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Die Erfindung betrifft ein Spannsystem zum Einspannen eines Schafts, insbesondere eines Werkzeugschafts eines Werkzeugs (z.B. Fräser).
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Ein derartiges Spannsystem ist beispielsweise aus
DE 41 01 438 A1 bekannt und besteht aus einem Spannfutter, einer in das Spannfutter eingesetzten Spannzange und einer Spannmutter, die mit dem Spannfutter verschraubt ist. Der zu spannende Werkzeugschaft wird hierbei im gelösten Zustand der Spannmutter in die Spannzange eingesetzt. Anschließend wird die Spannmutter festgeschraubt, wobei die Spannmutter die Spannzange axial in das Spannfutter hineindrückt. Aufgrund der konischen Flächen an der Innenseite des Spannfutters einerseits und an der Außenseite der Spannzange andererseits führt dies dazu, dass die Spannzange zusammengedrückt wird und dadurch den Werkzeugschaft einspannt.
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Problematisch bei derartigen bekannten Spannsystemen ist die Tatsache, dass auch geringfügige Ausrichtungsfehler der Spannmutter relativ zur Rotationsachse des Spannfutters bei einer Rotation des gesamten Spannsystems mit hoher Drehzahl zu Unwuchtproblemen führen können. Die Gewindeverbindung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter stellt zwar eine gewisse koaxiale Winkelausrichtung der Spannmutter sicher, allerdings erlaubt auch diese Gewindeverbindung noch geringfügige Fehlausrichtungen, die störend sind.
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Darüber hinaus beeinträchtigen die geringfügigen Fehlausrichtungen in Bezug auf die Rotationsachse auch den Rundlauf des Werkzeugs und der Werkzeugschneide, d.h. die Werkzeugschneide beschreibt keine exakte Kreisbewegung, was ebenfalls unerwünscht ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Spannsystem zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Spannsystem gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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Die Erfindung sieht vor, dass die koaxiale Winkelausrichtung der Spannmutter nicht nur durch die Gewindeverbindung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter erreicht wird, da dies nur eine relativ grobe Winkelausrichtung der Spannmutter ermöglicht. Vielmehr sieht die Erfindung vor, dass die Winkelausrichtung der Spannmutter zusätzlich durch eine zylindrische Passung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter bewirkt wird. Hierzu weist die Spannmutter an ihrer Innenseite eine zylindrische Führungsfläche auf, während das Spannfutter an seiner Außenseite eine entsprechende zylindrische Führungsfläche aufweist. Die beiden Führungsflächen weisen im Wesentlichen denselben Durchmesser auf und bilden somit eine Passung, welche die Spannmutter stützt und koaxial ausrichtet. Die erfindungsgemäße Passung zwischen den Führungsflächen der Spannmutter einerseits und dem Spannfutter andererseits führt also zu einer besseren koaxialen Ausrichtung der Spannmutter.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Passung zwischen den Führungsflächen eine Spielpassung oder eine Übergangspassung sein, jedoch ist grundsätzlich auch eine Presspassung möglich.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung auch Schutz beansprucht für ein teilmontiertes Spannsystem mit dem Spannfutter und der Spannmutter, aber ohne die Spannzange. Vorzugsweise ist das Spannsystem jedoch vollständig montiert und enthält auch die Spannzange mit einem konischen Spannzangenabschnitt, der sich in distaler Richtung erweitert und von der konischen Spannzangenaufnahme des Spannfutters aufgenommen wird. Eine solche Spannzange ist beispielsweise aus der eingangs erwähnten Druckschrift
DE 41 01 438 A1 bekannt.
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Ferner ist zu erwähnen, dass auch bei dem erfindungsgemäßen Spannsystem – ähnlich wie in
DE 41 01 438 A1 beschrieben – eine Gewindeverbindung vorgesehen ist zwischen dem Spannfutter einerseits und der Spannmutter andererseits. Hierzu weist das Spannfutter an seiner Außenseite ein Außengewinde auf, während die Spannmutter an ihrer Innenseite ein entsprechendes Innengewinde enthält. Das Innengewinde der Spannmutter bildet also mit dem Außengewinde des Spannfutters eine Gewindeverbindung zum Aufschrauben der Spannmutter.
