Hydraulische Dehnspanneinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Dehnspanneinrichtung, insbesondere zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine, mit einem eine Spannachse definierenden Grundkörper, an dessen vorderem Endbereich ein Spannbereich mit einer zur vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offenen zentralen Aufnahme für einen Werkzeugschaft ausgebildet ist, wobei die Aufnahme von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer ringförmig umgeben ist, wobei die Wandung zwischen der Aufnahme und der Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren.

Derartige hydraulische Dehnspanneinrichtungen - auch Hydro-Dehnspann- futter genannt - sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, Werkzeuge an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Die hydraulischen Dehnspanneinrichtungen umfassen gewöhnlich einen Grundkörper, der eine Spann- oder Futterachse definiert, und eine Dehnbüchse, die unter Bildung einer die Dehnbüchse umgebenden und mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist und eine zu der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offene zentrale Aufnahme bildet, in welche ein zu spannender Werkzeugschaft eingeschoben werden kann. Dabei ist die Wandung zwischen der Druckkammer und der Aufnahme derart dünn und elastisch ausgebildet, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkam- mer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren.

Die Aufnahme ist dabei als eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung ausgebildet, deren Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zu fixierenden Werkzeugschafts. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Werkzeugschaft einfach in die Aufnahme eingesetzt werden kann und bereits eine geringe elastische Verformung der Wandung ausreicht, um den Werkzeugschaft kraftschlüssig in der Aufnahme zu fixieren.

Bei den benannten Hydro-Dehnspannfuttern führt das Spannen, d.h. die Druckbeaufschlagung der Druckkammer, zu der gewünschten Verringerung des Durchmessers der Aufnahme nur in dem axialen Abschnitt der Aufnahme, über den sich die Druckkammer erstreckt. Gleichzeitig wird die Aufnahme jedoch durch verschiedene Effekte in dem axial zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers gebildeten axialen Endabschnitt trompetenförmig aufgeweitet. Dies führt dazu, dass der zu spannende Werkzeugschaft in diesem vorderen Endabschnitt der Aufnahme über eine Länge von ca. 3 mm bis 10 mm nicht gespannt oder abgestützt wird, was faktisch zu einer ungewollten größeren Ausspannlänge des Werkzeugs führt.

Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine hydraulische Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass ein Werkzeugschaft auch im vorderen Endabschnitt der Aufnahme zuverlässig gespannt bzw. abgestützt wird.

Diese Aufgabe ist bei einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in einem zwischen der Druck- kammer und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers liegenden axialen vorderen Endbereich des Grundkörpers eine Ringnut mit axialem Abstand von der vorderen Stirnfläche in der Wandung der zentralen Aufnahme ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist also in dem axial vorderen Endabschnitt des Grundkörpers zwischen der Druckkammer und der vorderen Stirnfläche eine Ringnut vorgesehen, durch welche die zylindrische Wandung der Aufnahme unterbrochen wird. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Unterbrechung der Effekt einer trompetenförmigen Aufweitung der Aufnahme in diesem Bereich vermieden oder einer solchen Aufweitung zumindest entgegengewirkt werden kann. Durch die Ringnut wird nämlich der vordere Endabschnitt des Grundkörpers im Bereich der Aufnahme von Dehnungseffekten, die während des Spannvorgangs auftreten, entkoppelt. Hierdurch wird der Aufdehnungseffekt in dem vorderen Endabschnitt deutlich reduziert mit der Folge, dass ein gespannter Werkzeugschaft bei etwaigen radialen Auslenkungen früh abgestützt wird. Im Ergebnis wird eine zufriedenstellende Span- nung/Abstützung eines Werkzeugschaftes auch am vorderen Ende des Grundkörpers und insbesondere unmittelbar im Bereich der vorderen Stirnfläche erreicht. Dies gilt insbesondere, wenn die Ringnut sich radial nach außen in den Bereich der Druckkammer oder sogar darüber hinaus erstreckt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahme in einem axialen vorderen Endabschnitt des Grundkörpers, welcher sich zwischen der Ringnut und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers erstreckt, von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren sekundären Druckkammer ringförmig umgeben ist, wobei die Wandung zwischen der Aufnahme und der sekundären Druckkammer derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der sekundären Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft in dem vorderen Endabschnitt zu fixieren.

Mit anderen Worten ist eine sekundäre Druckkammer innerhalb des durch die Ringnut entkoppelten vorderen Endabschnitts der Drehspanneinrichtung vorgesehen, über welche ein Werkzeugschaft in dem vorderen Endabschnitt aktiv gespannt werden kann.

Grundsätzlich können die Druck-, und die sekundäre Druckkammer unabhängig voneinander mit einem Druck beaufschlagt werden.

