KALOCSAY, Roman (Kronenberg 43, Aachen, 52074, DE)
| Einspannelement sowie Einspannvorrichtung Patentansprüche 1 . Einspannelement zum Schrumpfspannen von einzuspannenden Körpern (2) mit ovalem Einspannumfang, umfassend einen Grundkörper (3) und einen geschlossenen Spannring (6), gekennzeichnet durch ein zwischen Grundkörpern (3) und Spannring (6) angeordnetes und am Grundkörper (3) sowie am Spannring (6) fixiertes, ringförmiges Gelenkelement (5). 2. Einspannelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gelenkelement (5) über seinen Umfang geschlossen ist. 3. Einspannelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gelenkelement (5) auf seinem Umfang Unterbrechungen aufweist. 4. Einspannelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Gelenkelements (5) zumindest entlang einer Teilstrecke in Richtung auf den Spannring (6) stetig abnimmt. 5. Einspannelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gelenkelement (5) zumindest bereichsweise sowohl im Innendurchmesser als auch im Außendurchmesser in Richtung auf den Spannring (6) verjüngt. 6. Einspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (6) kreisringförmig ist. 7. Einspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) eine Auflagefläche (4) für den einzuspannenden Körper (2) aufweist. 8. Einspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (1 ) aus Chromstahl besteht. 9. Einspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannelement (1 ) einstückig ist. 10. Einspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Spannrings (6) bei Raumtemperatur mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm beträgt. 1 1 . Einspannvorrichtung umfassend ein Einspannelement (1 ) zum Schrumpfspannen sowie Mittel zur Erwärmung des Einspannelements, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspannelement (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist. 12. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erwärmung des Einspannelements (1 ) zur induktiven Erwärmung des Spannrings (6) geeignet sind. 13. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, gekennzeichnet durch mindestens eine zum Einlegen in den Spannring (6) vorgesehene Adaptereinheit (19). 14. Einspannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptereinheit (19) ringförmig ist. 15. Einspannvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptereinheit (19) mindestens zwei zum Auflegen der Adaptereinheit (19) auf den Spannring (6) vorgesehene Einhängeelemente (24) aufweist. 16. Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptereinheit (19) in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweist. 17. Einspannvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen in axialer Richtung nicht durchgehend sind. |
Die Erfindung betrifft ein Einspannelement zum Schrumpfspannen von
einzuspannenden Körpern mit ovalem Einspannumfang, umfassend einen Grundkörper und einen geschlossenen Spannring sowie eine Einspannvorrichtung umfassend ein Einspannelement zum Schrumpfspannen sowie Mittel zur Erwärmung des
Einspannelements.
Ein Einspannelement sowie eine Einspannvorrichtung der vorgenannten Art für
Werkzeuge, insbesondere für ein Bohrwerkzeug, sind aus der DE 199 15 412 A1 bekannt. Die dort offenbarte Werkzeugaufnahme weist an ihrem freien Ende eine offene Hülsenpartie auf, die den Spannring bildet. Die Hülsenpartie stützt sich einstückig auf einen Grundkörper, der ein Kupplungselement zum Anschluss einer Welle oder Spindel aufweist. Um ein Werkzeug einspannen zu können, wird die Werkzeugaufnahme im Bereich der Hülsenpartie induktiv bis zum Beispiel 450°C erwärmt. In die erwärmte Hülsenpartie wird das Werkzeug eingesteckt. Die Hülsenpartie, die bei Raumtemperatur in Bezug auf den Außenumfang des Werkzeuges ein Untermaß aufweist, schrumpft beim Abkühlen auf das Werkzeug auf und fixiert dieses reibschlüssig. Die
Werkzeugaufnahme ist insgesamt massiv aufgebaut, um die mechanische Stabilität in der Gesamtvorrichtung bei eingespanntem Werkzeug gewährleisten zu können.
