WO2016074901A1 - Werkzeugaufnahme - Google Patents

Abstract

Es wird eine Werkzeugaufnahme angegeben, mit einem Grundkörper (12) zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter (18) zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem Dämpfungselement (42) zwischen dem Grundkörper (12) und dem Spannfutter (18), wobei das Dämpfungselement (42) aus einem Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul aufweist, der vom Elastizitätsmodul des Werkstoffs, aus dem das Spannfutter (18) besteht, zumindest um einen Betrag von 50 % abweicht, und wobei das Spannfutter (18) ausschließlich über das Dämpfungselement (42) vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Grundkörper (12) verbunden ist.

Description

Werkzeugaufnahme

[0001] Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme mit einem Grundkörper zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem Dämpfungselement zwischen dem Grundkörper und dem Spannfutter, das aus einem Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul besteht, der vom Elastizitätsmodul des Werkstoffs, aus dem das Spannfutter besteht, zumindest um einen Betrag um 50% abweicht.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Werkzeugaufnahme.

[0003] Beim rotierenden Antrieb von Werkzeugaufnahmen mit hoher Drehzahl, wie etwa bei Fräsern oder Bohrern, treten häufig Schwingungen auf, welche sich nachteilig auf das Arbeitsergebnis auswirken können und auch die Standzeit der Werkzeuge negativ beeinflussen können.

[0004] Es wurde daher vielfach versucht, Werkzeugaufnahmen mit verringerter Oszillationsneigung zu konstruieren.

[0005] Aus der DE 10 2013 101 854 A1 ist eine Werkzeugaufnahme bekannt, bei der in einer Kavität zwischen einem Grundkörper der Werkzeugaufnahme und dem damit verbundenen Spannfutter ein ringförmiges Dämpfungselement vorgesehen ist. Das Dämpfungselement weist eine geringe axiale Ausdehnung auf und besteht vorzugsweise aus einem Schwermetall und kann unter Verwendung einer Zwischenlage aus Kunststoff mit einer axialen Vorspannung in der Kavität aufgenommen sein. [0006] Gemäß der US 6 082 236 ist es bekannt, bei Werkzeugaufnahmen für Drehmaschinen gezielt Elastomerelemente in einen zylindrischen Teil der Werkzeugaufnahme einzubringen, um einzelne Schwingungsformen, wie etwa die Torsion um die Längsachse des Werkzeuges, zu dämpfen.

[0007] Aus der DE 20 2009 010 626 U1 ist eine Werkzeugaufnahme mit einem mit elastischen Elementen versehenen Dämpfungsring bekannt, der zwischen der ma- schinenseitigen Spindelschnittstelle und dem Gegenstück der Spindel verspannt wird, um somit im Wesentlichen Biegeschwingungen zu dämpfen.

[0008] Die bekannten Lösungen mögen zwar in der einen oder anderen Weise eine gewisse Schwingungsdämpfung bewirken, sind jedoch für viele Einsatzfälle nicht ausreichend wirksam.

[0009] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Werkzeugaufnahme anzugeben, die eine verbesserte Schwingungsdämpfung im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufweist.

[0010] Ferner sollen eine geeignete Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Werkzeugaufnahme angegeben werden.

[0011] Diese Aufgabe wird bei einer Werkzeugaufnahme gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Spannfutter ausschließlich über das Dämpfungselement vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist.

[0012] Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Erfindungsgemäß sind nämlich das Spannfutter und der Grundkörper vollständig durch das Dämpfungselement voneinander entkoppelt, da außer dem Dämpfungselement keine Verbindung zwischen dem Spannfutter und dem Grundkörper besteht.

[0013] Dies erlaubt eine wirksame Dämpfung von Schwingungen über das Dämpfungselement. [0014] Der Elastizitätsmodul des Werkstoffs des Dämpfungselementes weicht deutlich vom Elastizitätsmodul des Werkstoffs, aus dem der Grundkörper und/oder das Spannfutter besteht, ab. Vorzugsweise weist der Elastizitätsmodul des Dämpfungselementes einen nicht linearen Verlauf auf, wodurch eine besonders wirksame Dämpfung im gewünschten Bereich erzielt werden kann.

[0015] Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme wird unabhängig von der Lastrichtung die Last über das relativ zum Futtergrundmaterial weiche, elastische Material geleitet und so gedämpft. Es ergibt sich somit eine Verringerung der statischen Steifigkeit der Werkzeugaufnahme.

[0016] Das Dämpfungselement besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einem elastomeren Material. Hierbei kann es sich etwa um ein Dämpfungselement aus einem Polyurethanmaterial oder aus einem Kautschukmaterial handeln.

[0017] Mit derartigen elastomeren Materialien kann eine besonders wirksame Dämpfung bei dennoch ausreichender Steifheit der Werkzeugaufnahme erreicht werden. Insbesondere elastomere Materialien auf Polyurethanbasis (PUR) oder auf Kautschukbasis gewährleisten eine ausreichend steife Verbindung zwischen Spannfutter und Werkzeugaufnahme und ermöglichen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper und Spannfutter mit ausreichend hoher Präzision, so dass Rundlauffehler minimiert werden.