Zweckmäßigerweise sind die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer jedoch miteinander in der Weise gekoppelt, dass in ihnen der gleiche Druck vorherrscht, wobei die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer insbesondere miteinander durch wenigstens einen Verbindungskanal miteinander verbunden und/oder an eine gemeinsame Hydraulikmittelleitung angeschlossen sind. Unter Verbindungskanälen werden hierbei singuläre Kanäle verstanden, die sich nur über einen geringen Umfangsbereich der Aufnahme erstrecken und/oder die so ausgebildet sind, dass im Bereich der Verbindungskanäle durch den in diesem vorherrschenden Druck eine elastische Verformung, die zum Spannen des Werkzeugschaftes beitragen könnte, nicht stattfindet. Mit anderen Worten findet eine elastische Verformung zur Herbeiführung einer Spannwirkung nur im Bereich der Druckkammer und der sekundären Druckkammer statt, nicht jedoch in dem dazwischen liegenden Bereich.

In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in dem Grundkörper ein Hydraulikmittelleitungsabschnitt ausgebildet ist, der sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers und der Druckkammer erstreckt und insbesondere in den hinteren axialen Endbereichsabschnitt der Druckkammer mündet, und ein weiterer Hydraulikmittelleitungsabschnitt ausgebildet ist, der sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers und der sekundären Druckkammer erstreckt und insbesondere in deren hinteren axialen Endbereichen mündet, und dass die Druckkammer und die sekundäre Druckkammer durch einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Hydraulikmittelleitung, die Druckkammer, den Verbindungskanal und die sekundäre Druckkammer durch ein Fluid zu spülen, beispielsweise um Partikel zu entfernen, die sich insbesondere in der Druckkammer und der sekundären Druckkammer im Falle einer Herstellung durch generative Fertigungsverfahren sammeln können.

Zweckmäßigerweise ist die Aufnahme im Bereich des vorderen Endabschnitts in geeigneter Weise segmentiert, um hier eine erneute Ausbildung einer trompetenförmigen Aufweitung während des Spannvorgangs zu vermeiden. Auf diese Weise kann der Werkzeugschaft bis an die Futterstirnseite aktiv gespannt werden. Beispielsweise kann die Wandung der Aufnahme in ihrem axial zwischen der Ringnut und der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers gelegenen vorderen Endabschnitt durch radiale Ausnehmungen, insbesondere radiale Schlitze unterbrochen sein, die sich zweckmäßigerweise über die gesamte axiale Länge zwischen der vorderen Stirnfläche des Grundköpers und der Ringnut erstrecken. Dabei sind die radialen Schlitze bevorzugt gleichmäßig entlang des Umfangs der Aufnahme verteilt angeordnet. Die Schlitze können sich auch über die Ringnut hinaus nach hinten und insbesondere bis zum hinteren Ende der Druckkammer erstrecken.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ringnut in ihrem äußeren Randbereich einen sich in Richtung der vorderen Stirnfläche erstreckenden Nutabschnitt auf, der radial innerhalb der Druckkammer verläuft sich bevorzugt axial in den Bereich der sekundären Druckkammer er- streckt. In gleicher Weise kann in der vorderen Stirnfläche des Grundkörpers ein die Aufnahme umgebender und konzentrisch dazu positionierter Einstich ausgebildet sein, der sich radial zwischen der Aufnahme und der sekundären Druckkammer erstreckt und insbesondere axial in den Bereich der sekundären Druckkammer ragt. Durch diese Ausgestaltung findet eine Druckübertragung und damit eine elastische Verformung der Wandung der Aufnahme nur in dem axial betrachtet zentralen Bereich der Druckkammer statt. Dabei sind der sich in Richtung der vorderen Stirnfläche erstreckende Nutabschnitt der Ringnut und der Einstich bevorzugt in gleichem radialem Abstand von der Spann- oder Futterachse positioniert, so dass sie einander unmittelbar gegenüber liegen. Bevorzugt sind sie dabei im radial äußeren Randbereich der Schlitze positioniert, durch welche die Aufnahme segmentiert wird.

In an sich bekannter Weise kann der Grundkörper zumindest im Spannbereich mittels eines generativen Herstellungsverfahrens gefertigt sein. Alternativ kann der Spannbereich eine zylindrische Dehnbüchse umfassen, welche unter Bildung der Druckkammer und/oder der sekundären Druckkammer in den Grundkörper eingesetzt ist zumindest einen axialen Abschnitt der zentralen Aufnahme mit der Wandung bildet. Ebenso ist es möglich, den Grundkörper in anderer Weise mehrteilig auszubilden. Beispielsweise kann die Dehnbüchse einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein, wobei dann der radial außerhalb der Druckkammer liegende Bereich durch eine Hülse gebildet wird, die auf die Dehnbüchse aufgeschoben und an dem Grundköper fixiert, insbesondere festgelötet wird.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt Figur 1 eine Längsschnittansicht einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 den Spannbereich der hydraulischen Dehnspanneinrichtung aus Figur 1 in vergrößerter Ansicht;

Figur 3 in Längsschnittansicht eine hydraulische Dehnspanneinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 den Spannbereich der Dehnspanneinrichtung aus Figur 3 in vergrößerter Ansicht und in einem gegenüber der Figur 3 gedrehten Längsschnitt, und

