DE3223748C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für eine Drehmaschine zum Innenspannen eines kreissymmetrischen, hohlen Werkstückes mit einer einstückigen, hohlzylindrischen Spannbuchse, die am Umfang gleichmäßig verteilte Spannbacken aufweist, die einen zylindrischen Außenmantel zum Spannen des Werkstückes und einen konischen Innenmantel zum Zusammenwirken mit einem kraftbetätigten Spannkonus bilden und in axialer Richtung gesehen mittels Stegen mit den Endbereichen der Spannbuchse radial beweglich verbunden sind.

Es geht bei einer solchen Spannvorrichtung darum, beim Ab­ drehen aufgespannter Werkstücke Wandungen zu erhalten, die sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung extrem geringen Dickentoleranzen gehorchen sollen. Abweichungen vom Nennmaß sollen dabei nicht größer als 1/100 mm sein. Dies setzt nicht nur eine äußerst exakt rundlaufende Drehmaschinen­ spindel, sondern auch eine exakt rundlaufende sowie das abzudrehende Werkstück mit einem Höchstmaß von Koaxialität erfassende Spannvorrichtung voraus. Mit Rücksicht auf diese Genauigkeitsanforderungen und den Fall, wenn es sich bei den abzudrehenden Werkstücken um Rohre bzw. Rohrzylinder sehr geringer Wandstärke handelt, sind mithin an die Spannvor­ richtung besonders hohe Anforderungen zu stellen. Wandstärkenschwache Rohre bzw. Rohrzylinder unterliegen der Gefahr, beim Spannen deformiert zu werden. Um dies zu vermeiden, muß auch die Spannkraft von der Spannvorrichtung her sehr feinfühlig und radial gleichmäßig dosiert werden können.

Solche Anforderungen waren bislang von bekannten Spannvor­ richtungen nicht erfüllbar. So ist beispielsweise aus der DE-OS 26 21 702, von der der Anspruch 1 ausgeht, eine Spann­ vorrichtung bekannt, die aus einer Spannhülse und einem Spannkonus besteht. Die Spannhülse ist vom inneren Ende her geschlitzt; die Schlitze enden an einem äußeren Ringbund. Beim Aufspannen eines Werkstückes nimmt einenendes der Spannhülse deren Ringbund teil, während am anderen Ende der Spannhülse die Spannbacken aufgeweitet und so hinsichtlich ihrer Lage verändert werden. Aufgrund dieser relativ starken Deformationen wird der Mantel der Spannhülse keinen exakt kreisförmigen Zylinder bilden können. Letzteres hätte möglicherweise bei dickwandigen Werkstücken keinen Einfluß; bei dünnwandigen Werkstücken kann hierdurch eine Deformation derselben nicht ausgeschlossen werden, so daß die gewünschten Genauigkeiten mit dieser bekannten Spannvor­ richtung nicht erzielbar wären.

Bei einer anderen aus der DE-OS 25 17 997 bekannten Spann­ vorrichtung wird gegenüber der vorstehend diskutierten durch eine andere Anordnung der Schlitze in der Spannhülse zwar eine axiale Symmetrie erreicht, jedoch nimmt auch hier die gesamte Spannhülse an der Erweiterung beim Spannvorgang teil. Stege sind hier nicht vorhanden. Deshalb ist die Spannhülse nicht in der Lage, allein durch den geschlitzten Bereich die Deformation beim Spannvorgang aufzunehmen. Es wird vielmehr auch hier eine Verformung der an den geschlitzten Bereich angrenzenden Bereiche stattfinden, letzteres insbesondere auch deswegen, weil die Spannhülse auf ganzer Spannlänge, also sowohl an den Endbereichen als auch im geschlitzten Mittelbereich, einen gleichen Außendurchmesser aufweist. Mit einer derartigen Hülse ist beim Aufspannen mithin auch kein exakt kreisförmiger Außenmantel an der Spannhülse erzielbar, was insbesondere bei dünnwandigen Werkstücken zu Deforma­ tionen führen kann.

