DE3801655A1 - Dehnspannwerkzeug - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Dehnspannwerkzeug mit mindestens einer Dehnspannwand, die über ein Hydrauliksystem von Hydrau­ likflüssigkeit einseitig mit Druck beaufschlagt wird, der über eine Druckerzeugungseinrichtung erzeugt wird.

STAND DER TECHNIK

Die Dehnspanntechnik wird seit Jahrzehnten bei Dehnspannfut­ tern, wie auch bei Dehnspanndornen angewandt. Bei den bekann­ ten Dehnspannwerkzeugen wird Hydraulikflüssigkeit dosiert gegen eine dünnwandige Dehnbüchse gepreßt. Die Büchse dehnt sich daraufhin auf der ganzen Länge gleichmäßig zylindrisch und zentrisch zur Mittelachse aus, wodurch ein in der Dehn­ büchse befindliches oder um die Dehnbüchse herum angeordne­ tes Werkstück oder Werkzeug gespannt wird. Allerdings ist nur ein Einspannen von Werkzeugen oder Werkstücken mit zylin­ drischem Schaft bzw. Bohrungen möglich. Solche Dehnspannwerk­ zeuge werden eingesetzt, um eine hohe Rundlaufgenauigkeit zu erreichen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Spann­ vorgang selbst einfach und schnell durchzuführen ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Dehnspannwerkzeug zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens eine Dehnspannwand als ebene Wand ausge­ bildet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Dehnspannwerkzeug ist es möglich, auch Werkstücke mit ebenen Umrandungsflächen zu spannen. Weiterhin wird ermöglicht, das Dehnspannwerkzeug selbst an einem Träger zu fixieren, der Führungen aufweist, die mit ebenen Begrenzungsflächen ausgebildet sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 Draufsicht auf einen kreisförmigen Spannstock mit einer üblichen Spannbacke und einer Dehnspann­ backe, die eine Dehnspannwand als ebene Wand auf­ weist;

Fig. 2 Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Dehn­ spannbacke rechtwinklig zur Spannrichtung der Dehnspannbacke;

Fig. 3 Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Dehn­ spannbacke Senkrecht zu der von einem Spannstock aufgespannten Ebene;

Fig. 4 Schnitt durch den in einer Führung des Spannbockes verlaufenden Fuß der Dehnspannbacke parallel zu der von dem Spannstock aufgespannten Ebene;

Fig. 5 Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Dehn­ spannbacke parallel zu der von dem Spannstock auf­ gespannten Ebene.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

In der folgenen Beschreibung wird die Erfindung anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Dehnspannbacke näher erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Draufsicht auf einen Spannbock 10 zeigt eine kreisförmige Spannplatte 12, die auf einem nicht dargestellten Maschinentisch befestigt ist. Weiterhin weist die Spannplatte 12 ein Lochmuster 14 auf, das jedoch nur in einem Viertel des von der Spannplatte 12 gebildeten Kreises dargestellt ist. Weiterhin verfügt die Spannplatte 12 über eine durch den Spannplattenmittelpunkt verlaufende, durchge­ hende Nut 16. Außerdem weist die Spannplatte 12 noch zwei Bohrungen 18 auf, in die Verbindungsmittel 20 eingreifen, die zum Verbinden der Spannplatte 12 mit dem darunter befind­ lichen Maschinentisch dienen und die an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.

Schließlich ist in Fig. 1 noch eine übliche Spannbacke 22 und eine Dehnspannbacke 30 dargestellt. Die Spannbacke 22 weist in der Draufsicht einen quadratischen Querschnitt auf. Entlang einer Diagonalen sind im Eckbereich des quadrati­ schen Querschnitts zwei Bohrungen 24 angeordnet. Diese Boh­ rungen 24 verlaufen rechtwinklig zur Spannplattenebene. Das Fixieren der Spannbacke 22 wird in üblicher Weise durchge­ führt, nämlich indem in die Bohrungen 24 der Spannbacke 22 zwei Bolzen 26 eingreifen, die wiederum in entsprechende Öff­ nungen des auf der Spannplatte 12 angeordneten Lochmusters 14 eingreifen. Die Spannbacke wird hierbei so angeordnet, daß die dem einzuspannenden Werkstück, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist, zugewandte Außenfläche 28 der Spannbacke 22 rechtwinklig zur Nut 16 und zur Spannplattenebene verläuft.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Dehnspannbacke 30 ist eine Spannschraube 32 und eine ebene Dehnspannwand 34 zu erken­ nen. Die Dehnspannbacke 30 weist in der Draufsicht ebenfalls einen quadratischen Querschnitt auf, der im wesentlichen mit dem Querschnitt der Spannbacke 22 übereinstimmt. Die Dehn­ spannbacke 30 ist so angeordnet, daß die ebene Dehnspannwand 34 der Außenseite 28 der Spannbacke 22 gegenüberliegt und parallel zu ihr verläuft. Eine detaillierte Beschreibung der Dehnspannbacke 30 wird anhand der Fig. 2 bis 5 weiter unten dargestellt.

