Spannelement zur Positionierung und/oder Fixierung eines Werkstücks oder Werkzeugs Clamping element for positioning and / or fixing a workpiece or tool
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannelement zur Positionierung und/oder Fixierung eines Werkstücks oder Werkzeugs, umfassend eine Mehrzahl von Tragstegen und eine Mehrzahl von elastischen Zwischen- gliedern, wobei sich das Spannelement durch Dehnung oder Stauchung der elastischen Zwischenglieder aufweiten oder zusammendrücken lässt. Besonders bei der mechanischen Endbearbeitung und Endkontrolle von Werkstücken, die auf einer ihrer Bezugsfläche aufgenommen und gespannt werden müssen, kommt es darauf an, diese sehr genau und exakt reprodu- zierbar zu positionieren, zu fixieren und zu spannen, um sie maß-, form- und lagegerecht fertigen bzw. vermessen zu können. Dazu sind Spannein- richtungen erforderlich, die sich durch eine hohe Form- und Lagegenauig- keit sowie eine hohe Formstabilität auszeichnen. The present invention relates to a clamping element for positioning and / or fixing a workpiece or tool, comprising a plurality of support webs and a plurality of elastic intermediate members, wherein the clamping element can expand or compress by stretching or compression of the elastic intermediate members. Particularly in the case of mechanical finishing and final inspection of workpieces which must be picked up and clamped on one of their reference surfaces, it is important to position, fix and tension them very precisely and exactly reproducibly so that they can be dimensionally, formally and be able to manufacture or measure correctly. This requires clamping devices that are characterized by their high form and positional accuracy as well as their high dimensional stability.
Ähnlich verhält es sich beim Spannen von Werkzeugen. Nur mit einem exakt positionierten Werkzeug kann die erwartete Maßhaltigkeit eines zu bearbeitenden Werkstücks erzielt werden. Darüber hinaus führt eine Rund- laufabweichung zu ungleicher Beanspruchung des Werkzeugs und damit zur Minderung der Standzeit. The same is true when clamping tools. Only with a precisely positioned tool can the expected dimensional stability of a workpiece to be machined be achieved. In addition, a runout deviation leads to uneven stress on the tool and thus to a reduction in tool life.
Durch die Druckschrift DE 482 024 C ist ein Spannelement bekannt, wel- ches durch eine kegelige Hülse mit Längsschlitzen gebildet ist. Durch die Längsschlitze wird die Hülse in zusammenhängende Segmente unterteilt. Die Längsschlitze erstrecken sich in Längsrichtung über einen Teil der ra-
dialen Erstreckung der Hülse und sind radialeinwärts bzw. radialauswärts gerichtet. Die Segmente haben die gleiche Außen- und Innenkontur wie die Hülse. Zum Beginn eines Spannvorgangs liegen die Segmente am Werk- stück oder Werkzeug an. Beim Spannen werden die Segmente gegeneinan- der verschoben, und im Übergangsbereich, der durch die benachbarten Schlitze gebildet ist, deformiert. Der radiale Versatz so wie diese Deforma- tion wirken sich negativ auf die aneinander liegenden Oberflächen sowie auf die Rundlaufgenauigkeit aus und begünstigen den Verschleiß. Eine vergleichbare Problematik besteht auch bei einer durch EP 2 813 306 Al bekannten Spannhülse, bei der mehrere regelmäßig über den Umfang der Spannhülse verteilt angeordnete Segmente vorgesehen sind. Die Seg- mente sind miteinander verbunden. Die Spannhülse weist eine Mehrzahl von Nuten auf. Erste Nuten gehen von der äußeren Mantelfläche der Hülse nach innen. Des Weiteren sind zweite von einer inneren Mantelflächen nach außen gehenden Nuten vorgesehen. Zwischen den ersten und den zweiten Nuten verbleiben Materialbrücken. The publication DE 482 024 C discloses a tensioning element which is formed by a conical sleeve with longitudinal slots. Through the longitudinal slots, the sleeve is divided into contiguous segments. The longitudinal slots extend in the longitudinal direction over part of the radial dialen extension of the sleeve and are directed radially inward or radially outward. The segments have the same outer and inner contour as the sleeve. At the beginning of a clamping process, the segments are applied to the workpiece or tool. During clamping, the segments are displaced against each other and deformed in the transitional area formed by the adjacent slots. The radial offset as well as this deformation have a negative effect on the adjacent surfaces and on the concentricity and promote wear. A comparable problem also exists in a clamping sleeve known from EP 2 813 306 A1, in which a plurality of segments distributed regularly over the circumference of the clamping sleeve are provided. The segments are interconnected. The clamping sleeve has a plurality of grooves. First grooves go from the outer surface of the sleeve inside. Furthermore, second outgoing from an inner circumferential surfaces grooves are provided. Between the first and the second grooves material bridges remain.
Es sind auch Spannelemente bekannt bei denen die elastischen Zwischen- glieder als auf die Tragstege aufvulkanisierte Zwischenlagen ausgebildet sind. Die Anzahl der Tragstege und der Zwischenglieder ist aus Fertigungs- gründen üblicherweise auf 3 bis 6 pro Spannelement beschränkt. Als Mate- rial für diese Zwischenlagen werden im Allgemeinen Gummi oder gummi- elastische Kunststoffe verwendet. There are also known clamping elements in which the elastic intermediate members are formed as vulcanized onto the support webs intermediate layers. The number of support webs and the intermediate links is usually limited to 3 to 6 per clamping element for manufacturing reasons. Rubber or rubber-elastic plastics are generally used as the material for these intermediate layers.
