Spannelement
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Spannelement zur Spannung eines Werkstücks an seinem Innendurchmesser gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Zu bearbeitende Werkstücke mit Bohrungen, welche an einem In- nendurchmesser der Bohrung gehalten werden sollen, werden üblicherweise mittels Spanndorne gespannt. Häufig eingesetzt werden die Tobler/Rδhm Spreizdorne, welche sich gut zur Ein- spannung von grösseren Werkstücken eignen. Für die Einspannung Werkstücken mit Bohrgrössen kleiner als 15 mm lassen sie sich jedoch kaum einsetzen. Diese Spreizdorne weisen üblicherweise einen Flansch zur Befestigung an einem Spannblock auf, so dass sein Platzbedarf relativ gross ist. Nachteilig ist ferner, dass viele Ausführungsformen dieser Spreizdorne Überstände aufweisen, welche keine Planbearbeitung erlauben. Die Spann- länge ist meistens relativ gross, so dass entsprechende Kräfte auf den Spreizdorn wirken und eine entsprechende Befestigung benötigen. Die Spreizdorne weisen ferner eine relativ kleine
Niederzugskomponente auf . Um wenigstens einen Teil dieser Nachteile zu kompensieren, sind diese Spreizdorne deshalb oft aufwendig und kompliziert gestaltet und entsprechend teuer.
Ferner ist von der Firma Mitee-Bite ein Spannelement mit dem Namen ID Xpansion™ bekannt, welches insbesondere zur Einspan- nung von kleineren Werkstücken geeignet ist . Es besteht aus einer flachen, ringförmigen Grundplatte, an welcher über ein Biegegelenk ein zylinderförmiger Spannkopf mit Spannbacken einstückig angeformt ist. Die Spannbacken lassen sich mittels einer Spannschraube in ihre Spannposition auseinander drücken, wobei die Spannschraube hierfür in den Spannkopf einführbar ist und den Grundkörper durchsetzend in einen Spannblock eingreift. Das ID Xpansion™ Spannelement wird über die Grundplatte an einem Spannblock befestigt, indem die Grundplatte von oben auf den Block angeschraubt wird. Hierfür sind in der
Grundplatte drei Gewindebohrungen vorhanden. Typische Abmessungen dieses Spannelementes liegen bei einem Spanndurchmesser von 77.7 mm bis 8.0 mm bei einer Spannbackenhöhe von 32.3 mm bis 15 mm. Die Grundplatte weist dabei einen grösseren Aussen- durchmesser auf, um eine Befestigung zu ermöglichen. Gerade diese Art der Befestigung ist aber ein Nachteil dieses Spannelementes, da lediglich eine Schraubbefestigung von oben möglich ist. Zudem schränkt die Grundplatte die Möglichkeiten ein, wie das Spannelement auf dem Spannblock angeordnet werden soll. Insbesondere ist es nicht möglich, mehrere Spannelemente nahe beieinander anzuordnen. Nachteilig ist ferner, dass die Spannbacken mit Teflon beschichtet werden müssen, um eine Kaltverschweissung zwischen Spannbacken und Spannschraube zu verhindern. Ferner sind speziell geformte Spannschrauben not- wendig.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Spannelement zu schaffen, welches eine verbesserte Befestigung an einem Spannblock ermöglicht.
Diese Aufgabe löst ein Spannelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Das erfindungsgemässe Spannelement weist einen Grundkörper und einen über ein Biegegelenk angeformten Spannkopf auf, wobei der Grundkörper als zylinderförmiger Schaft ausgebildet ist und mindestens eine Befestigungsnut zur Befestigung des Spannelementes aufweist. Dadurch ist keine verbreiterte Grundplatte mehr notwendig. Der Schaft kann im wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen wie der Spannkopf. Dank der Befestigungsnut ist eine seitliche Befestigung möglich. Vorteilhaft ist ferner, dass sich das Spannelement auf einfache Art und Weise in seiner Länge kürzen lässt, indem die Länge des Schaftes an seinem dem Spannkopf abgewandten Ende reduziert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungsnut umlaufend ausgebildet. Dadurch lässt sich das Spannelement in jeder beliebigen Drehposition befestigen.
Weist die Befestigungsnut verschiedene Anlageflächen auf, so können die Befestigungsschrauben in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sein.
