DE3639871C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spanndorn bzw. ein Spann­ futter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspru­ ches 1.

Die DE-OS 20 06 441 zeigt einen gattungsgemäßen Spann­ dorn, der ein rotationssymmetrisches längliches Innen­ teil aufweist. Das einstückige Innenteil trägt zwei zu­ einander konzentrische Kegelflächen, die mit ihren ver­ jüngten Enden in entgegengesetzte Richtungen weisen. Beide Kegelflächen gehen an ihrem verjüngten Ende in einen zylindrischen Abschnitt über, der als Führung für jeweils eine darauf längsverschiebliche becherartige Zentrierhülse dient. Jede der beiden Zentrierhülsen übergreift mit einem Abschnitt die zugehörige Kegelfläche und ent­ hält in diesem Bereich Öffnungen zur Aufnahme von Ku­ geln, die als eigentliche Spannkörper dienen.

Zur Aufnahme des Spanndorns ist in den Böden der beiden Zentrierhülsen je eine Zentrierbohrung vorgesehen, in die bei der Aufnahme in die Werkzeugmaschine jeweils ein ent­ sprechender Zentrierkörner eingreift.

Wenn der Zentrierdorn mit einem aufgesetzten Werkstück in der entsprechenden Maschine gespannt wird, werden die beiden Zentrierhülsen von den eingreifenden Zentrier­ körnern aufeinander zu geschoben. Die beiden Zentrier­ hülsen bewegen die in ihren Öffnungen sitzenden Kugeln längs den Kegelflächen, so daß sie allmählich radial nach außen wandern, in dem Maße, in dem sie von den Zentrierhülsen in Richtung auf das verdickte Ende der Kegelfläche geschoben werden. Die Bewegung endet, sobald die Kugeln an der Innenumfangsfläche des zu spannenden Werkstückes anliegen.

Bei dem bekannten Spanndorn sind die auf den Kegelflächen liegenden Kugeln in Umfangsrichtung nicht fixiert und können nach Art eines Kugellagers zusammen mit dem Werkstück in Umfangsrichtung des Spanndorns rollen, solange, bis sie an der Wand der Öffnung in der be­ treffenden Zentrierhülse anliegen. Die azimutale Lage des Werkstücks, bezogen auf den Spanndorn, ist folglich nicht sauber definiert, was bei der Verwendung in Meßmaschinen, bei denen die Rundheit geprüft wird, zu Problemen führen kann.

Auch müssen die Zentrierhülsen auf den zylindrischen Fortsätzen des Innenteils ein bestimmtes Mindestspiel haben, was ihnen eine geringfügige Kippbewegung ermög­ licht. Infolge der Kippbewegung liegen die Kugeln nicht mehr auf einem gedachten idealen Kreis, sondern auf einer Ellipse, wodurch das Werkstück nicht mehr zentrisch, sondern geringfügig exzentrisch gespannt wird. Die auf­ tretende Exzentrizität ist zwar sehr klein, kann aber bei Messungen der Rundheit im Bereich von 0,1 µm zu Schwierigkeiten führen.

Aus der DE-OS 20 06 441 ist ferner ein Spannfutter be­ kannt, das ebenfalls Kugeln als Klemmkörper vorsieht. In diesem Falle befinden sich die Kegelflächen jedoch mit gleicher Ausrichtung in der Innenumfangsfläche eines zylindrischen Rohres, das als Führung für eine Zentrierbüchse der Kugeln dient. Die Kugeln sitzen hierbei wiederum wie bei der Ausführungsform des Spanndornes in Öffnungen und werden bei Bewegung der Zentrierhülse aufgrund ihrer Bewegung längs den Kegel­ flächen von außen gegen das Werkstück gedrückt.

Bei einer solchen Ausführungsform ist es unmöglich, die Kegelflächen, die in die Innenumfangsfläche eingearbei­ tet sind, mit einer Genauigkeit herzustellen, die die Verwendung des Spannfutters für Meßzwecke ermöglicht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Spanndorn bzw. ein Spannfutter zu schaffen, das es gestattet, ein Werkstück mit sehr hoher Genauigkeit und guter Reproduzierbarkeit sicher und fest zu spannen, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Werkstück sich in Umfangsrichtung bewegen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Spanndorn bzw. das Spannfutter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Über die mit den Stabfedern tangential spielfrei gehal­ tenen Kugeln wird durch axiales Verschieben der Druck­ hülse das zu spannende Werkstück kraftschlüssig und verdrehgesichert mit dem Spanndorn bzw. mit dem Spann­ futter verbunden.