Als nachteilig wird angesehen, dass diese Zwischenlagen sowie ihre Ver- bindung mit den meist aus Werkzeugstahl bestehenden Tragstegen nicht
dauerfest gegen zahlreiche Flüssigkeiten und nur in einem eingeschränkten Temperaturbereich brauchbar sind, zum Quellen neigen, sowie einem natür- lichen Alterungsprozess unterliegen, und dass die größere Wärmedehnung der Zwischenlagen gegenüber den metallischen Tragstegen zum Anstieg unkontrollierbarer Spannungen in den Vulkanisationszonen führt. It is considered disadvantageous that these intermediate layers as well as their connection with the support bars, which mostly consist of tool steel, do not permanently against numerous liquids and are useful only in a limited temperature range, prone to swelling, and subject to a natural aging process, and that the greater thermal expansion of the intermediate layers relative to the metallic support webs leads to the increase of uncontrollable stresses in the vulcanization zones.
Bei der Verwendung eines derartigen, beispielweise konzentrischen Spann- elements, das als hülsenförmiger Körper zwischen einem als Stützelement ausgebildeten kegelförmigen Aufnahmedorn bzw. einer kegelförmigen Aufnahmehülse und einem Werkstück oder Werkzeug eingesetzt wird, be- trägt die damit erzielbare Rundlaufgenauigkeit bei eingeschränktem Spann- bereich bestenfalls 5 bis 10 pm. Bei Nutzung des vollen Spannbereichs nimmt die erreichbare Rundlaufgenauigkeit in Folge der nachfolgend be- schriebenen Druckflächenverlagerung progressiv ab. When using such, for example, concentric clamping element, which is used as a sleeve-shaped body between a tapered receiving mandrel or a cone-shaped receiving sleeve and a workpiece or tool designed as a support element, the concentricity achievable thereby with a limited clamping range is at best 5 to 10 pm. When using the full clamping range, the achievable concentricity decreases progressively as a result of the pressure surface displacement described below.
Des Weiteren sind handelsübliche Spannelemente in Form konzentrischer Hülsen bekannt, deren eine Mantelfläche zylindrisch und die andere kegel- förmig ausgebildet ist. Diese üblicherweise aus Werkzeugstahl gefertigten einstückigen Spannelemente verfügen über keine elastischen Zwischenglie- der, über die sich das Spannelement aufweiten oder zusammendrücken las- sen würde. Diese Spannelemente weisen lediglich im Wechsel von beiden Stirnflächen ausgehende Schlitze auf, die sich jedoch nur soweit erstrecken dürfen, dass die durch die Schlitze entstehenden Hülsensegmente, eine Art Tragstege, zumindest auf einer Stirnseite noch über sogenannte Brücken- Stege miteinander verbunden bleiben. Der Nachteil derartiger Spannelemen- te besteht darin, dass die Hülsensegmente beim Fixieren bzw. Spannen ei- nes Werkstücks oder Werkzeugs auf Grund der Biegesteifigkeit der Brü-
ckenstege aus der parallelen Lage zu ihrer Bezugsachse gedrängt und je nach Steifigkeit und Härte der aufeinander einwirkenden Teile unkontrol- liert deformiert sowie über ihre Länge radial verbogen werden. Da sich da- bei die Druckfläche der Hülsensegmente vom Zentrum auf eine der weit weniger präzis ausgeführten Kante verlagert, verschlechtert sich im glei- chen Maße auch die Rundlaufgenauigkeit unkontrollierbar. Furthermore, commercially available clamping elements in the form of concentric sleeves are known, one shell surface of which is cylindrical and the other cone-shaped. These one-piece clamping elements, usually made of tool steel, have no elastic intermediate members over which the clamping element would expand or collapse. These clamping elements have only in alternation of two end faces outgoing slots, which may, however, extend only so far that the sleeve segments formed by the slots, a kind of support webs, at least on one end still remain connected to each other via so-called bridge webs. The disadvantage of such tensioning elements is that the sleeve segments, when fixing or tensioning a workpiece or a tool, due to the flexural rigidity of the bridge. Depending on the rigidity and hardness of the interacting parts, the webs are forced out of the parallel position to their reference axis and deformed in an uncontrolled manner and radially bent over their length. Since the pressure surface of the sleeve segments is displaced from the center to one of the edges, which is much less precise, the concentricity also deteriorates uncontrollably to the same extent.
Auch hierbei gilt, dass bei Nutzung des vollen Spannbereichs die erreichba- re Rundlaufgenauigkeit progressiv abnimmt. Here, too, the attainable concentricity decreases progressively when the full clamping range is used.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spann- element zu schaffen, dass in Bezug auf die Formstabilität und Rundlaufge- nauigkeit sowie die Medien-, Temperatur- und Alterungsbeständigkeit ge- genüber den derartigen, bisher bekannten Spannelementen wesentliche Vor- teile bietet. The present invention is therefore based on the object to provide a clamping element that offers significant advantages in terms of dimensional stability and concentricity accuracy as well as the resistance to media, temperature and aging compared to such previously known clamping elements.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß Erfindung bei einem Spannelement gemäß der eingangs beschriebener Gattung vorgeschlagen, dass das Spann- element in einem 3-D-Verfahren hergestellt ist. Bei dem 3-D-Verfahren handelt es sich vorzugsweise um ein Laser-Schmelzverfahren oder ein an- deres metallisches Druckverfahren. Die elastischen Zwischenglieder des erfmdungsgemäßen Spannelementes weisen eine Dicke zwischen 0,2 mm und 0,8 mm auf. Das Spannelement zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Zwischenglieder beabstandet zur äußeren Mantelfläche sowie zur inne- ren Mantelfläche der Tragstege (4) angeordnet und mit den Tragstegen ein- stückig und endlos verbunden sind.
