Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Spannfutter der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, ein Werkzeug, beispielsweise ein Dreh-, Bohr-, Reib-, Schleifoder Fräswerkzeug zu halten und über einen Kupplungsabschnitt mit einer Werkzeugmaschine entweder unmittelbar oder über Zwischenstücke, Adapter oder dergleichen zu verbinden, welche das Werkzeug in Rotation versetzt, damit es zur Bearbeitung eines Werk- Stücks eingesetzt werden kann. An ein Spannfutter der hier angesprochenen Art werden hohe Ansprüche gestellt. Zum einen ist es erforderlich, dass das Werkzeug im Bereich des Aufnahmeabschnitts drehfest gehalten wird, zum anderen muss das Werkzeug auch bei sehr hohen Drehzahlen möglichst schwingungsarm gehal- ten werden. Es hat sich herausgestellt, dass Werkzeuge, die von Spannfuttern der hier angesprochenen Art gehalten werden, bei extrem hohen Drehzahlen schwingungsanfällig werden, wodurch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der mittels des Werkzeugs hergestellten oder bearbeiteten Werkstücke beeinträchtigt wird. Zur Verbesserung der Schwingungsdämpfung des Spannfutters wurde der Kupplungsabschnitt auch schon so ausgebildet, dass der Aufnahmeabschnitt zwei Teilabschnitte mit unterschiedlichen Außenkonturen aufweist, wobei die erste Außenkontur des ersten Teilabschnitts im Wesentlichen konisch ausgebildet ist, derart, dass der an die zweite Außenkontur des zweiten Teilabschnitts angrenzende Bereich der ersten Außenkontur einen größeren Außendurchmesser aufweist als ein gegenüberliegendes freies Ende der ersten Außen- kontur. Die erste Außenkontur ist also als sich in Richtung auf das freie Ende verjüngender Konus ausgebildet. In diesem Bereich wird ein Werkzeug von dem Spannfutter aufgenommen. Die zweite Außenkontur ist gegenüber der ersten mit einem größeren Außen- durchmesser versehen. Diese Formgebung dient dazu, dass der erste Teilabschnitt mit der ersten Außenkontur weniger Masse aufweist, die bei sehr hohen Drehzahlen des Spannfutters Schwingungen verursachen und verstärken könnte. Der zweite Teilabschnitt mit der einen größeren Außendurchmesser aufweisenden zweiten Außen- kontur dient dazu, dem Spannfutter eine hohe Steifigkeit zu verleihen, was der Reduktion von Schwingungen dient. Es hat sich herausgestellt, dass auch ein Spannfutter dieser Ausgestaltung bei sehr hohen Drehzahlen nicht die gewünschten Bearbeitungsergebnisse erzielt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter zu schaffen, das die genannten Nachteile vermeidet und sich auch bei sehr hohen Drehzahlen ein sehr geringes Schwingungsverhalten aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Spannfutter der eingangs genannten Art geschaffen, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Außenkontur des zweiten Teilabschnitts konvex ausgebildet ist und einen an die erste Außenkontur des ersten Teilabschnitts angrenzenden ersten Bereich mit einem ersten Außendurchmesser und an dem der ersten Außenkontur abgewandten Ende einen zweiten Bereich mit einem zweiten Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der des ersten Bereichs. Die konvexe Ausgestaltung ist so gewählt, dass der Außendurchmesser der zweiten Außenkontur, ausgehend von dem Übergangsbereich zu der ersten Außenkontur, so schnell wie möglich zunimmt, um einen hohen Biegewiderstand zu gewährleisten und damit eine optimale Schwingungsreduzierung. Dies wird dadurch erreicht, dass die zweite Außenkontur - im Längsschnitt gesehen - bogenförmig ausgebildet ist, um den Biegewiderstand im Bereich der zweiten Außenkontur rasch zu erhöhen. Dabei ist vorgesehen, dass der Übergang der ersten Außenkontur in die zweite Außenkontur stufenlos erfolgt, also ein harter Übergang vermieden wird, um eine zu hohe Belastung des Übergangs zwischen der ersten und zweiten Außenkontur zu vermeiden, die zu Rissen führen könnte.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spannfutters zeichnet sich dadurch aus, dass im Übergang zwischen der ersten und zweiten Außenkontur ein Winkel α gegeben ist, der im Bereich von 140° bis 170°, vorzugsweise von 150° bis 165°, und insbesondere im Bereich von 155° +/- 5° liegt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spannfutters zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Außenkontur in ihrem der ersten Außenkontur abgewandten Ende im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Dies führt dazu, dass hohe Belastungen in diesem Endbereich und damit Risse vermieden werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Spannfutters zeichnet sich dadurch aus, dass sich an das der ersten Außenkontur abgewandten Ende der zweiten Außenkontur ein zylindrischer Abschnitt anschließt, der auch unabhängig von der zweiten Außenkontur ausge- bildet sein kann. Auf diese Weise wird ebenfalls sichergestellt, dass hohe Belastungen in diesem Bereich vermieden werden und damit die Gefahr von Rissen. Weitere Ausführungsbeispiele des Spannfutters zeichnen sich dadurch aus, dass an dem der ersten Außenkontur abgewandten Ende der zweiten Außenkontur eine Kehle oder eine Fase vorgesehen ist, um auf diese Weise zu hohe lokale Kräfte und damit Risse zu vermeiden.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Spannfutters, bei dem zwischen dem Aufnahmeabschnitt und dem Kupplungsabschnitt ein Mittelteil vorgesehen ist, welches die für Spannfutter der hier angesprochenen Art üblichen Einrichtungen, beispielsweise eine Greiferrille oder dergleichen, aufweist.

