DE4012766A1 - Spannvorrichtung fuer werkstuecke oder werkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung für Werkstücke oder Werkzeuge mit hoher Rundlaufgenauigkeit, mit einem mit einer zylindrischen Bohrung versehenen Grund­ körper und einer konzentrisch hierzu angeordneten, im Durchmesser veränderbaren zylindrischen Spannhülse mit axial gegeneinander versetzten inneren und äußeren Ring­ einstechnuten, sowie einer axial auf das innere Stirnende der am vorderen Ende axial abgestützten Spannhülse einwir­ kenden Spannvorrichtung.

Neben Spannvorrichtungen, bei denen am vorderen Ende eine Spannmutter vorgesehen ist, um die Spannhülse mit der nöti­ gen Axialkraft zu beaufschlagen, die erforderlich ist, daß sie infolge Deformation die radiale Haltespannung auf den Schaft des Werkzeugs entwickeln kann, sind in letzter Zeit in zunehmendem Maß Spannvorrichtungen der eingangs genann­ ten Art vorgeschlagen worden, bei denen das Spannelement auf der entgegengesetzten inneren Seite angeordnet ist. So ist beispielsweise bei einer in der Deutschen Offenlegungs­ schrift 36 36 581 beschriebenen Spannvorrichtung eine Spannfeder vorgesehen, die durch eine Spannschraube kon­ trolliert zusammendrückbar ist, um auf diese Art und Weise die notwendige Axialspannkraft auf die Spannhülse zu über­ tragen.

Diese bekannten Anordnungen mit innenliegender Spann­ schraube sind jedoch in manchen Anwendungsfällen nicht ein­ setzbar, in denen aufgrund der Besonderheiten das Anordnen einer Spannschraube am inneren Ende nicht vorgesehen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spann­ vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch bei geschlossenem inneren Ende die Spannkraftein­ leitung von der inneren Seite der Spannhülse aus erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Spannvorrichtung einen Axialkrafterzeuger mit zwei axial beweglichen Klemmteilen umfaßt, die mittels einer radialen Betätigungsschraube verschiebbar sind.

Durch den erfindungsgemäßen Axialkrafterzeuger mit einer quasi 90°-Umlenkung von der Bewegungsrichtung der Betäti­ gungsschraube zur Bewegungsrichtung der in der Achse der Spannvorrichtung verschieblichen Klemmteile kann auch bei geschlossenem inneren Ende der Spannvorrichtung die Spann­ krafteinleitung auf die Spannhülse von deren Rückseite her erfolgen, wobei es im einfachsten Fall möglich ist, den Axialkrafterzeuger unmittelbar zur Krafteinleitung zu be­ nutzen.

In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich aber als beson­ ders zweckmäßig erwiesen, wenn man einen erfindungsgemäßen Axialkrafterzeuger als Löseteil zwischen die Spannhülse und ein Federpaket einschaltet, so daß der Axialkrafterzeuger nicht die Spannung im Betriebsfall bewirkt, sondern ledig­ lich dazu dient, die vom Federpaket aufgebrachte Spannkraft kurzfristig aufzuheben, damit ein Werkzeugwechsel erfolgen kann.

Ein derartiger Axialkrafterzeuger kann beispielsweise einen axial im Grundkörper verschiebbaren, radial verlaufenden Spannbolzen mit beidseitigen Kegelflächen und koaxiale, mit diesen über Gegenkonusflächen zusammenwirkende, in Gewinde­ bohrungen des Grundkörpers einschraubbare Betätigungs­ schrauben umfassen, wobei die Achsen der Gewindebohrungen etwas axial gegeneinander versetzt sind. Hält man die eine der beiden Schrauben fest und betätigt die andere, so er­ folgt durch den Versatz der Achsen eine geringe Axialver­ schiebung des Spannbolzens. Diese kann entweder direkt zum Beaufschlagen der Spannhülse, oder wie bereits ausgeführt, bevorzugt zur Entspannung eines Federpakets herangezogen werden, derart, daß beispielsweise die zwischen Spannhülse und Federpaket angeordnete Übertragungshülse mit einer ent­ sprechenden Ausnehmung für den Spannbolzen versehen ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung des Axialkraft­ erzeugers erfolgt eine Deformation des Futterkörpers durch Radialkraft und es treten auch Freßerscheinungen, insbeson­ dere bei sehr hohen Spannkräften, auf. Um diese Phänomene zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Axialkrafterzeuger einen Träger­ körper mit wenigstens einer in einer Lagerbohrung nach außen verschiebbaren Spannkugel umfaßt, auf die die Betäti­ gungsschraube über eine versetzte Zwischenkugel einwirkt.

Bei dieser Ausbildung des Axialkrafterzeugers bildet der Trägerkörper das eine Klemmelement und die Spannkugel das andere Klemmelement, die axial gegeneinander verstellbar sind, wobei sich der Trägerkörper mit der der Austrittsboh­ rung der Spannkugel entgegengesetzten Stirnfläche bei­ spielsweise starr im Grundkörper der Spannvorrichtung ab­ stützt und die nach außen bewegliche Kugel auf die Übertra­ gungshülse des Federpakets einwirkt, um im Bedarfsfall die­ ses zusammenzudrücken und damit die Federspannung zum Werk­ zeugwechsel aufzuheben.