Aufgrund des relativ geringen Umfangs der Werkzeugaufnahme muss mit den genannten 450°C eine relativ hohe Temperatur gewählt werden, um eine hinreichende Öffnung der Hülsenpartie bewirken zu können. Dabei sind besondere Maßnahmen notwendig, um eine ungewünscht hohe Erwärmung des eingesteckten Werkzeugs zu vermeiden. Aufgrund der kompakten Bauweise für Werkzeuge geringen Durchmessers kann die Werkzeugaufnahme die starken Temperaturschwankungen ohne Schaden verarbeiten. Problematisch ist jedoch die bei den gegebenen Durchmessern geringe absolute Ausdehnung bzw. Schrumpfung der Hülsenpartie, wegen der eine solche Verfahrensweise nur bei den in der Regel sehr eng tolerierten Werkzeugen möglich ist. Sollte ein noch zu bearbeitendes Werkstück in eine dem vorgenannten Stand der Technik entsprechende Einspannvorrichtung eingespannt werden, sind die
notwendigen Toleranzen in der Regel nicht erreicht. Die Wahl höherer Temperaturen zum Erreichen einer höheren Ausdehnung verbietet sich in der Regel, da sich bei zu hoher Erwärmung, z.B. über die AC1 -Temperatur, die Materialeigenschaften der Einspannhülse nachteilig verändern. Zudem wären die hohe Temperaturbelastung des Werkstücks bei Kontakt mit dem Spannkörper und die damit verbundenen Einflüsse auf die Materialeigenschaften des Werkstücks nachteilig. Schließlich erzeugen die bekannten Geometrien für viele Materialien zu hohe Spannungen in dem
einzuspannenden Werkstück.
Für die Aufnahme von Werkzeugen oder Werkstücken größeren Durchmessers von zum Beispiel mehr als 600 mm ist die Anwendung der Schrumpfspannung
üblicherweise nicht vorgesehen. Die dazugehörigen Aufnahmen müssten entsprechend groß gestaltet werden. Eine hinreichende Erwärmung der Gesamtvorrichtung wäre zu zeitintensiv.
Werkstücke werden in der Drehbearbeitung zumeist mit Drei-Backen-Spannfuttern gespannt. Diese haben den Vorteil, geometrisch eindeutig und selbstzentrierend zu spannen. Bei großen Durchmessern liegen die Kraftangriffspunkte eines Drei-Backen- Spannfutters jedoch weit auseinander, so dass hohe umlaufende Momente beim Spannen in das Werkstück eingeleitet werden und die Werkstücke beim Spannen stark verformt werden können.
Bei Bearbeitungen mit niedrigen Genauigkeitsanforderungen kommen bei großen Durchmessern Drei-Backen-Spannfutter mit Pendelbackenauflagen zum Einsatz, die jedoch in Bezug auf die Stabilität eingeschränkt sind. Bei hohen
Genauigkeitsanforderungen, zum Beispiel im Triebwerksbau, erfolgt die
Werkstückeinspannung zumeist nicht mehr radial, sondern mit Hilfe von
SpezialVorrichtungen in axialer Richtung. Diese Vorrichtungen erfordern ein Ausrichten auf den Rundlauf und schränken die Zugänglichkeit des Werkstückes bei der
Bearbeitung stark ein, da sie prinzipbedingt das Werkstück teilweise umschließen. Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einspannelement sowie eine Einspannvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die auch zum Einspannen von Einspannkörpern größeren Umfangs geeignet sind.
Bei einem Einspannelement der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein zwischen Spannelement und Grundkörper angeordnetes sowie am Spannring fixiertes Gelenkelement kann zwischen Spannring und Grundkörper erzeugte
Unterschiede in der radialen Wärmeausdehnung elastisch aufnehmen. Des Weiteren kann die Erwärmung im Wesentlichen auf den Spannring beschränkt werden. Dabei sorgt die ringförmige Geometrie des Gelenkelements gleichzeitig für eine hinreichende Stabilität der Einspannung in radialer Richtung, wodurch ungewünschte seitliche Translationen bei Belastung durch Prozesskräfte verhindert werden. Außerdem kann bei geeigneter Wandstärke des Gelenkelements eine ungewünscht hohe
Wärmeübertragung auf den Grundkörper weitgehend vermieden werden.
