DE60015308T2

DE60015308T2 - Hydraulisches futter mit verformbarer greifhülse

Info

Publication number: DE60015308T2
Application number: DE60015308T
Authority: DE
Inventors: Mats Allard
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: SE9901173L; WO2000058045A1; SE9901173D0; US6488285B1; EP1165278B1; EP1165278A1; CN1125697C; CN1344191A; DE60015308D1; ATE280650T1; JP2002539960A; KR20020020684A; SE516951C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannfutter und Klemmverfahren, wobei eine Hülse radial verformt wird, um ein Element, wie etwa ein Werkzeugschaft, zu greifen.
Es wurden zahlreiche Typen von Spannfuttern für das sichere Halten von Werkzeugen vorgestellt. Darunter sind sogenannte hydraulische Spannfutter, welche eine verformbare mittige zylindrische Bohrung für das Festklemmen eines Werkzeugschaftes einschließen. Um die Bohrung herum befindet sich in radialem Abstandsverhältnis dazu eine Nut, die mit einem nicht komprimierbaren Medium, wie etwa Öl, gefüllt ist. Der Abschnitt des Spannfutters zwischen der Nut und der Bohrung bildet eine radial verformbare Hülse. Ein Druckmittel, wie etwa eine Schraube (d.h. ein Gewindekolben), steht in Verbindung mit dem Öl, um das Öl unter Druck zu setzen, wenn die Schraube vorangetrieben wird. In Reaktion auf das Unterdrucksetzen des Öls wird die Hülse in einer Weise verformt, daß deren effektiver Durchmesser verringert wird, d.h. der effektive Innendurchmesser einer Innenwand der Bohrung, wodurch die Wand den Werkzeugschaft greift. Wenn die Schraube zurückgedreht wird, um den Druck auf das Öl abzulassen, bildet sich die Hülse wieder zu ihrer ursprünglichen Form zurück, um den Werkzeugschaft loszulassen. Beispiele hydraulischer Spannfutter werden in den U.S. Patenten Nrn. 4,387,906; 4,677,792; und 5,127,780 beschrieben.
Ein Nachteil dieser Spannfutter ist, daß der Druck während der Verwendung des Werkzeugs aufrechterhalten bleiben muß. Im Falle eines Druckverlustes (z.B. bei einem Ölaustritt), kann sich das Werkzeug versehentlich während der Verwendung lösen, was nicht nur die Arbeit unterbricht, sondern auch ein Sicherheitsrisiko bedeuten kann.
Auch ist die Hülse typischerweise eine dünnwandige Hülse, was bestimmte zusätzliche Risiken darstellt. Wenn zum Beispiel der Druck zugeführt wird, ohne daß ein Werkzeug vorhanden ist, wird die Hülse einer übermäßigen Verformung ausgesetzt, was mit der Zeit eine ausreichende Schwächung erzeugen kann, um das Zerbrechen (Splittern) der Hülse zu verursachen. Falls der Druck aufgewendet wird, wenn das Werkzeug nur teilweise eingeführt ist, kann die Stelle, wo die Hülse eine Innenkante des Werkzeugschaftes berührt, eine darin dauerhaft gebildete Rippe haben. Ein anderer Typ unerwünschter Verformung kann sich ergeben, wenn die Außenfläche des Werkzeugschaftes eine Flachstelle einschließt, weil der Bereich, wo sich die Flachstelle befindet, keine Widerstandsfähigkeit gegen die Verformung der Wand bietet, und somit eine Flachstelle in der Hülse gebildet werden kann.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen zuverlässigen und dennoch kostengünstigen Weg zur Vermeidung des unbeabsichtigten Lösens des Klemmteils bereitzustellen.
