DE3639871A1

DE3639871A1 - Spanndorn bzw. spannfutter mit selbsttaetiger und zwangslaeufiger zentrierung manuell und automatisch mit grossem spannbereich

Info

Publication number: DE3639871A1
Application number: DE19863639871
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Weissinger
Original assignee: Carl Mahr & Co GmbH
Current assignee: MAHR GMBH, 37073 GOETTINGEN, DE
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3639871C2

Description

Die Erfindung hat einen Spanndorn und ein Spannfutter mit gro ßem Spannbereich zum Gegenstand, um Werkzeuge, Werkstücke, Zahnräder und Lehren zentrisch und kraftschlüssig in Bohrun gen und Wellen zu spannen.

Es wird ein spielfreies Fügen mit einem Werkzeug, Werkstück, Zahnrad oder einer Lehre unabhängig von deren Toleranz sowie ein schnelles und fehlerfreies Zentrieren der Achse auf die Achse der spannenden Medien in der Weise mit der Folge ermög licht, daß bei Drehung des Spanndorns oder des Spannfutters der Lagebezug erhalten bleibt.

Sofern bei der Prüfung von Merkmalen an Wellen und Naben wie Stirnschlag, der Abstand, die Parallelität, das Fluchten von Bohrungen oder Wellenachse bzw. deren Schränkung gemessen, hergestellt oder geprüft werden, ist eine genaue Überein stimmung der Meßmittel mit der Prüflingsachse unter Ausschal tung der Herstellungstoleranz Grundvoraussetzung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem Dorn mit Schulter eine mit Schrägflächen versehene ke gelförmige Zentrierhülse über eine vorgespannte Kugelführung spielfrei gelagert ist.

Gegen die kegelförmige Zentrierhülse und gegen die Schulter des Dornes wirkt, ebenfalls über eine vorgespannte spielfreie Kugelführung auf dem Dorn geführte axial verstellbare Druck hülse mit Planteller, wobei die erforderliche Axialkraft über eine Mutter (Gewindetrieb) oder pneumatisch eingeleitet wird.

An der Schulter des Dornes sowie auf dem Planteller der Druck hülse befinden sich jeweils min. 3 um 120° versetzte, mittels Stabfedern gegen tangentiales Verdrehen gesicherte Kugeln, so daß man ein in zwei Ebenen wirkendes Spannsystem erhält.

Über die mit Stabfedern tangential spielfrei gehaltenen Kugeln wird durch axiales Verschieben der Druckhülse über die Zen trierhülse das zu spannende Werkstück usw. kraftschlüssig und verdrehgesichert mit dem Spanndorn verbunden.

Die Kugeln sind in zwei Kränzen angeordnet. Sie werden zwar durch das gleiche Druckmittel angedrückt, die Kugeln eines Kranzes können sich aber unabhängig von den Kugeln des ande ren Kranzes auf den jeweiligen Durchmesser der Bezugsbohrung (bzw. Bezugswelle) einstellen.

Alle Kugeln tragen dabei jeweils in drei Punkten, und zwar in einem Punkt in der Bohrung bzw. auf der Welle des Werkstücks usw., in einem Punkt an der Schrägfläche einer innen- bzw. außen kegelförmigen Zentrierhülse und in einem Punkt an einer Schulter des Dornes und an der Auflagefläche der Druck hülse bzw. an der Deckscheibe des Spannfutters oder dessen Druckhülse, wodurch eine einwandfreie Zentrierung der Werk stückachse auf die Spanndorn- bzw. Spannfutterachse erreicht wird.