Die Kugeln sind zwar in zwei Kränzen angeordnet, sie werden aber durch das gleiche Druckmittel angedrückt und es können sich die Kugeln des einen Kranzes unab­ hängig von den Kugeln des anderen Kranzes auf den jeweiligen Durchmesser der Bohrung in dem Werkstück einstellen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unter­ ansprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Spanndorn gemäß der Erfindung mit aufge­ setztem Werkstück, teilweise längsgeschnitten,

Fig. 2 den Spanndorn nach Fig. 1 in einer Seitenansicht ohne aufgesetztes Werkstück,

Fig. 3 den Spanndorn nach Fig. 1 mit einer Fluidbetäti­ gungseinrichtung,

Fig. 4 ein Spannfutter gemäß der Erfindung, teilweise längsgeschnitten, mit eingeführtem Werkstück,

Fig. 5 das Spannfutter nach Fig. 4 in einem Längs­ schnitt an einer anderen Stelle und

Fig. 6 das Spannfutter nach Fig. 4 mit einer Fluidbe­ tätigungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Spanndorn, auf den ein Werkstück 1 mit seiner Bohrung aufgesteckt ist. Der Spanndorn weist einen Führungszylinder 2 auf und ist mit einem oberen sowie einem unteren Kugelkranz 3, 4 versehen, die gegen die Innenwand der Werkstückbohrung abgestützt sind. Beiden Kugelkränzen 3, 4 sind jeweils drei Stabfedern 5 zugeordnet, von denen jede an ihrem freien Ende eine Kugel 6 trägt. Mittels der Stabfedern 5 sind die jeweils drei Kugeln 6 der beiden Kugelkränze 3 und 4 in radialer Richtung beweglich.

Auf dem Führungszylinder 2 sitzt eine Kugelführung 7, auf der vorgespannt eine Zentrierhülse 8 angeordnet ist, die auf diese Weise spiel- und schlagfrei auf dem Führungszylinder 2 bewegbar ist. Die Zentrierhülse 8 trägt zwei Kegelflächen 9 und 10.

An dem unteren Ende des Führungszylinders 2 befindet sich eine weitere Kugelführung 11, auf der unter Vor­ spannung eine Druckhülse 12 gelagert ist, die einen Planteller trägt. Auch die Druckhülse 12 ist infolge der Vorspannung über die Kugelführung 11 spiel- und schlagfrei auf dem unteren Teil des Führungszylinders 2 gelagert. Der Planteller bzw. dessen Schulter 16 dient der Vorzentrierung und als Auflage für das Werkstück 1. Zwischen der Druckhülse 12 und dem Führungszylinder 2 ist eine Verdrehsicherung 13 wirksam, so daß auch über die Kugeln 6 des Kugelkranzes 3 und die zugehörigen Stabfedern 5 eine kraftschlüssige verdrehgesicherte Verbindung zwischen dem Führungszylinder 2 und dem Werkstück 1 erreicht wird.

Der Führungszylinder 2 trägt ein Gewinde 14, über das mittels einer Mutter 15 die Druckhülse 12 in Richtung auf eine Schulter 17 des Führungszylinders 2 bewegbar ist.

Durch Anziehen der Mutter 15 auf dem Gewinde 14 wird die Druckhülse 12 zu der Schulter 17 vorgeschoben. Ihre Schulter 16 legt sich an dem Kugelkranz 4 an, der daraufhin die Bewegung auf die Zentrierhülse 8 sowie den oberen Kugelkranz 3 überträgt.

Jede einzelne Kugel 6 trägt an drei Punkten, von denen der eine auf der Schulter 16 der Druckhülse 12 bzw. der Fläche 17 des Führungszylinders 2 liegt, der zweite sich auf einer der beiden Kegelflächen 9 oder 10 der Zentrierhülse 8 befindet, während der dritte Punkt an der Innenwand der Werkstückbohrung des Werkstücks 1 liegt. Dadurch ist sichergestellt, daß sich die Achse des Spanndorns stets genau auf die Bohrungsachse des Werkstückes 1 zentriert.