Es bildet sich ein hohes Temperaturgefälle zwischen Spannring und Grundkörper aus, wenn die zur Erwärmung des Spannringes notwendige Wärmeenergie im Wesentlichen allein in den Spannring eingegeben wird. Der insbesondere für große einzuspannende Körper mit Durchmessern von z. B. mehr als 600 mm in der Regel massive
Grundkörper des Einspannelements braucht nicht erwärmt zu werden, wodurch eine erhebliche Energieeinsparung gegeben ist.
Bei gegebenem Temperaturgefälle bewirkt das Gelenkelement, dass im seitlichen Querschnitt gesehen jeder Abschnitt des Spannrings bei seiner Erwärmung und beim Schrumpfen relativ zum Grundkörper jeweils eine Bewegung mit Rotationskomponente durchführt, da der Grundkörper sich kaum oder jedenfalls nicht im gleichen Maße radial ausdehnt wie der Spannring. Das Gelenkelement ermöglicht damit bei einem
Grundkörper, der nicht oder nur in geringem Maße erwärmt wird, seine Maße also nicht oder nur in geringem Maße ändert, die Vereinigung zweier an sich widersprüchlicher Wirkungen, nämlich sowohl das für das Einlegen oder das Freigeben des zu spannenden Körpers notwendige Aufweiten als auch das Festhalten des Körpers, also das Sperren der Bewegung relativ zum Grundkörper.
Vorteilhaft ist, dass sich mit zunehmendem Durchmesser des einzuspannenden
Werkstücks oder Werkzeugs die für eine hinreichende Öffnung des Spannrings notwendigen Temperaturen verringern. Bei einem Werkstückdurchmesser von 600 mm genügen bei geeignetem Spannringmaterial, z.B. Eisen, und geeigneter Geometrie 100°C. Gleichwohl werden auch bei diesen Temperaturen aufgrund des
Temperaturgefälles zu dem in der Regel auf Raumtemperatur befindlichen Grundkörper erhebliche mechanische Spannungen im Gelenkelement bzw. in den
Übergangsbereichen zwischen Gelenkelement und Spannring bzw. Grundkörper erzeugt. Diese Spannungen können aber bei geeigneter Geometrie des
Gelenkelements auch bei höheren Spannringtemperaturen, das heißt auch bei kleineren Werkstück- oder Werkzeugdurchmessern, gut aufgefangen werden.
Das ringförmige Gelenkelement kann über seinen Umfang geschlossen ausgebildet sein, wodurch das Gelenkelement entsprechend stabil ausgebildet werden kann.
Es ist aber auch möglich, im Umfang des ringförmigen Gelenkelements
Unterbrechungen vorzusehen. Somit sind zwischen Spannring und Grundkörper voneinander getrennte Stege vorhanden, wodurch die Elastizität des Gelenkelements erhöht werden kann.
Es kann vorteilhaft sein, im Gelenkelement eine sich stetig verringernde Wandstärke zumindest entlang einer Teilstrecke in Richtung auf den Spannring vorzusehen.