Bei der Einführung in Bohrungen bzw. zum Aufbringen derselben auf Wellen können die Kugeln von der Anpreßkraft der Druck hülse durch axiales verschieben entlastet werden und über die Stabfedern nach innen bzw. außen zurücktreten. Zwischen Werkstückbohrung bzw. Werkstückwelle und Spanndorn oder Spann futter entsteht ein Spiel und die Spanneinrichtungen können schnell eingeführt bzw. aufgebracht werden.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an Beispielen darge stellt:

Es zeigt:

Fig. 1 die Längsansicht des manuell betätigten Spanndornes, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Teilansicht des Spannsystems mit der Aufhängung der Kugeln an den Stabfedern;

Fig. 3 die Längsansicht des pneumatisch betätigten Spanndor nes, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 4 die Längsansicht des manuell betätigten Spannfutters, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 5 eine Teilansicht des Spannsystems mit der Aufhängung der Kugeln an den Stabfedern für das Spannfutter;

Fig. 6 die Längsansicht des pneumatisch betätigten Spanndor nes teilweise im Längsschnitt.

In die Werkstückbohrung 1 ist der Spanndorn 2 eingeführt, dessen oberer Kugelkranz 3 und dessen unterer Kugelkranz 4 sich gegen die Innenwand der Werkstückbohrung abstützen. Die Kugeln 6 beider Kugelkränze sind jeweils an Stabfedern 5 be festigt, die ihnen einen Freiheitsgrad in radialer Richtung verleihen.

Zwischen dem Dorn und den Kugelkränzen ist eine durch die Ku gelführung 7 spielfrei vorgespannte Zentrierhülse 8 angeord net, die Schrägflächen 9 und 10 aufweist; infolge der Vor spannung über die Kugelführung gleitet die Zentrierhülse spiel- und schlagfrei auf dem Dorn.

Auf dem Unterteil des Dorns befindet sich eine durch die Ku gelführung 11 spielfrei vorgespannte Druckhülse 12 mit Plan teller, infolge der Vorspannung über die Kugelführung gleitet die Druckhülse spiel- und schlagfrei auf dem unteren Teil des Dornes. Der Planteller der Druckhülse dient als Vorzentrierung und als Auflage für die Werkstücke. In der Druckhülse 12 be findet sich eine Verdrehsicherung 13, so daß auch über die Kugeln des Kugelkranzes 4, wie über die Kugeln des Kugelkran zes 3 tangential über die Stabfedern eine kraftschlüssige und verdrehsichere Verbindung zwischen Dorn und Werkstück erreicht wird.

Auf dem Dorn 2 befindet sich ein Gewinde 14, über das mittels einer Mutter 15 der Druckhülse 12 eine Hubbewegung ermöglicht wird. Damit ist eine Möglichkeit des zwangsläufigen Spannens des Spanndorns geschaffen.

Das zwangsläufige Spannen über das Gewinde 14 mit der Mutter 15 wird auf die Druckhülse 12 und von dort über den unteren Kugelkranz 4, die Zentrierhülse 8 und den oberen Kugelkranz 3 auf den Dorn 2 übertragen.

Jede einzelne Kugel trägt dabei mit 3 Punkten, nämlich in einem Punkt auf der Fläche 16 des Plantellers der Druckhülse 12 bzw. der Schulter 17 des Dorns 2, in einem Punkt auf der Schrägfläche 9 bzw. 10 der Zentrierhülse 8 und in einem wei teren Punkt an der Innenwand der Werkstücksbohrung 1. Dadurch ist sichergestellt, daß sich die Achse des Spanndorns stets genau auf die Bohrungsachse des Werkstückes zentriert.

Das Tragbild der Kugeln ist durch das Befestigen der Kugeln an den Stabfedern 5 in keiner Weise gestört. Zum Ein- und Aus führen des Spanndornes werden die Kugelkränze durch Zurück nahme der Druckhülse 12 entlastet, die Kugeln gehen federnd über die Stabfedern zurück, so daß Beschädigungen am Werkstück oder des Spanndornes ausgeschlossen werden können. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Aufhängung der Kugeln, die Anordnung der Kugelkränze sowie die Befestigung der Stabfedern darge stellt.