Ein anderes Ziel ist es, ein Spannfutter und ein Klemmverfahren bereitzustellen, wobei ein Spannfutter eine verformbare Hülse hat, welche nicht zum Zerbrechen oder zu dauerhaften Verformungen neigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannfutter mit einem Spannfutterkörper, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und radial in Abstand angeordnete Innen- und Außenflächen einschließt. Die Innenfläche begrenzt eine Wand einer Bohrung mit einer sich längs erstreckenden Achse. Die Außenfläche befindet sich in einem Abstand von der Bohrungswand in einer Richtung, die sich in Bezug auf die Achse radial nach außen erstreckt. Wenigstens ein verschlossener Hohlraum ist in dem Spannfutterkörper in radialem Abstandsverhältnis zu der Bohrungswand und der Außenfläche angeordnet. Der Hohlraum erstreckt sich umfänglich über eine Entfernung, die geringer ist als der Umfang des Spannfutterkörpers, und enthält ein nicht komprimierbares Medium. Eine Druckvorrichtung steht mit dem Medium in Verbindung, um das Medium unter Druck zu setzen, um die Bohrungswand zu verformen und radial von einem normalen Durchmesser zu einem größeren Durchmesser auszudehnen, damit ein Teil in die Bohrung oder aus ihr heraus bewegt werden kann. Die Druckentlastung des Mediums bringt die Bohrungswand dazu, sich radial zu dem normalen Durchmesser zurückzuziehen, um das bewegliche Teil in der Bohrung festzuklemmen.
Bevorzugt schließt die Bohrungswand eine Längsvertiefung an einer Stelle ein, die sich in der Nähe des wenigstens einen Hohlraums befindet.
Bevorzugt gibt es mehrere Hohlräume und die Hohlräume sind untereinander verbunden.
Die Hohlräume, welche umfänglich in Abstand zueinander und/oder radial in Abstand zueinander angeordnet sein können, können einen runden Querschnitt oder einen unrunden Querschnitt haben.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren des Festklemmens eines Teils unter Nutzung des oben beschriebenen hydraulischen Spannfutters.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenbar, in denen gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und in denen
1 eine perspektivische Ansicht eines der vorliegenden Erfindung entsprechenden Spannfutterkörpers von vorne ist,
2 eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Spannfutterkörpers von hinten ist,
3 eine Seitenansicht eines Spannfutters in Explosionsdarstellung mit dem Spannfutterkörper von 1 und einer Kupplung ist,
4 eine Längsschnittansicht entlang der Linie 4–4 in 3 ist, nachdem die Kupplung an dem Spannfutterkörper befestigt wurde, und die einen Werkzeugschaft in dem Vorgang zeigt, wie er in eine Bohrung des Werkzeugkörpers eingeführt wird,
5 eine Längsschnittansicht entlang der Linie 5–5 in 3 ist, ohne daß ein Werkzeugschaft in dem Werkzeugkörper befestigt ist,
5a eine Ansicht ähnlich 5 ist, die zeigt, auf welche Weise eine Wand der Bohrung in Reaktion auf die Manipulation einer Druckvorrichtung verformt wird, die den Druck erhöht,
5b eine Vergrößerung eines Abschnitts von 5 ist,
6 eine Längsschnittansicht entlang der Linie 6–6 in 4 ist, wobei ein Werkzeugschaft in dem Spannfutter installiert ist,
7 eine Schnittansicht ähnlich 5 einer zweiten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
8 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
9 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
10 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
11 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
12 eine schematische Ansicht einer siebten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
13 eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
14 eine schematische Ansicht einer neunten Ausführungsform des Spannfutterkörpers ist,
15 eine Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines hydraulischen Spannfutters ist, und
16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 16–16 in 15 ist.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindunq
In den 1 – 6 wird eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Spannfutters 10 dargestellt.
Das Spannfutter 10 schließt einen Spannfutterkörper 11 und eine Kupplung 22 ein. Die Funktion des Spannfutterkörpers 11 ist es, ein Teil TS, welches festzuklemmen ist, aufzunehmen, und die Funktion der Kupplung 22 ist es, den Spannfutterkörper an einem Träger anzubringen, wie etwa einer (nicht gezeigten) Antriebsspindel.
Der Körper 11 hat vordere und hintere Flächen 12, 14. Die Vorderfläche 12 wird durch eine zylindrische Hülse 16 begrenzt, und die hintere Fläche wird durch einen zylindrischen Flansch 18 begrenzt.
Die Hülse und der Flansch 16, 18 sind miteinander über ein kegelförmiges Übergangsteil 20 verbunden.
Die Kupplung 22 ist eine herkömmliche Kupplung 22 eines geeigneten Typs, die an der hinteren Fläche 14 des Körpers (z.B. durch Anschweißen, Festkleben, Hartlöten, Verschrauben, etc.) angebracht ist, um das Spannfutter in die Lage zu versetzen, an einem (nicht gezeigten) Träger befestigt werden zu können.
