender Formgebung des Spannelements mit kleineren Wandstärken in den Spannbereichen und größeren Wandstärken in Zwischen- und gegebenenfalls auch Randbereichen, wird das Spannelement in eine der Anzahl der Spannbereiche entsprechende Anzahl von Dehnzonen unterteilt. Dadurch ist es möglich, dass sich gegebenenfalls vorhandene Durchmesserunterschiede der Verzahnung in den einzelnen Spannbereichen bzw. den einzelnen Werkstücken innerhalb einer bestimmten Toleranz durch entsprechend individuelle Dehnung der einzelnen Spannbereiche ausgleichen lassen.
Eine Weiterbildung hierzu sieht vor, dass der Zahnkranz Spannzähne umfasst, deren Zahnhöhe größer ist als die maximale Zahnhöhe der Zähne der Innenverzahnung des oder der festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke. Dies hat den Vorteil, dass die Spannkraft im Wesentlichen von den Spannzahnköpfen des Spannelements auf die korrespondierenden Fußbereiche der Zahnzwischenräume des Werkstücks und nicht von Fußbereichen der Zahnzwischenräume des Spannelements auf die Zahnköpfe des Werkstücks übertragen wird, da nur die Spannzahnköpfe die korrespondierenden Fußbereiche berühren, die Werkstück-Zahnköpfe jedoch aufgrund ihrer geringeren Höhe die korrespondierenden Fußbereiche nicht berühren können, d.h. von diesen auch im festgespannten Zustand der Spannvorrichtung beabstandet sind. Unter Zahnhöhe wird hierbei die Differenz zwischen dem radiale Abstand des Zahnkopfes und dem radialen Abstand des Zahnfußes des Zahns von der Längsachse des Spannelements verstanden, d.h. die Radiusdifferenz zwischen dem sogenannten Kopfkreis und dem sogenannten Fußkreis. Der Zahnfuß bzw. Fußkreis ist definiert durch den radialen Abstand des Fußbereichs der an den Zahn angrenzenden Zahnzwischenräume von der Längsachse. Vorzugsweise liegen die Zahnfüße aller Zähne eines Zahnkranzes auf einem Fußkreis.
Alternativ oder additiv kann vorgesehen sein, dass der Zahnkranz mindestens zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Positionierzähne (Indexzähne, Nullzähne) umfasst, deren Zahnhöhe kleiner ist als die Zahnhöhe der Spannzähne, und deren in Umfangsrichtung zwischen ihnen liegender Positionierzahnzwischenraum dem zugeordneten Werkstück-Zahn ein kleineres Rotations-Spiel (C) ermöglicht als das Rotations-Spiel (2 mal D), das die Zahnzwischenräume der Innenverzahnung des Werkstücks den Spannzähnen ermöglichen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Begrenzung des Rotations-Spiels der Spannzähne derart eingesetzt werden kann, dass die Spannzähne die Flankenbereiche der Werkstück-Zähne und insbesondere auch die in der Regel radiusbehafteten Übergangsbereiche von den Fußbereichen der Zahnzwischenräume der Werkstück-Zähne zu den Werkstück-Zähnen nicht berühren. Dadurch wird sichergestellt, dass sich beim Spannen ausschließlich die Spannzahnköpfe und die Fußbereiche der Zwischenräume der Werkstückzähne berühren.
Aufgrund der reduzierten Höhe der Positionierzähne gegenüber den Spannzähnen berühren die Zahnköpfe der Positionierzähne die korrespondierenden Zwischenzahnbereiche am Werkstück nicht, vielmehr erfolgt der Kontakt über die jeweils miteinander korrespondierenden Zahnflanken, durch die auch das Rotations-Spiel zwischen Spannelement und Werkstück festgelegt wird.
Dadurch ist eine weitgehend positionsgenaue Festspannung der Werkstücke möglich, was insbesondere beim parallelen Festspannen mehrere Werkstücke beispielsweise zur gemeinsamen Bearbeitung in einer Werkzeugmaschine von großer Bedeutung ist. Winkelfehler werden dadurch weitestgehend vermieden, insbesondere lassen sich Winkelfehler kleiner ± 0,1 Grad bezogen auf eine fertig gestellte Werkstückkontur, insbesondere Nockenkontur, erreichen. Von Vorteil ist ferner, dass Markierungen oder sonstige Hilfsmittel zur Lagebestimmung, die beim Festspannen mit herkömmlichen Spannvorrichtungen notwendig sind, nicht erforderlich sind.