Wenn ein solches, erfindungsgemäßes Spannelement mit einer kegeligen Mantelfläche zum Spannen eines Werkstücks oder Werkzeugs auf eine in gleicher Weise kegelige Mantelfläche eines Stützelements axial zu bewegt wird, gleiten die Tragstege des Spannelements auf der Oberfläche des Stüt- zelements bis ihre gegenüberliegende, beispielsweise zylindrische Mantel- fläche zur Anlage an das Werkstück bzw. an das Werkzeug gelangt. Da die elastischen Zwischenglieder so gestaltet sind, dass sie dabei gleichmäßig gedehnt oder gestaucht werden, bleiben die ursprünglich parallel zur Be- zugsachse und einem Bezugssystem verlaufenden Flächen der Tragstege auch weiterhin parallel ausgerichtet und die Tragstege selbst bleiben frei von jeglichen Querkräften. Bei dem Bezugssystem handelt es sich um Be- zugssystem nach ISO 5459: 1981. To achieve the object, it is proposed according to the invention in a tensioning element according to the type described at the outset that the tensioning element is produced in a 3-D process. The 3-D process is preferably a laser fusion process or another metallic printing process. The elastic intermediate members of the inventive clamping element have a thickness between 0.2 mm and 0.8 mm. The tensioning element is also distinguished by the fact that the intermediate elements are arranged at a distance from the outer lateral surface as well as from the inner lateral surface of the support webs (4) and connected integrally and endlessly to the support webs. When such a clamping element according to the invention with a conical lateral surface for clamping a workpiece or tool is moved axially towards a conically lateral surface of a supporting element, the supporting webs of the clamping element slide on the surface of the supporting element until its opposite, for example cylindrical, shell element surface comes to rest against the workpiece or to the tool. Since the elastic intermediate links are designed in such a way that they are stretched or compressed uniformly, the surfaces of the support webs originally running parallel to the reference axis and a reference system continue to be aligned in parallel and the support webs themselves remain free of any transverse forces. The reference system is a reference system according to ISO 5459: 1981.
Es ist auch möglich die innere und äußere Mantelfläche eines erfmdungs- gemäßen Spannelements zylindrisch auszuführen und es dafür beidseitig mit kegelförmigen Zentrierfasen zu versehen. Mit einem solchen beliebig langen Spannelement lassen sich beispielweise Werkstücke sehr leicht und sehr genau zwischen den Spitzen einer Dreh- oder Schleifmaschine sowie einer entsprechenden Messeinrichtung aufnehmen, spannen, bearbeiten und/oder vermessen, auch wenn die Werkstücke, wie üblich, über keine exakt konzentrisch ausgebildeten Fasen verfügen. Darüber hinaus ist es auch möglich, diese Spannelemente als Stufenelemente, ähnlich eines Stu- fendorns, auszuführen, wie auch die beidseitig aus dem Werkstück hervor- ragenden Enden des Spannelements im Durchmesser um ein entsprechen- des Maß zu reduzieren, um das Werkstück allseitig bearbeiten oder vermes- sen zu können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, auch sehr schmale Spannelemente hersteilen und für derartige Aufgaben einsetzen zu
können, sowie auch bereits vorhandene Spannelemente nachträglich auf die gewünschte Länge herunter erodieren zu lassen. Auf diese Weise ist es bei- spielweise möglich, Spannelemente mit einem Durchmesser von 16 - 60 mm und einer Breite vom 3 bis 12 mm herzustellen. It is also possible to design the inner and outer lateral surface of a clamping element according to the invention cylindrically and to provide it on both sides with conical centering bevels. With such an arbitrarily long clamping element, for example, workpieces very easily and very accurately record, clamp, edit and / or measure between the tips of a turning or grinding machine and a corresponding measuring device, even if the workpieces, as usual, not exactly concentric trained Chamfers. Moreover, it is also possible to perform these clamping elements as step elements, similar to a step mandrel, as well as to reduce the diameter of the clamping element on both sides by a corresponding amount in order to machine the workpiece on all sides to be able to measure. Another advantage of the invention is to produce very narrow clamping elements and use for such tasks too can be eroded as well as existing clamping elements subsequently to the desired length. In this way, it is possible, for example, to produce clamping elements with a diameter of 16-60 mm and a width of 3 to 12 mm.
Wird der Spannvorgang mittels aufeinandergleitenden, kegelförmigen Flä- chen vollzogen, so wird bei Spannsystemen das Werkstück oder Werkzeug zwar kraftschlüssig, aber nur bedingt formschlüssig, gespannt. Das liegt daran, dass sich während des Spannvorgangs die Radien der sich berühren- den Kegelflächen ändern. Werden die Tragstege des Spannelements auf die Mantelfläche eines größer werdenden Stützelements hin zubewegt, so wird der Kraftschluss vom Zentrum auf die Randzonen der Tragstege verlagert. Im Gegensatz dazu wird der Kraftschluss wieder von den Randzonen der Tragstege zum Zentrum hin verlagert, wenn die Tragstege auf die Mantel- fläche eines sich verjüngenden Stützelementes treffen. If the clamping process is carried out by means of tapered conical surfaces, the workpiece or tool is clamped non-positively in the case of clamping systems, but only with limited form fit. This is because, during the tensioning process, the radii of the touching conical surfaces change. If the support webs of the clamping element are moved toward the outer surface of a growing support element, the adhesion is displaced from the center to the edge zones of the support webs. In contrast, the adhesion is again shifted from the edge zones of the support webs toward the center when the support webs meet the mantle surface of a tapered support element.
Um den Einfluss dieses unabänderlichen Zusammenhangs zu minimieren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die auf eine kegelförmige Stützflä- che treffende Tragstegbreite auf ein Minimum zu reduzieren und dafür die Anzahl der Tragstege eines Spannelementes so weit wie möglich anzuheben oder die Radien der aufeinandertreffenden Teile so zu gestalten, dass der jeweils äußere größer als der innere Radius ist. In order to minimize the influence of this unalterable relationship, it is proposed according to the invention to minimize the carrier web width striking a conical support surface and to increase the number of support webs of a clamping element as far as possible or to make the radii of the meeting parts such that the outer one is larger than the inner one.
