DE3931138C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft vom Prinzip her eine Spannhülse, die durch Druck einer Flüssigkeit in ihrem Durchmesser geändert wird, wobei durch diese Durchmesseränderung ein Gegenstand mittels der Spannkraft der Spannhülse gehalten wird (Ober­ begriff des Anspruches 1). Hierzu kennt man Spannhülsen für bzw. an einem mit Flüssigkeitsdruck zu betätigenden Dehn­ spanndorn mit an der Innenseite der Spannhülse befindlichen, die unter Druck stehende bzw. zu setzende Flüssigkeit füh­ renden Räumen, wobei die Außenseite der Spannhülse zum Über­ schieben des zu verspannenden Gegenstandes vorgesehen und aus­ gebildet ist (Oberbegriff des Anspruches 2). Solche Hülsen werden auch Dehnhülsen genannt. Dabei werden an sie zwei For­ derungen gestellt, nämlich zum einen eine möglichst große Dehnbarkeit bis Erreichung der Streckgrenze des Materials und zum anderen eine große Härte der Außenseite, um diese möglichst widerstandsfähig gegen den Abrieb beim Aufstecken und Wiederabziehen des zu verspannenden Gegenstandes zu machen. Beide Forderungen wurden mit den bisher herkömmli­ chen Spannhülsen aus Stahl oder kohlefaserverstärktem Kunst­ stoff nicht erfüllt.

Stahl besitzt zwar eine relativ große Oberflächenhärte, aber nur einen sehr geringen Dehnungs­ koeffizienten. Das gleiche gilt für Spannhülsen nach DE-GM 88 06 700, die aus Stahl und einer Beschichtung aus kubischem, kristallinen Bornitrid (CBN-Korn) bestehen. Ein kohlefaserverstärkter Kunststoff ist zwar relativ dehnbar, besitzt jedoch keine genügende Oberflächenhärte, d. h. die Außenseite einer aus einem solchen Kunststoff hergestellten Spannhülse wird sehr rasch verschlissen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber zunächst darin, eine Spannhülse gemäß dem eingangs zitierten Oberbe­ griff des Anspruches 1 so auszubilden, daß die beiden an sich einander widersprechenden Anforderungen einer relativ großen Durchmesseränderung der Spannhülse einerseits und einer großen Oberflächenhärte dieser Spannhülse andererseits erfüllt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend vom eingangs zitier­ ten Oberbegriff des Anspruches 1 darin gesehen, daß die Spann­ hülse aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und an ihrer mit dem Gegenstand zu verspannenden Seite eine harte Schicht aufweist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß trotz der Schwierigkeiten der Behandlung von Titan bei Einhaltung der Erfordernis einer sehr großen Maßgenauigkeit die Ausbil­ dung der Spannhülse nach der Erfindung aus Titan mit einer maßhaltigen, harten Schicht verwirklicht werden kann. Hiermit wird das Vorurteil überwunden, daß man entweder eine große Oberflächenhärte, oder aber einen relativ großen Dehnungskoef­ fizienten einer solchen Spannhülse erhalten kann, daß aber beide Forderungen nicht zugleich erfüllbar sind. Vielmehr ist der Dehnungskoeffizient einer solchen Spannhülse etwa doppelt so groß als der Dehnungskoeffizient einer entsprechenden Spann­ hülse aus Stahl. Die Härte und Abriebfestigkeit der Oberfläche einer Spannhülse, die gemäß der Erfindung ausgestaltet ist, sind mindest gleich, wenn nicht höher als die einer entspre­ chenden Oberfläche einer aus Stahl bestehenden Spannhülse.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die harte Schicht aus der gehärteten Außenschicht der aus Titan hergestellten Spannhülse besteht. Dies ist trotz der gegebenen Schwierigkeiten in der Härtung und Wärmebe­ handlung von Titan möglich, womit die vorstehend erläu­ terten Vorteile erreicht werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Außenschicht aus einer Beschichtung mit kubischen, kristallinen Bornitrid (CBN-Korn). Eine solche Beschich­ tung ist auf eine ungehärtete Titan-Spannhülse aufbringbar. Sie hat die genügende Härte, die aus den o. g. Gründen ge­ wünscht wird. Andererseits ist aber die erläuterte große Elastizität der nicht gehärteten Titan-Spannhülse gegeben.

Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung, und zwar in beiden vorstehend erläuterten Varianten der Ansprüche 3 und 4 dann, wenn die Spannhülse außenseitig als Verzahnung ausgebildet ist, wobei die Außenseite dieser Verzahnung die harte Schicht aufweist. Bei Ausbildung der Spannhülse mit einer außenseitigen Verzahnung sind die für das Erzielen der notwendigen Verspannung durch die Dehnung zu überwinden­ den Wege größer, als wenn die miteinander zu verspannenden Oberflächen der Spannhülse und des zu haltenden Gegenstandes zylindrisch ausgebildet sind. Somit kommt bei Ausbildung der Spannhülse mit einer Verzahnung es besonders darauf an, daß der Ausdehnungskoeffizient der Spannhülse, bzw. deren Verzahnung so groß als möglich ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Spannhülse für bzw. an einem mit Flüssigkeitsdruck zu betätigenden Hydrospannfutter mit an der Außenseite der Spannhülse befindlichen, die unter Druck stehende bzw. zu setzende Flüssigkeit führenden Räumen, wobei die Innenseite der Spannhülse zum Hineinschieben des zu verspannenden Gegenstandes vorgesehen und ausgebildet ist. Auch hier bestehen die eingangs geschilderten Proble­ me und die eingangs genannte Aufgabe, wobei lediglich an­ stelle einer Dehnbarkeit die Zusammendrückbarkeit der Spannhülse tritt, da sich der zu verspannende Gegenstand in diesem Fall innerhalb der Spannhülse befindet. Hier ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Spannhülse aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und an ihrer Innenseite eine harte Schicht aufweist (Anspruch 6). Hinsichtlich der näheren Ausgestaltung dieser Spannhülse und deren harten Innenseite gelten die Ansprüche 7 bis 10. Für die Erläute­ rungen der Ansprüche 7 bis 9 gelten sinngemäß die Erläute­ rungen zu den die Außenschicht betreffenden Ansprüchen 3-5.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind den weite­ ren Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen mit einer Spannhülse nach der Erfindung ausgestatteten Dehnspanndorn im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, jedoch in einem demgegen­ über vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 in einem Schnitt gemäß Fig. 2 eine andere Ausgestaltung der zu einem Dehnspanndorn nach Fig. 1 gehörenden Spannhülse,

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hydrospannfutter und einer von außen nach innen gegen das zu spannende Werkstück zu drückenden Spannhülse.

Gemäß dem Beispiel der Fig. 1 bis 3 trägt der Dehnspanndorn 1 eine nach außen dehnbare Spannhülse 2, die z. B. mit einer Ver­ schraubung 3 am Körper 4 des Dehnspanndornes befestigt ist. Im Dehnspanndorn sind Flüssigkeitsleitungen 5 bis 7 vorgesehen, die einerseits (siehe Ziff. 5) an eine hier nicht im einzelnen dar­ gestellte Flüssigkeitszufuhr angeschlossen sind und anderer­ seits (siehe Ziff. 7) die Flüssigkeit in einen zylindrischen Ringraum 8 leiten, der sich etwa über die gesamte Spannlänge 1 der Spannhülse 2 erstreckt und an deren Innenseite anliegt. Aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung ist in den Fig. 1 und 4 die Druckflüssigkeit nicht eingezeichnet. Jedoch ist in den Fig. 2 und 3 die in den Leitungen 7 und Ringraum 8 befind­ liche Druckflüssigkeit dargestellt.

Der zu verspannende Gegenstand 10 wird in Pfeilrichtung 9 über die Spannhülse 2 geschoben und liegt dabei mit seiner Innenseite mit möglichst engem Sitz an der Außenseite der Spannhülse an. Ein solcher Gegenstand 10 ist strichpunktiert angedeutet. Danach wird auf das in den o. g. Leitungen befind­ liche flüssige Medium, bevorzugt ein Hydrauliköl, von einer nicht dargestellten Pumpe ein Druck ausgeübt, so daß die im Ringraum 8 befindliche Flüssigkeit radial nach außen auf die Spannhülse drückt und sie in dieser Radialrichtung etwas nach außen dehnt. Hiermit wird der Gegenstand 10 festgehalten.

Die Spannhülse 2 ist in dieser Ausführung gemäß Fig. 2 mit nach außen gerichteten Zähnen 11 in Art eines Steckzahn­ rades versehen. Sie besteht aus Titan oder einer Titanle­ gierung, wobei die Außenseite oder -schicht 12 hart ist.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung mit einer Spannhülse 2′, die hohlzylindrisch ausgebildet ist und ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, wobei auch hier die Außenseite oder -schicht 12′ hart ist.

Die harte Außenseite oder -schicht kann in beiden Ausfüh­ rungsbeispielen entweder aus einer Härtung der Außenschicht des Titans bzw. der Titanlegierung bestehen. Statt dessen kann eine Beschichtung aus kubischen, kristallinen Borni­ trid (CBN-Korn) aufgetragen sein. Diese Beschichtung hat ebenfalls eine entsprechende Härte und Abriebfestigkeit. Derartige Bornitrid-Beschichtungen werden bevorzugt galva­ nisch aufgetragen. Die Korngröße kann etwa 0,015 µm be­ tragen, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt ist. Aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung ist für diese bei­ den möglichen, jedoch unterschiedlichen Beschichtungen ein- und dieselbe Darstellung verwendet worden. Hinzu kommt, daß die Körner der Bornitrid-Beschichtung aufgrund ihrer Klein­ heit sowieso zeichnerisch nicht maßstabsgetreu dargestellt werden können.

Als Titanlegierungen kommen beispielsweise Titan-Aluminium- Legierungen, wie Tial 6 V 4 in Frage.