Selbstverständlich ist auch der Positionierzahnzwischenraum groß genug, um einen Zahn der Innenverzahnung des zugeordneten Werkstücks aufzunehmen, das Spiel bzw. die Toleranz für die Positionierung des Werkstück-Zahns relativ zu den angrenzenden Spannelement-Zähnen ist jedoch hier verkleinert, d.h. die Positionierzähne, insbesondere deren Flanken, bilden einen Rotationsanschlag für den Werkstück-Zahn und damit für das Werkstück insgesamt. Die anderen Werkstück-Zähne werden dadurch in gewünschter Weise, vorzugsweise mittig, zumindest bei Anliegen an einem vorbestimmten Rotationsanschlag, in dem Normalzahnzwischenraum positioniert, und auch die Spannzähne des Spannelements werden dadurch in gewünschter Weise, vorzugsweise mittig, zumindest beim Anliegen an einem vorbestimmten Rotationsanschlag, in den Zahnzwischenräumen der Innenverzahnung des Werkstücks positioniert.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass auf Höhe der Positionierzahnköpfe in einem festgespannten Zustand die Bogenmaß-Breite B des Positionierzahnzwischenraums gleich oder größer ist als die Bogenmaß-Breite A des zugeordneten Werkstück-Zahns zuzüglich Zahnbreitentoleranz dA. Dadurch wird sichergestellt, dass Werkstücke mit Zähnen, deren Abmessungen in der zulässigen Toleranz liegen, problemlos mit der Spannvorrichtung in der vorgesehenen Weise festgespannt werden können. Die Bogenmaß-Breite B sollte zur Sicherstellung einer möglichst exakten Positionierung aber nur geringfügig größer als die oben genannte Bogenmaß-Breite A zuzüglich dA sein, d.h. vorzugsweise gerade die zulässige Toleranz erlauben (d.h. idealerweise eigentlich gerade der Bogenmaß-Breite A zuzüglich dA entsprechen), jedoch auch nicht mehr.
Von Vorteil ist, wenn die Innen- und Außenverzahnung derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass in einem gespannten Zustand der Spannvorrichtung in jeder Position des zugeordneten Werkstück-Zahns im Positionierzahnzwischenraum, die das Spiel erlaubt, und/oder bei beliebigen Abmessungen des dem Positionierzahnzwischenraum zugeordneten Werkstück-Zahns innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs dA die sonstigen Werkstück-Zähne in den Normalzahnzwischenräumen weder die Flanken der angrenzenden Zähne des Spannelements noch den Fußbereich zwischen diesen Zähnen berühren und die Spannzähne in den Zwischenzahnausnehmungen die Flanken der angrenzenden Werkstück-Zähne nicht berühren, die Spannzahnköpfe jedoch die Fußbereiche der Zahnzwischenräume der Innenverzahnung des Werkstücks berühren, und die Positionierzahnköpfe die Fußbereiche der Zahnzwischenräume der Innenverzahnung des Werkstücks nicht berühren. Somit ist es Aufgabe der Positionierzähne und des Positionierzahnzwischenraums, mit dem zugeordneten Werkstück-Zahn für die exakte Positionierung des gespannten oder zu spannenden Werkstücks am Spannelement zu sorgen. Und es ist Aufgabe der Spannzähne, die Spannkraft auf den Fußbereich des Werkstücks zu übertragen.
Durch die vorgenannten Ausbildungen wird eine hochgenaue, wiederholbare Positionierung der Winkellage des Werkstücks am Spannelement bzw. an der Spannvorrichtung ermöglicht, unter Kompensation von Werkstücktoleranzen der Werkstück-Zähne, auch Teilungsfehler der Werkstückverzahnung lassen sich hierbei berücksichtigen und kompensieren.