Die Kugeln 6 sind an Stabfedern 5 befestigt, und die Stab federn des Kugelkranzes 3 sind in der Schulter 17 des Dorns bzw. auf der Fläche 16 des Plantellers so befestigt, daß in entlastetem Zustand der Druckhülse, also bei entspanntem Spanndorn, die Kugeln noch federnd an den Schrägflächen 9 und 10 der Zentrierhülse 8 anliegen.

Die Stabfedern des oberen Kugelkranzes 3 zum unteren Kugel kranz 4 sind um 180° gegeneinander angebracht. Damit wirken bei gespanntem Werkstück die Kugelkränze, tangential bela stet, gegeneinander, jeweils auf Zug und Druck.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Spanndorn zum automati schen Spannen dargestellt. Der Spanndorn entspricht in seiner Anordnung Fig. 1. Das Spannen der Druckhülse 12 erfolgt über einen Pneumatik-Zylinder 25. Der Dorn 18 ist unten verjüngt, daß eine Anschlagfläche 19 für den Pneumatik-Zylinder ent steht. Zwischen der Anschlagfläche 19 des Dorns und dem Ge winde 20 wird der Pneumatik-Zylinder über eine Mutter 21 auf dem Dorn befestigt.

Über eine scheibenartige Drehdurchführung 22 wird der Druck kolben 23 mit Luft beaufschlagt und axial verschoben. Beim Entspannen des Werkstückes wird der Kolben des Zylinders über eine Druckfeder 24 in Ausgangsstellung gebracht. In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Spannfutter zur Aufnahme einer Welle 26 dargestellt. In der Buchse 27 befindet sich, ent sprechend der Anordnung nach Fig. 1, eine Druckhülse 28, auf die ein axial verschiebbarer, in zwei Langlöchern 30 geführ ter Zylinderstift 29, der über das Gewinde 31 und durch eine Mutter 32 axial verschoben wird. Die Kugelkränze 33, 34, die Zentrierhülse 35 und die Kugelaufhängung 36 sind ebenfalls wie beim Spanndorn, nach Fig. 1 und Fig. 2 angeordnet, mit dem Unterschied, daß Druck und Zentrierhülse vorgespannt über eine Kugelführung 37, spiel- und schlagfrei in der Füh rung der Buchse 27 gleiten. Die Kugeln des oberen Kugelkran zes 34 tragen, außer am Werkstück und an der Schrägfläche 38 der Zentrierhülse noch an der Unterseite eine Deckscheibe 39, die mit der Buchse 27 verschraubt ist.

In Fig. 5 ist die erfindungsgemäße Aufhängung der Kugeln, die Anordnung der Kugelkränze sowie die Anordnung über die Be festigung der Stabfedern dargestellt. Die Aufhängung der Kugeln, die Anordnung der Kugelkränze sowie die Anordnung über die Befestigung der Stabfedern entspricht der Fig. 2.

In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßes Spannfutter zum automa tischen Spannen von Wellen über einen Luftzylinder darge stellt. Das Spannfutter entspricht in seiner Anordnung Fig. 4. Das axiale Verschieben der Druckhülse 40 zum Spannen erfolgt über Druckluft. Die Druckhülse selbst ist als Kolben ausge bildet und mit einer Dichtung 41 versehen, um die Druckhülse gegen die Buchse 42 abzudichten. Die Buchse 42 wirkt im un teren Bereich als Zylinder. Um die Buchse zu der als Kolben wirkenden Druckhülse abzudichten, ist von unten her eine Scheibe 43 mit einem in der Scheibe integrierten O-Ring 44 mit der Buchse 42 verschraubt. Über eine scheibenartige Dreh durchführung 45 wird die als Kolben ausgebildete Druckhülse 40 mit Luft beaufschlagt und axial verschoben.

