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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dehnspanneinrichtung mit einem Grundkörper und einer Dehnbüchse, die unter Bildung einer geschlossenen Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist oder diesen umgibt, wobei die Dehnbüchse in einem axialen Wandungsabschnitt, welcher sich über die Länge der Druckkammer erstreckt, dünnwandig ausgebildet ist, so dass er bei Beaufschlagung der Druckkammer verformt wird, um eine Spannwirkung zu erzielen, und wobei die zur Druckkammer weisende Innenseite des axialen Wandungsabschnitts an den axialen Endbereichen der Druckkammer Ausbuchtungen aufweist, in deren Bereich der axiale Wandungsabschnitt im Vergleich zu einem zentralen Bereich des axialen Wandungsabschnitts eine verringerte Wandstärke aufweist.
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Dehnspanneinrichtungen dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Man unterscheidet zwei Arten von Dehnspanneinrichtungen, nämlich zum einen sogenannte innen spannende Dehnspanneinrichtungen, bei denen die Dehnbüchse in den Grundkörper eingesetzt ist und zum Spannen eines Bauteils radial nach innen verformt wird, wenn die Druckkammer mit einem Druck beaufschlagt wird. Derartige innen spannende Dehnspanneinrichtungen werden häufig als Spannfutter eingesetzt, um einen Werkzeugschaft, wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft in der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren. Ferner sind sogenannte Spanndorne bekannt, bei denen die Dehnbüchse den Spannkörper umgibt und bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer radial nach außen aufgeweitet wird, um ein Bauteil auf der dann außen liegenden Spannfläche zu fixieren. Solche außen spannende Dehnspanndorne werden häufig eingesetzt, um Bauteile für eine Bearbeitung zu fixieren. Insbesondere werden Dehnspanndorne verwendet, um gleichzeitig mehrere Nocken für eine Bearbeitung der Außengeometrie zu spannen.
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Die bekannten Dehnspanneinrichtungen haben sich in der Praxis auch durchaus bewährt. Untersuchungen zeigen allerdings, dass ein durch Dehnspanntechnik gespanntes Werkstück bzw. mehrere simultan gespannte Bauteile ungleichmäßig verformt werden mit der Folge, dass auch die bearbeiteten Werkstücke eine ungleichmäßige Qualität besitzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass in einer Aufspannung mehrere nebeneinander liegende Bauteile vergleichsweise gleichmäßig gespannt werden können. Dabei soll bei gleichmäßiger Spannkraftverteilung sowie verbesserter Haltbarkeit des Spannmittels relevante Einbußen an Steifigkeit vermieden werden.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ausbuchtungen bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet sind, so dass die Wandstärke im Bereich der Ausbuchtungen sich stetig verändert.
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Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß vorgesehene bogenförmige Ausgestaltung der Ausbuchtungen zu einer gleichmäßigen Verformung des dünnwandigen axialen Wandungsabschnitts führt, und zwar insbesondere in den axialen Randbereichen, in denen gespannte Bauteile sonst besonders ungleichmäßig verformt werden, d. h. wo die größte Abweichung von der gewünschten gleichmäßigen Verformung vorliegt, aufweisen. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Ausbuchtungen derart ausgestaltet sind, dass der axiale Wandungsabschnitt der Dehnbüchse nahe der axialen Randbereiche der Druckkammer die geringste Wandstärke besitzt, d. h. die Wandstärke durch die Ausbuchtung so weit verringert wird, dass ihre dünnsten Stellen nahe der axialen Randbereiche der Druckkammer liegen. Dabei beträgt die Wandstärke der Dehnbüchse im Bereich der dünnsten Stelle der Ausbuchtungen bevorzugt weniger als die Hälfte, insbesondere weniger als 1/3 der Wandstärke, den der axiale Wandungsabschnitt in seinem zentralen Bereich besitzt. Ferner hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die axiale Länge der Ausbuchtungen wenigstens 10% der axialen Länge der Druckkammer, d. h. des axialen Wandungsabschnitts, beträgt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zur Druckkammer weisende Seite des axialen Wandungsabschnitts der Dehnbüchse benachbart zu den Ausbuchtungen, welche an den axial äußeren Endbereichen der Druckkammer vorgesehen sind, jeweils eine weitere Ausnehmung aufweist, wobei die Tiefe der weiteren Ausnehmungen geringer ist als die Tiefe der Ausbuchtungen an den seitlichen Endbereichen. Diese weiteren Ausnehmungen können ebenfalls bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet sein. Durch die zusätzlichen Ausnehmungen wird den beiden benachbarten Wandungsabschnitten, d. h. den Ausbuchtungen und den Ausnehmungen, eine höhere relative Beweglichkeit bei gleichzeitig geringerer mechanischer Beanspruchung gegeben mit der Folge, dass die außenliegend gespannten Bauteile und deren direkt benachbarte Bauteile gleichförmiger verformt werden.