Die Spanndecke des Spannelements der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung weist vorzugsweise eine im Wesentlichen die Form eines Zylindermantels auf.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann es sich um eine hydraulische Spannvorrichtung handeln.
Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung kann es sich um einen Spanndorn, insbesondere einen hydraulischen Spanndorn, handeln, bzw. die Spannvorrichtung umfasst einen derartigen Spanndorn.
Das Spannelement kann abnehmbar von oder integral mit der restlichen Spannvorrichtung ausgebildet sein.
Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist das nachfolgend beschriebene Spannverfahren zum kraftschlüssige Festspannen von einem oder mehreren Werkstücken mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung, insbesondere Nocken für eine Nockenwelle, möglich. Das Verfahren sieht vor, dass das oder die Werkstücke auf die Spanndecke aufgeschoben werden, wobei mehrere Werkstücke insbesondere durch Abstandselemente getrennt werden. Anschließend wird das Spannelement mit einer radial nach außen wirkenden Spannkraft gegen das oder die Werkstücke gedrückt, insbesondere durch manuelle oder maschinelle Hervorrufung einer entsprechenden Kraft, beispielsweise indem eine Schraube oder ein Gewindestift festgezogen wird. Die Kraft kann beispielsweise mechanisch oder hydraulisch auf das Spannelement übertragen werden, so dass dieses gegen das Werkstück gedrückt wird. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verspannung zwischen Spannelement und Werkstück ausgebildet. Hierbei werden die Zähne der Innenverzahnung des oder der Werkstücke in korrespondierende Zahnzwischenräume des Spannelements gedrückt und die Zähne der Außenverzahnung des Spannelements werden in korrespondierende Zahnzwischenräume der Innenverzahnung des oder der Werkstücke gedrückt.
Die Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich aus den vorstehend erläuterten Vorteilen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Spannelement Spannzähne, deren Zahnhöhe größer ist als die maximale Zahnhöhe der Zähne der Innenverzahnung des festzuspannenden oder festgespannten Werkstücks. Die Spannkraft wird in diesem Fall zumindest im Wesentlichen von den Spannzahnköpfen des Spannelements auf die korrespondierenden Fußbereiche der Zahnzwischenräume des oder der Werkstücke übertragen.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung und/oder das beschriebene Spannverfahren lässt sich verwenden zur Herstellung eines Bauteils mit mehreren entlang einer Längsachse einer Welle mit Außenverzahnung angeordneten Komponenten mit innenverzahnter Aufnahmebohrung, insbesondere einer Nockenwelle mit mehreren entlang einer Längsachse der Nockenwelle angeordneten Nocken mit innenverzahnter Aufnahmebohrung als Komponenten. Hierbei ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung der Spanndecke der Spannvorrichtung der Außenverzahnung der Welle entspricht, und dass alle oder zumindest einige der Komponenten mit innenverzahnter Aufnahmebohrung des herzustellenden Bauteils aus Werkstücken mit innenverzahnter Aufnahmebohrung hergestellt werden, die gemeinsam zur Bearbeitung mit der Spannvorrichtung festgespannt werden, wobei die Drehposition der Werkstücke zueinander auf der Spannvorrichtung der späteren Drehposition zueinander der aus den Werkstücken hergestellten Komponenten auf der Welle des Bauteils entspricht. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt somit insbesondere darin, dass die Festspannung der Werkstücke mit der Spannvorrichtung zur Bearbeitung weitestgehend exakt bereits die spätere relative Drehposition der fertigen bearbeiteten Werkstücke und damit der Komponenten an der Welle widerspiegelt, d.h. die Bearbeitung der Werkstücke lässt sich positionsgenau auch im Hinblick auf die Drehposition der Komponenten zueinander durchführen.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer seitlichen Schnittdarstellung,
2 das Ausführungsbeispiel nach 1 in einer um 90° gedrehten seitlichen Schnittdarstellung,
3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 1, in der Anordnung nach 1 in einer Blickrichtung von oben,
4 das Spannelement des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung,
5 das Zahnprofil des Spannelements nach 4 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Längsachse,
6 als Beispiel für ein zu spannendes Werkstück eine Nocke,
7 das Zusammenwirken von Spannelement nach 4 und Werkstück nach 6 in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung, und
8 das Zusammenwirken nach 7 in einer nochmals vergrößerten Darstellung des Ausschnitts VIII in 7.
Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 1 in verschiedenen Ansichten. Konkret handelt es sich um einen hydraulischen Spanndorn. Die Spannvorrichtung 1 ist ausgebildet und bestimmt zum kraftschlüssigen Festspannen von bis zu drei Werkstücken 2 mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung 3. Als Beispiel für das Werkstück 2 ist in 6 eine Nocke für eine Nockenwelle gezeigt. Deren Aufnahmebohrung 3 weist eine Innenverzahnung 4 mit Zähnen 14 auf, die alle ein identisches Zahnprofil aufweisen, wobei alle Zahnköpfe auf einem gemeinsamen Kopfkreis (nicht dargestellt) und alle Zahnfüße auf einem gemeinsamen Fußkreis (nicht dargestellt) liegen.
Die Spannvorrichtung 1 umfasst ein Spannelement 5 mit einer im Wesentlichen zylindermantelförmigen, eine Längsachse 11 umgebenden und radial nach außen gewandten Spanndecke 6, über die das oder die Werkstücke 2 über die Aufnahmebohrung 3 festgespannt oder festspannbar sind. Diese Spanndecke 6 weist eine Außenverzahnung 7 auf. Diese Außenverzahnung 7 umfasst mehreren Zahnkränze 8, die senkrecht zur Längsachse 11 ausgerichtet und axial zur Längsachse 11 hintereinander angeordnet sind. Diese Außenverzahnung 7 wird untenstehend anhand von 4 und 5 sowie 7 und 8 näher beschrieben.
Die Spannvorrichtung 7 ist ausgebildet zum parallelen Festspannen von drei Werkstücken 2. Sie weist drei axial zueinander beabstandete Spannbereiche 12 auf, die jeweils für das Festspannen eines Werkstücks 2 vorgesehen sind, wobei jeder Spannbereich 12 wiederum zwei Zahnkränze 8 aufweist. Jedem Spannbereich 12 ist ein ringförmig umlaufender Druckraum 13 zur Erzeugung der Spannkraft im jeweiligen Spannbereich 12 mittels eines Druckmittels zugeordnet. Die Druckräume 13 sind über eine hydraulische Einrichtung mit einem zentral angeordneten und axial ausgerichteten Hauptdruckraum 25 verbunden, der ebenso wie die Druckräume und Verbindungsleitungen mit einem Druckmittel, insbesondere einem Hydraulikmedium, gefüllt ist. Der Druck wird über an sich bekannte Einrichtungen wie Kolben 22, Dichtstopfen 23 und Gewindestift 24 auf der einen Seite des Hauptdruckraums 25 und Kolben 26, Dichtstopfen 27 und Gewindestift 28 auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptdruckraums 25 aufgebaut. Die Spannkrafteinleitung erfolgt über den Gewindestift 24 durch Eindrehen. Dieses bewirkt über den Kolben 22 und den Dichtstopfen 23 eine Verringerung des Volumens des Hauptdruckraums 25 und somit eine Druckerhöhung des Hydraulikmediums. Das Spannelement 5 ist in den Spannbereichen 12 oberhalb der Druckräume 13 vergleichsweise dünn und damit elastisch ausgebildet, so dass das Spannelement 5 in den Spannbereichen durch den ansteigenden Druck des Hydraulikmediums gedehnt wird und damit die Werkstücke 2 gleichmäßig über die korrespondierenden Verzahnungen wie untenstehend näher beschrieben festspannt. Der Gewindestift 24 verfügt zwar über einen Endanschlag. Dennoch sollte ein Spannen ohne Werkstücke 2 vermieden werden, da hierbei eine maximale Aufdehnung der Spannbereiche 12 erreicht wird. Der Gewindestift 28 dient der Einstellung der maximalen Aufweitung und/oder zum Anpassen des Hauptdruckraumvolumens bei Leckage.