Bei Vorsehen nur eines Kugelpaars mit einer Spannkugel und einer Zwischenkugel - durch die Verwendung dieser Zwischen­ kugel ergibt sich infolge der sich stets ändernden Winkel zwischen den Kugeln eine optimale Krafteinleitung - müßte die Spannkugel aus Symmetriegründen in der Mittelachse an­ geordnet sein, was allerdings dann zur Folge hätte, daß keine durchgehende Kühlmittelbohrung vorgesehen werden kann.

Um auch eine solche durchgehende Kühl- und Schmiermittel­ bohrung vorsehen zu können, ist daher gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß zwei Ku­ gelpaare vorhanden sind, zwischen deren Spannkugeln eine zentrale Kühlmittelbohrung angeordnet ist und deren Zwi­ schenkugeln über einen Wippenkeil von der gemeinsamen Betä­ tigungsschraube beaufschlagt sind.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, die Zwischenkugel durch eine Feder in die der Betätigungs­ schraube entgegengerichtete Rücklaufstellung für die Spann­ kugel vorzuspannen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit einem Federpaket und einem als Löseteil wirkenden Axial­ krafterzeuger,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführung­ form einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit Federpaket, einem Axialkrafterzeuger mit einem Kugelpaar,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Aus­ führungsbeispiel entsprechend Fig. 2, mit einem Axialkrafterzeuger mit zentraler Schmiermittel­ bohrung und zwei Kugelpaaren,

Fig. 4 eine Stirnansicht des Axialkrafterzeugers gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen versetzten Schnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 4, und

Fig. 6 eine schematische Wiedergabe einer Spannvor­ richtung, bei der der Axialkrafterzeuger nicht als Löseteil, sondern als direktes Spannteil für die Spannhülse wirkt.

Die Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung mit einem Grundkör­ per 1, in dessen zylindrischer Bohrung zwei hintereinander angeordnete Spannhülsen 2 und 3 mit axial gegeneinander versetzten Ringeinstechnuten 4 angeordnet sind. Die Spann­ hülse zum Festhalten des Schafts eines Werkstücks oder Werkzeugs stützt sich am vorderen Ende an einem starren Deckel 5 ab, während die Druckbeauschlagung von der hinte­ ren Seite her erfolgt. Als eigentliches Druckelement dient ein nur schematisch angedeutetes Federpaket 6, welches sich am hinteren inneren Ende starr am Ringbund 7 eines Ein­ satzes 8 abstützt und am vorderen Ende auf ein Druckstück 9 einwirkt, das schließlich die Zwischenübertragungshülse 10 beaufschlagt, die sich am inneren Ende der Spannhülse 3 ab­ stützt. Das zylindrische Druckstück 9 weist eine Querboh­ rung auf, in der ein Spannbolzen 11 verschiebbar gelagert ist. Dieser Spannbolzen, der am einen Ende eine Kegelfläche 12 und am anderen eine Konusvertiefung 13 aufweist, wirkt mit einer Betätigungsschraube 14 und einer Gegenschraube 15 zusammen, welche in Gewindebohrungen des Grundkörpers 1 einschraubbar sind und jeweils mit Gegenkegeln bzw. Konus­ flächen 16, 17 für Konus und Kegel 13, 12 des Spannbolzens versehen sind. Durch einen leichten axialen Versatz der Achsen der Gewindebohrungen für die Schrauben 15 und 14 er­ gibt sich beim Einschrauben der Betätigungsschraube 14, bei der sich der Spannbolzen 11 mit seinem Kegel 12 links oben am Konus 17 der Schraube 15 abstützt, eine entsprechende axiale Verschiebung des Spannbolzens nach rechts, wodurch das Druckstück mitverschoben wird und damit das Federpaket 6 zusammengedrückt wird, so daß es dann nicht mehr auf die Spannhülsen 2, 3 einwirken kann und somit in dieser Stel­ lung die Spannkraft gelöst ist und ein Werkzeugwechsel stattfinden kann. Dreht man die Betätigungsschraube 14 wie­ der etwas heraus, so verschiebt sich der Spannbolzen in Fig. 1 gesehen nach links, so daß das Federpaket wieder über das Druckstück 9 und die Zwischenhülse 10 auf die Spannhülsen 2, 3 einwirken kann. Die gezeigte Ausbildung eines Axialkrafterzeugers mit einem Spannbolzen ermöglicht das Vorsehen einer durchgehenden Kühlmittelbohrung 18. Diese Kühlmittelbohrung muß bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel allerdings entfallen, bei dem der Axi­ alkrafterzeuger viel einfacher ausgebildet ist und auch we­ der zu einer Deformation des Futterkörpers durch Radial­ kraft führen kann, noch Freßerscheinungen in nennenswertem Maß aufweist. Der Axialkrafterzeuger beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2 umfaßt einen Trägerkörper 20 mit einer in einer zentralen, in der Mittelachse der Spannvorrichtung liegenden Bohrung 21 nach außen verschiebbaren Spannkugel 22, auf die die Betätigungsschraube 14′ über eine versetzte Zwischenkugel 23 einwirkt. Diese Zwischenkugel 23 steht un­ ter der entspannenden Wirkung einer Rückstellfeder 24, die beim Lösen der Betätigungsschraube 14 die Zwischenkugel 23 so mit anhebt, daß die eigentliche Spannkugel nach innen in den Trägerkörper gleiten kann und damit das Druckstück 9 freigibt, so daß die Kraft des Federpakets 6 auf die Spann­ hülsen 2 und 3 einwirken kann. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Schraube 24 dient der Ermöglichung einer Winkel­ korrektur, wie sie beispielsweise in der Deutschen Offenle­ gungsschrift 36 36 581 beschrieben ist.