[0018] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Dämpfungselement aus einer Formgedächtnislegierung.

[0019] Auch mit einer derartigen Ausführung lässt sich eine besonders wirksame Schwingungsdämpfung erzielen.

[0020] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Dämpfungselement in einem ringförmigen Spalt zwischen einem Halteabschnitt des Spannfutters und dem Grundkörper. [0021] Auf diese Weise ist eine durchgehende stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Spannfutter und dem Grundkörper mittels des Dämpfungselementes gewährleistet.

[0022] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet das Dämpfungselement einen Formschluss mit dem Grundkörper und dem Spannfutter. Hierzu können etwa Vorsprünge vorgesehen sein, insbesondere eine mehrkantförmige Grundform des Dämfungselementes.

[0023] Auf diese Weise wird durch den Formschluss eine wirkungsvolle Drehmomentübertragung gewährleistet.

[0024] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest am Grundkörper oder am Spannfutter ein Gewindeabschnitt vorgesehen, der eine Verspan- nung des Spannfutters gegenüber dem Grundkörper erlaubt, vorzugsweise mittels einer Spannmutter.

[0025] Auf diese Weise kann eine Vorspannung zwischen Grundkörper und Spannfutter erzielt werden, etwa um eine bestimmte Dämpfungscharakteristik zu gewährleisten.

[0026] Hierzu kann der Gewindeabschnitt mit einer Spannschraube zusammenwirken, wobei eine Elastomerscheibe zwischen Spannschraube und Gewindeabschnitt angeordnet ist, deren Härte vorzugsweise auswählbar ist.

[0027] Auf diese Weise sind der Grundkörper und das Spannfutter in beiden Richtungen voneinander entkoppelt. Durch eine selektive Auswahl der Härte der Elastomerscheibe kann eine auswählbare Vorspannung bidirektional eingestellt werden.

[0028] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Spannfutter als thermisches Schrumpfspannfutter ausgebildet. [0029] Bei einer derartigen Ausführung des Spannfutters ist die gegenwärtige Erfindung besonders vorteilhaft nutzbar, da hiermit eine hochpräzise Spannung von Werkzeugen selbst bei kleinem Schaftdurchmesser gewährleistet ist.

[0030] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl am Grundkörper als auch am Spannfutter jeweils ein Zentrierbund vorgesehen, der für eine Zentrierung der beiden Teile zueinander durch eine umschließende Form bei einem Vergießen und Vulkanisieren des Dämpfungselementes ausgebildet ist.

[0031] Auf diese Weise ist eine besonders gute Zentrierung von Spannfutter und Grundkörper zueinander gewährleistet.

[0032] Die Erfindung wird ferner durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Werkzeugaufnahme gelöst, mit einem Grundkörper zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter zum Einspannen eines Werkzeugs aufgenommen ist, mit einem Dämpfungselement zwischen dem Grundkörper und dem Spannfutter, das aus einem elastomeren Material besteht, mit einer Form, in der eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der das Spannfutter und der Grundkörper zentriert zueinander und gegen eine axiale Verschiebung zueinander gesichert aufnehmbar sind, mit mindestens einem Kanal zur Zuführung von elastomerem Material unter Druck in einen Spalt zwischen dem Spannfutter und dem Grundkörper, und mit mindestens einem Entlüftungskanal in der Form.

[0033] Mit einer derartigen Vorrichtung lässt sich eine präzise Positionierung zwischen Grundkörper und Spannfutter beim Zuführen des elastomeren Materials unter Druck und beim Vulkanisieren gewährleisten, so dass sich eine Werkzeugaufnahme mit besonders geringem Rundlauffehler ergibt. Es ergibt sich so eine hochpräzise Relativpositionierung zwischen Grundkörper und Spannfutter.

[0034] In bevorzugter Weiterbildung dieser Ausführung ist ein Zentrierkörper zur Positionierung am axialen Ende des Spannfutters vorgesehen, der mit seiner Außenoberfläche an einer Innenoberfläche des Grundkörpers zur Zentrierung anliegt und der Zuführkanäle aufweist, um eine Zuführung des elastomeren Werkstoffs unter Druck in den Spalt zu ermöglichen.

[0035] Mittels des Zentrierkörpers wird auf diese Weise zusätzlich zur Zentrierung von Spannfutter und Grundkörper innerhalb der Bohrung der Form eine weitere Zentrierung im Innenbereich ermöglicht, so dass sich insgesamt eine weiter verbesserte Präzision ergibt.

[0036] In bevorzugter Weiterbildung dieser Ausführung weist der Zentrierkörper einen Fortsatz mit einem Außengewinde auf, der in ein Innengewinde am Ende des Spannfutters einschraubbar ist.