Zum Bestücken der Spannvorrichtung 1 wird zunächst ein erstes Werkstück 2 bis zu einem Anschlag 29 auf das Spannelement 5 aufgeschoben. Anschließend wird ein Abstandselement 18, konkret ein Zwischenring, aufgeschoben, gefolgt von einem weiteren Werkstück 2, einem weiteren Abstandselement 18 und dem dritten Werkstück 2. Die Werkstücke 2 werden auf diese Weise über den drei Spannbereichen 12 angeordnet.
Die Außenverzahnung 7 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie mit der Innenverzahnung 4 des oder der festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke 2 zur Ausbildung einer kraftschlüssigen Verspannung zwischen Spannelement 5 und Werkstück 2 korrespondiert. 6 zeigt das Zahnprofil der Außenverzahnung 7 anhand eines Schnittes durch einen der Zahnkränze 8 senkrecht zur Längsachse 11. Zu erkennen sind zahlreiche hinsichtlich ihres Zahnprofils identische Spannzähne 9 und zwei Positionierzähne 10, wobei die Zahnhöhe der Positionierzähne 10 kleiner ist als die Zahnhöhe der Spannzähne 9. Alle Spannzähne 9 und Positionierzähne 10 liegen auf einem gemeinsamen Fußkreis 30 um die Längsachse 11, alle Zahnköpfe der Spannzähne 9, nicht jedoch der Positionierzähne 10 liegen auf einem gemeinsamen Kopfkreis 31 um die Längsachse 11.
7 und 8 verdeutlichen das Zusammenwirken der Außenverzahnung 7 des Spannelements 5 der Spannvorrichtung 1 und der Innenverzahnung 4 des Werkstücks 2. Zu erkennen sind auf Seiten der Spannvorrichtung 1 die Spannzähne 9 mit jeweils einem Spannzahnkopf 20, mehrere Normalzahnzwischenräume 16, jeweils mit einem Fußbereich zwischen den angrenzenden Zähnen, und zwei benachbarte, in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Positionierzähne 10 mit jeweils einem Positionierzahnkopf 17, die zwischen sich einen Positionierzahnzwischenraum 15 definieren. Auf Seiten des Werkstücks sind die Werkstück-Zähne 14, die zwischen sich jeweils einen Zahnzwischenraum 19 mit einem Fußbereich 21 ausbilden, zu erkennen.
Zunächst wird deutlich, dass die Spannzähne 9 eine Zahnhöhe aufweisen, die größer ist als die Zahnhöhe der Werkstück-Zähne 14. Dies führt dazu, dass die Spannzahnköpfe 20 der Spannzähne 9 beim Spannen gegen die Fußbereiche 21 der Zahnzwischenräume 19 drücken, während die Zahnköpfe der Werkstück-Zähne 14 vom Fußbereich der Zahnzwischenräume der Außenverzahnung 7 des Spannelements 5 beabstandet sind. Die Spannkraft wirkt somit zumindest im Wesentlichen zwischen den Spannzahnköpfen 20 und den Fußbereichen 21, d.h. die Spannkraft wirkt am Fußkreis der Innenverzahnung 4 des Werkstücks 2 auf das Werkstück 2.
Weiter wird deutlich, dass die Zahnhöhe der Positionierzähne 10 kleiner als die Zahnhöhe der Spannzähne 9 ist, so dass die Positionierzahnköpfe 17 nicht gegen den Fußbereich 21 des zugeordneten Zahnzwischenraums 19 der Innenverzahnung 4 des Werkstücks 2 drücken, sondern auch im gespannten Zustand der Spannvorrichtung 1 vom Fußbereich 21 beabstandet sind. Die beiden Positionierzähne 10 sind derart ausgebildet, insbesondere breiter als die Spannzähne 9, dass der zwischen ihnen liegender Positionierzahnzwischenraum 15 dem zugeordneten Werkstück-Zahn 14 ein kleineres Rotations-Spiel C ermöglicht als das Rotations-Spiel mit der Größe „2 mal D“, das die Zahnzwischenräume 19 der Innenverzahnung 4 den Spannzähnen 9 ermöglichen. Es wurde im Beispiel nach 7 und 8 jedoch darauf geachtet, dass auf Höhe der Positionierzahnköpfe 17 in einem festgespannten Zustand die Bogenmaß-Breite B des Positionierzahnzwischenraums 15 gleich oder größer ist als die Bogenmaß-Breite A des zugeordneten Werkstück-Zahns 14 zuzüglich Zahnbreitentoleranz dA, damit der Werkstück-Zahn 14 problemlos in den Positionierzahnzwischenraum 15 eindringen kann.