Das Tragverhalten der Kugeln 6 ist durch die Anbringung an den Stabfedern 5 in keiner Weise gestört. Zum Einstecken bzw. Herausnehmen des Spanndorns werden die beiden Kugel­ kränze 3 und 4 durch Lösen der Mutter 15 und Zurückziehen der Druckhülse 12 entlastet. Die Kugeln 6 gehen infolge der Stabfedern 5 federnd zurück, so daß eine Beschädi­ gung an dem Werkstück 1 oder dem Spanndorn ausgeschlos­ sen ist.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anbringung der Kugeln 6 an den Stabfedern 5 sowie die Lage der beiden Kugelkränze 3 und 4 sowie die Anbringung der Stabfedern 5.

Die Kugeln 6 sitzen fest an den Stabfedern 5 und es sind die Stabfedern 5 des Kugelkranzes 3 in der Schulter 17 des Führungszylinders 2 und die Stabfedern des Kugel­ kranzes 4 in der Schulter 16 der Druckhülse 12 so ver­ ankert, daß im entlasteten Zustand der Druckhülse 12, also bei entspanntem Spanndorn, die Kugeln 5 noch fe­ dernd an den Kegelflächen 9 und 10 der Zentrierhülse 8 anliegen.

Die Stabfedern 5 des oberen Kugelkranzes 3 sind gegenüber den Stabfedern 5 des unteren Kugelkranzes 4 mit umge­ kehrter Orientierung angebracht. Damit wirken bei ge­ spanntem Werkstück 1 die Stabfedern 5 bei tangentialer Belastung entgegengesetzt, d. h. die Stabfedern 5 des einen Kranzes werden auf Zug und die anderen auf Druck belastet.

In Fig. 3 ist ein Spanndorn zum automatischen Spannen veranschaulicht. Der Spanndorn entspricht in seinem Aufbau der Ausführung nach Fig. 1. Das Spannen der Druck­ hülse erfolgt mit Hilfe eines Pneumatikzylinders 25. Der Führungszylinder 2 ist an seinem unteren Ende verjüngt, damit eine Anschlagschulter 19 für den Pneumatikzy­ linder 25 entsteht. Zwischen der Anschlagfläche 19 des Führungszylinders 2 und einem Gewinde 20 sitzt der Pneumatikzylinder 25, der mittels einer Mutter 21 gegen die Schulter 19 festgespannt ist.

Mittels einer scheibenartigen Drehdurchführung 22 wird ein in dem Pneumatikzylinder 25 sitzender Druckkolben 23 mit Luft beaufschlagt und dadurch axial verschoben. Zum Abnehmen des Werkstückes 1 wird bei abgeschalteter Druckluft der Druckkolben 23 des Pneumatikzylinders 25 mittels einer Druckfeder 24 in seine Ruhestellung zurückgebracht.

In Fig. 4 ist ein Spannfutter veranschaulicht, das der Aufnahme einer Welle 26 dient. Es weist eine Führungs­ büchse 27 auf, in der eine Druckhülse 28 axial verschieb­ bar ist. Die Druckhülse 28 enthält zwei Langlöcher 30, durch die ein Zylinderstift 29 hindurchführt. Ein auf der Führungsbüchse 27 vorgesehenes Gewinde 31 trägt eine Mutter 32, auf der der Zylinderstift 29 aufliegt und durch die der Zylinderstift 29 axial verschiebbar ist. Den Kugelkränzen 3 und 4 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 entsprechen Kugelkränze 33 und 34 bei dem Spannfutter; sie werden ähnlich wie bei Fig. 4 mittels einer Zentrierhülse 35 bewegt und sitzen auf Stabfedern 36. Sowohl die Druckhülse 28 als auch die Zentrierhülse 35 sind mittels vorgespannter Kugel­ führungen 27 spiel- und schlagfrei in der Führungs­ büchse gelagert. Im gespannten Zustand liegen die Kugeln 6 des oberen Kugelkranzes 34 außer an der Welle 26 auch noch an einer Kegelfläche 38 der Zentrier­ hülse 35 sowie an einer Unterseite einer Deckscheibe 39 an, die mit der Führungsbüchse 27 verschraubt ist.