Wie Versuche und die nachfolgende Berechnung zeigen, ist es bei einem erfindungsgemäßen Spannelement möglich, den sich ergebenden radialen Spalt zwischen den aufeinandertreffenden Flächen der Tragstege und dem
Stützelement zu verringern und damit die Rundlaufabweichung unter 1 gm zu halten. As tests and the following calculation show, it is possible in a tensioning element according to the invention, the resulting radial gap between the colliding surfaces of the support webs and the To reduce support element and thus to keep the runout below 1 gm.
Zur Bestimmung des Spaltes A kann die folgende Beziehung herangezo- gen werden To determine the gap A, the following relationship can be used
A = r - R + (RA2 - bA2)A0,5 - (rA2 - bA2)A0,5 wenn für r der kleinere Radius, für R der größere Radius und für b die hal- be Stegbreite eingesetzt wird. A = r - R + (R A 2 - b A 2) A 0,5 - (r A 2 - b A 2) A 0,5 if for r the smaller radius, for R the larger radius and for b the hal - BE web width is used.
Dies ist sinnvoll und auch praktikabel, da es bei den erfindungsgemäßen Spannelementen, die insbesondere für die mechanische Endbearbeitung und Fertigungskontrolle vorgesehen sind, weniger auf große Spannkräfte als vielmehr auf eine hohe Rundlaufgenauigkeit und eine gute Reproduzierbar- keit ankommt. This is useful and also practicable, since it depends less on large clamping forces than on a high concentricity and good reproducibility in the clamping elements according to the invention, which are particularly intended for mechanical finishing and production control.
Es ist aber auch möglich Spannelemente mit wesentlich breiteren Stegen zu versehen, wenn dafür das Stützelement dementsprechend schmale hervor- stehend ausgebildete Stützflächen aufweist. Die Umrisskanten derartiger schmaler Stützflächen lassen sich leicht und sehr präzis hersteilen. But it is also possible to provide clamping elements with much wider webs, if for the support member accordingly has narrow protruding formed support surfaces. The outline edges of such narrow support surfaces can be produced easily and very precisely.
Ein solches erfindungsgemäßes Spannelement lässt sich sehr einfach und günstig als Rohling im Laser-Schmelzverfahren hersteilen, der nach dem Härten bzw. Vergüten vorzugsweise nur noch an seinen Anlageflächen, das heißt innen und außen sowie einer seiner Stirnflächen, in einer Aufspan- nung überschliffen werden muss, um eine möglichst hohe, vorzugsweise
nahezu 100-prozentige Koaxialität der Innen- zur Außenkontur eines sol- chen Spannelements zu erzielen. Als Werkstoff wurde bisher der Werk- zeugstahl 1.2709 verwendet, der sich gut wärmebehandeln und beschichten lässt. Im Zuge dieser sich rasch weiterentwickelten Technologie kann da- von ausgegangen werden, dass bereits in absehbarer Zeit auch weitere hochwertige und noch besser dafür geeignetere Werkstoffe zur Herstellung derartiger Spannelemente zur Verfügung stehen werden. Es ist aber auch möglich einen solchen Spannelementrohling mit beispielsweise Hartme- tallstegen zu bestücken und anschließen wie vorerwähnt fertig zu bearbei- ten. Such a clamping element according to the invention can be produced very simply and inexpensively as a blank by laser melting, which after hardening or tempering preferably only has to be ground in a contact stress on its contact surfaces, ie inside and outside and one of its end faces to the highest possible, preferably Almost 100 percent coaxiality of the inner and outer contours of such a clamping element to achieve. The material used to date was tool steel 1.2709, which can be easily heat-treated and coated. In the course of this rapidly evolving technology, it can be assumed that in the foreseeable future, other high quality and even more suitable materials will be available for the production of such clamping elements. However, it is also possible to equip such a clamping element blank with, for example, hard metal webs and then to finish it as described above.
Versuche haben gezeigt, dass es ohne Weiters möglich ist, bei der Wand- stärke der elastischen Zwischenglieder bis auf 0,4 mm herunterzugehen und damit Spannbereiche, bei einem entsprechenden Spanndurchmesser sowie der entsprechenden Anzahl von Tragstegen und elastischen Zwischenglie- dern, von 0,1 bis 0,5 mm zu erreichen. Experiments have shown that it is still possible to go down to 0.4 mm with the wall thickness of the elastic intermediate links and thus clamping ranges, with a corresponding clamping diameter and the corresponding number of supporting webs and elastic intermediate links, of 0.1 to reach 0.5 mm.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprü- chen 2 bis 10 offenbart. Further preferred embodiments of the invention are disclosed in claims 2 to 10.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die elastischen Zwischenglieder so ausgebildet sind, dass die Tragstege im äußerem und im inneren Bereich miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist das Spannelement so ausgebildet, dass die äußere und/oder die innere Mantelfläche mit einem Gewinde versehen ist. In dieser
Form des Spannelementes, kann dieses ein Teil einer speziellen Spannvor- richtung sein. In particular, it is proposed that the elastic intermediate members are formed so that the support webs are connected to each other in the outer and inner regions. Preferably, the clamping element is formed so that the outer and / or the inner circumferential surface is provided with a thread. In this Form of the clamping element, this can be part of a special clamping device.
Zur Ausbildung des Spannelementes wird vorgeschlagen, dass die innere und die äußere Mantelfläche sowie eine ihrer beiden Stirnflächen in ein und derselben Aufspannung mechanisch fertigbearbeitet sind. For the formation of the clamping element is proposed that the inner and outer lateral surface and one of its two end faces are mechanically finished in one and the same setup.
Um die Funktionalität des Spannelementes zu verbessern, ist das Spann- element über seine planen Stirnflächen abdichtbar. In order to improve the functionality of the clamping element, the clamping element can be sealed over its flat end faces.