Die an den Positionierzahnzwischenraum 15 angrenzenden Flanken der Positionierzähne 10 bilden somit die Anschläge für den zugeordneten Werkstück-Zahn 14 und bestimmen das Rotationsspiel des Werkstücks 2 relativ zu Spannelement 5 und Spannvorrichtung 1. Die Normalzahnzwischenräume 16 hingegen ermöglichen den zugeordneten Werkstück-Zähnen 14 ein wesentlich größeres Spiel, so dass die Werkstück-Zähne 14 hier in keiner möglichen Rotationsstellung gegen angrenzende Zahnflanken stoßen, vielmehr sind die Werkstück-Zähne 14 in einer Anschlag-Stellung, wie in 7 und 8 gezeigt, im Wesentlichen mittig im Normalzahnzwischenraum 16 angeordnet, und auch in der entgegen gesetzten Anschlagstellung sind die Werkstück-Zähne 14 nicht weit aus der Mittenposition ausgelenkt, beide Zahnflanken der Werkstück-Zähne 14 sind weiterhin deutlich von den Zahnflanken der angrenzenden Spannelement-Zähne entfernt. Gleiches gilt auch für die Anordnung der Spannzähne 9 in den Zahnzwischenräumen 19 der Innenverzahnung 4 des Werkstücks 2.
Allgemein wird mit der Erfindung eine Spannvorrichtung und ein Spannverfahren angegeben, die bzw. das geeignet ist zur Mehrfachspannung von Werkstücken, beispielsweise Nocken, in der Verzahnung der Nocken. Mehrere Werkstücke können dadurch gleichzeitig bearbeitet werden, beispielsweise kann ihre Außenkontur geschliffen werden. Durch die sichergestellte exakte Positionierung der Werkstücke mittels der Positionierzähne können auch eng bemessene Winkeltoleranzvorgaben für die Werkstücke, beispielsweise ± 0,10 Grad zur Verzahnung bei Nocken, erfüllt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung lassen sich zwei, drei oder auch mehr Werkstücke in einer Aufspannung festspannen, so dass beispielsweise bei einer vorgesehenen Schleifbearbeitung die volle Breite einer Schleifscheibe ausgenutzt werden kann. Die Ausrichtung aller eingespannten Werkstücke ist innerhalb einer vorgegebenen Winkeltoleranz zur Verzahnung möglich, und die Spannung erfolgt über die Fußbereiche der Zahnzwischenräume des Werkstücks. Beim Beispiel der Nocken als Werkstücke bedeutet dies, dass bei der vorgesehenen Spannung der Nocken im sogenannten Fußkreis ihrer Innenverzahnung der Fußkreisdurchmesser dem Aufschrumpfmaß der Nockenwelle entspricht. Damit simuliert die Aufspannung annähernd den späteren Einbauzustand.
Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung und das dazugehörige Spannverfahren sind auch geeignet, zukünftigen höheren Genauigkeitsanforderungen durch entsprechend genaue Positionierung der Werkstücke gerecht zu werden. So sind mit der als Ausführungsbeispiel gezeigten erfindungsgemäßen Spannvorrichtung bei Nocken beispielsweise Verbesserungen um den Faktor fünf hinsichtlich der Winkelpositionierung gegenüber einem nicht verzahnten Festspannen der Nocken möglich.
Insgesamt werden somit durch die Erfindung die Probleme mit herkömmlichen Spannvorrichtungen, insbesondere das Spannen über den Kopfkreis und nicht über den Fußkreis der Innenverzahnung der Werkstücke sowie Winkelfehler, insbesondere auch beim Mehrfachspannen, behoben.