Hierdurch wird im Übergang zum Spannring ein geringer Querschnitt geschaffen, wodurch die Wärmeleitung in Richtung auf den Grundkörper verringert wird. Gleichzeitig kann eine hinreichende Stabilität gewährleistet werden. Die Abnahme der Wandstärke kann z. B. proportional zur Wurzel der Wegstrecke zwischen Grundkörper und
Spannring sein, womit eine gleichmäßige Spannungsverteilung erreicht werden kann. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das Einspannelement so auszubilden, dass sich das Gelenkelement zumindest bereichsweise sowohl im Innendurchmesser als auch im Außendurchmesser in Richtung auf den Spannring verjüngt. Dies bedeutet, dass die Wände des Gelenkelements in ihrem Verlauf zum Spannring zur Längsachse des Einspannelements hin geneigt sind. Diese Neigung bewirkt beim Abkühlen des
Spannrings, dass dieser nicht nur in radialer Richtung spannt sondern gleichzeitig eine axiale Bewegungskomponente in Richtung auf den Grundkörper erhält. Hierdurch ist eine Niederzughalterfunktion für das eingespannte Werkstück gegeben.
In seiner Geometrie entspricht der Spannring der Form des Einspannumfanges des einzuspannenden Körpers. In den meisten Fällen wird der Einspannumfang als
Spezialfall der ovalen Form kreisförmig sein. Dementsprechend ist auch der Spannring in diesen Fällen kreisförmig zu gestalten. Alternativ sind allerdings auch bei
entsprechender Geometrie der einzuspannenden Körper elliptische oder allgemein eiförmige Spannringe denkbar, wobei das Gelenkelement eine daran angepasste Ringform aufweist.
Des Weiteren kann das Einspannelement so ausgebildet sein, dass das Grundelement eine Auflagefläche für einen einzuspannenden Gegenstand aufweist.
Das Einspannelement kann vorteilhaft aus Chromstahl bestehen. Des Weiteren kann das Einspannelement einstückig ausgebildet werden. In diesem Fall ist das
Gelenkelement als Festkörpergelenk ausgebildet. Jedoch ist auch denkbar, das Gelenkelement lösbar am Spannring und/oder am Grundkörper zu fixieren. Die
Fixierung des Gelenkelements am Spannring oder am Grundkörper kann auch drehgelenkig sein.
Des Weiteren kann das Einspannelement auch so ausgebildet sein, dass der
Innendurchmesser des Spannrings bei Raumtemperatur mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm beträgt. Die Vorteile des hier betroffenen
Einspannelements werden insbesondere bei größeren einzuspannenden Körpern relevant. Das Gelenkelement weist bevorzugt eine Länge von 5 mm bis 40 mm, weiter bevorzugt von 10 bis 20 mm auf. Die Wandstärke beträgt bevorzugt 0,5 mm bis 5 mm, weiter bevorzugt, 1 mm bis 2 mm. Dabei kann die Wandstärke vom Übergang zum Spannring bis zum Übergang zum Grundkörper kontinuierlich zunehmen, vorzugsweise um mindestens 10% und höchstens 100%, weiter vorzugsweise um mindestens 30% und höchstens 60%. Die innere Wand des Gelenkelements sollte zu der zur Längsachse des Einspannelements senkrechten Ebene vom Grundkörper zur Längsachse hin geneigt einen Winkel von 20° bis 85°, bevorzugt von 25° bis 70°, weiter bevorzugt von 35° bis 55° aufweisen.
Bei einer Einspannvorrichtung der eingangs genannten Art wird die vorgenannte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 1 gelöst. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Erwärmung des Einspannelements zur induktiven Erwärmung des Spannrings geeignet sind. Die Erwärmung kann aber alternativ auch widerstandselektrisch oder mittels Flamme erfolgen. Die induktive Erwärmung hat jedoch eine genaue Steuerbarkeit, berührungsfreie Energieeinkopplung und eine in der Regel homogene Erwärmung zum Vorteil. So kann ein Induktor ortsfest verbleiben, während das Spannelement gedreht wird.