[0037] Hierdurch ist ein unmittelbares Angreifen des Zentrierkörpers am Spannfutter für eine saubere Zentrierung ermöglicht, die nach einer Vulkanisierung des Dämpfungselementes leicht wieder gelöst werden kann.

[0038] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Zentrierkörper ein Druckanschluss zu Zuführung des elastomeren Materials über eine Druckleitung durch den Grundkörper vorgesehen.

[0039] Durch diese Maßnahme wird eine unmittelbare Zuführung des elastomeren Materials unter Druck in den Zentrierkörper und von dort über die Zuführkanäle bis in den Spalt gewährleistet.

[0040] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an der Form Anschläge zur axialen Fixierung von Grundkörper und Spannfutter vorgesehen.

[0041] Auf diese Weise wird eine präzise Festlegung der Axiallage von Grundkörper und Spannfutter zueinander gewährleistet, wenn das elastomere Material unter Druck in den Spalt zugeführt wird. [0042] In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Form eine Innenoberfläche auf, die für eine Zentrierung von Grundkörper und Spannfutter mittels daran vorgesehener Zentrierbünde ausgebildet ist.

[0043] Auf diese Weise ist eine sehr präzise Zentrierung von Grundkörper und Spannfutter zueinander ermöglicht.

[0044] Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugaufnahme, mit einem Grundkörper zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, gelöst, an dem ein Spannfutter zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem durchgehenden Dämpfungselement aus einem elastomeren Werkstoff zwischen dem Grundkörper und dem Spannfutter, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

[0045] (a) Bereitstellen einer Form mit einer Ausnehmung;

[0046] (b) Einführen und Zentrieren von Grundkörper und Spannfutter in die Ausnehmung, wobei ein durchgehender Spalt zwischen dem Grundkörper und einem Halteabschnitt des Spannfutters verbleibt;

[0047] (c) axiales Festlegen von Grundkörper und Spannfutter in der Form;

[0048] (d) Zuführen von elastomerem Material unter Druck durch den Grundkörper an den Spalt zwischen dem Grundkörper und dem Halteabschnitt des Spannfutters, bis der Spalt ausgefüllt ist, wobei eine Entlüftung am Ende des Spaltes nach außen über mindestens einen Entlüftungskanal in der Form erfolgt;

[0049] (e) Vulkanisieren des elastomeren Materials;

[0050] (f) Entnehmen der Werkzeugaufnahme aus der Form. [0051] Durch eine derartige Herstellung ist eine saubere Verbindung zwischen Grundkörper und Spannfutter mit einer präzisen Zentrierung der beiden Teile zueinander ermöglicht.

[0052] Vorzugsweise wird hierbei ein Zentrierbund am Grundkörper und am Spannfutter verwendet, um den Grundkörper und das Spannfutter an der Innenoberfläche der Ausnehmung in der Form zu zentrieren.

[0053] Auf diese Weise ist eine hochpräzise Zentrierung von Grundkörper und Spannfutter zueinander von der Außenseite gewährleistet.

[0054] In weiter bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen dem Grundkörper und dem axialen Ende des Spannfutters ein Zentrierkörper eingesetzt, über den der Halteabschnitt an einer zugeordneten Innenoberfläche des Grundkörpers zentriert wird, wobei das elastomere Material über Zuführkanäle im Zentrierkörper in den Spalt geführt wird.

[0055] Auf diese Weise wird zusätzlich zu der Zentrierung von Spannfutter und Grundkörper an der Außenseite eine Zentrierung im Innenbereich zwischen Grundkörper und Spannfutter gewährleistet, so dass sich insgesamt eine weiter verbesserte Präzision ergibt.

[0056] Hierbei kann das elastomere Marterial vorzugsweise über eine Druckleitung, die in den Zentrierkörper mündet, und die dort etwa über ein Gewinde festgeschraubt werden kann, zugeführt werden.

[0057] Als elastomeres Material wird vorzugsweise ein Polyurethan oder ein Kautschuk verwendet.

[0058] Beide Materialien ermöglichen eine hohe Steifheit, so dass die Werkzeugaufnahme ausreichend hohe Drehmomente übertragen kann, ohne dass das Dämpfungselement zu nachgiebig ist. Gleichfalls weisen diese Materialien eine hohe Tempera- turbeständigkeit auf, die auch eine Verwendung bei einem thermischen Schrumpfspannfutter erlauben, ohne dass durch den Schrumpfspannvorgang eine thermische Überlastung des Dämpfungselementes zu befürchten ist.

[0059] Das elastomere Material wird vorzugsweise bei einem Druck von mindestens 100 bar, vorzugsweise mindestens 500 bar zugeführt und bei einer Temperatur von 100 °C bis 280 °C, vorzugsweise von 120 °C bis 200 °C vulkanisiert.

[0060] Meist erfolgt die Vulkanisierung hierbei in einem Bereich von etwa 150 °C bis 200 °C, vorzugsweise etwa 180°C.