Ein maßgeblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Spanndorns bzw. des Spannfutters liegt darin, daß gegenüber anderen Spannein richtungen das Werkstück oder der Prüfling fest und präzise zentriert in eindeutiger Lage auf dem Spanndorn bzw. im Spann futter sitzt. Werkstück und eine Spanneinrichtung bilden also eine kraftschlüssig gekoppelte Einheit.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spanneinrichtungen ist ein weiter Spannbereich (Maßdifferenz). An im Beispiel der Bohrungen auf den vorgenannten Zeichnungen M 1:1 beträgt er ca. vier Millimeter. Die Maßdifferenz wird durch die Kugeln einwandfrei überspannt, und das Zentrieren des Prüflings oder des Werkstücks auf die Achse der Spannvorrichtung geschieht auch bei diesen Maßdifferenzen fehlerfrei. Besonders vorteil haft sind die beschriebenen Spannvorrichtungen vor allem für Stirnschlag; Radial- und Axialmessungen, z. B. bei Aufname zwischen Spitzen oder in fester Aufspannung auf Drehtischen.

Claims

1. Spanndorn bzw. Spannfutter mit selbsttätiger und zwangs läufiger Zentrierung manuell und/oder automatisch mit großem Spannbereich über Kugeln, zum Ausrichten und Auf nehmen von Werkstücken, Werkzeugen, Zahnrädern, Lehren und zum Zentrieren der Meß-Mittelachse auf die Werkstück achse, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Dorn (2, 18) bzw. der Buchse (27, 42) eine mit Schrägflächen (9, 10) kegelförmige Zentrierhülse (8 bzw. 35) über eine vorgespannte Kugelführung (7, 11 bzw. 37) spiel- und schlagfrei gleitend gelagert ist. An den Schrägflächen (9, 10) ist je ein Kugelkranz (3, 4 bzw. 33, 34) von min. drei Kugeln um max. je 120° versetzt über Stabfedern (5) fest auf der Schulter (17) des Dornes bzw. auf der Fläche (16) des Plantellers und der Druckhülse (12 bzw. 28, 40) sowie an der Deckscheibe (39) verankert. Durch die Anordnung von Stabfedern (5), die nach außen sowie nach innen die Kugeln federnd an die Zentrierhülse und die Anlageflächen (16, 17) legen, sind beide Kugel kränze (3 bzw. 34) gegeneinander um 180° versetzt ange bracht. Dadurch wirken bei gespanntem Werkstück (1 bzw. 26) die Stabfedern der beiden jeweiligen Kugelkränze (3, 4 bzw. 33, 34) tangential belastet gegeneinander auf Zug und Druck. Durch die Halterung der Kugeln (6) über die Stab federn (5) wird eine feste und nicht drehbare Verbindung des gespannten Werkstückes zum Spanndorn bzw. zum Spann futter erreicht. Von unten wirkt eine Druckhülse (12 bzw. 28, 40) über eine vorgespannte Kugelführung spiel- und schlagfrei gelagert axial durch zwangsläufiges Spannen über ein Gewinde (14 bzw. 31) mit einer Mutter (15 bzw. 32) oder pneumatisch mit einem Luftzylinder (25) oder einem integrierten Luftzylinder (40, 42).
Infolge der Aufhängung der Kugeln, der Anordnung der Kugel kränze sowie aufgrund der besonderen Befestigung der Kugel kränze wird ein Spannbereich (Maßdifferenz) für Bohrungen und Wellen von vier Millimetern stufenlos über die Druck hülse (12 bzw. 28, 40) auf den Kugelkranz (4 bzw. 33) über die kegelförmige Zentrierhülse (8 bzw. 35) auf den Kugel kranz (3 bzw. 34) erreicht (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6).

2. Spanndorn bzw. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spanneinrichtungen Fig. 1 entsprechen, außer daß der Spannvorgang durch Pneumatik-Zylinder ausge löst wird. Die Einleitung der erforderlichen Spannkraft kann - außer auf pneumatische Weise - auch auf hydrauli schem, elektrostatischem oder elektrodynamischem Wege, schließlich auch unter Zuhilfenahme einer beliebig ange triebenen Zug- oder Druckspindel erfolgen.