Die Einspannvorrichtung kann des Weiteren eine Adaptereinheit aufweisen, die zur Anpassung an unterschiedliche Durchmesser von einzuspannenden Werkstücken oder Werkzeugen dient. Dabei kann es sich um einen Adapterring handeln, der in den Spannring eingehängt werden kann. Der Adapterring kann vorteilhaft auf seinem Umfang zumindest zum Teil unterbrochen sein, damit er dem Sch rümpf prozess des Spannrings nachgeben kann.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand von Figuren
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 : ausschnittsweise ein Einspannelement im Querschnitt, Fig. 2: ein Einspannelement im Querschnitt (Fig. 2a) und in schräger Aufsicht (Fig. 2b) und
Fig. 3: das Einspannelement gemäß Fig. 2 in einer Detailansicht. Fig. 4: einen Adapterring,
Fig. 5: einen vergrößerten Ausschnitt des Adapterrings gemäß Fig. 4 und
Fig. 6: den Adapterring gemäß Figuren 4 und 5 in einem Einspannelement eingehängt.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt ausschnittsweise ein Einspannelement 1 mit einem eingespannten Werkstück 2. Das Einspannelement 1 umfasst einen Grundkörper 3 mit einer Auflagefläche 4 für das Werkstück 2. An dem Grundkörper 3 ist ein ringförmiges Gelenkelement 5 einstückig fixiert, an dem sich wiederum ein Spannring 6 ebenfalls einstückig anschließt. Zum Einspannen des Werkstückes 2 wird der Spannring 6 vorzugsweise induktiv erhitzt. Eine hier nicht dargestellte Induktionsspule kann hierfür den Spannring 6 mit Abstand umfassen, so dass auch bei Ausdehnung des Spannrings 6 kein körperlicher Kontakt zur Induktionsspule erzeugt wird. Die Induktionsspule ist vorzugsweise so anzuordnen, dass sie im Wesentlichen allein auf den Spannring 6 wirkt, so dass an dessen äußerer Oberfläche 7 Wirbelströme erzeugt werden, die den gesamten Spannring 6 auf die gewünschte Temperatur erwärmen. Durch die bei der Erwärmung gegebene Längsausdehnung des Spannrings 6 wird der Spannring 6 auf einen Durchmesser ausgedehnt, der den des einzuspannenden Werkstücks 2 übersteigt.
Das Gelenkelement 5 ist mit einer relativ geringen Wandstärke D versehen, die sich über die Länge L des Gelenkelements 5 zum Spannring 6 hin noch verringert.
Hierdurch bietet das Gelenkelement 5 einen relativ geringen Querschnitt, wodurch auch die Wärmeleitung vom Spannring 6 zum Grundkörper 3 hin entsprechend gering ist. Somit wird der Grundkörper 3 kaum aufgewärmt, wodurch der Energieeintrag zum Aufweiten des Spannrings 6 gering gehalten werden kann. In dem als Festkörpergelenk ausgestalteten Gelenkelement 5 entsteht ein Temperaturgefälle, das dazu führt, dass das Gelenkelement 5 zum einen der Aufweitbewegung des Spannrings 6 folgt und zum anderen an dem sich nicht oder lediglich kaum ausdehnenden Grundkörper 3 fixiert bleibt. In seiner Längsausdehnung L ist das Gelenkelement zur Längsachse des Einspannelements 1 hin geneigt, so dass der Spannring 6 beim Erwärmen neben der Durchmesseraufweitung eine Bewegung in axialer Richtung vom Grundkörper 3 weg erfährt.
Hiernach wird das Werkstück 2 auf die Auflagefläche 4 aufgesetzt. Die induktive
Erwärmung des Spannrings 6 wird kurz vor oder nach dem Aufsetzen oder während des Aufsetzens des Werkstücks 2 beendet. Der sich abkühlende Spannring 6 schrumpft auf das Werkstück 2.