[0061] Im Betrieb ist das Dämpfungselement ausreichend thermisch beständig, so dass Temperaturen an der Oberfläche des Spannfutters von etwa 180 °C dauerhaft tolerierbar sind, wobei eine kurzfristige Temperaturerhöhung bis zu etwa 200 °C möglich ist, ohne dass die Werkzeugaufnahme Schaden nimmt.

[0062] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

[0063] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme, jedoch vor der Einbringung eines aus elastomerem Material bestehenden Dämpfungselementes in einen Ringspalt zwischen Spannfutter und Grundkörper;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die perspektivische Ansicht gemäß Fig. 1 ; eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Werkzeugaufnahme gemäß Fig. 1 , bei der jetzt zusätzlich das Dämpfungselement aus elastomerem Material im Ringspalt zwischen Grundkörper und Spannfutter dargestellt ist, sowie ein Zentrierkörper am axialen Ende des Spannfutters, um eine weitere Zentrierung im Innenbereich zu gewährleisten; einen Schnitt durch die Werkzeugaufnahme gemäß Fig. 3 längs der Linie IV-IV; eine Vorrichtung im Längsschnitt, in die Grundkörper und Spannfutter eingesetzt sind, um eine präzise Zentrierung der beiden Teile zueinander während der Herstellung des Dämpfungselementes durch ein Spritzgießverfahren zu gewährleisten; einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 5 längs der Linie V-V; eine teilweise geschnittene Teilansicht einer leicht abgewandelten Ausführung der Werkzeugaufnahme, wobei diese nur das äußere Ende mit dem Spannfutter und eine Überwurfmutter zeigt; eine leicht abgewandelte Ausführung der Werkzeugaufnahme in Teil- Längsschnitt, wobei nur das maschinenseitige Ende dargestellt ist; eine Seitenansicht der Schraube gemäß Fig. 8 in leicht vergrößerter Darstellung und eine weitere Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 2, wobei zwischen Spannfutter und Grundkörper eine Spannschraube ergänzt durch eine Elastomerscheibe wählbarer Härte vorgesehen ist. [0064] In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme perspektivisch bzw. perspektivisch geschnitten dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.

[0065] Die Werkzeugaufnahme 10 umfasst einen Grundkörper 12 in der bekannten Ausführung des Typs HSK mit einem Grundkörper 12 zur Aufnahme an einer Maschinenspindel, an dem ein Flansch 14 mit einer Ringnut 15 zur Handhabung durch einen Werkzeugwechsler oder dergleichen vorgesehen ist.

[0066] Ferner umfasst die Werkzeugaufnahme 10 ein Spannfutter 18 in Form eines thermischen Schrumpfspannfutters, das in Fig. 1 und 2 mit einem Spalt 22 zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18 dargestellt ist, der später von einem elastischen Dämpfungselement ausgefüllt wird. In den Fig. 1 und 2 sind der Grundkörper 12 und das Spannfutter 18 in ihrer Soll-Lage zueinander dargestellt, wobei auf die Darstellung des Dämpfungselementes, das den Spalt 22 zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18 ausfüllt, verzichtet wurde.

[0067] Das Spannfutter 18 weist einen Halteabschnitt 23 auf, in das in bekannter Weise ein Werkzeug, z.B. ein Fräswerkzeug, eingeschrumpft werden kann, indem zunächst das Spannfutter durch lokale Erwärmung im Bereich des Halteabschnittes 23 aufgeweitet wird und dann das Werkzeug mit seinem Schaft eingeführt wird, so dass nach dem Erkalten des Spannfutters 18 das Werkzeug im Halteabschnitt 23 im Schrumpfsitz gehalten ist. Das Spannfutter 18 reicht mit einem Halteabschnitt 23 in eine zugeordnete zentrale Bohrung des Grundkörpers 12 hinein, wobei ein ringförmiger Spalt 22 zwischen dem Halteabschnitt 23 und der Innenoberfläche des Grundkörpers 12 verbleibt, der nach außen hin zwischen einen Zentrierbund 16 am äußeren Ende des Grundkörpers 12 und einem gegenüberliegenden Zentrierbund 20 am Spannfutter 18 ausläuft.

[0068] In bekannter Weise besitzt der Grundkörper 12 einen zentralen Durchläse 24 mit einem innenzylindrischen Abschnitt 26. Am zugewandten axialen Ende des Halteabschnittes 23 ist ein Innengewinde 28 vorgesehen, in das eine zugeordnete Schraube für eine Minimalmengenschmierung einschraubbar ist, um von dort Kühl- Schmiermittel über einen anschließenden Kühlmittelkanal 30 unmittelbar bis an das Ende des Halteabschnittes 23 zu führen, der zur Werkzeugaufnahme ausgebildet ist. Von dort gelangt das Kühl-Schmiermittel über den Werkzeugschaft in den Bereich der Arbeitsstelle.