Bezugszeichenliste

1: Spannvorrichtung
2: Werkstück
3: Aufnahmebohrung
4: Innenverzahnung des Werkstücks 2
5: Spannelement
6: Spanndecke
7: Außenverzahnung des Spannelements 5
8: Zahnkranz
9: Spannzahn
10: Positionierzahn
11: Längsachse
12: Spannbereich
13: Druckraum
14: Zahn der Innenverzahnung 4 des Werkstücks 2
15: Positionierzahnzwischenraum
16: Normalzahnzwischenraum
17: Positionierzahnkopf
18: Abstandselemente
19: Zahnzwischenraum der Innenverzahnung 4
20: Spannzahnkopf
21: Fußbereich des Zahnzwischenraums 19
22: Kolben
23: Dichtstopfen
24: Gewindestift
25: Hauptdruckraum
26: Kolben
27: Dichtstopfen
28: Gewindestift
29: Anschlag
30: Fußkreis
31: Kopfkreis
A: Breite des Werkstück-Zahns 14 in Bogenmaß
dA: Zahnbreitentoleranz
B: Breite des Positionierzahnzwischenraums 15
C: Rotationsspiel im Positionierzahnzwischenraum 15
D: halbes Rotationsspiel im Zahnzwischenraum 19 der Innenverzahnung 4

Claims

Spannvorrichtung (1) zum kraftschlüssigen Festspannen von einem oder mehreren Werkstücken (2) mit einer innenverzahnten Aufnahmebohrung (3), insbesondere Nocken für eine Nockenwelle, umfassend mindestens ein Spannelement (5), insbesondere eine Spannhülse, mit wenigstens einer eine Längsachse (11) zumindest überwiegend umgebenden und radial nach außen gewandten Spanndecke (6), über die das oder die Werkstücke (2) über die Aufnahmebohrung (3) festgespannt oder festspannbar sind, wobei die Spanndecke (6) eine Außenverzahnung (7) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (7) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie mit der Innenverzahnung (4) des oder der festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke (2) zur Ausbildung einer kraftschlüssigen Verspannung zwischen Spannelement (5) und Werkstück (2) korrespondiert.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (7) mindestens einen Zahnkranz (8) umfassend mehrere Zähne (9, 10) aufweist, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse (11) liegt, insbesondere mehrere axial zueinander beabstandete derartige Zahnkränze (8).
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanndecke (6) mindestens zwei axial zueinander beabstandete Spannbereiche (12) aufweist, die jeweils für das Festspannen eines Werkstücks (2) vorgesehen sind, wobei jeder Spannbereich (12) mindestens einen Zahnkranz (8) und vorzugsweise auch einen zugeordneten Druckraum (13) zur Erzeugung der Spannkraft im jeweiligen Spannbereich (12) mittels eines Druckmittels aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (8) Spannzähne (9) umfasst, deren Zahnhöhe größer ist als die maximale Zahnhöhe der Zähne (14) der Innenverzahnung (4) des oder der festzuspannenden oder festgespannten Werkstücke (2).
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (8) mindestens zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Positionierzähne (10) umfasst, deren Zahnhöhe kleiner ist als die Zahnhöhe der Spannzähne (9), und deren in Umfangsrichtung zwischen ihnen liegender Positionierzahnzwischenraum (15) dem zugeordneten Werkstück-Zahn (14) ein kleineres Rotations-Spiel (C) ermöglicht als das Rotations-Spiel (2 mal D), das die Zahnzwischenräume (19) der Innenverzahnung (4) den Spannzähnen (9) ermöglichen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf Höhe der Positionierzahnköpfe (17) in einem festgespannten Zustand die Bogenmaß-Breite B des Positionierzahnzwischenraums (15) gleich oder größer ist als die Bogenmaß-Breite A des zugeordneten Werkstück-Zahns (14) zuzüglich Zahnbreitentoleranz dA.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanndecke (6) eine im Wesentlichen zylindermantelförmige Spannecke (6) ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) eine hydraulische Spannvorrichtung (1) ist.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (1) einen Spanndorn, insbesondere einen hydraulischen Spanndorn, umfasst.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (5) abnehmbar von oder integral mit der restlichen Spannvorrichtung (1) ausgebildet ist.