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In bevorzugter Weise ist die axiale der randseitigen Ausbuchtungen dabei größer als die axiale Länge der weiter zur Mitte des axialen Wandungsabschnitts gelegenen Ausnehmungen.
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In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass axial zwischen den Ausbuchtungen und den weiteren Ausnehmungen die Wandstärke der Dehnbüchse konstant und insbesondere größer als die Wandstärke im zentralen Bereich ist. Durch den verdickten Wandungsabschnitt zwischen den Ausbuchtungen und den Ausnehmungen wird erreicht, dass hier die Dehnbüchse nur eine geringe Verformung erfährt und somit gezielt im Bereich der Ausnehmungen bzw. Ausbuchtungen verformt wird.
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In an sich bekannter Weise kann der axiale Wandungsabschnitt der Dehnbüchse in dem zentralen Bereich, der sich bevorzugt über wenigstens 40%, insbesondere über etwa die Hälfte der gesamten axialen Länge des axialen Wandungsabschnitts erstreckt, eine konstante Wandstärke besitzen.
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Schließlich kann die Dehnbüchse in Bezug auf Ihre Quermittelebene symmetrisch ausgebildet sein, wodurch eine gleichmäßige Spannung gewährleistet wird.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
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1 eine erste Ausführungsform einer als Dehnspanndorn ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt und
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2 eine Ausführungsform einer als Dehnspannfutter ausgebildeten Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt.
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In der 1 ist eine Dehnspanneinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die hier als ein Dehnspanndorn ausgebildet ist, der dazu dient, außenseitig ein Bauteil oder – wie vorliegend dargestellt – in einer Aufnehmung gleichzeitig mehrere Bauteile – hier fünf Nocken 2 – zu spannen, um deren Außenkontur zu bearbeiten. Der Dehnspanndorn 1 besitzt einen Grundkörper 3, der an seinem linken Endbereich an einer entsprechenden Halterung einer Bearbeitungsmaschine einspannbar ist und an seinem rechten Endbereich außenseitig eine Dehnbüchse 4 trägt. Die Dehnbüchse 4 bildet außenseitig eine Spannfläche 4a konstanten Außendurchmessers, die sich über die Länge der Druckkammer 6 erstreckt, auf welche die zu spannenden Bauteile 2 aufgeschoben sind. Zwischen der Dehnspannbüchse 4 und dem Grundkörper 3 ist eine Druckkammer 6 ausgebildet, welche koaxial zu der Spanndornachse X ausgerichtet ist. Die Druckkammer 6 ist hier in die Innenwandung der Dehnspannbüchse 4 eingearbeitet. An ihren axialen Enden ist die Dehnspannbüchse 4 mit dem Grundkörper 3 fest verbunden, indem sie in an sich bekannter Weise mit dem Grundkörper 2 verlötet ist.