Ein erfindungsgemäßes Spannelement wird vorzugsweise im 3D- Durckverfahren, vorzugsweise im Laserschmelzverfahren, hergestellt. A clamping element according to the invention is preferably produced in the 3D printing process, preferably in the laser melting process.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend an- hand der in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläu- tert. Dabei zeigen The invention and further advantages thereof will be explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show
Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht eines Spannelements auf einem kegelförmigen Stützelement zum Spannen eines als Zahn- rades ausgebildeten Werkstücks, 1 is an end view of a clamping element on a conical support member for clamping a formed as a gear wheel workpiece,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Bereiches A der Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere, zweite Ausführungsform eines Spannelements, 2 shows an enlarged section of the region A of FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view of a further, second embodiment of a tensioning element,
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie a-a durch das Spann- element nach Fig. 3, 4 shows a sectional view along the line a-a through the clamping element according to FIG. 3, FIG.
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie b-b durch das Spann- element nach Fig. 3,
Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie c-c durch das Spann- element nach Fig. 5, 5 shows a sectional view along the line bb through the clamping element according to FIG. 3, FIG. 6 shows a sectional view along the line cc through the clamping element according to FIG. 5, FIG.
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Spannelements der 7 is a perspective view of the clamping element of
Fig. 3, 3,
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine weitere, dritte Ausführungsform eines Spannelements, 8 is a plan view of a further, third embodiment of a clamping element,
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie d-d durch das Spann- element nach Fig. 8, 9 is a sectional view along the line d-d through the clamping element of FIG. 8,
Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie e-e durch das Spann- element nach Fig. 8, 10 is a sectional view along the line e-e through the clamping element of FIG. 8,
Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie g-g durch das Spann- element nach der Fig. 10, 11 shows a sectional view along the line g-g through the tensioning element according to FIG. 10, FIG.
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des Spannelements der Fig. 12 is a perspective view of the clamping element of
Fig. 8, 8,
Fig. 13 eine stirnseitige Ansicht eines Spannelements zur Auf- nahme zwischen den Spitzen einer Bearbeitungs- oder Messmaschine mit einem als Kegelrad ausgebildeten Werkstück, 13 shows an end view of a clamping element for receiving between the tips of a machining or measuring machine with a workpiece designed as a bevel gear,
Fig. 14 eine Schnittansicht entlang der Linie h-h durch das Spann- element nach Fig. 13, 14 is a sectional view along the line h-h through the clamping element of FIG. 13,
Fig. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie j-j durch das Spann- element nach Fig. 13, 15 is a sectional view along the line j-j through the clamping element of FIG. 13,
Fig. 16 eine perspektivische Darstellung des Spannelements der Fig. 16 is a perspective view of the clamping element of
Fig. 13. Fig. 13.
Fig. 17 und 18 Prinzipskizzen zur Erläuterung der Formschlussabwei- chung beim Aufeinandertreffen von kegelförmigen Flä-
chen mit unterschiedlichen Radien und des dabei entste- henden Spaltes A, FIGS. 17 and 18 are schematic diagrams for explaining the form-locking deviation when cone-shaped surfaces meet. surfaces with different radii and the resulting gap A,
Fig. 19 bis 22 unterschiedlich ausgebildete, mäanderförmige Zwischen- glieder als Verbindung benachbarter Tragstege, 19 to 22 differently shaped, meander-shaped intermediate members as connection of adjacent support webs,
Fig. 23 ein Spannelement mit elastischen Zwischengliedern, die Fig. 23 is a clamping element with elastic intermediate members, the
Tragstege innen und außen verbinden, Connect support bars inside and outside,
Fig. 24 eine perspektivische Darstellung eines Spannelements mit einem Außengewinde, 24 is a perspective view of a clamping element with an external thread,
Fig. 25 eine perspektivische Darstellung eines Spannelements mit einem Innengewinde Fig. 25 is a perspective view of a clamping element with an internal thread
Fig. 26 eine Draufsicht eines Spannelements mit Einlagen, 26 is a plan view of a clamping element with inserts,
Fig. 27 das Spannelement nach Fig. 26 im Schnitt, 27, the clamping element of FIG. 26 in section,
Fig. 28 eine Draufsicht eines weiteren Spannelements mit Ein 1a- gen, 28 is a plan view of another clamping element with Ein 1a- gen,
Fig. 29 das Spannelement nach Fig. 28 im Schnitt, FIG. 29 shows the clamping element according to FIG. 28 in section, FIG.
Fig. 30 einen im Längsschnitt dargestellten Rohling zur Ausbil- dung des Spannelements nach Fig. 28 undFIG. 30 shows a blank, shown in longitudinal section, for the embodiment of the tensioning element according to FIGS. 28 and
Fig. 31 den Rohling nach Fig. 30 im Schnitt quer zur Längsachse. Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Spannelement la, das sich zwischen einem kegelförmigen Stützelement 2 und einem als Zahnrad ausgebildeten Werkstücks 3 befindet, verfügt als Beispiel bei einem Spanndurchmesser von 40 mm über zehn Tragstege 4 und zehn elastische Zwischenglieder 5, die in diesem Fall gleichmäßig über den Umfang des Spannelementes la verteilt sind.
In einer in den Figuren nicht dargestellten weiteren bevorzugten Ausfüh- rungsform ist es aber auch möglich mehrere Tragstege über biegeelastische Brücken miteinander tangential zu verbinden und die elastischen Zwi- schenglieder in beliebiger Folge dazwischen anzuordnen. Insoweit kann jeweils ein elastisches Zwischenglied zwischen zwei oder mehreren mitei- nander verbundenen Tragstegen angeordnet sein. Fig. 31, the blank of FIG. 30 in section transverse to the longitudinal axis. The clamping element 1a shown in Figures 1 and 2, which is located between a conical support member 2 and a gear formed as a workpiece 3, has as an example at a clamping diameter of 40 mm over ten support webs 4 and ten elastic intermediate members 5, in this case are evenly distributed over the circumference of the clamping element la. In a further preferred embodiment not shown in the figures, however, it is also possible to tangentially connect a plurality of support webs to one another via flexurally elastic bridges and to arrange the elastic intermediate members in any order between them. In that regard, in each case an elastic intermediate element can be arranged between two or more support webs which are connected to one another.