Vorzugsweise ist der Grundkörper zusätzlich oder alternativ zur Nut mit einem Befestigungs-Innengewinde versehen, so dass das Spannelement mittels einer Befestigungsschraube von unten, das heisst auf der vom Spannkopf abgewandten Seite, befestig-
bar ist.
Vorzugsweise ist ferner auf dem Mantel des Grundkörpers mindestens eine plane Befestigungsfläche vorhanden, welche wiederum als Anlagefläche für Befestigungsschrauben dient.
Das erfindungsgemässe Spannelement ermöglicht somit in seiner bevorzugten Ausführungsform eine Befestigung auf mindestens vier verschiedene Arten.
Vorzugsweise weist der Spannkopf einen Öffnungswinkel von 90° für die Aufnahme einer Spannschraube auf . Dadurch lässt sich eine Kaltverschweissung verhindern und eine spezielle Beschichtung des Spannkopfes* ist nicht notwendig. Die Herstellungskosten sind somit minimiert.
Vorteilhaft ist ferner, dass das Spannelement das Werkzeug nicht nur einspannt sondern auch eine Niederzugkomponente aufweist .
Als Zubehör ist ein Einsatzelement vorhanden, welches in den Spannkopf einführbar ist und mittels der Spannschraube im Grundkörper befestigbar ist. Verfügt das Einsatzelement ebenfalls über einen Spannkopf, so lässt sich mit einem einzigen Zugmittel eine DoppelSpannung erzielen. Für Werkstücke, welche in einer Zone keinen Druck aufnehmen sollen, lässt sich ein Einsatzelement verwenden, welches als Führungszapfen ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängi- gen Patentansprüchen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungs- gemässen Spannelementes;
Figur 2 einen Längsschnitt durch das Spannelement gemäss Figur 1, befestigt in einem Spannblock;
Figur 3a eine Ansicht eines Spannelementes in einer zweiten
Ausführungsform; Figur 3b ein Einsatzelement für das Spannelement gemäss Fi- gur 3a;
Figur 4 das Spannelement gemäss Figur 3a mit eingestecktem Einsatzelement gemäss Figur 3b und
Figur 5 das Spannelement gemäss Figur 3a mit einem eingesteckten Einsatzelement in einer zweiten Ausführungsform.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Expansions-Spannwerkzeuges S dargestellt, welches sich zur Einspannung von zu bearbeitenden Werkstücken an ihrem Innendurchmesser einsetzen lässt. Das Spannelement S weist einen Grundkörper 1 auf, welcher im wesentlichen als zy- linderförmiger Schaft ausgebildet ist. Der Schaft ist durch
eine mindestens eine umlaufende Befestigungsnut 4 in einen oberen Schaft 10 und einen unteren Schaft 11 unterteilt. Im hier dargestellten Beispiel ist nur eine Nut 4 vorhanden. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Nuten untereinander anzuordnen, so dass der Grundkörper 1 in mehrere Teilschäfte unter- teilt ist. Der untere Schaft 11 lässt sich vom Benutzer selber auf die je nach Anwendungsbereich gewünschte Länge kürzen. Zudem lässt er sich mit Aufsteckhülsen, Adaptionshülsen oder Stufenhülsen kombinieren.
Am oberen Schaft 10 ist ein Spannkopf 2 mit sechs Spannbacken 20 einstückig angeformt, wobei die Verbindung zum oberen Schaft 10 über ein relativ dünnes Biegegelenk 3 erfolgt. Jede Spannbacke 20 weist eine radial nach aussen gerichtete Spannfläche 21 auf. Die Spannflächen 21 bilden gemeinsam einen durchsetzten Zylindermantel, dessen Mittelachse die Längsachse L des Spannelementes ist. Die Spannflächen 21 können glatt ausgebildet sein. Sie können aber auch texturiert sein, um eine bessere Haftung mit dem Werkstück zu gewährleisten. Die Spannfläche 21 gehen jeweils in eine Spannbackenwurzel 22 über, welche schräg nach innen gerichtet sind und im Biegegelenk 3 enden. Der Spannkopf 2 weist im ungespannten Zustand mindestens annähernd denselben oder einen grösseren Aussen- durchmesser auf wie der Grundkörper. Typische Abmessungen für den Aussendurchmesser des Spannkopfes 2 sind 6 mm bis 32 mm. Die Spannflächen lassen sich relativ kurz ausbilden. Hingegen weist das Biegegelenk 3 zusammen mit den Spannbackenwurzeln 22 eine relativ grosse Länge auf, welche mindestens der Höhe der Spannflächen 22 entspricht. Dadurch wird eine hohe Flexibilität der Spannbacken erzielt. Zudem lassen sich die Winkel der Spannbackenwurzeln relativ steil wählen, so dass die Spannbak- ken das Werkstück nicht nur einspannen sondern auch niederhalten.