Eine Mittelbohrung 24 erstreckt sich axial innerhalb des Spannfutterkörpers, wobei die Bohrung eine in der Vorderfläche 12 gebildete Öffnung hat. Innerhalb des Körpers 11 ist eine nach vorne weisende radiale Schulter 26 gebildet. Die Bohrung 24 ist darauf angepaßt, einen Werkzeugschaft TS ( 4 und 6) aufzunehmen, welcher gegen die Schulter 26 stößt. Alternativ kann die Schulter 26 weggelassen werden, wodurch der Werkzeugschaft TS an eine Endfläche 22a der Kupplung 22 anstößt.
Wenigstens ein sich parallel zu der Achse der Bohrung erstreckender Hohlraum 30 ist in dem Spannfutterkörper gebildet. In der in den 1 – 6 dargestellten Ausführungsform werden vier Hohlräume 30 gezeigt. Jeder Hohlräume 30 ist radial in Abstand von radial in Abstand angeordneten Innen- und Außenflächen 16, 34 des Spannfutters angeordnet, wobei die Innenfläche 32 eine Wand der Bohrung 24 begrenzt.
Jeder Hohlraum erstreckt sich umfänglich um weniger als 360°, d.h. kein Hohlraum umgibt vollständig die Bohrung 24. Bevorzugt erstreckt sich kein Hohlraum umfänglich über mehr als neunzig Grad.
Die Hohlräume 30 sind an ihren vorderen und hinteren Enden durch eine vordere Endwand 34 beziehungsweise die Kupplung 22 verschlossen.
Die Hohlräume 30 sind umfänglich in Abstand zueinander angeordnet, stehen aber untereinander mittels eines runden Verbindungskanals 36 in Verbindung. Mit dem Kanal 36 ist ein radiales Loch 38 verbunden, welches sich von der Außenfläche des Spannfutterkörpers aus erstreckt und den Kanal 36 durchschneidet, um damit eine Verbindungsöffnung 40 (5) zu bilden.
Eine Druckvorrichtung in Form einer Gegendruckschraube 42 ist in das Loch 38 eingeschraubt. Alternativ könnte eine äußere Pumpe gemeinsam mit einem geeigneten Ventil vorhanden sein, wie es anschließend in Verbindung mit 15 beschrieben wird.
Die Hohlräume 30, der Kanal 36 und der Abschnitt des zwischen der Schraube 42 und der Öffnung 40 angeordneten Lochs 38 sind mit einem nicht komprimierbaren Medium, wie zum Beispiel einer Flüssigkeit oder einem Silikongel, gefüllt. Öl ist ein Beispiel für eine verwendbare Flüssigkeit, die auch durch Festziehen der Gegendruckschraube 42 unter Druck gesetzt werden kann. Es wurde festgestellt, daß wenn das in den Hohlräumen 30 vorhandene Öl ausreichend unter Druck gesetzt wird, sich die Bohrungswand auf eine solche Weise verformen wird, daß deren effektiver Durchmesser leicht vergrößert wird. Die Wandverformung wird in gestrichelten Linien in der rechten Hälfte von 5a gezeigt. Längsvertiefungen oder Einschnitte 44 (siehe 5 und 5b) sind bevorzugt in der Wand 32 in umfänglichem Abstandsverhältnis zueinander und nahe jeweiliger Hohlräume 30 angeordnet (vier solcher Vertiefungen 44 sind in der Ausführungsform gemäß den 1 – 6 angeordnet), um die Verformung der Wand 32 zu erleichtern.
Durch Verformen der Wand 32 zum Ausdehnen des effektiven Bohrungsdurchmessers, kann ein festzuklemmendes Teil, wie etwa ein Werkzeugschaft TS, in die Bohrung eingeführt werden. Falls das Teil TS einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der ausgedehnte Durchmesser und größer ist als der normale (in Ruhestellung befindliche) Durchmesser der Bohrung, wird dieses Teil dann fest durch die Bohrungswand 32 ergriffen, wenn der Hydraulikdruck gelöst wird (durch Zurückdrehen der Gegendruckschraube 42) oder falls ein Schwund des Mediums auftritt. Das heißt, die Wand 32 wird sich selbst zu dem Zustand der Ruhestellung zurückziehen wenn der Hydraulikdruck gelöst wird, und wird Teil TS eng umschließen.
Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig den hydraulischen Druck zum Festklemmen des Teils TS aufrechtzuerhalten, so daß es keine Notwendigkeit gibt, um einen Ölschwund besorgt zu sein, der zu einem unabsichtlichen Lösen des Teils TS führte.
Die Hohlraumstruktur in der Ausführungsform gemäß den 1 – 6 umfaßt vier Hohlräume runden Querschnitts, die um neunzig Grad voneinander in Abstand angeordnet sind. Es können aber viele andere Hohlraumstrukturen verwendet werden, von denen einige in den 7 – 14 dargestellt sind.
In 7 werden vier Hohlraumpaare 50, 52 verwendet, wobei die Hohlräume jedes Paares in radialer Richtung in Abstand zueinander angeordnet sind. Ein (nicht gezeigter) Verbindungskanal würde die Hohlräume in Fließverbindung halten.
In 8 ist nur ein einzelner Hohlraum 60 runden Querschnitts vorhanden.
In 9 sind die Hohlräume 70 I-förmig. Es werden vier in gleichem Abstand zueinander angeordnete Hohlräume 70 gezeigt, aber es kann jede geeignete Anzahl verwendet werden.
In 10 sind zwei I-förmige Hohlräume 80 in einem 180°-Abstand zueinander vorhanden, wobei die Hohlräume 80 dünner als die Hohlräume 70 von 9 sind. Ein (nicht gezeigter) Verbindungskanal würde die Hohlräume 80 in Fließverbindung halten.
In Figur Spannfutterkörper 11 wird ein einzelnes Paar radial in Abstand zueinander angeordneter runder Hohlräume 90, 92 verwendet, welche durch einen Kanal miteinander verbunden wären.
In jeder der 12 – 14 sind die Hohlräume runden Querschnitts und in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet. In 12 werden drei Hohlräume 100 verwendet. In 13 12 werden sechs Hohlräume 110 verwendet. In 14 sind neun Hohlräume 120 vorhanden. Die Hohlräume jeder der 12 – 14 wären durch einen Kanal untereinander verbunden.
In den 15 und 16 wird eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform bezieht ein verhältnismäßig schlankes Spannfutter 200 ein, welches in engen Räumen verwendet werden kann. Das Spannfutter schließt einen Spannfutterkörper 221 mit einer Mittelbohrung 224 ein, die in einem vorderen Ende davon zur Aufnahme eines (nicht gezeigten) Werkzeugschaftes gebohrt ist. Mehrere (z.B. ein Paar) Hohlräume 230 sind durch den Körper 221 hindurchgebohrt, um sich so parallel zu und nahe an der Mittelbohrung 224 zu erstrecken. Hintere Enden der Hohlräume werden durch geeignete Stopfen 232 verschlossen. Eine seitliche Bohrung 234 ist teilweise durch den Körper an einer Stelle hinter der Bohrung 224 gebohrt, um beide Hohlräume 230 miteinander zu verbinden. Die seitliche Bohrung 234 durchschneidet den äußeren Umfang des Körpers 211 und ist an eine Leitung 236 angeschlossen, welche mit einer Pumpe 238 verbunden ist, die in der Lage ist, ein unter Druck gesetztes nicht komprimierbares Medium zu der seitlichen Bohrung 234 und somit zu den Hohlräumen 230 (unter Kontrolle eines Ventils 239) zu liefern, um die Oberfläche 240 der Bohrung 234 in der hier zuvor beschriebenen Weise auszudehnen.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben wurde, liegt es für die Fachleute auf der Hand, daß Zusätze, Weglassungen, Modifikationen und Ersetzungen, die nicht speziell beschrieben wurden, vorgenommen werden können, ohne von dem in den anhängenden Ansprüchen definierten Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Hydraulisches Spannfutter mit einem Spannfutterkörper, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und radial voneinander in Abstand angeordnete Innen- und Außenflächen einschließt, wobei die Innenfläche eine Wand einer Bohrung mit einer sich längs erstreckenden Achse begrenzt, und die Außenfläche von der Bohrungswand in Abstand in einer Richtung angeordnet ist, die sich in Bezug auf die Achse radial nach außen erstreckt, wenigstens einem verschlossenen Hohlraum, der in dem Spannfutterkörper in radialem Abstandsverhältnis zu der Bohrungswand und der Außenfläche angeordnet ist, wobei der wenigstens eine Hohlraum sich umfänglich über eine Entfernung erstreckt, die kleiner als 360 Grad ist und ein nicht komprimierbares Medium enthält, und einer Druckvorrichtung, die mit dem Medium für das Unterdrucksetzen des Mediums in Verbindung steht, um die Bohrungswand radial zu verformen und von einem normalen Durchmesser zu einem größeren Durchmesser auszudehnen, um einen Teil in die Lage zu versetzen, in die Bohrung hinein und aus ihr heraus bewegt zu werden, und wobei die Druckentlastung des Mediums die Bohrungswand dazu bringt, sich zum Festklemmen des Teils in der Bohrung radial zu dem normalen Durchmesser zurückzuziehen.