Die elastischen Zwischenglieder 5 sind vorzugsweise mäanderförmig ge- staltete Verbindungen zwischen zwei benachbarten Tragstegen. Sie können verschiedenartig, wie beispielsweise in den Figuren 1,2,3,6,7,9,10,12.19, 20 bis 29 als durchgehend gleichartig profilierte, oder wie in Figur 22 darge- stellt, als voneinander getrennte, hintereinander angeordnete, spiegelbildlich gestaltete Strukturen, ausgeführt sein. The elastic intermediate links 5 are preferably meander-shaped connections between two adjacent support webs. They can be variously profiled, as illustrated for example in FIGS. 1, 2, 3, 7, 7, 10, 12, 19, 20 to 29 as being of the same kind throughout, or as shown in FIG. 22, as mirror images arranged one behind the other and arranged one behind the other designed structures to be executed.
Die mit den elastischen Zwischengliedern 5 verbundenen Tragstege 4 wei- sen zum Werkstück 3 hin einen relativ breiten Rücken 4a auf, während die am Stützelement 2 anliegenden Stege 4b der Tragstege 4 bewusst schmal ausgeführt sind. Wie bereits erwähnt hat die Breite der Stege 4b Einfluss auf die erzielbare Rundlaufgenauigkeit. Die Rücken 4a bilden einen Teil einer äußeren Mantelfläche 9. Die Stege 4b bilden einen Teil einer inneren Mantelfläche 10. The support webs 4 connected to the elastic intermediate members 5 have a relatively wide back 4 a to the workpiece 3, while the webs 4 b of the support webs 4 resting against the support element 2 are made deliberately narrow. As already mentioned, the width of the webs 4b influence the achievable concentricity. The ridges 4 a form part of an outer jacket surface 9. The ridges 4 b form part of an inner jacket surface 10.
Beim Spannen werden das Spannelement la und/oder das Stützelement 2 axial soweit zueinander verschoben bis die Tragstege 4 mit Ihren Rücken 4a das Werkstück 3 und mit ihren Stegen 4b das Stützelement 2 kraftschlüssig miteinander verbinden.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, besteht die Möglichkeit, die elasti- schen Zwischenglieder 5 über sogenannte Segmentstreifen 6 nach außen hin abzudecken. Diese Segmentstreifen 6 werden vorzugsweise aus dünnem Federbandstahl hergestellt und über die gesamte Länge des Spannelements la in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen 4c der Tragstege eingescho- ben. Die Segmentstreifen 6 liegen danach an den äußeren Schultern der Ausnehmungen 4c der Tragstege 4 an und stützen sich an der mittleren Wölbung 5a der elastischen Zwischenglieder 5 ab. Es ist aber auch möglich speziell dafür hergestellte Kunststoffstreifen ein- zusetzen, und/oder die Hohlräume, die zumindest teilweise von den mäan- derförmigen Strukturen ausgebildet werden mit einem Füllmaterial auszu- füllen. Das Spannelement lb der Figuren 3 bis 6 entspricht im Wesentlichen dem Spannelement la der Figuren 1 und 2. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Tragstege 4 des Spannelements lb eine stirnseitige Schulter 7 aufweisen. Diese Schultern 7 dienen dazu, das Spannelement lb über eine entsprechende, hier nicht dargestellte Einrichtung, beim Spannen und Ent- spannen eines entsprechenden Werkstücks 3 axial zu betätigen. When tightening the clamping element la and / or the support member 2 are moved axially as far as each other until the support webs 4 with your back 4a, the workpiece 3 and 4b with their webs connect the support member 2 non-positively. As shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to cover the elastic intermediate links 5 via so-called segment strips 6 to the outside. These segment strips 6 are preferably made of thin spring band steel and pushed over the entire length of the clamping element la in the recesses provided 4c of the support webs. The segment strips 6 are then applied to the outer shoulders of the recesses 4c of the support webs 4 and are based on the central curvature 5a of the elastic intermediate members 5 from. However, it is also possible to use specially produced plastic strips, and / or to fill the cavities, which are at least partially formed by the meander-shaped structures, with a filling material. The tensioning element 1b of FIGS. 3 to 6 essentially corresponds to the tensioning element 1a of FIGS. 1 and 2. The only difference is that the support webs 4 of the tensioning element 1b have an end shoulder 7. These shoulders 7 serve to actuate the clamping element 1b axially by means of a corresponding device, not shown here, during clamping and unclamping of a corresponding workpiece 3.
Auch das Spannelement lc der Figuren 8 bis 12 entspricht im Wesentlichen dem Spannelement la der Figuren 1 und 2. Der Unterschied hierbei besteht darin, dass die elastischen Zwischenglieder 5 des Spannelements lc in Form eines eine Doppelschleife bildenden Mäanders ausgeführt sind.
Die Tragstege 4 verfügen bei dieser Ausführungsform über keine stirnseiti- gen Schultern 7 und es wird auch keine entsprechende Einrichtung zum Entspannen des Werkstücks 3 benötigt, da die Stege 4b der Tragstege 4 so- wie das Stützelement 2 einen wesentlich steileren Kegel aufweisen, um eine Selbsthemmung beim Entspannen des Werkstücks 3 ausschließen zu kön- nen. The clamping element 1c of FIGS. 8 to 12 also essentially corresponds to the clamping element 1a of FIGS. 1 and 2. The difference here is that the elastic intermediate links 5 of the clamping element 1c are designed in the form of a meander forming a double loop. In this embodiment, the support webs 4 do not have any shoulders 7 at the front and no corresponding device for relaxing the workpiece 3 is required, since the webs 4b of the support webs 4 and the support element 2 have a much steeper cone to prevent self-locking to be able to exclude when relaxing the workpiece 3.