[0069] Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Werkzeugaufnahme 10 nach der Erzeugung eines Dämpfungselementes 42, das den Spalt 22 zwischen dem Grundkörper 12 und dem Spannfutter 30 ausfüllt, durch einen Spritzgießvorgang.

[0070] Das Dämpfungselement 42 füllt den Spalt 22 zwischen dem Grundkörper 12 und dem Spannfutter 18 vollständig aus und gewährleistet so eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18. Der Spalt 22 ist als durchgehender Ringspalt ausgebildet, der sich ausgehend vom maschinenseitigen axialen Ende des Halteabschnittes 23 zunächst in hohlzylindrischer Form bis kurz vor den Zentrierbund 20 erstreckt und am Ende radial nach außen zwischen die beiden Zentrierbünde 16 und 20 ausläuft, so dass dort ein Außenbereich 44 gebildet ist.

[0071] Abgesehen von einem hier in Fig. 3 zusätzlich noch dargestellten Zentrierkörper 32, der in das Innengewinde 28 am axialen Ende des Halteabschnittes 23 eingeschraubt ist, sind der Grundkörper 12 und das Spannfutter 18 lediglich über das Dämpfungselement 42 miteinander verbunden, das den Ringspalt 22 vollständig ausfüllt.

[0072] Obwohl das Dämpfungselement 42 grundsätzlich auch aus einer Formgedächtnislegierung bestehen kann, besteht es bei der hier dargestellten Ausführung vorzugsweise aus einem elastomeren Material, insbesondere aus einem Polyurethan oder einem Kautschukmaterial.

[0073] Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem immer zwischen Spannfutter und Grundkörper an irgendeiner Stelle eine direkte Verbindung durch eine Verschweißung oder dergleichen besteht, ist erfindungsgemäß lediglich eine Verbindung durch das Dämpfungselement 42 vorgesehen. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine stoffschlüssige Verbindung, die allerdings zusätzlich noch einen Formschluss verwendet, wie aus dem Querschnitt gemäß Fig. 4 zu ersehen ist.

[0074] Im Querschnitt ist das Dämpfungselement 42 also nicht kreisförmig, sondern weicht von der Kreisform ab, so dass sich ein Formschluss ergibt. Beispielsweise können Vorsprünge 46 vorgesehen sein, so dass sich insgesamt eine mehrkantförmige Grundform mit abgerundeten Kanten ergibt. Durch einen so erzeugten Formschluss wird die Drehmomentübertragung zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 30 verbessert.

[0075] Wie vorstehend bereits erwähnt, ist in Fig. 3 am maschinenseitigen axialen Ende des Halteabschnittes 23 zusätzlich ein Zentrierkörper 32 dargestellt.

[0076] Dieser Zentrierkörper 32 weist einen Fortsatz 34 auf, der mit einem Außengewinde 36 in das Innengewinde 28 am Ende des Halteabschnittes 23 einschraubbar ist. Der Zentrierkörper 32 ermöglicht eine präzise Zentrierung zwischen Halteabschnitt 23 und Grundkörper 12, da der Zentrierkörper 32 mit seinem zylindrischen Außenumfang in den innenzylindrischen Abschnitt 26 des Grundkörpers 12 eingreift. Der innenzylindrische Abschnitt 26 ist hierzu eng toleriert, z.B. geschliffen, um so eine präzise Position des Zentrierkörpers 32 und somit des Endes des Spannfutters 18 zu gewährleisten, da der Zentrierkörper mit seinem Fortsatz 34 in das Innengewinde 28 am axialen Ende der Schrumpfspindel 18 eingeschraubt ist.

[0077] Der Zentrierkörper 32 weist am maschinenseitigen Ende eine zentrale Ausnehmung 40 mit einem Innengewinde 41 auf, um eine Druckleitung zur Zuführung von elastomerem Material einschrauben zu können. Eine zugeordnte Druckleitung zur Zuführung von elastomerem Material, die in das Innengewinde 41 eingeschraubt ist, ist gestrichelt mit 43 angedeutet.

[0078] Die zentrale Ausnehmung 40 ist über eine Mehrzahl von Zuführkanälen 38 mit dem axialen Ende des Spaltes 22 verbunden. Die Zuführleitungen 38 sind kreisförmig am Ende der zentralen Ausnehmung 40 verteilt angeordnet und verlaufen schräg nach außen zum Ende des Spaltes 22 hin. [0079] Vorzugsweise besteht das Dämpfungselement 42 aus einem elastomeren Material, wie etwa einem Polyurethan oder einem Kautschuk. Beide Materialien können in nicht vulkanisiertem Zustand unter hohem Druck von mehreren 100 bar, meist in der Größenordnung von etwa 500 bar oder mehr, in den Spalt 22 gefördert werden und anschließend vulkanisiert werden.