Besonders bevorzugt wird außerdem ein Ausführungsbeispiel des Spannfutters, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt als Schrumpffutter zur Schrumpfbefestigung von Werkzeugen ausgebildet ist, die bevorzugt einen zylindrischen Werkzeug- schaft aufweisen. Die Befestigung von Werkzeugen an dem Spannfutter ist damit sehr einfach möglich, insbesondere deshalb, weil das Schrumpffutter im ersten Teilabschnitt mit der ersten Außenkontur vorgesehen werden kann, die vergleichsweise dünnwandig ist und damit gleichmäßig erwärmt werden kann, um ein Werkzeug aufzu- nehmen. Im Übrigen ist es auch möglich, den Aufnahmeabschnitt als Hydrodehnspannfutter auszubilden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Spannfutter in Seitenansicht; Figur 2 eine Detailvergrößerung des in Figur 1 dargestellten

Spannfutters; Figur 3 eine Detailvergrößerung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des in Figur 1 dargestellten Spannfutters;

Figur 4 eine Detailvergrößerung eines weiteren gegenüber Figur 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels und

Figur 5 eine Detailvergrößerung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Spannfutters.

Das in Figur 1 in Seitenansicht dargestellte Spannfutter 1 weist einen Aufnahmeabschnitt 3 zur Halterung eines hier nicht dargestellten Werkzeugs sowie einen Kupplungsabschnitt 5 zur Verbindung des Spannfutters 1 mit einer Werkzeugmaschine auf. Dieser kann auf beliebige bekannte Weise ausgebildet werden. Beispielhaft weist der Kupplungsabschnitt 5 hier einen Hohlschaftkegel 7 auf. Übliche Spannfutter 1 der hier angesprochenen Art weisen vorzugsweise zwischen dem Aufnahmeabschnitt 3 und dem Kupplungsabschnitt 5 ein Mittelteil 9 auf, welches beispielsweise eine Greiferrille 1 1 um- fasst, in welche ein Greiferelement zur Erfassung des Spannfutters 1 eingreifen kann, insbesondere wenn das Spannfutter 1 in Zusammenhang mit einer Fertigungsmaschine verwendet wird, die einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglicht.

Der Aufnahmeabschnitt 3 weist einen ersten Teilabschnitt 13 mit einer ersten Außenkontur 15 sowie einen zweiten Teilabschnitt 17 mit einer zweiten Außenkontur 19 auf. Aus der Seitenansicht des Spannfutters 1 ist erkennbar, dass die erste Außenkontur 15 konisch ausgebildet ist, und zwar derart, dass der an die zweite Außenkontur angrenzende erste Bereich 21 einen größeren Außendurchmesser aufweist als ein gegenüberliegendes freies Ende 23 der ersten Au- ßenkontur 15. Es ist also vorgesehen, dass die erste Außenkontur 15 sich konisch in Richtung auf das freie Ende 23 verjüngt.