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Hinsichtlich der axialen Lage der Passung zur Koaxialausrichtung der Spannmutter bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise ist diese Passung jedoch in Bezug auf die Gewindeverbindung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter proximal angeordnet, d.h. auf der Seite der Werkzeugmaschine. Es besteht jedoch grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Passung in Bezug auf die Gewindeverbindung distal angeordnet ist, d.h. auf der Seite des Werkzeugs.
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Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Passung beim Aufschrauben der Spannmutter vorzugsweise selbstständig hergestellt wird, indem sich die Führungsflächen der Spannmutter einerseits und des Spannfutters andererseits beim Aufschrauben der Spannmutter axial übereinander schieben.
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Ferner ist zu erwähnen, dass die Gewindeverbindung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter eine bestimmte Gewindelänge aufweist, die vorzugsweise größer ist als die axiale Länge der Passung zwischen den Führungsflächen der Spannmutter einerseits und des Spannfutters andererseits. Dies ist vorteilhaft, weil das Aufschrauben der Spannmutter auch dazu führt, dass sich die Führungsflächen der Passung übereinander schieben.
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Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Spannzange im gespannten Zustand vorzugsweise axial nicht aus der Spannmutter herausragt.
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Von Bedeutung ist ferner, dass der konische Spannzangenabschnitt der Spannzange vorzugsweise über seine gesamte axiale Länge von der konischen Spannzangenaufnahme aufgenommen und von der konischen Spannzangenaufnahme außen abgestützt wird, was eine höhere mechanische Belastbarkeit ermöglicht.
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Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Spannzangenaufnahme in dem Spannfutter vorzugsweise einen Boden aufweist, in dem eine Gewindebohrung angeordnet ist, um eine Anschlagschraube aufzunehmen, die einen axialen Anschlag für den zu spannenden Schaft bildet. Die axiale Lage des Anschlags wird hierbei durch die Anschlagschraube definiert, die unterschiedlich weit eingeschraubt werden kann. Der einzuspannende Werkzeugschaft stößt also beim Einstecken in das Spannfutter mit seiner freien Stirnfläche an die Anschlagschraube an, so dass die Schraubstellung der Anschlagschraube die Lage des axialen Anschlags definiert.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Spannmutter ein Außenteil und ein Innenteil auf, wobei das Außenteil das Innengewinde und die zylindrische Führungsfläche trägt, während das Innenteil in das Außenteil eingesetzt und in axialer Richtung relativ zu dem Außenteil fixiert ist.
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Das Innenteil ist hierbei vorzugsweise durch ein Kugellager relativ zu dem Außenteil der Spannmutter drehbar. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch beim Aufschrauben der Spannmutter das Innenteil der Drehbewegung der Spannmutter nicht folgen muss. Durch eine solche Drehbewegung des Innenteils relativ zu der Spannzange würde es nämlich zu einer starken Reibung zwischen der Spannmutter und der Spannzange kommen, was unerwünscht ist.
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Ferner ist zu erwähnen, dass die Spannzange an ihrem distalen Ende außen eine konische Spannfläche aufweisen kann, die sich in distaler Richtung verengt, wie es grundsätzlich aus
DE 41 01 438 A1 bekannt ist. Die Spannmutter weist innen eine entsprechende konische Spannfläche auf, die sich in distaler Richtung verengt, wie es ebenfalls an sich aus
DE 41 01 438 A1 bekannt ist. Beim Aufschrauben der Spannmutter drücken die Spannflächen der Spannzange einerseits und der Spannmutter andererseits also aufeinander, wobei die Spannflächen vorzugsweise planparallel aneinander anliegen.
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Beim Abschrauben der Spannmutter kann das Entfernen der Spannzange aus dem Spannfutter problematisch sein, wenn die Spannzange in dem Spannfutter verklemmt ist. Zur Erleichterung des Entfernens der Spannzange aus dem Spannfutter weist die Spannmutter vorzugsweise innen einen Rastvorsprung auf, der in eine entsprechende Rastaufnahme an der Außenseite der Spannzange einrastet. Beim axialen Abschrauben der Spannmutter nimmt der Rastvorsprung also die Spannzange mit, wodurch die Spannzange aus dem Spannfutter herausgelöst wird.