In Fig. 2 linke Hälfte ist über einen Teilbereich die Gegen­ verzahnung (Innenverzahnung) 13 eines zu verspannenden Ge­ genstandes 10 angedeutet, während Fig. 3 einen Teilbereich der zylindrischen Innenseite 13′ eines zu verspannenden Gegenstandes 10′ zeigt. Es ist ersichtlich, daß bei der Verspannung der Spannhülse mit dem Gegenstand über eine Verzahnung (Fig. 2) in der Radialrichtung R die Ausdehnung der Spannhülse zur Erreichung einer hinreichenden Verspan­ nung erheblich größer sein muß als in der Ausführung gemäß Fig. 3, sofern die noch verbleibende Spalte zwischen der Außenseite der Spannhülse und der Innenseite des zu ver­ spannenden Gegenstandes in beiden Fällen gleich groß sind. Dann muß nämlich im Fall der Fig. 2 mit der Dehnung der Spannhülse ein größerer Weg überwunden werden als im Fall der Fig. 3.

Um eine möglichst große Dehnung zu erreichen sind die Spannhülsen nach der Erfindung in ihrer Wandstärke mög­ lichst dünn gehalten. So kann z. B. bei einem Durchmesser der Spannhülse von circa 30 mm deren Dicke im Ausführungs­ beispiel der Fig. 3 0,5 mm betragen. Analoge Größenver­ hältnisse ergeben sich bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 2. Aus Gründen der besseren zeichnerischen Dar­ stellung weichen die Maße der Teile in den Figuren von den vorstehenden Angaben ab.

Fig. 4 zeigt das Prinzip der Erfindung bei einer Spann­ hülse 14, die in einem Körper 15 mittels Schrauben 16 ge­ halten ist. Die Druckflüssigkeit wird über Zuleitungen 17 in einen ringzylindrischen Raum 18 geführt, der die Spann­ hülse 14 umgibt. Der zu verspannende Gegenstand 19 ist auch hier strichpunktiert angedeutet. Die Spannhülse 14 wird zu­ sammen mit der harten Innenschicht 20 durch einen entspre­ chend hohen Flüssigkeitsdruck im Ringzylinder 18 nach innen gepreßt und hält somit über die Innenschicht 20 den zu ver­ spannenden Gegenstand 19 fest.

Es gelten sinngemäß hierzu die Darlegungen zum Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 bis 3. Insbesondere ist darauf hinzu­ weisen, daß bei der Ausführung nach Fig. 4 innenseitig eine Verzahnung der Spannhülse mit nach innen gerichteter harter Schicht vorgesehen sein kann, und zwar zum Verspannen der Außenverzahnung eines darin durch die Spannkraft zu halten­ den Zahnrades.

Claims (11)

1. Spannhülse, die durch Druck einer Flüssigkeit in ihrem Durchmesser geändert wird, wobei durch diese Durchmes­ seränderung ein Gegenstand mittels der Spannkraft der Spannhülse gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (2, 2′, 14) aus Titan oder einer Titan­ legierung besteht und an ihrer mit dem Gegenstand zu verspannenden Seite (12, 12′, 20) eine harte Schicht aufweist.

2. Dehnbare Spannhülse für bzw. an einem mit Flüssigkeits­ druck zu betätigenden Dehnspanndorn mit an der Innen­ seite der Spannhülse befindlichen, die unter Druck stehende bzw. zu setzende Flüssigkeit führenden Räumen, wobei die Außenseite der Spannhülse zum Überschieben des zu verspannenden Gegenstandes vorgesehen und aus­ gebildet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (12, 12′) der Spannhülse (2, 2′) eine harte Schicht aufweist.

3. Spannhülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die harte Schicht aus der gehärteten Außenseite (12, 12′) des Titans bzw. der Titanlegierung der Spann­ hülse besteht.

4. Spannhülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenschicht aus einer Beschichtung mit kubischem, kristallinen Bornitrid (CBN-Korn) besteht.

5. Spannhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (2) außenseitig als Verzahnung (11) ausgebildet ist, wobei die Außen­ seite (12) dieser Verzahnung die harte Schicht auf­ weist.

6. Zusammendrückbare Spannhülse für bzw. an einem mit Flüssigkeitsdruck zu betätigenden Hydrospannfutter mit an der Außenseite der Spannhülse befindlichen, die unter Druck stehende bzw. zu setzende Flüssigkeit füh­ renden Räumen, wobei die Innenseite der Spannhülse zum Hineinschieben des zu verspannenden Gegenstandes vorgesehen und ausgebildet ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite (20) der Spannhülse (14) eine harte Schicht aufweist.

7. Spannhülse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Schicht aus der gehärteten Innenseite (20) des Titans bzw. der Titanlegierung der Spann­ hülse besteht.

8. Spannhülse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Innenschicht (20) aus einer Beschich­ tung mit kubischem, kristallinen Bornitrid (CBN-Korn) besteht.

9. Spannhülse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (14) innenseitig als Verzahnung ausgebildet ist, wobei die nach innen gelegene Oberfläche dieser Verzahnung die harte Schicht aufweist.

10. Spannhülse nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Korngröße der Bornitrid-Beschich­ tung etwa 0,015 µm beträgt.

11. Spannhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn­ zeichnet durch Ausbildung der Spannhülse (14) aus einer Titan-Aluminium-Legierung, z. B. Tial 6 V 4.