Der Spannkopf 2 weist eine Öffnung zur Aufnahme einer Spannschraube 6 auf. Der Öffnungswinkel beträgt vorzugsweise 90°, um eine Kaltverschweissung mit der Spannschraube 6 zu verhindern. Die Spannschraube 6 liegt mit ihrem Schraubenkopf 60 in dieser Öffnung auf und presst dadurch mittels des Biegegelenkes 3 die Spannbacken 20 auseinander, so dass sich das Werkstück innenseitig einspannen und fixieren lässt. Als Spannschraube 6 lässt sich eine Standard-Senkschraube, beispielsweise eine TORX-Schraube, verwenden..
Die Schraube 6 durchsetzt den Spannkopf 2 und ragt in den Grundkörper 1 hinein. Der Grundkörper 1 weist hierfür eine Kernbohrung 5 mit einem Spann-Innengewinde 50 auf, dessen oberes, dem Spannkopf zugewandtes Ende unterhalb des Biegegelen- kes 3 liegt. Dadurch wird verhindert, dass die Spannbackenwurzeln 22 im Bereich des Biegegelenkes 3 brechen.
Vorzugsweise ist die Bohrung 5 als durchgehende Kernbohrung ausgestaltet und der untere Bereich des Grundkörpers, in wel- chen die Spannschraube 6 nicht reicht, mit einem Befestigungs- Innengewinde 51 versehen. In dieses Befestigungs-Innengewinde 51 lässt sich von unten eine Befestigungsschraube B3 einschrauben, um das Spannelement S in einem Spannblock oder in einer Spanngrundplatte G zu fixieren. Dies ist in der Figur 2 dargestellt.
Im folgenden wird auf die übrigen, bevorzugten Befestigungsarten des erfindungsgemässen Spannelementes S eingegangen. Diese Befestigungsarten ermöglichen einen definierten Axialabstand auch bei Serien-Einspannungen. Dadurch kann ein Spannmittel auch als Referenz für ein benachbartes Spannelement dienen. Wie bereits beschrieben, verfügt das Spannelement S über eine
Befestigungsnut 4. Diese Befestigungsnut 4 dient als Anlagefläche für Befestigungsschrauben Bl, B2, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Vorzugsweise weist die Befestigungsnut 4 verschieden gerichtete Anlageflächen auf, so dass Befestigungsschrauben Bl, B2 in unterschiedlichen Richtungen im Spannblock G eingeführt werden können. Dadurch lässt sich für jedes Werkstück und jede Einspannungsart die optimale Befestigungsart für das Spannelement wählen.
In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei- spiel weist die Befestigungsnut 4 eine parallel zur Längsachse L des Spannelementes S verlaufende Anlagefläche 41 auf, welche für einfache Anwendungen ohne genaue Masshaltung zur Anlage einer mindestens annähernd senkrecht zur genannten Längsachse L gerichteten Befestigungsschraube dienen kann
Wird, wie in der Figur 2 dargestellt, eine Befestigungsschraube Bl in Form einer Madenschraube eingesetzt, so liegt diese auf einer Anlageschulter 40 auf. Die im Winkel zur Längsachse L verlaufende Anlageschulter 40 kann auch zur Anlage einer in einem Winkel zur Längsachse L verlaufenden zweiten Befestigungsschraube B2 dienen. Vorzugsweise weist der Grundkörper 1 auf seinem Mantel ferner noch mindestens eine plane Befestigungsfläche 12 auf, welche sich ebenfalls als Anlagefläche für Befestigungsschrauben einsetzen lässt. Die Befestigungsschrau- ben lassen sich wahlweise verwenden. Madenschrauben reichen im allgemeinen aus, um eine genügende Fixierung zu gewährleisten.