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Ferner ist zu erwähnen, dass der Gewindedurchmesser der Gewindeverbindung vorzugsweise kleiner ist als der Passungsdurchmesser der Passung.
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Darüber hinaus ist zu bemerken, dass das Spannfutter vorzugsweise einen proximalen Zylinderabschnitt aufweist, der im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweist wie die zylindrische Spannmutter.
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Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die Spannmutter außen einen Eingriff (z.B. Längsschlitz) aufweisen kann, um den formschlüssigen Eingriff eines Spannwerkzeugs zu ermöglichen. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Spannmutter reibschlüssig aufgeschraubt bzw. abgeschraubt wird.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Spannsystems mit einer Spannmutter und einem Spannfutter, jedoch ohne die Spannzange,
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2 eine Querschnittsansicht durch das Spannsystem gemäß 1,
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3 eine Perspektivansicht des Spannfutters,
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4 eine aufgeschnittene Perspektivansicht des Spannfutters,
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5 eine Querschnittsansicht des Spannfutters,
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6 eine aufgeschnittene Perspektivansicht der Spannmutter,
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7 eine Querschnittsansicht der Spannmutter,
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8 eine Perspektivansicht der Spannzange, sowie
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9 eine aufgeschnittene Perspektivansicht der Spannzange.
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Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Spannsystems, das beispielsweise zum Einspannen eines Werkzeugschafts eines Werkzeugs (z.B. Fräser) in einer Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Spannsystem besteht im Wesentlichen aus einem Spannfutter 1, einer Spannmutter 2 und einer Spannzange 3.
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Das Spannfutter 1 weist eine konische Spannzangenaufnahme 4 auf, die sich in distaler Richtung konisch erweitert und zur Aufnahme und Abstützung der Spannzange 3 dient.
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Die Spannzange 3 weist ebenfalls einen konischen Spannzangenabschnitt 5 auf, der sich in distaler Richtung konisch erweitert und durch mehrere Längsschlitze 6 unterteilt ist, damit die Spannzange 3 in radialer Richtung dehnbar bzw. komprimierbar ist.
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Der konische Spannzangenabschnitt 5 der Spannzange 3 liegt in montiertem Zustand an der konischen Spannzangenaufnahme 4 des Spannfutters 1 an und wird davon gehalten. Hierbei ist von Bedeutung, dass der konischen Spannzangenabschnitt 5 der Spannzange 3 über seine gesamte axiale Länge von der konischen Spannzangenaufnahme 4 des Spannfutters 1 abgestützt wird.
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Darüber hinaus weist das Spannfutter 1 am Boden der Spannzangenaufnahme 4 eine Gewindebohrung 7 auf, in die eine Anschlagschraube eingeschraubt werden kann, um einen axialen Anschlag für den einzuspannenden Werkzeugschaft zu bilden. Die axiale Lage dieses Anschlags kann eingestellt werden, indem die Anschlagschraube tiefer oder weniger tief in die Gewindebohrung 7 des Spannfutters 1 eingeschraubt wird.
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Die Spannmutter 2 weist an ihrer Außenseite Eingriffe 8 für ein Spannwerkzeug auf. Anstelle einer solchen formschlüssigen Verbindung zwischen dem Spannwerkzeug und der Spannmutter 2 ist jedoch auch ein reibschlüssiges Aufschrauben bzw. Abschrauben der Spannmutter 2 möglich.
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Die Spannmutter 2 ist über eine Gewindeverbindung 9 mit dem Spannfutter 1 verschraubt. Hierzu befindet sich an der Außenseite des Spannfutters 1 ein Außengewinde 10, das in ein entsprechendes Innengewinde 11 der Spannmutter 2 eingreift.
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Die Gewindeverbindung 9 zwischen dem Außengewinde 10 des Spannfutters 1 einerseits und dem Innengewinde 11 der Spannmutter 2 andererseits erstreckt sich hierbei über eine bestimmte Gewindelänge L1, wie aus 2 ersichtlich ist, wobei die Bedeutung der Gewindelänge L1 später noch erläutert wird.