Im folgenden wird das prinzipielle Vorgehen beim Spannen eines Werkstückes beschrieben. Zunächst wird die Spannbacke 22 in ihrer Lage entsprechend der Größe des einzuspannenden Werkstückes auf der Spannplatte 12 fixiert. Dieses Fixieren erfolgt, wie bereits oben erwähnt, dadurch, daß zwei Bolzen 26 sowohl in die zugeordneten Bohrungen 24 der Spannbacke 22 als auch in die entsprechenden Öffnungen des Lochmusters 14 eingreifen. Sodann wird das in Fig. 1 nicht dargestellte ein­ zuspannende Werkstück mit einer ebenen Außenseite an die Außenseite 28 der Spannbacke 22 angelegt. Schließlich wird ein in Fig. 1 nicht dargestellter Fuß der Dehnspannbacke 30 in die Nut 16 eingebracht und in Richtung auf das einzuspan­ nende Werkstück bis zum Anschlagen verschoben. Die Nut 16 und der Fuß der Dehnspannbacke 30 sind mit üblicher Paßgenauig­ keit ausgebildet. Als Passungskombination wird in Deutsch­ land beispielsweise die Paßgenauigkeit des Fußes mit h6 und der Nut 16 mit g7 angegeben.

Befindet sich die Dehnspannbacke 30 in Anschlagposition mit dem einzuspannenden Werkstück, wird sie zunächst auf der Spannplatte 12 fixiert. Das Fixieren der Dehnspannbacke 30 in der Spannplatte 12 kann über mindestens eine im Bereich des Fußes angeordnete Dehnspannwand erfolgen, was weiter unten ausführlich dargestellt werden wird. Nach dem Fixieren der Dehnspannbacke 30 wird über ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Hydrauliksystem mittels Hydraulikflüssigkeit die ebene Dehn­ spannwand 34 durch entsprechendes Drehen der Spannschraube 32 mit Druck beaufschlagt, wodurch das Werkstück durch Aus­ dehnen der ebenen Dehnspannwand 34 in Richtung auf das einzu­ spannende Werkstück gespannt wird. Nach dem Bearbeiten des Werkstücks wird die ebene Dehnspannwand 34 druckentlastet und die Fixierung der Dehnspannbacke 30 in der Nut 16 der Spannplatte 12 durch Druckentlasten der im Fuß der Dehn­ spannbacke 30 angeordneten ebenen Dehnspannwände gelöst.

Bisher wurde eine Ausführungsform der Dehnspannbacke 30 be­ schrieben, bei der sowohl das Fixieren der Dehnspannbacke 30 in der Spannplatte 12 als auch das Spannen des Werkstücks über ebene Dehnspannwände erfolgte. Es ist jedoch auch denk­ bar, daß nur das Fixieren der Dehnspannbacke in der Spann­ platte über ebene Dehnspannwände erfolgt und das Spannen des Werkstücks auf anderem mechanischem Wege durchgeführt wird.

Ebenfalls ist es möglich, eine mechanische Verbindung zwi­ schen Dehnspannbacke und Spannplatte zum Herstellen einer Fixierung zu verwenden und das Spannen des Werkstücks mit­ tels einer ebenen Dehnspannwand durchzuführen.

Um kreiszylindrische Werkstücke zu spannen, deren Zylinder­ längsachse senkrecht zur Spannplattenebene verläuft, ist es besonders vorteilhaft, die dem einzuspannenden Werkstück zu­ gewandte Außenseite der Spannbacke als Prisma auszubilden. Im gespannten Zustand liegt dann das zylindrische Werkstück entlang dreier rechtwinklig zur Spannplattenebene verlaufen­ den Linien an, wobei zwei Linien entlang des Prismas und eine Linie entlang der ebenen Dehnspannwand einer Dehnspann­ backe verläuft.