Bei der Aufschrumpf beweg ung vollzieht der Spannring 6 auf Grund der Neigung des Gelenkelements 5 eine Bewegung in axialer Richtung auf den Grundkörper 3 zu. Durch die kombinierte Schrumpf- und Axialbewegung wird das Werkstück 2 selbsttätig radial zentriert und axial auf die definierte Auflagefläche 4 niedergezogen. Das Werkstück 2 ist nun gespannt. Die Spannung ist dadurch fehlertolerant, reproduzierbar und stabil. Die Spannung ist über das Gelenkelement 5 und die aufgebrachte Reibung zwischen Werkstück 2 und Spannring 6 sehr steif. Das Werkstück 2 kann z. B. mittels Drehen oder Fräsen aber auch mit Schruppprozessen mit sehr großen mechanischen Kräften bei gleichzeitig hoher Präzision bearbeitet werden. Für die Werkstückbearbeitung ist der Grundkörper 3 mit einer hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine verbunden. Die Spannkräfte werden über eine relativ große Kontaktfläche 8 zwischen Spannring 6 und Werkstück 2 eingeleitet, so dass durch das Einspannen nur sehr geringe lokale
Spannungen auf das Werkstück übertragen werden. Beim Entspannen verformt sich das Werkstück 2 im Vergleich zu anderen Systemen in geringerem Ausmaß.
Nach der Bearbeitung des Werkstücks 2 wird der Spannring 6 erneut erwärmt. Auf Grund der hierdurch gegebenen Ausdehnung des Spannrings 6 wird das Werkstück 2 freigegeben und kann entnommen werden. Bei der induktiven Erwärmung des
Spannrings 6 zur Freigabe des Werkstückes 2 ist auf ein ausreichend großes Temperaturgefälle zwischen Spannring 6 und Werkstück 2 zu achten, damit ein sicheres Trennen der Teile ermöglicht wird.
Durch die lang gezogene, sich verjüngende Geometrie des Gelenkelements 5 werden die entstehenden Spannungen bei der thermischen Dehnung des Spannrings 6 auf einen großen Bereich verteilt und somit große Öffnungen des Spannrings 6 bei geringer Materialbelastung ermöglicht. Weiterhin wird durch die Geometrie des Gelenkelements 5 der Wärmefluss vom Spannring 6 in den Grundkörper 3 gehemmt, so dass nur eine geringe Wärmeleistung für das Öffnen des Spannrings 6 erforderlich ist. Die
krümmungsfreie, gestreckte Geometrie des Gelenkelements 5 gewährleistet eine steife und stabile Lagerung des Werkstücks.
Bei Raumtemperatur hat der Innendurchmesser des Spannrings 6 gegenüber dem zu spannenden Werkstück 2 ein Untermaß, das entsprechend einem Werkstück mit einem Außendurchmesser des Toleranzfeldes h einem Innendurchmesser nach dem
Toleranzfeld P entsprechen sollte. Die radiale Spannkraft der Vorrichtung richtet sich nach den Regeln von Schrumpfverbindungen und muss entsprechend ausgelegt werden. Die Spannkraft kann einerseits über die Größe des Untermaßes des
Spannrings 6, andererseits über seine Querschnittsfläche eingestellt werden, wobei eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Spannrings 6 bei gegebenem Untermaß zu höheren Spannkräften führt. Die axiale Spannwirkung kann über die Neigung des Gelenkelements 5 sowie über dessen Länge L und Wandstärke D eingestellt werden.