Die Figur 13 zeigt eine weitere Ausführungsform ähnlich der Figur 1. Der Unterschied besteht zum einen darin, dass bei dieser Ausführung kein sepa- rates Stützelement 2 erforderlich ist, da das Spannelement ld hierbei zwi- schen den Spitzen einer Bearbeitungs- oder Messmaschine aufgenommen wird, und zum andern, dass der Außendurchmesser des Spannelements ld auf beiden Seiten soweit reduziert ist, dass das geometrisch auf seine Boh- rung bezogene Werkstück 3 rundum in einer Aufspannung bearbeitet oder gemessen werden kann. Die elastischen Zwischenglieder 5 dieses Spann- elements ld sind in ähnlicher Weise wie die des Spannelements la ausge- führt und mittels Segmentstreifen 6 nach außen hin abgedeckt. Zur stirnsei- tigen Abdichtung des Spannelements ld dienen hierbei sogenannte Dicht- scheiben 8, die sich auf den Spitzen der Bearbeitungsmaschine abstützen. FIG. 13 shows a further embodiment similar to FIG. 1. The difference is that, in this embodiment, no separate support element 2 is required, since the clamping element 1 d is hereby received between the tips of a machining or measuring machine. and on the other hand that the outer diameter of the clamping element ld is reduced on both sides to such an extent that the workpiece 3 which is geometrically related to its bore can be machined or measured all around in one clamping. The elastic intermediate members 5 of this clamping element ld are performed in a similar manner as that of the clamping element la and covered by means of segment strip 6 to the outside. In this case, so-called sealing disks 8, which are supported on the tips of the processing machine, serve to seal the clamping element 1.
Durch entsprechende an die Stirnflächen der Spannelemente la und lb an- legbare Planscheiben lässt sich der Innenraum zwischen den völlig ge- schlossenen Spannelementen la und lb entsprechend der Figuren 1 bis 7 und den dazugehörenden Stützelementen 2 hermetisch und damit staubfrei verschließen.
Die Bezugszeichen 2 bis 8 beziehen sich auf die Teile aller Ausführungs- formen und sind deshalb nur bedarfsweise den einzelnen Figuren hinzuge- fügt. Zur Verdeutlichung der Formschlussabweichung beim Aufeinandertreffen von kegelförmigen Flächen mit unterschiedlichen Radien und des dabei entstehenden Spaltes A kann auf die Prinzipskizzen nach Fig. 17 und 18 verwiesen werden. Der dort dargestellte Abstand A zwischen den gewölb- ten Flächen, oder mit anderen Worten der Spalt A ergibt sich aus der Be- ziehung By appropriate corresponding to the end faces of the clamping elements la and lb face plates, the interior between the completely closed clamping elements la and lb according to Figures 1 to 7 and the associated support elements 2 hermetically sealed and thus dust-free. The reference numerals 2 to 8 relate to the parts of all embodiments and are therefore added to the individual figures only as needed. To clarify the form-fitting deviation in the meeting of conical surfaces with different radii and the resulting gap A can be made to the schematic diagrams of FIG. 17 and 18. The distance A shown there between the curved surfaces, or in other words the gap A results from the relationship
A = r - R + (RA2 - bA2)A0,5 - (rA2 - bA2)A0,5A = r - R + (R A 2 - b A 2) A 0.5 - (r A 2 - b A 2) A 0.5
Wobei In which
r der kleinere Radius, r the smaller radius,
R der größere Radius und R is the larger radius and
b die halbe Stegbreite b half the bridge width
sind. are.
Fig. 23 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spanelementes. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei elastische Zwi- schenglieder 5‘ und 5“ vorgesehen, welche zwei benachbarte Tragstege 4‘ und 4“ miteinander verbinden. Hierbei verbindet das elastische Zwischen- glied 5‘ die Tragstege 4‘ und 4“ in einem äußeren Bereich. Das elastische Zwischenglied 5“ verbindet die Tragstege 4‘ und 4“ in einem inneren Be- reich. Mit anderen Worten, das elastische Zwischenglied 5‘ ist benachbart zu der äußeren Mantelfläche 10 und das elastische Zwischenglied 5“ ist benachbart zu der inneren Mantelfläche 9.
Fig. 24 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Spannelements mit ei- nem Außengewinde 11. Bei diesem Beispiel handelt es sich um ein koni- sches Außengewinde, was jedoch nicht zwingend ist. Das Außengewinde 11 kann auch zylindrisch sein. Fig. 23 shows a further embodiment of a chip element according to the invention. In this embodiment, two elastic intermediate members 5 'and 5 "are provided, which connect two adjacent support webs 4' and 4" with each other. Here, the elastic intermediate member 5 'connects the support webs 4' and 4 "in an outer region. The elastic intermediate member 5 "connects the support webs 4 'and 4" in an inner area. In other words, the elastic intermediate member 5 'is adjacent to the outer circumferential surface 10 and the elastic intermediate member 5 "is adjacent to the inner circumferential surface. 9 FIG. 24 shows a perspective view of a clamping element with an external thread 11. This example is a conical external thread, but this is not mandatory. The external thread 11 may also be cylindrical.