Umgekehrt besteht die Möglichkeit, die dem einzuspannenden Werkstück zugewandte Seite der Dehnspannbacke als Prisma mit ebenen Dehnspannwänden auszubilden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf eine Dehnspann­ backe begrenzt. Vielmehr können Bauteile, die in Führungen mit ebenen Führungsflächen eingreifen, mittels ebener Dehn­ spannwände fixiert werden. Solche Bauteile sind beispielswei­ se Anschläge, Führungen, Werkzeuge oder Nutsteine. Dabei kann die Führung, in die die o. g. Bauteile eingreifen, eine Nut sein. Ebenso ist es möglich solche Bauteile in Ausnehmun­ gen, die eine oder mehrere ebene Wandflächen aufweisen, zu fixieren.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung als Dehnspannbacke. Die dargestellte Dehnspann­ backe 30 ist geeignet zur Verwendung innerhalb eines Spann­ aufbaus, wie er bereits in der Figurenbeschreibung zu Fig. 1 beschrieben worden ist. Die Ebene 11 des Spannstockes ist in Fig. 2 gestrichelt eingetragen und wird in der folgenden Be­ schreibung als horizontal verlaufend angenommen. Der Spann­ stock selbst ist in den Fig. 2 bis 5 nicht dargestellt.

Die Dehnspannbacke 30 weist auf ihrer der Spannstockebene 11 zugewandten Unterseite eine in Spannrichtung verlaufende T-förmige Führungsschiene 38 auf. Der Steg 40 der Führungs­ schiene 38 ist mit der Dehnspannbacke 30 verbunden und bil­ det mit ihr einen rechten Winkel. Die Spannstockebene 11 ver­ läuft in etwa halber Steghöhe. Zu beiden Seiten des Steges 40 ist im Flansch 42 der Führungsschiene 38 auf der der Spannstockebene 1 zugewandten Seite des Flansches 42 je ein ebenes Dehnspannwandelement 44 angeordnet. Diese Wandelemente 44 dienen zum Fixieren der Dehnspannbacke 30 in einer Spann­ platte. Im Flansch 42 befinden sich hinter den beiden Wand­ elementen 44 entsprechende mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckkammern 46. Die Breite der Druckkammern 46 entspricht im wesentlichen jeweils einer halben Flanschbreite und die Länge der Druckkammern 46 stimmt im wesentlichen mit der Länge der T-förmigen Führungsschiene 38 überein.

Die Druckkammern 46 bilden zusammen mit horizontal und verti­ kal verlaufenden Kanälen ein erstes mit Hydraulikflüssigkeit gefülltes Hydrauliksystem, das über eine erste Druckerzeu­ gungseinrichtung mit Druck beaufschlagt werden kann. Die erste Druckerzeugungseinrichtung weist einen im Bereich der Mitte der Dehnspannbacke 30 vertikal angeordneten Kolben 48 auf, der in einer entsprechenden zylindrischen Bohrung 50 verläuft. Zwischen dem Kolben 48 und dem anschließenden Hy­ drauliksystem ist ein Dichtungselement 52 angeordnet. Unter­ halb des Dichtungselementes 52 befindet sich eine zylindri­ sche Druckkammer 54 an die ein vertikal verlaufender Hydrau­ likflüssigkeitskanal 56 anschließt. Dieser vertikale Hydrau­ likflüssigkeitskanal 56 verläuft in etwa in Mitte des Steges 40 der T-förmigen Führungsschiene 38 und trifft auf einen horizontal in Spannrichtung verlaufenden Hydraulikflüssig­ keitskanal 58, der in etwa der Mitte des Flansches 42 der T-förmigen Führungsschiene 52 verläuft. Zwei weitere horizon­ tal verlaufende Hydraulikflüssigkeitskanäle 60 stellen schließlich die Verbindung der zylindrischen Druckkammer 54 mit den im Flansch 42 der Führungsschiene 38 angeordneten Druckkammern 46 her, die den entsprechenden Dehnspannwandele­ menten 44 zugeordnet sind.

An seinem freien Ende weist der Kolben 48 der ersten Druck­ erzeugungseinrichtung eine kreisförmige Platte 62 auf, die rechtwinklig zur Kolbenlängsachse angeordnet ist. Diese Platte 62 weist einen Durchmesser auf, der im wesentlichen mit dem Durchmesser einer auf der Oberseite der Dehnspann­ backe 30 angeordneten kreisförmigen Ausnehmung 64 überein­ stimmt, wobei die kreisförmige Ausnehmung 64 in einem oberen Bereich einen etwas größeren Durchmesser aufweist als in einem unteren Bereich, in dem sich die horizontale Platte 62 des Kolbens 48 befindet. Im oberen Bereich der kreisrunden Ausnehmung 64 ist eine kreisförmige Haltekonstruktion 66 an­ geordnet, die ihrerseits wieder in ihrer Mitte eine kreisför­ mige Ausnehmung aufweist zur Aufnahme einer Spannschraube 32 durch deren Drehen der auf das Hydrauliksystem ausgeübte Druck dosiert werden kann.