Ähnlich nachteilige Wirkungen sind auch bei der aus der US-PS 13 43 273 bekannten Spannhülse gegeben, die auf einen Konus aufgesteckt ist und zum Spannen eines Werkstückes auf diesem axial verschoben werden muß. Die Spannhülse besitzt einen mittleren Spannbereich und beiderseits desselben durchmesserschwächere Endbereiche. Außerdem ist die Spann­ hülse gleichmäßig geschlitzt, wobei die Längsschlitze jeweils abwechselnd von einem Ende her bis zum gegenüberliegenden Endbereich führen. Eine gleichmäßige Aufweitung der so zwischen den Schlitzen gegebenen, jeweils endseitig mit­ einander verbundenen Spannbacken ist insofern nicht möglich, weil sich die Spannbacken in dem Endbereich, wo ein dazwischenliegender Schlitz endet, weniger aufweiten können als in dem Endbereich, von dem der dazwischenliegende Schlitz ausgeht. D.h., je weiter die Spannhülse auf dem Spannkonus aufgeschoben wird, desto mehr klafft ein Schlitz an seinem freien Ende auseinander. Hierdurch stellt sich eine, wenn auch geringfügige, Verwindung der Spannbacken ein, die bei dickwandigen Teilen keine Rolle spielt, aber bei dünnwandigen Werkstücken wegen der unterschiedlichen Spannkräfte und ungleichmäßigen Spannkraftverteilung zu unerwünschten Deformationen, insbesondere Abweichungen von der Rundheit von innen her führt, mit dem Ergebnis, daß nach Abdrehen des Werksstückes am Umfang partiell unterschiedliche Wandstärken gegeben wären. Gerade dies galt es zu verhindern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit ihr auch ein dünnwandiges Werkstück exakt zentriert mit gleichmäßiger Kraftverteilung sowohl in Längs- als auch in Umfangrichtung ohne Gefahr von Deformationen aufgespannt und zum Erhalt gleichmäßiger Wandstärken innerhalb engster Toleranzgrenzen bearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannbacken an jeweils beiden Enden mittels gleichförmiger Stege mit den ungeschlitzten, zylinderförmigen Endbereichen verbunden sind und daß der Außenumfang der Spannbacken einen größeren Durchmesser hat als der Außenumfang der End­ bereiche und der Stege der Spannbuchse.

Durch das mechanische Zusammenwirken ihrer Teile gewähr­ leistet die erfindungsgemäße Spannvorrichtung eine repro­ duzierbare Einspannung eines Werkstückes unter Erfüllung aller aufgabengemäßen Anforderungen an die Einspannqualität. Letzteres, weil jeder Spannbacken gleich wie alle anderen am Einspannvorgang beteiligt ist, so daß am aufgespannten Werkstück in dessen Aufnahmebohrung über die gesamte Länge und den gesamten Umfang gleichmäßige Spannkräfte flächenhaft wirken.

Im ungespannten Zustand sind die Spannbacken an der Spann­ buchse nur geringfügig auf einen etwas kleineren Durchmesser eingerückt, so daß das Werkstück mühelos aufgeschoben und durch axiale Verschiebung des Spannkonus aufgespannt bzw. nach Fertigstellung wieder abgenommen werden kann, was ins­ besondere für die Serienfertigung sehr vorteilhaft ist.

Gemäß einer fertigungstechnisch einfachen Ausgestaltung sind die Spannbacken und die zugehörigen Stege direkt aus einem auf Spannmaß bearbeiteten, hohlzylindrischen Körper heraus­ gearbeitet. Vorzugsweise erfolgt die Spannmaßbearbeitung der Spannbacken erst nach deren Ausarbeitung aus dem hohl­ zylindrischen Körper, wodurch sich eine hohe Formqualität mit exakter Zentrizität und Rundheit an deren Spannflächen ergibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannbacken von einer dehnbaren Ausgleichsbuchse umgeben. Hiermit lassen sich etwaige Ungenauigkeiten im Rundlauf des in der Drehmaschine eingespannten Spanndornes aus­ gleichen, indem die Ausgleichsbuchse im expandierten Zustand überdreht wird.