Die zweite Außenkontur 19 des zweiten Teilabschnitts 17 ist, wie sich aus der Seitenansicht gemäß Figur 1 ergibt, konvex ausgebildet, also gegenüber der Längsachse 25 des Spannfutters 1 nach außen gewölbt. Dadurch ergibt sich ein an die erste Außenkontur 15 angrenzender erster Bereich 27 der zweiten Außenkontur 19 mit einem ersten Außendurchmesser und an dem der ersten Außenkontur 15 abgewandten Ende der zweiten Außenkontur 19 einen zweiten Be- reich 29 der zweiten Außenkontur 19 mit einem zweiten Außendurchmesser, der größer ist als der des ersten Bereichs 27.

Es zeigt sich in Figur 1 , dass die zweite Außenkontur 19 - im Längsschnitt gesehen, damit auch in Seitenansicht - bogenförmig ausgebildet ist, wobei der Übergang 31 der ersten Außenkontur 15 in die zweite Außenkontur 19 stufenlos erfolgt. Es ergibt sich hier ein Winkel α im Übergang 31 zwischen der ersten Außenkontur 15 und der zweiten Außenkontur, der hier vorzugsweise 155° +/- 5° beträgt. Der Winkel α kann aber in einem Bereich von 140° bis 170°, vorzugsweise 150° bis 165° gewählt werden. Figur 1 ist zu entnehmen, dass der Winkel α gemessen wird zwischen der Oberfläche der ersten Außenkontur 15 und einer Tangente T, die ausgehend vom Übergang 31 an der zweiten Außenkontur 19 anliegt. Entscheidend ist, dass im Übergang 31 keine Stufe gegeben ist, die im Betrieb des Spannfutters 1 dazu führt, dass hier beispielsweise aufgrund von Kerbwirkung eine hohe Belastung gegeben ist, die zu Rissen führen kann. Vielmehr ist eben ein stufenloser Übergang 31 zwischen den beiden Außenkonturen vorgesehen, wobei in dem ersten Bereich 27 ein trotz der stufenlosen Ausgestaltung rascher Anstieg der zweiten Au- ßenkontur 19 ausgehend vom Übergang 31 gegeben ist. Diese Ausgestaltung führt dazu, dass sich im zweiten Teilabschnitt 17 mit der zweiten Außenkontur 19 rasch ein hoher Biegewiderstand ergibt, welcher im Betrieb des Spannfutters 1 auch bei sehr hohen Dreh- zahlen die Schwingungsneigung des Spannfutters 1 wesentlich reduziert.

Bei dem aus Figur 1 ersichtlichen Spannfutter ist vorgesehen, dass die zweite Außenkontur 19 ausgehend von dem Übergang 31 durchgehend bis zum Mittelteil 9 konvex ausgebildet ist und damit über den gesamten zweiten Bereich 29 eine gekrümmte Außenkontur aufweist.

Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass der Aufnahmeabschnitt 3 im Bereich des ersten Teilabschnitts 13 eine zentrale, koaxial zur Längsachse 25 ausgebildete Ausnehmung 33 aufweist, die vorzugsweise zylind- risch ist und der Aufnahme eines Werkzeugschafts dient. Die Ausnehmung 33 erstreckt sich in Richtung der Längsachse 25 ausgehend vom freien Ende 23 nicht ganz bis zum Übergang 31 . Figur 1 ist noch zu entnehmen, dass die Ausnehmung 33 an dem dem freien Ende gegenüberliegenden Grund offen ist, sodass eine Einstell- schraube 35 mit einem in die Ausnehmung 33 eingeführten Werkzeug zusammenwirken kann, um dessen Längsposition gegenüber dem Spannfutter 1 einzustellen. Die Einstellschraube 35 ist vorzugsweise über eine koaxial zur Längsachse verlaufende Bohrung 37 erreichbar, um bei einem in die Ausnehmung 33 eingesetzten Werk- zeug dessen Relativposition gegenüber dem Spannfutter 1 einstellen zu können. Das in Figur 1 dargestellte Spannfutter 1 kann mit Auswuchtschrauben versehen werden, die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse 25 verlaufen und vorzugsweise im zweiten Teilabschnitt 17 vorgesehen sind. Besonders bevorzugt werden diese in der Nähe des Über- gangs 31 platziert.