Um bei der einfachen und vorteilhaften Konstruktion eines Axialkrafterzeugers entsprechend Fig. 2 doch wiederum eine durchgehende Kühlmittelbohrung 18 vorsehen zu können, ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 bis 5 vorgese­ hen, daß nicht ein Kugelpaar mit einer Spannkugel 22 und einer Zwischenkugel 23 vorhanden ist, sondern zwei seitlich gegenüber der Mittelachse versetzte Kugelpaare mit jeweils einer Spannkugel 22a und 22b, einer Zwischenkugel 23a bzw. 23b, die beide gemeinsam über einen nach Art einer Wippe wirkenden Übertragungskeil 25 von einer gemeinsamen Spann­ schraube 14′′ betätigbar sind. Durch diese Ausbildung bleibt in der Mitte Platz für eine Kühlmittelbohrung 26.

In Fig. 6 ist schließlich schematisch eine Spannvorrichtung gezeigt, bei der ein Axialkrafterzeuger entsprechend Fig. 2 zum unmittelbaren Spannen der Spannhülse 2′′′ verwendet wird. Hierzu ist der Axialkrafterzeuger einfach un 90° ver­ setzt eingebaut, so daß sich die Stirnfläche 27 des Träger­ körpers auf der hinteren inneren Seite an einer Gegenstirn­ fläche des Grundkörpers 1 abstützt und die nunmehr nach links weisende Spannkugel auf das Druckstück 9′′′ und damit unmittelbar auf die Spannhülse 2′′′ einwirken kann. Selbst­ verständlich könnten auch die Axialkrafterzeuger gemäß Fig. 1 oder gemäß den Fig. 3 bis 5 in dieser Weise, wie es in Fig. 6 angedeutet ist, direkt zur Spannung der Spannhülsen herangezogen werden. In der Praxis ist es allerdings meist günstiger, die Axialkrafterzeuger als Löseteile für ein die Spannkraft erzeugendes Federpaket einzusetzen, wie dies in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist.

Claims (6)

1. Spannvorrichtung für Werkstücke oder Werkzeuge mit hoher Rundlaufgenauigkeit, mit einem mit einer zylin­ drischen Bohrung versehenen Grundkörper und einer konzentrisch hierzu angordneten, im Durchmesser ver­ änderbaren zylindrischen Spannhülse mit axial gegen­ einander versetzten Ringeinstechnuten, sowie einer axial auf das innere Stirnende der am vorderen Ende axial abgestützten Spannhülse einwirkenden Spannvor­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvor­ richtung einen Axialkrafterzeuger mit zwei axial be­ weglichen Klemmteilen umfaßt, die mittels einer ra­ dialen Betätigungsschraube (14, 14′, 14′′) verschieb­ bar sind.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Axialkrafterzeuger als Löseteil zwischen die Spannhülse (2, 3) und ein Federpaket (6) eingeschaltet ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Axialkrafterzeuger einen axial im Grundkörper (1) verschiebbaren, radial verlaufen­ den Spannbolzen (11) mit beidseitigen Kegel- und Ko­ nusflächen (12, 13) und koaxiale mit diesen über Ge­ genkonus- und Kegelflächen (16, 17) zusammenwirkende, in Gewindebohrungen des Grundkörpers (1) ein­ schraubbare Betätigungsschrauben (14, 15) umfaßt, wo­ bei die Achsen der Gewindebohrungen etwas axial ge­ geneinander versetzt sind.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Axialkrafterzeuger einen Trä­ gerkörper (20) mit wenigstens einer in einer Lager­ bohrung (21) nach außen verschiebbaren Spannkugel (22; 22a, 22b) umfaßt, auf die die Betätigungs­ schraube (14′, 14′′) über eine versetzte Zwischen­ kugel (23; 23a, 23b) einwirkt.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenkugel (22) durch eine Feder (28) in die der Betätigungsschraube entgegengerich­ tete Rücklaufstellung für die Spannkugel vorgespannt ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Kugelpaare vorgesehen sind, zwischen deren Spannkugeln (22a, 22b) eine zentrale Kühlmittelbohrung (26) angeordnet ist und deren Zwi­ schenkugeln (23a, 23b) über einen Wippenkeil (25) von der gemeinsamen Betätigungsschraube (14′′) beauf­ schlagt sind.