In der Fig. 25 ist ein Spannelement mit einem Innengewinde 12 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein zylindrisches Innengewinde 12. Das Spann- element weist eine konische Außenkontur auf. Zur Erhöhung der Verschleiß festigkeit des Spannelementes ist es vorteil- haft, wenn die Tragstege zumindest teilweise aus einem verschleißfesten Werkstoff gebildet sind. Gemäß Figur 26 weisen die Tragstege 4 Einlagen 13, 14 auf. Die Einlagen 13 sind außen und die Einlagen 14 innen in den Tragstegen angeordnet. Bei den Einlagen 13, 14 handelt es sich vorzugs- weise um insbesondere eingelöteten Hartmetalleinlage. Die Einlagen 13, 14 werden hierbei in den Tragstegen vorgesehenen Aussparrungen eingesetzt. Die Einlagen 13, 14 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung der Tragstege 4. Fig. 28 sowie Fig. 29 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Spann- elements mit Einlagen 15. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Einlagen 15 über eine gesamte Höhe der Tragstege 4. In Fig. 25, a clamping element is shown with an internal thread 12. This is a cylindrical internal thread 12. The clamping element has a conical outer contour. To increase the wear resistance of the clamping element, it is advantageous if the support webs are at least partially formed of a wear-resistant material. According to Figure 26, the support webs 4 deposits 13, 14. The inserts 13 are arranged on the outside and the inserts 14 inside in the support webs. The inserts 13, 14 are preferably in particular soldered carbide insert. The inserts 13, 14 are used in this case provided in the supporting webs Aussparrungen. The inserts 13, 14 preferably extend over the entire axial extent of the support webs 4. Fig. 28 and Fig. 29 show a further embodiment of a clamping element with inserts 15. In this embodiment, the inserts 15 extend over an entire height of the support webs 4th
Zur Ausbildung des Spannelementes nach Fig. 28 wird ein Rohling oder Halbfabrikat 16 bereitgestellt. Dieser ist in den Figuren 30 und 31 darge- stellt.
Der Rohling 16 weist an seinen Stirnseiten jeweils einen Hilfsring 17, 18 auf. Ein Hilfsring 17 ist stirnseitig unmittelbar mit den Tragstegen 4 ver- bunden. Der andere Hilfsring 18 ist über Stege 19 stirnseitig und damit un- mittelbar mit den Tragstegen 4 verbunden. Jeder Tragsteg 4 weist eine Aus- sparung 20 auf, in die jeweils eine Einlage 15 eingebracht werden kann. Bei den Einlagen 15 handelt es sich vorzugsweise um Hartmetalleinlagen, die mit den Tragstegen 4 vorzugsweise hartverlötet werden. Nach dem Einlöten der Einlagen und der Fertigbearbeitung des Spannelements werden die Hilfsringe 17 und 18 sowie die Stege 19 entfernt. To form the tensioning element according to FIG. 28, a blank or semi-finished product 16 is provided. This is shown in FIGS. 30 and 31. The blank 16 has at its end faces in each case an auxiliary ring 17, 18. An auxiliary ring 17 is connected directly to the front side of the support webs 4. The other auxiliary ring 18 is connected by webs 19 on the front side and thus directly to the support webs 4. Each support bar 4 has a recess 20, in each of which an insert 15 can be introduced. The inserts 15 are preferably cemented carbide inserts which are preferably brazed to the support webs 4. After soldering the inserts and the finishing of the clamping element, the auxiliary rings 17 and 18 and the webs 19 are removed.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass auch andere Spannelemen- te unabhängig von ihrer Form, rund oder eckig, sowie auch andere unter Anwendung der erfmdungsgemäßen Neuerung hergestellte Maschinenbau- teile, wie Zentrier- und Gleitlager, Brems-, Streck- und Ausgleichselemente und dgl., diesem Schutzanspruch unterliegen. Finally, it should also be pointed out that other clamping elements, regardless of their shape, round or square, as well as other machine components produced using the innovation according to the invention, such as centering and sliding bearings, braking, stretching and compensating elements and the like. subject to this protection claim.
Obwohl sich die Technologie der modernen 3D-Herstell-Verfahren für all diese Elemente als vorteilhaft erwiesen hat, können auch andere Werkstoffe und Herstellverfahren dafür verwendet werden.
Although the technology of modern 3D manufacturing processes has proven advantageous for all these elements, other materials and methods of manufacture can be used therefor.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Spannelement allgemein 1 clamping element in general
la Spannelement der Fig. 1 und 2 la clamping element of FIGS. 1 and 2
lb Spannelement der Fig. 3 bis 7 lb clamping element of Fig. 3 to 7
lc Spannelement der Fig. 8 bis 12 1c clamping element of FIGS. 8 to 12
ld Spannelement der Fig. 13 bis 16 ld clamping element of FIGS. 13 to 16
2 Stützelement 2 support element
2a Stützfläche des Spannelements 2a supporting surface of the clamping element
3 Werkstück ( Werkzeug ) 3 workpiece (tool)
4 Tragsteg 4 carrying bridge
4‘ Tragsteg 4 'carrying bridge
4“ Tragsteg 4 "support bar
4a Rücken des Tragstegs 4 4a back of the support bar 4
4b Steg des Tragstegs 4 4b Bridge of the carrying bridge 4
4c Ausnehmung des Tragstegs 4 4c recess of the support web. 4
5 elastisches Zwischenglied 5 elastic intermediate member
5‘ elastisches Zwischenglied 5 'elastic intermediate member
5“ elastisches Zwischenglied 5 "elastic intermediate link
5a Wölbung des elastischen Zwischenglieds 5 5a buckle of the elastic intermediate member. 5
6 Segmentstreifen 6 segment strips
7 Schulter 7 shoulder
8 Dichtscheibe 8 sealing washer
9 äußere Mantelfläche der Tragstege 9 outer surface of the support webs
10 innere Mantelfläche der Tragstege 10 inner lateral surface of the support webs
11 Außengewinde 11 external thread
12 Innengewinde
13 Einlage 12 internal thread 13 deposit
14 Einlage 14 deposit
15 Einlage 15 deposit
16 Rohling 16 blank
17 Hilfsring 17 auxiliary ring
18 Hilfsring 18 auxiliary ring
19 Steg 19 footbridge
20 Aussparung für die Einlage
20 recess for the insert