Darüber hinaus kann das Spannfutter 1 auch mit einer Kühl- /Schmiermittelversorgung versehen werden, bei der über den Kupplungsabschnitt 5 ein Kühlmittel in das Spannfutter 1 eingeleitet und über Kanäle bis zum freien Ende 23 geführt wird. Figur 2 zeigt eine Detailvergrößerung des Spannfutters gemäß Figur 1 , und zwar eines durch einen Kreis in Figur 1 gekennzeichneten Bereich des Spannfutters 1 . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Ersichtlich ist hier das Mittelteil 9 mit der Greiferrille 1 1 . Entscheidend ist aber der zweite Bereich 29 der zweiten Außenkontur 19, der hier unmittelbar in den Mittelteil 9 übergeht, der einen größeren Außendurchmesser aufweist als die zweite Außenkontur 19 im zweiten Bereich 29. Es zeigt sich, dass der zweite Bereich 29 unmittelbar in eine in Richtung auf das freie Ende 23 weisende Fläche 39 übergeht und mit dieser einen Winkel von 90° einschließt. Der Winkel wird gemessen zwischen der Fläche 39 und einer Tangente T, die dort an die zweite Außenkontur 19 angelegt wird, wo diese in die Fläche 39 übergeht.

Die in Figur 3 wiedergegebene Detailvergrößerung zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spannfutters 1 , das grundsätzlich so ausgebildet ist wie das in Figur 1 dargestellte. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das hier dargestellte Spannfutter 1 weist allerdings einen definierten zylindrischen Abschnitt 41 auf, welcher unmittelbar an die Fläche 39 des Mittelteils 9 angrenzt und mit dieser einen Winkel von 90° ein- schließt. Der zweite Bereich 29 der zweiten Außenkontur 19 geht in den zylindrischen Abschnitt 41 über. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Bereich 29 ausgehend vom Übergang 31 bis zum gegenüberliegenden Ende konvex ausgebildet, sodass dieser über einen leichten Knick 43 in den zylindrischen Abschnitt 41 übergeht. Es wird dabei sichergestellt, dass der Übergang zwischen dem zweiten Bereich 29 und dem zylindrischen Abschnitt 41 so sanft ausgebildet ist, dass hier auch bei hohen Belastungen des Spannfutters 1 während sehr hoher Drehzahlen keine Rissbildung, beispielsweise durch Kerbwirkung, gegeben ist. Figur 4 zeigt eine Detailvergrößerung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Spannfutters 1 , welches grundsätzlich so ausgebildet ist wie das in Figur 1 dargestellte. Allerdings geht - in Abweichung zu der Darstellung gemäß Figur 1 - der zweite Bereich 29 der zweiten Außenkontur 19 über eine Fase 45 in das Mittelteil 9 über, die sich ausgehend von dem zweiten Bereich 29 in Richtung auf das Mittelteil 9 konisch erweitert. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.

Durch diese Ausgestaltung des Übergangs der zweiten Außenkontur 19 in das Mittelteil 9 wird sichergestellt, dass sich in diesem Übergang keine Kerbwirkung und/oder Kraftspitzen ergeben, die zu Rissen führen könnten. Die Detailvergrößerung gemäß Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Spannfutters 1 , das ansonsten den in Figur 1 dargestellten Aufbau aufweist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Eine Abweichung gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 besteht darin, dass der zweite Bereich 29 der zweiten Außenkontur 19 über eine Kehle 47 in die Fläche 39 des Mittelteils 9 übergeht, wobei sich der Außendurchmesser der Kehle in Richtung auf die Fläche 39 vergrö- ßert. Die Kehle 47 ist - vorzugsweise kreisbogenförmig - gekrümmt ausgebildet. Sie dient dazu, eine Kerbwirkung im Übergang zwischen der zweiten Außenkontur 19 und dem Mittelteil 9 zu vermeiden, damit auch Kraftspitzen, die zu Rissen führen könnten, wenn das Spannfutter 1 mit sehr hohen Drehzahlen betrieben wird. Aus den Erläuterungen wird deutlich, dass das Spannfutter 1 , dessen Aufnahmeabschnitt 3 als Schrumpffutter oder als Hydrodehn- spannfutter ausgelegt sein kann, mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden kann und sich durch eine hohe Schwingungsdämpfung auszeichnet. Diese wird durch die Ausgestaltung des konvexen zwei- ten Teilabschnitts 17 mit der zweiten Außenkontur 19 erreicht, wobei entscheidend ist, dass im Übergang 31 eine Stufe vermieden wird, um eine Kerbwirkung im Übergang 31 und eine entsprechende Kraftkonzentration zu vermeiden, die zur Rissbildung führen kann.

Die zweite Außenkontur 19 kann - im Längsschnitt gesehen - einem Teil eines Parabelbogens folgen, um ausgehend vom Übergang 31 möglichst schnell einen hohen Biegewiderstand und damit eine hohe Schwingungsdämpfung aufzubauen.