Fig. 5 zeigt die Halterung der Kugeln 6 der beiden Kugelkränze 33 und 34 sowie die Lage der Stabfedern 36. Ersichtlicherweise entspricht die Aufhängung der Kugeln bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 im wesentlichen der Aufhängung bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.

In Fig. 6 ist ein Spannfutter zum kraftbetätigten Spannen der Welle 26 dargestellt. Das Spannfutter hat einen Aufbau entsprechend dem Spannfutter nach Fig. 3 bzw. 5. Die axiale Verschiebung der Druckhülse 28 ge­ schieht mit Hilfe von Druckluft. Die Druckhülse 28 ist selbst als Kolben ausgebildet und mit einer Dich­ tung 41 versehen, die die Druckhülse 28 gegen die Innenseite der Führungsbüchse 42 abdichtet. Die Füh­ rungsbüchse 42 wirkt im unteren Bereich als Zylinder. Um die Führungsbüchse an ihrer Rückseite abzudichten, ist dort eine Scheibe 43 aufgeschraubt, die mittels eines O-Rings 44 abgedichtet ist. Über eine wiederum scheibenartige Drehdurchführung 45 wird der Raum zwischen der Führungsbüchse 42 und der Druckhülse 28 mit Luft beaufschlagt, um die Druckhülse 28 axial zu der Zentrier­ hülse 35 hin zu verschieben.

Ein Vorteil des neuen Spanndorns bzw. Spannfutters liegt in dem weiten Spannbereich, der bei der abgebildeten Größe ca. 4 mm betragen kann. Besonders vorteilhaft ist der Spanndorn bzw. das Spannfutter bei der Messung von Stirnschlag-, Radial- oder Axialabmessungen, z. B. bei einer Aufnahme zwischen Spitzen oder bei fester Aufspannung auf einem Drehtisch.

Claims (4)

1. Spanndorn oder Spannfutter mit manueller oder auto­ matischer Betätigung zum kraftschlüssigen, spiel­ freien und achsfluchtenden Spannen von stückweise rotationssymmetrischen oder prismatischen Werkstücken, Werkzeugen und Lehren, wobei als Spannkörper gleich­ mäßig über den Umfang verteilte Kugeln in mehr als einer Radialebene vorgesehen sind, die auf in ent­ gegengesetzte Richtungen weisenden und zueinander konzentrischen Kegelflächen angeordnet sind und über axial verschiebbare Druckglieder längs der Kegel­ flächen bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelflächen (9, 10) auf einer Zentrierhülse ausgebildet sind, die mittels einer radial vorge­ spannten Kugelbüchse (7) auf einem Führungszylinder (2, 18) oder in einer Führungsbüchse (27, 42) spiel­ frei und zentrisch mit je einem axial translatori­ schen und rotatorischen Freiheitsgrad geführt ist, daß die einzelnen Kugeln (6) durch tangential ge­ richtete oder den Kegelflächen (9, 10) entsprechend gekrümmte und an dem Führungszylinder (2, 18) oder an den Druckgliedern (12, 28) verankerte Stabfedern (5, 36) näherungsweise entlang von Kegelmantel­ linien der Kegelflächen (9, 10) beweglich gehaltert sind, und daß die Druckglieder von einer über eine weitere Kugelbüchse (11, 37) radial vorgespannten, in Achsrichtung verschieblichen Druckhülse (12, 28) sowie einer Anlageschulter des Führungszylinders (2, 18) oder der Führungsbüchse (27, 42) gebildet sind.

2. Spanndorn oder Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabfedern (5, 36) in den unterschiedlichen Radialebenen bezüglich der Umfangs­ richtung einander entgegengesetzt orientiert sind.

3. Spanndorn oder Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungszylinder (2, 18) oder die Führungsbüchse (27, 42) mit einem Gewinde (14, 31) mit zugehöriger Gewindemutter (15, 32) zur manuell oder automatisch betätigten Einleitung der Spannkraft versehen ist.

4. Spanndorn oder Spannfutter nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch ein pneumatisch, hydraulisch, elektro­ magnetisch oder elektrodynamisch betätigtes Stell­ glied oder eine beliebig angetriebene Zug- und Druck­ spindel zur Einleitung der Spannkraft.