Wie im Schnitt senkrecht zur Spannrichtung erkennbar (Fig. 2), ist links und rechts der zylindrischen Bohrung 50 der ersten Druckerzeugungseinrichtung je eine zylindrische Bohrung 68 einer zweiten Druckerzeugungseinrichtung angeord­ net, wobei die Bohrungen 68 einen etwas größeren Durchmesser aufweisen als die Bohrung 50 der ersten Druckerzeugungsein­ richtung und innerhalb des Durchmessers der kreisförmigen Platte 62 des Kolben 48 liegen. In jeder dieser zylindri­ schen Bohrungen 68 ist ein Kolben 70 angeordnet und zur Tren­ nung von Kolben 70 und einer darunter befindlichen zylindri­ schen Druckkammer 71 ist ein Dichtungselement 72 zwischen Kolben 70 und zylindrischer Druckkammer 71 angeordnet. An die zylindrischen Druckkammern 71 als Bestandteil eines zwei­ ten Hydrauliksystems schließt sich je ein in Spannrichtung verlaufender Hydraulikflüssigkeitskanal 74 an, der eine Ver­ bindung zu einer an der dem einzuspannenden Werkstück zuge­ wandten Seite der Dehnspannbacke befindlichen Druckkammer 76 herstellt.

Dieser Druckkammer 76 ist, in Spannrichtung gesehen, eine ebene Dehnspannwand 34 vorgelagert. Die Abmessungen der Druckkammer 76 entsprechen im wesentlichen den Abmessungen der dem eingespannten Werkstück zugewandten Seite der Dehnspannbacke.

Auf der der ebenen Dehnspannwand 34 gegenüberliegenden Rück­ seite der Dehnspannbacke ist eine erste Entlüftungseinrich­ tung 78 angeordnet, die zum Entlüften des ersten Hydraulik­ systems dient und mit deren zylindrischer Druckkammer 54 über einen Kanal in Verbindung steht, und eine zweite Entlüf­ tungseinrichtng 80 für das zweite Hydrauliksystem angeord­ net, die zum Entlüften dient und mit der zylindrischen Druck­ kammer 71 über einen Kanal in Verbindung steht.

Die Dehnspannbacke 30 wird nun in der Art und Weise fixiert, daß sie zunächst in eine der Querschnittsform der Führungs­ schiene 38 entsprechende Nut bis zum Anschlag an ein einzu­ spannendes Werkstück eingeschoben wird und danach die Spann­ schraube 32 gedreht wird. Dadurch kommt die Spannschraube mit der horizontalen Platte 62 des Kolbens 48 in Kontakt und übt bei Weiterdrehen eine Druckkraft auf den Kolben 48 aus. Dadurch wird über den Kolben 48 das erste Hydraulikflüssig­ keitssystem mit Druck beaufschlagt. Die am Flansch 42 ange­ ordneten ebenen Dehnspannwandelemente 44 werden einseitig mit Druck beaufschlagt, wodurch sich die T-förmige Führungs­ schiene 38 in der Nut verspannt. In diesem Zustand ist die Dehnspannbacke 30 fixiert.

In fixierter Stellung der Dehnspannbacke 30 liegt die Platte 62 des Kolbens 48 auf den beiden Kolben 70 der zweiten Druck­ erzeugungseinrichtung auf. Ein weiteres Drehen der Spann­ schraube 32 bewirkt, daß das zweite Hydrauliksystem mit Druck beaufschlagt wird. Dies führt dazu, daß die dem einge­ spannten Werkstück zugewandte ebene Dehnspannwand 34 eine Spannkraft auf das zwischen der üblichen Spannbacke und der Dehnspannbacke 30 eingelegte Werkstück ausübt.

Beim Zurückdrehen der Spannschraube 32 nimmt die von der ebenen Dehnspannwand 34 ausgeübte Spannkraft wieder auf Null ab. Anschließend wird durch Weiterdrehen der Spannschraube 32 die Fixierung der Dehnspannbacke 30 in der Nut aufgeho­ ben.