[0080] Da die Werkzeugaufnahme eine hohe Rundlaufgenauigkeit haben muss und möglichst geringe Zentrierfehler zwischen dem Grundkörper 12 und dem Spannfutter 18 auftreten dürfen, ist es zweckmäßig, die Zufuhr des elastomeren Materials in den Spalt 22 in einer hierzu geeigneten Vorrichtung durchzuführen.

[0081] Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt.

[0082] Hierzu ist eine Form 50 vorgesehen, die als massives Rohr ausgebildet ist und die eine zentrale Ausnehmung 52 aufweist, die zum Einsatz des Grundkörpers 12 und des Spannfutters 18 ausgebildet ist. Die Innenoberfläche der zentralen Ausnehmung 52 ist in ihrer Form entsprechend an die äußere Oberfläche des Grundkörpers 12 bzw. des Spannfutters 18 angepasst und entsprechend eng toleriert, z.B. durch ein Schleifverfahren. Der Grundkörper 12 ist also mit seinem Flansch 14 an der Innenoberfläche der Ausnehmung 52 positioniert und zusätzlich durch Anlage des Zentrierbundes 16 an der Innenoberfläche der Ausnehmung 52 präzise positioniert.

[0083] Das Spannfutter 18 ist durch Anlage seines Zentrierbundes 20 an der Innenoberfläche der Ausnehmung 52 zentriert gehalten.

[0084] Ferner sind Axialanschläge vorgesehen, um die axiale Lage von Grundkörper 12 und Spannfutter 18 zueinander beim Zuführen des elastomeren Materials unter Druck festzulegen. Hierzu ist am äußeren Ende des Spannfutters 18 ein Anschlag 54 vorgesehen, der als Anschlag zur Anlage der Stirnfläche 56 des Spannfutters 18 dient. Am gegenüberliegenden Ende der Form 50 ist ein axialer Anschlag 58 vorgesehen, der zur axialen Anlage des Grundkörpers 12 mit seinem Flansch 14 dient. [0085] In der Form 50 sind ferner radiale Entlüftungskanäle 62 vorgesehen, die sich vom Außenbereich 44 des Spaltes 12 aus nach außen erstrecken.

[0086] Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, elastomeres Material über die Druckleitung 43 von außen zuzuführen und über die Zuführkanäle 38 unmittelbar in das Ende des Spaltes 22 zu fördern. Von hier gelangt das Material unter hohem Druck bis in den Außenbereich 44 des Spaltes 22, bis dieser vollständig ausgefüllt ist und das Material ggf. in die Entlüftungskanäle 32 austritt. Dieser Vorgang geschieht bei einem Druck in der Regel von etwa 500 bar oder mehr und bei erhöhter Temperatur von z.B. etwa 100 °C.

[0087] Zum Vulkanisieren erfolgt eine kurzfristige Temperaturerhöhung in der Regel auf mehr als 120 °C, vorzugsweise auf etwa 180 °C.

[0088] Die Vulkanisierung nimmt nur eine relativ kurze Zeit in Anspruch, die unterhalb von zehn Minuten liegt, meist sind 4 bis 6 Minuten ausreichend.

[0089] Anschließend kann die so fertiggestellte Werkzeugaufnahme 10 aus der Form 50 entnommen werden und abgekühlt werden. Der Zentrierkörper 32 wird dann aus dem Innengewinde 28 herausgeschraubt und überschüssiges Material, das vom Außenbereich 44 des Spaltes 22 über die benachbarte Zentrierbünde 16, 20 hervorsteht, wird entfernt.

[0090] Eine so hergestellte Werkzeugaufnahme 10 weist eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit auf und besitzt eine hoch wirksame Vibrationsdämpfung infolge des Dämpfungselementes 42, das sich durchgehend über den gesamten Ringspalt 22 zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18 erstreckt.

[0091] Fig. 7 zeigt eine Abwandlung einer Werkzeugaufnahme, die insgesamt mit 10a bezeichnet ist. In Fig. 7 ist nur das äußere Ende des Spannfutters 18 zusammen mit einer Überwurfmutter 64 dargestellt, die den Zentrierbund 20 von außen übergreift und die mit einem Innengewinde 68 in ein zugeordnetes Außengewinde 66 an der Außenoberfläche des Grundkörpers 12 einschraubbar ist. [0092] Durch die Überwurfmutter 64 kann somit eine einstellbare Vorspannung zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18 erzeugt werden.

[0093] In den Fig. 8 und 9 ist eine weitere Abwandlung der Werkzeugaufnahme dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10b bezeichnet.

[0094] In Fig. 8 ist nur das maschinenseitige Ende der Werkzeugaufnahme 10b dargestellt. Die einzige Änderung gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführung besteht darin, dass am axialen Ende des Dämpfungselementes 42 zusätzlich ein Absatz 74 im Grundkörper 12 vorgesehen ist, der es erlaubt, dass eine Schraube 70, die zur Schmiermittelzufuhr für Minimalmengenschmierung in das Innengewinde 28 einschraubbar ist, zusätzlich mit einer an der Schraube 70 angeformten Scheibe 76 am Absatz 74 anliegt.