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Außenseitig wird die Druckkammer 6 von einem relativ dünnwandigen axialen Wandungsabschnitt 4b der Dehnspannbüchse 4, an welchem die Spannfläche 4a ausgebildet ist und der entsprechend die gleiche Länge wie die Druckkammer 6 besitzt, und innenseitig von dem Material des Grundkörpers 3 begrenzt. Die Druckkammer 6 steht mit einem im Grundkörper 3 ausgebildeten Hydraulikmittelkanal 7, welcher den Grundkörper 3 axial durchsetzt und axial in dem Grundkörper 3 angeordnet ist, über einen Anschlusskanal 8 in Verbindung. Der Hydraulikmittelkanal 7 ist an seinen Endbereichen mit Gewindebohrungen 9, 10 versehen. Das in der Zeichnung rechtsseitige Ende des Hydraulikmittelkanals 7 ist dabei durch einen Gewindestift 11 verschlossen, wobei im Übergangsbereich zwischen der Gewindebohrung 9 und dem Hydraulikmittelkanal 7 eine Kugel 12 vorgesehen ist. In die Gewindebohrung 10 am linksseitigen Ende des Hydraulikmittelkanals 7 ist eine Betätigungsschraube 13 eingedreht, die mit einem in dem Hydraulikmittelkanal 7 verschiebbar gehaltenen Betätigungskolben 14 in Kontakt steht, der an seiner Vorderseite einen Dichtstopfen 15 trägt. Um die Nocken 2 zu spannen, wird die Betätigungsschraube 13 in den Grundkörper 3 geschraubt, wodurch sich der Hydraulikdruck innerhalb der Hydraulikmittelleitung 7, des Anschlusskanals 8 sowie der Druckkammer 6 erhöht und auf diese Weise die Dehnbüchse 4, insbesondere der dünnwandige axiale Wandungsabschnitt 4b, elastisch nach außen verformt wird.
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In der Zeichnung gut erkennbar ist, dass der dünnwandige verformbare axiale Wandungsabschnitt 4b der Dehnspannbüchse 4, welcher die Druckkammer 6 außenseitig begrenzt, an seiner radial nach innen weisenden Seite konturiert ausgebildet ist. Konkret besitzt der axiale Wandungsabschnitt 4b einen zentralen Bereich 16, in dem die Innenseite des axialen Wandungsabschnitts 4b parallel zur Spanndornachse X verläuft und somit die Dehnbüchse 4 eine konstante Wandstärke besitzt. Der zentrale Bereich 16 erstreckt sich etwa über die Hälfte der Gesamtlänge des axialen Wandungsabschnitts 4b.
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In Achsrichtung beidseitig des zentralen Bereichs 16 ist jeweils eine bogenförmige Ausnehmung 17 an der Innenseite des dünnen Wandungsabschnitts ausgebildet, in deren Bereich die Wandstärke der Dehnbüchse 4 mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Bereich 16 zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt, wobei die Wandstärke am Ende der Ausnehmung 17 größer ist als in dem zentralen Bereich 16.
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An die Ausnehmungen 17 schließt sich außenseitig jeweils wieder ein geradliniger Bereich 18 an, in dem die Innenseite des axialen Wandungsabschnitts 4b parallel zur Spanndornachse X verläuft und somit die Dehnbüchse 4 eine konstante Wandstärke besitzt. Die Wandstärke ist hier größer als in dem zentralen Bereich 16, d. h. die Innenseite des axialen Wandungsabschnitts 4b liegt hier näher zur Spanndornachse X als in dem zentralen Bereich 16.
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An seinen radial äußeren Endbereichen besitzt der axiale Wandungsabschnitt 4b wiederum jeweils eine bogenförmig ausgebildete Ausbuchtung 19, in deren Verlauf die Wandstärke zum Rand der Druckkammer 6 hin zunächst abnimmt und dann wieder leicht zunimmt. Der Bereich der dünnsten Wandstärke des axialen Wandungsabschnitts 4b liegt dabei nahe des äußeren Endes, hier etwa in der letzten Hälfte oder dem letzten Drittel, der Ausbuchtungen 19. Die Wandstärke beträgt nur etwa 1/3 der Wandstärke im zentralen Bereich 16. Die Ausbuchtungen 19 erstrecken sich jeweils etwa über 10% der Gesamtlänge des axialen Wandungsabschnitts 4b und sind dort länger als die Ausnehmungen 17.