Die Spannbuchse kann im einfachsten Fall mit einem Zapfen versehen sein, der zum Einspannen in das Futter der Dreh­ maschine dient.

Alternativ hierzu kann jedoch auch der Spannkonus einen Führungszapfen zur Festlegung in der Spindel der Dreh­ maschine aufweisen. Dieser Führungszapfen ist vorzugsweise von einer Buchse konzentrisch umgeben und in dieser axial verschiebbar angeordnet. Die Buchse besteht vorzugsweise aus zwei ineinander angeordneten, axial verschiebbaren Hülsen mit konischen Kontaktflächen, wobei in der inneren Hülse in Längsnuten mehrere, vorzugsweise drei, axial verschiebbare Klemmbacken fixiert sind.

Durch axiale Verschiebung der inneren Hülse innerhalb der äußeren Hülse wird der innere Durchmesser, der zur Aufnahme des Führungszapfens dient, geändert. Hierbei ist es möglich, den inneren Durchmesser genau auf den Außendurchmesser des Führungszapfens am Spannkonus einzustellen, so daß kein Spiel zwischen Zapfen und Buchse und damit eine hohe Rund­ laufgenauigkeit gegeben ist. Zur Fixierung der eingestellten Klemmbacken der Buchse kann an einer Stirnseite der Buchse ein Ring vorgesehen sein, der mehrere Schrauben trägt, die teilweise in die Stirnseite der äußeren Hülse und in die jeweiligen Klemmbacken eingeschraubt werden. Mit der Ein­ stellung der Schraubenabstände wird der innere Durchmesser der Klemmbacken bestimmt.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Spannvorrichtung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Spann­ vorrichtung,

Fig. 2 die Spannbuchse von Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Spann­ vorrichtung, und

Fig. 4 einen Querschnitt aus Fig. 3 entlang der dortigen Linie IV-IV.

Aus Fig. 1 ist eine in einer Drehmaschine (10) angeordnete Spannvorrichtung (11) ersichtlich, mit der ein Werkstück (12), insbesondere ein dünnwandiges Rohr zur Außenbearbeitung eingespannt ist. Die Spannvorrichtung (11) besteht aus einer Spannbuchse (13), die mittels eines Zapfens (14) im Futter bzw. in der Spindel der Drehmaschine (10) eingespannt ist und einem Spannkonus (15).

In Fig. 2 ist eine dort mit (13′) bezeichnete Spannbuchse einzeln dargestellt. Die Spannbuchse (13′) besitzt mehrere aus einem hohlzylindrischen Körper herausgearbeitete Spann­ backen (16), die mittels gleichförmiger Stege (17) jeweils mit einem stirnseitigen Endbereich (18) bzw. (19) des Hohlkörpers radial elastisch beweglich verbunden sind. Zur Herstellung der Spannbuchse (13′) wird ein Hohlkörper aus Stahl mit einem gestrichelt dargestellten Außenumfang (20) gefertigt, dessen Mantel (21) im Spannbackenbereich auf das genaue Maß des inneren Durchmessers des aufzuspannenden Werkstücks (12) gebracht wird. Die innere Mantelfläche (22) des Spannbackenbereiches wird konisch ausgebildet. Schließlich werden die Spannbacken (16) mit den zugehörigen Stegen (17) aus dem Hohlzylinder herausgearbeitet und an­ schließend gegenüber dem ringförmigen Endbereich (18) und dem scheibenförmigen Endbereich (19) eingezogen, so daß der Außenmantel (21) der Spannbacken (16) einen geringeren Durchmesser aufweist. Auf diese Weise läßt sich einerseits das Werkstück (12) ohne Schwierigkeiten auf die Spannbuchse (13′) aufschieben und durch Einführen des Spannkonus (15) einspannen, wobei die Spannbacken (16) auf ihren ursprüng­ lichen Außenumfang (21′) herausgedrückt werden und mit ihrer Außenfläche (21) voll gegen das Werkstück (12) zum Anliegen kommen, nachdem deren Krümmungsradius dem Radius des gespann­ ten Mantels (21′) entspricht. Auf diese Weise ist eine genaue Bearbeitung des rundum aufliegenden Werkstückes (12) möglich.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Spannbacken (16) samt Stegen (17) getrennt herzustellen und dann an Verbindungs­ ringe (18, 19) anzuschweißen oder anderweitig mit diesen zu verbinden. Ungenauigkeiten im Rundumlauf werden dann durch Nachbearbeitung des Außenmantels der Spannbacken (16) im gespannten Zustand beseitigt.