Das Einspannelement 1 erlaubt das Einspannen von Werkstücken 2 mit
vergleichsweise großen Durchmessern. Die hierdurch notwendige große Umfangslänge des Spannrings 6 bewirkt, dass nur vergleichsweise geringe Erwärmungstemperaturen für den Einspannvorgang sowie den Entspannvorgang erforderlich sind. In der Regel reichen bei Durchmessern von über 500 mm des Werkstückes 2 Temperaturen von unter 200° C für ein handhabungsleichtes Öffnen des Spannrings 6 aus. Somit kann eine nachteilige thermische Belastung des Werkstücks 2 vermieden werden. Für die in Fig. 1 dargestellten Geometrie mit einem Werkstückaußendurchmesser von 640 mm und einer Querschnittsfläche des Spannringbereichs von 85 mm 2 hat sich eine Induktionsleistung von 10 kW über eine Dauer von 10 Sekunden für eine Erwärmung auf 200° C als geeignet erwiesen, um eine Öffnung von etwa 2 mm über den
Durchmesser zu realisieren. Somit wird eine einfache Handhabung beim Einlegen des Werkstücks 2 durch Anlage des Werkstücks 2 an einer Innenseite des Spannrings 6 und anschließendem Abkühlen ermöglicht. Da das Einspannelement das Werkstück 2 selbstzentrierend spannt, entfällt ein zeitintensives Ausrichten des Werkstücks 2 auf den Rundlauf. Der Spannvorgang kann mittels der Induktionserwärmung sehr schnell durchgeführt werden. So kann z. B. das Öffnen in unter 10 Sekunden erfolgen. Die Abkühlung des Systems für den Spannvorgang kann auch durch eine bei
Werkzeugmaschinen in der Regel vorhandene Kühlschmierstoffmittelanlage
beschleunigt und ebenfalls in 10 Sekunden realisiert werden.
Als Material für das Einspannelement 1 wurde ein vergüteter Chromstahl verwendet. Das Einspannelement 1 im vorgenannten Beispiel ist aus einem einzigen Stück hergestellt, rotationssymmetrisch und daher relativ einfach herstellbar. Somit sind die Herstellungskosten für das Einspannelement 1 gering. Der Spannring 6 hatte ein Untermaß von 300 μιτι über den Durchmesser. Ein Trennen des Werkstücks war ab einer Temperatur von 70° C möglich. Als Maße des Gelenkelements bei
Raumtemperatur haben sich eine Länge L von etwa 15 mm, eine kontinuierlich zunehmenden Wandstärke D von 1 ,1 mm am Übergang zum Spannring 6 bis 1 ,5 mm am Übergang zum Grundkörper 3 und ein Winkel α von 50° zwischen Gelenkelement 5 und der Ebene der Auflagefläche 4 als vorteilhaft erwiesen.
In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel des Einspannelements 1 ist das Gelenkelement 5 im Umfang geschlossen ausgeführt.
Figuren 2 a und 2 b zeigen zum einen in einem Querschnitt zum anderen in schräger Aufsicht und Figur 3 in einem vergrößerten Ausschnitt ein alternatives Einspannelement 9 mit einem Grundkörper 10 und einem Spannring 1 1 . Der Spannring 1 1 wird von einem am Grundkörper 10 fixierten und in Umfangsrichtung regelmäßige Unterbrechungen aufweisenden Gelenkelement 12 gehalten, das aus zahlreichen äquidistant angeordneten Gelenkelementteilen 13 besteht. Die Gelenkelementteile 13 wiederum sind aus einem am Grundkörper 10 fixierten Basisstück 14, einem am
Spannring 1 1 fixierten Ringstück 15 und einem jeweils das Basisstück 14 mit dem zugehörigen Ringstück 15 verbindenden Gelenkstück 16 zusammengesetzt. Die Ringstücke 15 sind mit ihren zugehörigen Gelenkstücken 16 einstückig ausgeführt. Des Weiteren ist das Gelenkstück 16 schwenkbar am zugehörigen Basisstück 14 angelenkt. Hierdurch ist eine besondere Beweglichkeit des jeweiligen Gelenkelementteils 13 gegeben, wodurch Materialspannungen auch bei hohen Temperaturunterschieden zwischen Spannring 1 1 und Grundkörper 10 im Übergangsbereich zwischen
Grundkörper 10 und Gelenkelement 12 vermieden werden können. Der Grundkörper 10 weist eine Auflagefläche 17 auf, auf der ein einzuspannendes und hier nicht
dargestelltes Werkstück durch den Spannring 1 1 im Zusammenspiel 1 1 mit dem
Gelenkelement 12 niedergehalten wird.