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In der 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Dehnspanneinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die hier als Dehnspannfutter ausgebildet ist, welches dazu dient, innenseitig ein Bauteil oder – wie vorliegend dargestellt – in einer Aufnahme gleichzeitig mehrere Bauteile – hier fünf Nocken 2 – zu spannen, um deren Innenkontur zu bearbeiten. Das Dehnspannfutter 1 umfasst einen Grundkörper 3 aus einem formsteifen Material, der an seinem linken Endbereich über eine entsprechende Halterung einer Bearbeitungsmaschine einspannbar ist und an seinem rechten Endbereich mit einer zentralen Axialbohrung 20 versehen ist, in welche eine Dehnspannbüchse 4 eingesetzt ist. Die Dehnspannbüchse 4 bildet dabei eine Aufnahme 21, in welche ein Bauteil oder mehrere zu spannende Bauteile 2 eingeschoben werden kann/können. Die Dehnbüchse 4 bildet innenseitig eine Spannfläche 4a konstanten Durchmessers, die sich über die Länge der Druckkammer 6 erstreckt. Zwischen der Dehnspannbüchse 4 und dem Grundkörper 3 ist eine Druckkammer 6 ausgebildet, welche koaxial zu der Spannfutterachse X ausgerichtet ist. Die Druckkammer 6 ist hier in die Außenwandung der Dehnspannbüchse 4 eingearbeitet. An ihren axialen Enden ist die Dehnspannbüchse 4 mit dem Grundkörper 3 fest verbunden, indem sie in an sich bekannter Weise mit dem Grundkörper 3 verlötet ist.
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Innenseitig wird die Druckkammer 6 von einem relativ dünnwandigen axialen Wandungsabschnitt 4b der Dehnspannbüchse 4, an welchem die Spannfläche 4a ausgebildet ist und der entsprechend die gleiche Länge wie die Druckkammer 6 besitzt, und außenseitig von dem Material des Grundkörpers 3 begrenzt. Die Druckkammer 6 steht mit einem im Grundkörper 3 ausgebildeten Hydraulikmittelkanal 7, welcher dem Grundkörper 3 axial von dem linksseitigen Ende bis kurz vor die zentrale Axialbohrung 20 durchsetzt, über einen Anschlusskanal 8 in Verbindung, der aus zwei Kanalabschnitten 8a und 8b besteht, die von der rechtsseitigen Stirnfläche und von der Seitenfläche des Dehnspannfutters 1 her in den Grundkörper 3 eingebracht sind. Das in die Stirnfläche mündende Ende des einen Kanalabschnitts 8a ist dabei zugelötet, und das in die Seitenfläche mündende Ende ist durch einen Gewindestift 11 verschlossen, welcher in eine endseitig an dem Kanalabschnitt 8b vorgesehene Gewindebohrung 9 eingeschraubt ist, wobei ein Übergangsbereich zwischen der Gewindebohrung 9 und dem Kanalabschnitt 8b eine Kugel 12 vorgesehen ist. Am linksseitigen Ende des Hydraulikmittelkanal 7 ist ebenfalls eine Gewindebohrung 10 vorgesehen, in welcher eine Betätigungsschraube 13 eingedreht ist, die mit einem in dem Hydraulikmittelkanal 7 verschiebbar gehaltenen Betätigungskolben 14 in Kontakt steht, der an seiner Vorderseite einen Dichtstopfen 15 trägt. Um Bauteile 2 zu spannen, wird die Betätigungsschraube 13 in den Grundkörper 3 geschraubt, wodurch sich der Hydraulikdruck innerhalb der Hydraulikmittelleitung 7, des Einflusskanals 8 sowie der Druckkammer 6 erhöht und auf diese Weise die Dehnbüchse 4 und hier insbesondere der dünnwandige axiale Wandungsabschnitt 4b elastisch nach innen verformt wird.
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In der Zeichnung gut erkennbar ist, dass der dünnwandige verformbare axiale Wandungsabschnitt der Dehnspannbüchse 4, welcher die Druckkammer 6 außenseitig begrenzt, an seiner radial nach außen weisenden Seite konturiert ausgebildet ist, wobei die Kontur exakt der Innenkontur der Dehnspannbüchse 4 des in 1 dargestellten Dehnspanndorns entspricht.