[0095] Im Stand der Technik üblich und nach der einschlägigen DIN-Norm vorgesehen, ist eine Schraube, die zwecks Schmiermittelübergabe in das Innengewinde 28 einschraubbar ist, um Schmiermittel, das maschinenseitig über den zentralen Durchläse 24 des Grundkörpers 12 zugeführt wird, unmittelbar in den Kühlmittelkanal 30 zuzuführen.

[0096] Abweichend von der DIN-Norm ist an der hier verwendeten Schraube gemäß Fig. 9 eine Scheibe 76 angeformt, die seitlich übersteht und an dem zugeordneten Absatz 74 des Grundkörpers 12 anliegt.

[0097] Sollte durch Fehlbedienung beim thermischen Schrumpfspannen zum Ein- bzw. Ausspannen von Werkzeugen im Halteabschnitt 23 des Schrumpffutters 18 eine erhebliche thermische Überlastung auftreten, so dass die Maximaltemperatur von 180 °C nicht nur kurzfristig überschritten wird, sondern für eine längere Zeit eine höhere Temperatur von 200 °C oder mehr erreicht wird, so kann dies letztlich zur Desintegration des Dämpfungselementes 42 führen. [0098] Um auf jeden Fall zu vermeiden, dass in einem solchen Falle das Spannfutter 18 vom Grundkörper 12 gelöst werden kann, wird die vorstehend beschriebene Schraube 70 verwendet.

[0099] In Fig. 10 ist eine Abwandlung der Werkzeugaufnahme gemäß Fig. 2 dargestellt und insgesamt mit 10c bezeichnet. Hierbei werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet. Wie bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist die Werkzeugaufnahme 10c mit einem Spalt 22 zwischen Grundkörper 12 und Spannfutter 18 dargestellt, der später von einem elastischen Dämpfungselement ausgefüllt wird.

[00100] Hierbei ist am inneren Ende des Halteabschnitts 23 des Spannfutters 18 ein Gewindeabschnitt 78 vorgesehen, in den eine Spannschraube 80 eingeschraubt ist, die mit einem zentralen Kühlmittelkanal 30 für eine Minimalmengenschmierung versehen ist. Die Spannschraube 80 liegt mit einem Bund 86 an einem Elastomerring 82 an, der gegen einen Absatz 88 am Ende des zentralen Durchlasses 24 des Grundkörpers 12 verspannt ist. Die Härte des Elastomerrings 82 kann selektiv ausgewählt werden, um eine bestimmte bidirektionale Vorspannung zu gewährleisten. Zusätzlich ist am Ende der Aufnahmebohrung 30 eine Einstellschraube 84 dargestellt, die in einem Gewindeabschnitt 86 des Spannfutters 18 verstellbar ist, um nach dem Vulkanisieren des Spaltes 22 mit elastomerem Material die axiale Endlage für einen einzuspannenden Werkzeugschaft präzise vorgeben zu können.

Claims

Patentansprüche

Werkzeugaufnahme, mit einem Grundkörper (12) zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter (18) zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem Dämpfungselement (42) zwischen dem Grundkörper (12) und dem Spannfutter (18), wobei das Dämpfungselement (42) aus einem Werkstoff mit einem Elastizitätsmodul aufweist, der vom Elastizitätsmodul des Werkstoffs, aus dem das Spannfutter (18) besteht, zumindest um einen Betrag von 50 % abweicht , dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter (18) ausschließlich über das Dämpfungselement (42) vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Grundkörper (12) verbunden ist.

Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (42) aus einem elastomeren Material besteht.

Werkzeugaufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (42) aus einem Polyurethanmaterial oder aus einem Kautschukmaterial besteht.

Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (42) aus einer Formgedächtnislegierung besteht.

Werkzeugaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Dämpfungselement (42) in einem ringförmigen Spalt (22) zwischen einem Halteabschnitt (23) des Spannfutters (18) und dem Grundkörper (12) erstreckt.

Werkzeugaufnahme nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (42) einen Formschluss mit dem Grundkörper (12) und dem Spannfutter (18) bildet, wozu das Dämfungselement etwa mit Vorsprüngen (46) versehen sein kann, insbesondere eine mehrkantförmige Grundform aufweisen kann.

7. Werkzeugaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest am Grundkörper (12) oder am Spannfutter (18) ein Gewindeabschnitt (66) vorgesehen ist, der eine Verspannung des Spannfutters (18) gegenüber dem Grundkörper (12) erlaubt, vorzugsweise mittels einer Spannmutter (64).

8. Werkzeugaufnahme nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (78) mit einer Spannschraube (80) zusammenwirkt, und dass vorzugsweise eine Elastomerscheibe (82) zwischen Spannschraube (80) und Gewindeabschnitt (78) angeordnet ist, deren Härte vorzugsweise auswählbar ist.

9. Werkzeugaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannfutter (18) als thermisches Schrumpfspannfutter ausgebildet ist.

10. Werkzeugaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl am Grundkörper (12) als auch am Spannfutter (18) jeweils ein Zentrierbund (16, 20) vorgesehen ist, der für eine Zentrierung der beiden Teile (12, 18) zueinander durch eine umschließende Form (50) bei einem Vergießen und Vulkanisieren des Dämpfungselementes (42) ausgebildet ist.

1 1 . Vorrichtung zur Herstellung einer Werkzeugaufnahme (10), mit einem Grundkörper (12) zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter (18) zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem Dämpfungselement (42) zwischen dem Grundkörper (12) und dem Spannfutter (18), wobei das Dämpfungselement (42) aus einem elastomeren Material besteht, mit einer Form (50), in der eine Ausnehmung (52) vorgesehen ist, in der das Spannfutter (18) und der Grundkörper (12) zueinander zentriert und gegen eine axiale Verschiebung gesichert aufnehmbar sind, mit mindestens einem Zuführkanal (38) zur Zuführung von elastomerem Material unter Druck in einen Spalt (22) zwischen dem Spannfutter (18) und dem Grundkörper (12), und mit mindestens einem Entlüftungskanal (62) in der Form (50).

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , mit einem Zentrierkörper (32) zur Positionierung am axialen Ende des Spannfutters, der mit seiner Außenoberfläche an einer Innenoberfläche des Grundkörpers zur Zentrierung anliegt und der Zuführkanäle aufweist, um eine Zuführung des elastomeren Werkstoffs unter Druck in den Spalt zu ermöglichen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei dem der Zentrierkörper (32) einen Fortsatz (34) mit einem Außengewinde (36) aufweist, der in ein Innengewinde (28) am Ende des Spannfutters (18) einschraubbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der der Zentrierkörper (32) einen

Druckanschluss (40) zur Zuführung des elastomeren Materials über eine Druckleitung (43) durch den Grundkörper (19) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, bei der an der Form (50) Anschläge (54, 58) zur axialen Fixierung von Grundkörper (12) und Spannfutter (18) vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, bei der die Form (50) eine

Innenoberfläche (52) aufweist, die für eine Zentrierung von Grundkörper (12) und Spannfutter (18) mittels daran vorgesehener Zentrierbunde (16, 20) ausgebildet ist.

17. Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugaufnahme (10), mit einem Grundkörper (12) zur Kopplung mit einer rotierend antreibbaren Antriebsspindel, an dem ein Spannfutter (18) zum Einspannen eines Werkzeuges aufgenommen ist, mit einem durchgehenden Dämpfungselement (42) aus einem elastomeren Werkstoff zwischen dem Grundkörper (12) und dem Spannfutter (18), mit den folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen einer Form (50) mit einer Ausnehmung (52); (b) Einführen und Zentrieren von Grundkörper (12) und Spannfutter (18) in der Ausnehmung (52), wobei ein durchgehender Spalt (22) zwischen dem Grundkörper (12) und einem Halteabschnitt (23) des Spannfutters (18) verbleibt;

(c) Axiales Festlegen von Grundkörper (12) und Spannfutter (18) in der Form (50);

(d) Zuführen von elastomerem Material unter Druck durch den Grundkörper (12) in den Spalt (22) zwischen dem Grundkörper (12) und dem Halteabschnitt (23) des Spannfutters (18), bis der Spalt (22) ausgefüllt ist, wobei eine Entlüftung am Ende des Spaltes (22) nach außen über mindestens einen Entlüftungskanal (62) in der Form (50) erfolgt;

(e) Vulkanisieren des elastomeren Materials;

(f) Entnehmen der Werkzeugaufnahme (10) aus der Form (50).

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem jeweils ein Zentrierbund (16, 20) am Grundkörper (12) und am Spannfutter (18) verwendet wird, um den Grundkörper (12) und das Spannfutter (18) an der Innenoberfläche der Ausnehmung (52) in der Form (50) zu zentrieren.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem zwischen dem Grundkörper (12) und dem axialen Ende des Spannfutters (18) ein Zentrierkörper eingesetzt wird, über den der Halteabschnitt (23) an einer zugeordneten Innenoberfläche (26) des Grundkörpers (12) zentriert wird, wobei das elastomere Material über Zuführkanäle (38) im Zentrierkörper (32) in den Spalt (22) geführt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das elastomere Material über eine Druckleitung (43), die in den Zentrierkörper (32) mündet, zugeführt wird.

21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem als elastomeres Material ein Polyurethan oder ein Kautschuk verwendet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , bei dem das elastomere Material bei einem Druck von mindestens 100 bar, vorzugsweise von mindestens 500 bar zugeführt wird und bei einer Temperatur von 100 °C bis 280 °C, vorzugsweise von 120 °C bis 200 °C vulkanisiert wird.