Neben dem Druckbeaufschlagen zweier getrennter Hydrauliksy­ steme zum Fixieren einer Dehnspannbacke und zum Spannen eines Werkstückes über eine gemeinsame Druckerzeugungsein­ richtung - wie oben beschrieben - ist es ebenfalls möglich, für jedes Hydrauliksystem eine eigene Spanneinrichtung vorzu­ sehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Hydrauliksysteme miteinander verbunden und werden über eine gemeinsame Druckerzeugungseinrichtung mit Druck beauf­ schlagt, wobei zwischen beiden Hydrauliksystemen ein Wider­ standselement angeordnet ist, das das Druckbeaufschlagen des zweiten, dem Spannen des Werkstückes dienenden Hydrauliksy­ stems so lange verhindert, bis im ersten, dem Fixieren der Dehnspannbacke dienenden Hydrauliksystem ein zum Fixieren ausreichender Druck erreicht ist.

Weiterhin ist es bei verbundenen Hydrauliksystemen und einer gemeinsamen Druckerzeugungseinrichtung allein durch konstruk­ tive Ausbildung der Dehnspannwände hinsichtlich ihrer Wand­ stärke und Größe möglich, die erforderliche zeitliche Abfol­ ge beim Spannvorgang, nämlich zuerst Fixieren der Backe und dann Spannen des Werkstückes, zu erreichen.

Um die Dehnspannwände vor Zerstörung durch fehlerhaftes Be­ dienen der Druckerzeugungseinrichtung zu schützen, weist eine Spanneinrichtung bevorzugt eine Begrenzungseinrichtung auf, die den auf die Dehnspannwände aufbringbaren maximalen Druck begrenzt.

Claims (11)

1. Dehnspannwerkzeug mit mindestens einer Dehnspannwand (34, 44), die über ein Hydrauliksystem von Hydraulikflüssig­ keit einseitig mit Druck beaufschlagt wird, der über eine Druckerzeugungseinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Dehnspannwand (34, 44) als ebene Wand ausge­ bildet ist.

2. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Dehnspannwand (34, 44) kreisrund berandet ist.

3. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Dehnspannwand (34, 44) rechteckförmig berandet ist.

4. Dehnspannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Gegenfläche, die einer ebenen Dehnspannwand (34, 44) im wesentlichen parallel beabstandet gegenüberliegt.

5. Dehnspannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine ebene Dehnspannwand (34, 44) so angeordnet ist, daß die Richtung, in die sich die Dehnspannwand aus­ biegt, vom Dehnspannwerkzeug wegzeigt.

6. Dehnspannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch

• - eine erste Dehneinrichtung und eine zweite Dehneinrich­ tung, von denen jede jeweils mindestens eine ebene Dehn­ spannwand (34, 44) aufweist, und
• - eine Folgeanordnung, die bewirkt, daß sich bei Krafteinlei­ tung zunächst jede Dehnspannwand (44) der ersten Dehneinrich­ tung relativ stark dehnt, bevor jede Dehnspannwand (34) der zweiten Dehneinrichtung eine wesentliche Dehnung erfährt.

7. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke jeder Dehnspannwand (44) der ersten Dehneinrich­ tung geringer ist als die Stärke jeder Dehnspannwand (34) der zweiten Dehneinrichtung und die Hydrauliksysteme der bei­ den Dehneinrichtungen miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Druckerzeugungseinrichtung vorhanden ist.

8. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dehneinrichtung eine erste Druckerzeugungseinrich­ tung und die zweite Dehneinrichtung eine zweite Druckerzeu­ gungseinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, daß die erste Druckerzeugungseinrichtung beim Druckerzeugen erst nach einer vorgegebenen Verschiebung die zweite Druckerzeu­ gungseinrichtung betätigt.

9. Dehnspannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dehnspannbacke (30) ausgebildet ist mit einer Fixier­ einrichtung zum Fixieren der Dehnspannbacke auf einer Spann­ platte (12) und einer Spanneinrichtung zum Spannen eines Werkstückes entlang einer Spannfläche, die bei fixierter Dehnspannbacke rechtwinklig zur Spannplatte steht, wobei min­ destens eine der beiden Einrichtungen mindestens eine ebene Dehnspannwand aufweist.

10. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 9 und einem der An­ sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtung die erste Dehneinrichtung und die Dehn­ spanneinrichtung die zweite Dehneinrichtung ist.

11. Dehnspannwerkzeug nach Anspruch 10 und einem der An­ sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtng eine in einer Nut (16) führbare Füh­ rungsschiene (38) aufweist und die Führungsschiene (38) min­ destens eine ebene Dehnspannwand (44) aufweist, die, bei fi­ xierter Dehnspannbacke (30), einer Nutfläche gegenüberliegt.