Die Figuren 2a bis 3 zeigen des Weiteren radial in den Grundkörper 10 eingebrachte Haltenuten 18 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Fixierungselementen, die zur Fixierung des Grundkörpers 10 an einem ebenfalls hier nicht dargestellten
Maschinenkörper dienen.
Figur 4 zeigt einen Adapterring 19 in einer Gesamtansicht und Figur 5 in einem vergrößerten Ausschnitt. Der Adapterring 19 wird zur Anpassung an leicht
unterschiedliche Einspannumfänge zwischen dem einzuspannenden Werkstück (in den Figuren 4 bis 6 nicht gezeigt) und dem Spannring 6 des Einspannelements 1
eingesetzt. Ein in den Spannring 6 eingehängter Adapterring 19 ist in Figur 6
dargestellt.
Der Adapterring 19 ist aus einem axial orientierten Anpassteil 20 und sich einem senkrecht dazu erstreckenden Halteteil 21 einstückig zusammengesetzt. Anpassteil 20 und Halteteil 21 weisen gemeinsame Ausgleichsnuten 22 auf, die den Halteteil 21 jeweils komplett und den Anpassteil 20 bis auf einen Endbereich 23 durchziehen, der Endbereich 23 also einen geschlossenen Ring bildet (siehe Figur 5). Der Halteteil 21 besteht somit aus durch die benachbarten Ausgleichsnuten 22 voneinander getrennten Halteteilelementen 24, die z. B. durch einen Abkantprozess erzeugt werden können. Zu jedem Einspannelement 1 kann ein Satz von Adapterringen 19 vorliegen, die sich durch unterschiedliche Wandstärken im Anpassteil 20 unterscheiden.
Der Außenradius des Endbereichs 23 des Anpassteils 20 eines jeden zu einem
Einspannelement 1 gehörenden Adapterrings 19 ist bei Raumtemperatur größer als der Innendurchmesser des Spannrings 6. Soll nun ein in den Figuren 4 bis 6 nicht dargestelltes Werkstück eingespannt werden, dessen Radius im Einspannbereich zu gering ist, um mit dem Spannring 6 sicher eingespannt zu werden, wird zunächst der Spannring 6 aufgeweitet. Anschließend wird der für ein einzuspannendes Werkstück passende Adapterring 19 in den Spannring 6 eingehängt, indem das Halteteil 21 auf den Spannring 6 aufgelegt wird. Auf Grund der Aufweitung des Spannringes 6 lässt sich der Adapterring 19 ohne weiteres einführen. Anschließend oder gleichzeitig wird das einzuspannende Werkstück auf die Auflagefläche 4 des Einspannelements 1 in der zum Einspannen vorgesehenen Orientierung aufgesetzt. Beim Erkalten und damit
Schrumpfen des Spannringes 6 wird der Adapterring 19 auf das hier nicht dargestellte Werkstück aufgebracht. Die hierfür notwendige Radiusverringerung im Adapterring 19 wird durch die Ausgleichsnuten 22 ermöglicht. Der Endbereich 23 des Anpassteils 20 befindet sich unterhalb des Spannringes 6.
Bezugszeichenliste
1 Einspannelement
2 Werkstück
3 Grundkörper
4 Auflagefläche
5 Gelenkelement
6 Spannring
7 äußere Oberfläche des Spannrings
8 Kontaktfläche
9 Einspannelement
10 Grundkörper
1 1 Spannring
12 Gelenkelement
13 Gelenkelementteil
14 Basisstück
15 Ringstück
16 Gelenkstück
17 Auflagefläche
18 Haltenut
19 Adapterring
20 Anpassteil
21 Halteteil
22 Ausgleichsnut
23 Endbereich
24 Halteteilelement