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei die Bohrungswand eine Längsvertiefung an einer Stelle in der Nähe des wenigstens einen Hohlraums einschließt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der Spannfutterkörper ein Loch einschließt, das mit dem wenigstens einen Hohlraum verbunden ist, und wobei die Druckvorrichtung eine Gegendruckschraube umfaßt, die eingeschraubt in dem Loch befestigt ist.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei die Druckvorrichtung eine Pumpe umfaßt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum einen runden Querschnitt hat.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum einen unrunden Querschnitt hat.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum einen im allgemeinen I-förmigen Querschnitt hat.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum sich im wesentlichen parallel zu der Achse erstreckt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum mehrere in Fließverbindung miteinander stehende Hohlräume umfaßt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Bohrungswand längliche Vertiefungen einschließt, die sich nahe bei den jeweiligen Hohlräumen befinden.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei der Spannfutterkörper einen Verbindungskanal einschließt, der in Fließverbindung mit den Hohlräumen steht.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 11, wobei der Spannfutterkörper ein Loch einschließt, das mit den Hohlräumen und dem Verbindungskanal in Verbindung steht, und wobei die Druckvorrichtung eine Gegendruckschraube umfaßt, die eingeschraubt in dem Loch befestigt ist.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Hohlräume umfänglich in Abstand zueinander angeordnet sind.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Hohlräume radial in Abstand zueinander angeordnet sind.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Hohlräume radial in Abstand zueinander angeordnet sind und einige der Hohlräume umfänglich in Abstand zueinander angeordnet sind.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Hohlräume einen runden Querschnitt haben.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei die Hohlräume einen allgemein I-förmigen Querschnitt haben.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 9, wobei sich die Hohlräume im wesentlichen parallel zu der Achse erstrecken.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei das nicht komprimierbare Medium eine Flüssigkeit umfaßt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei das nicht komprimierbare Medium Silikongel umfaßt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum sich umfänglich über eine Entfernung von weniger als neunzig Grad erstreckt.
Hydraulisches Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Hohlraum mehrere Hohlräume umfaßt, wobei jeder Hohlraum sich umfänglich über eine Entfernung von weniger als neunzig Grad erstreckt.
Verfahren des Festklemmens eines Teils mit den Stufen, in denen man A) einen Spannfutterkörper mit einer sich längs erstreckenden Bohrung bereitstellt, wobei der Körper wenigstens einen sich darin längs erstreckenden verschlossenen Hohlraum hat, der sich in radialem Abstandsverhältnis zu einer Wand der Bohrung und zu einer Außenfläche des Körpers befindet, wobei sich der wenigstens eine Hohlraum umfänglich über eine Entfernung von weniger als 360 Grad erstreckt und ein nicht komprimierbares Medium enthält, B) das Medium unter Druck setzt, um die Bohrungswand zu verformen und von einem normalen Durchmesser zu einem größeren Durchmesser auszudehnen, damit ein Teil in die Lage versetzt wird, in die Bohrung hinein bewegt zu werden, C) das Teil in die verformte Bohrung einführt, und D) den Druck des Mediums entlastet, um die Bohrungswand dazu zu bringen, sich radial zu dem normalen Durchmesser zum Festklemmen des Teils in der Bohrung zurückzuziehen.