Um einen reproduzierbaren Durchmesser der Spannbuchse (13′) im gespannten Zustand zu erreichen, ist der scheibenförmige Endbereich (19′) der Spannbuchse (13′) als Anschlag für den Spannkonus (15) ausgebildet. Am Endbereich (19′) liegt eine auswechselbare Abstimmscheibe (24) auf, mit deren Dicke eine hohe Maßgenauigkeit für die Einführtiefe des Spannkonus (15) bestimmt werden kann. Außerdem können im Betrieb etwaige auftretende Ungenauigkeiten, hervorgerufen z.B. durch Abnutzung, mit einem Austausch der Abstimmscheibe (24) beseitigt werden.

Bei einer Ausführung der Spannbuchse (13) gemäß Fig. 1 dient der innere Endbereich (19) gleichzeitig zur Halterung des Zapfens (14). Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dagegen ist der innere Endbereich (19′) mit einer Bohrung (25) zur Aufnahme eines am Spannkonus (15) befindlichen Führungs­ zapfens (30) versehen.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Spannvorrichtung mit einer Spannbuchse (13′) gemäß Fig. 2 und einem mit einem Führungszapfen (30) versehenen Spannkonus (15′) dargestellt. Am Außenumfang der Spannbacken (16) ist eine dehnbare Ausgleichsbuchse (31), beispielsweise aus Aluminium, vorge­ sehen, die mit zwei Schrauben (32) an der Spannbuchse (13′) fixiert ist. Die Ausgleichsbuchse (31) dient dazu, etwaige Ungenauigkeiten und Exzentrizitäten bei der Herstellung der Spannvorrichtung auszugleichen, wobei nach der Fertigstellung der Spannvorrichtung die Ausgleichsbuchse (31) im gespannten Zustand der Spannbuchse (13′) zur Erlangung der gewünscht hohen Rundlaufgenauigkeit nachgedreht wird. In diesem Fall entspricht der Außendurchmesser der Ausgleichsbuchse (31) dem Innendurchmesser des zu bearbeitenden Werkstückes (12).

Zur spiellosen Fixierung des Führungszapfens (30) innerhalb des Spannfutters bzw. der Spindel der Drehmaschine (10) ist eine Buchse (35) vorgesehen, die aus einer äußeren Hülse (36), einer inneren Hülse (37) und drei Klemmbacken (38) besteht. Die Kontaktflächen an der äußeren und der inneren Hülse (36 bzw. 37) sind konisch ausgebildet. Die in Längsnuten der inneren Hülse (37) axial verschieblichen Klemmbacken (38) haben einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und sind in Längsrichtung ebenfalls konisch auslaufend geformt. Des­ weiteren ist ein Ring (39) vorgesehen, mit dem die Klemm­ backen (38) in ihrer Längsrichtung relativ zur inneren Hülse (37) so gehalten werden, daß die Klemmbacken (38) den Führungszapfen (30) genau umgeben. Zur Lagefixierung sind dafür einerseits Schrauben (40), die jeweils in einen Klemm­ backen (38) einschraubbar sind und andererseits Fixier­ schrauben (41) vorgesehen, die in die innere Hülse (37) einschraubbar sind.