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Die Spannmutter 2 besteht im Wesentlichen aus einem Außenteil 12 und einem Innenteil 13, wobei das Innenteil 13 in das Außenteil 12 eingesetzt ist und mittels eines Kugellagers 14 relativ zu dem Außenteil 12 drehbar ist, wobei das Innenteil 13 jedoch relativ zu dem Außenteil 12 axial fixiert ist.
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Das Innenteil 13 der Spannmutter 2 weist innen eine konische Spannfläche 15 auf, die bei einem Spannvorgang an einer ebenfalls konischen Spannfläche 16 der Spannzange 3 anliegt.
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Darüber hinaus ist an der Innenseite des Innenteils 3 der Spannmutter 2 ein ringförmig umlaufender Rastvorsprung 17 angeformt, der in eine entsprechende Rastaufnahme 18 der Spannzange 3 eingreift und den Zweck hat, die Spannzange 3 aus dem Spannfutter 1 zu lösen, wenn die Spannmutter 2 abgeschraubt wird.
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Die Erfindung sieht zusätzlich vor, dass die koaxiale Ausrichtung zwischen der Spannmutter 2 einerseits und einer Rotationsachse 19 andererseits verbessert wird. Dies ist sinnvoll, weil die Gewindeverbindung 9 nur eine unbefriedigende koaxiale Winkelausrichtung der Spannmutter bewirkt.
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Die Erfindung sieht deshalb zusätzlich vor, dass die koaxiale Winkelausrichtung der Spannmutter 2 durch eine Passung verbessert wird. Hierzu weist das Spannfutter 1 an seiner Außenseite eine zylindrische Führungsfläche 20 auf, die zusammen mit einer ebenfalls zylindrischen Führungsfläche 21 an der Innenseite des Außenteils 12 der Spannmutter 2 die gewünschte Passung bildet, welche die Koaxialausrichtung der Spannmutter 2 verbessert.
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Beim Aufschrauben der Spannmutter 2 schieben sich die beiden Führungsflächen 20, 21 in axialer Richtung übereinander und bilden dann im übereinander geschobenen Zustand die Passung, die die möglichst koaxiale Ausrichtung der Spannmutter 2 verbessert. Die Passung zwischen den Führungsflächen 20, 21 weist deshalb eine bestimmte Passungslänge L2 auf, die kleiner ist als die Gewindelänge L1 der Gewindeverbindung 9. Dies ist vorteilhaft, weil dann das Aufschrauben der Spannmutter 2 eine ausreichend große Axialverschiebung der Spannmutter 2 bewirkt, damit sich die Führungsflächen 20, 21 übereinander schieben können.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- Spannmutter
- 3
- Spannzange
- 4
- Konische Spannzangenaufnahme im Spannfutter
- 5
- Konischer Spannzangenabschnitt
- 6
- Längsschlitze in dem konischen Spannzangenabschnitt
- 7
- Gewindebohrung im Boden der Spannzangenaufnahme für Anschlagschraube
- 8
- Eingriff in der Spannmutter für Schraubwerkzeug
- 9
- Gewindeverbindung zwischen der Spannmutter und dem Spannfutter
- 10
- Außengewinde des Spannfutters
- 11
- Innengewinde der Spannmutter
- 12
- Außenteil der Spannmutter
- 13
- Innenteil der Spannmutter
- 14
- Kugellager zwischen Innenteil und Außenteil der Spannmutter
- 15
- Spannfläche an der Innenseite der Spannmutter
- 16
- Spannfläche an der Außenseite der Spannzange
- 17
- Rastvorsprung am Innenteil der Spannmutter
- 18
- Rastaufnahme an der Spannzange
- 19
- Rotationsachse
- 20
- Zylindrische Führungsfläche an der Außenseite des Spannfutters
- 21
- Zylindrische Führungsfläche an der Innenseite des Spannfutters
- L1
- Länge der Gewindeverbindung
- L2
- Länge der Passung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4101438 A1 [0002, 0009, 0010, 0019, 0019]