In den Figuren 3a und 3b ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist die Befestigungsnut 4 mit etwas anderen Winkeln ausgebildet, wobei nach wie vor die verschiedenen, oben beschriebenen Anlageflächen und -schultern vorhanden sind, im hier dargestellten Beispiel ist zusätzlich ein Ein-
satzelement 7 vorhanden, welches anstelle der Spannschraube 6 in den Spannkopf 2 einführbar ist. Das Einsatzelement 7 weist wiederum eine Bohrung auf, in welchem die Spannschraube 6 eingeführt werden kann und welche nun das Einsatzelement wie auch den unteren Spannkopf 2 durchsetzt und nach wie vor in das In- nen-Spanngewinde 50 des Grundkörpers 1 eingreift.
Das Einsatzelement 7, wie es in Figur 3b dargestellt ist, weist einen Einsteckschaft 71 zur Einführung in das Spannelement S auf. Der Einsteckschaft 71 geht einstückig in einen zy- linderförmigen Einsatzkopf 74 über, welcher im unteren Bereich einen Konus, insbesondere einen 90° Konus, aufweist. Der Einsatzkopf 74 liegt mit diesem Konus im Spannkopf 2 auf und drückt diesen auseinander. Am Einsatzkopf 74 ist über ein zweites Biegegelenk 73 ein zweiter Spannkopf 72 angeformt . Dieses Einsatzelement dient dazu, eine Doppelspannung des
Werkstücks zu ermöglichen. Ein entsprechend zusammengesetztes Spannelement ist in der Figur 4 dargestellt. Das zweite Biegegelenk und der zweite Spannkopf 72 sind vorzugsweise gleich ausgebildet wie das erste Biegegelenk 3 bzw. der erste Spann- köpf 2. Vorzugsweise weisen sie dieselbe Abmessungen auf. Es ist jedoch auch möglich, dass der zweite Spannkopf 72 einen grδsseren oder kleineren Durchmesser aufweist als der erste, so dass Werkstücke mit konisch verlaufenden Innendurchmessern eingespannt werden können.
In Figur 5 ist ein Spannelement mit einem Einsatzelement in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Es weist ebenfalls einen Einsteckschaft 71 auf. Dieser Schaft 71 geht nun jedoch über den Einsatzkopf 74 einstückig in einen zylinderförmigen Führungszapfen 75 über. Dieser kann aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. Diese Ausführungsform eignet sich für Werkstücke, auf welche im oberen Bereich der Einspannung kein
Druck ausgeübt werden soll .
I
Das erfindungsgemässe Spannelement lässt sich somit auf verschiedene Art und Weise und von unterschiedlichen Seiten befestigen. Zudem beeinträchtigen keine Befestigungsflansche die serienmässige Anordnung von Spannelementen. Da der zu befestigende Grundkörper des Spannelementes zylinderförmig ausgestaltet ist, lässt er sich auf die gewünschte Länge kürzen, ohne dass die Masshaltigkeit der Einspannung dadurch beeinträchtigt wird. Der bei bestimmten Bearbeitungsarten, beispielsweise beim Planuberfräsen, notwendige Überstand der Spannbacken über den Spannblock lässt sich aufgrund des schaftfδrmigen Grundkörpers ebenfalls auf einfache Art und Weise einstellen.
Bezugszeichenliste
S Expansiöns-Spannelement
L Längsachse
G Spanngrundplatte Bl erste Befestigungsschraube
B2 zweite Befestigungsschraube
B3 dritte Befestigungsschraube
1 Grundkörper 10 Oberer Schaft
11 Unterer Schaft
12 Befestigungsfläche
2 Spannkopf
20 Spannbacken 21 Spannfläche
22 Spannbackenwurzel
3 Biegegelenk
4 Befestigungsnut 40 Anlageschulter 41 Anlageringfläche
5 Kernbohrung
50 Spanngewinde
51 Befestigungsgewinde
6 Spannschraube 60 Schraubenkopf
7 Einsatzelement
71 Einsteckschaft
72 zweiter Spannkopf
73 ' Zweiter Biegegelenk 74 Einsatzkopf
75 Führungszapfen