Mit den genau eingestellten Klemmbacken (38) lassen sich der Führungszapfen (30) und der mit letzterem verbundene Spann­ konus (15′) ideal zentrieren, so daß die gewünschte hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht wird. Der Rundlauf des Spann­ konus (15′) überträgt sich schließlich auf die Spannbuchse (13′), die vom Spannkonus (15′) gehalten und abgestützt wird. Beim abschließenden Überdrehen der Ausgleichsbuchse (31) werden somit etwaige Ungenauigkeiten nicht nur der Spann­ buchse (13′), sondern auch des Spannkonus (15,) sowie von dessen Verankerung in der Buchse (35) bzw. in der Spindel bzw. dem Futter der Drehmaschine (10) ausgeglichen.

Der Spannkonus (15′) ist mit seinem Zapfen (30) axial verschiebbar angeordnet, um den Vorgang des Spannens und Entspannens der Spannbuchse (13′) beim Auswechseln des Werkstückes (12) durchführen zu können. Die Verschiebung kann entweder spannkonus- oder führungszapfenseitig mechanisch oder führungszapfenseitig auch pneumatisch durchgeführt werden. Zur Schmierung der Gleitflächen innerhalb der Buchse (35) und der Spannbuchse (13′) sind Schmierölkanäle (43 bzw. 44) vorgesehen, die von einem gemeinsamen Schmierölkanal (45) gespeist werden. Dichtungen (46, 47, 48) verhindern das Austreten des Schmieröles aus der Spannvorrichtung.

Claims (8)

1. Spannvorrichtung für eine Drehmaschine zum Innenspannen eines kreissymmetrischen, hohlen Werkstückes, mit einer einstückigen hohlzylindrischen Spannbuchse, die am Umfang gleichmäßig verteilte Spannbacken aufweist, die einen zylindrischen Außenmantel zum Spannen des Werk­ stückes und einen konischen Innenmantel zum Zusammen­ wirken mit einem kraftbetätigten Spannkonus bilden und in axialer Richtung gesehen mittels Stegen mit den Endbereichen der Spannbuchse radial beweglich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (16) an jeweils beiden Enden mittels gleichförmiger Stege (17) mit den ungeschlitzten, zylinderförmigen Endbereichen (18, 19, 19′) verbunden sind und daß der Außenumfang der Spannbacken (16) einen größeren Durchmesser hat als der Außenumfang der Endbereiche (18, 19, 19′) und der Stege (17) der Spannbuchse (13, 13′).

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (16) und die zugehörigen Stege (17) direkt aus einem auf das Spannmaß bearbeiteten hohl­ zylindrischen Körper herausgearbeitet sind.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannbacken (16) von einer dehnbaren Ausgleichsbuchse (31) umgeben sind.

4. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbuchse (13) einen Zapfen (14) zum Einspannen in das Futter der Dreh­ maschine (10) aufweist.

5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkonus (15′) einen Führungszapfen (30) zur Festlegung in der Spindel der Drehmaschine (10) hat.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Buchse (35) den Führungszapfen (30) konzentrisch umgibt, in der der Führungszapfen axial verschiebbar angeordnet ist und daß die Buchse (35) aus zwei inein­ ander angeordneten, axial verschiebbaren Hülsen (36, 37) besteht, deren Kontaktflächen konisch ausgebildet sind, wobei an der inneren Hülse (37) Klemmbacken (38) fixiert sind.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Hülse (37) in Längsnuten mindestens drei axial verschiebbare Klemmbacken (38) fixiert sind.

8. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkonus (15′) Schmieröl-Kanäle (44, 45 bzw. 43) aufweist.