Figur 5 den Spannabschnitt aus Figur 4 in Vorderansicht.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2, der eine Spann- oder Futterachse X definiert. An seinem in der Zeichnung linken Endbereich weist der Grundkörper 2 eine Maschinenschnittstelle in Form eines Befestigungkonus 2a zur Einspannung an einer Arbeitsspindel auf, und an dem gegenüber liegenden axialen Ende ist ein Spannbereich 2b zum Spannen eines Werkzeugs mit einer zur vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 hin offenen zentralen Aufnahme 4 für einen Werkzeugschaft ausgebildet. Die Aufnahme 4 ist von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer 5 ringförmig umgeben, wobei die Wandung 6 zwischen der Aufnahme 4 und der Druckkammer 5 derart dünn und elastisch ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer 5 elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme 4 eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren. In an sich bekannter Weise ist hierzu die Druckkammer 5 mit einem Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl befüllt und steht über eine im Grundkörper 2 ausgebildete Hydraulikmittelleitung 7 mit einer Hydraulikmittelquelle in Verbindung, durch die sie zum Spannen eines Bauteils mit Druck beaufschlagt werden kann. In dem vorliegenden Fall ist der Grundkörper 2 in dem Spannbereich 2b durch ein generatives Fertigungsverfahren herstellt. Alternativ ist es möglich, in an sich bekannter Weise in den Grundkörper 2 eine Dehnbüchse einzusetzen. Ebenso ist es möglich, die Aufnahme definierenden Dehnbüchsenbereich unmittelbar an dem Grundkörper auszubilden und den radial außerhalb der Druckkammer liegenden Bereich durch eine Hülse zu bilden, welche auf den die Dehnbüchse bildenden Abschnitt des Grundkörpers aufgeschoben und mit diesem fest verbunden, insbesondere daran festgelötet wird.

Wie die Figuren 1 und 2 gut erkennen lassen, ist in einem axialen vorderen Endabschnitt des Grundkörpers 2, welcher zwischen der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 und der Druckkammer 5 liegt, eine Ringnut 8 in der Wandung 6 der zentralen Aufnahme 4 ausgebildet. Diese ist nahe der Druckkammer 5 und mit axialem Abstand von der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 positioniert und erstreckt sich radial leicht über den Außendurchmesser der Druckkammer 4 hinaus. Durch die Ringnut 8 wird, wie in Figur 2 durch eine Strichlinie angedeutet ist, der vordere Endabschnitt der Dehnspanneinrichtung 1 zwischen der Ringnut 8 und der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 von Dehnungseffekten, die beim Spannvorgang auftreten, entkoppelt, so dass der Grundkörper 2 in diesem vorderen Endabschnitt nicht oder nur wenig aufgeweitet wird. In der Folge wird ein gespannter Werkzeugschaft bei etwaigen radialen Auslenkungen im Betrieb durch die Wandung der Aufnahme 4 in dem vorderen Endabschnitt früh abgestützt.

In den Figuren 3 bis 5 ist eine zweite Ausführungsform einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese besitzt den gleichen Grundaufbau wie die zuvor beschriebenen erste Ausführungsform mit einem Grundkörper, der an seinem vorderen axialen Ende einen Spannbereich 2b mit einer zur vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 hin offenen zentralen Aufnahme 4 für einen Werkzeugschaft aufweist. Die Aufnahme 4 ist von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer 5 ringförmig umgeben, wobei die Wandung 6 zwischen der Aufnahme 4 und der Druckkammer derart dünn und elastisch ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer 5 elastisch nach innen verformbar ist. Zwischen der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 und der Druckkammer 5 ist ferner eine Ringnut 8 in der Wandung 6 der zentralen Aufnahme 4 ausgebildet, durch welche der zwischen der Ringnut 8 und der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 gelegene vordere Endabschnitt von dem hinter der Ringnut 8 gelegenen Bereich von Dehnungseffekten entkoppelt ist.

Zusätzlich ist die Aufnahme 4 in diesem axialen vorderen Endabschnitt des Grundkörpers 2 von einer mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren sekundären Druckkammer 9 ringförmig umgeben, wobei die Wandung 6 zwischen der Aufnahme 4 und der sekundären Druckkammer 9 derart ausgebildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der sekundären Druckkammer 9 elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme 4 eingesetzten Werkzeugschaft in dem vorderen Endabschnitt aktiv zu fixieren. Grundsätzlich können die Druckkammer 5 und die sekundäre Druckkammer 9 unabhängig voneinander mit einem Druck beaufschlagt werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch die Druckkammer 5 und die sekun- däre Druckkammer 9 miteinander in der Weise gekoppelt, dass in ihnen der gleiche Druck vorherrscht. Konkret ist in dem Grundkörper 2 ein Hydraulik- mittelleitungsabschnitt 7a ausgebildet, der sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers 2 und der Druckkammer 5 erstreckt und in den hinteren Endbereich der Druckkammer 5 mündet. Ein weiterer Hydraulikmittellei- tungsabschnitt 7b erstreckt sich zwischen der Außenfläche des Grundkörpers 2 und der sekundären Druckkammer 9 und mündet in deren hinteren axialen Endbereich. Ferner sind die Druckkammer 5 und die sekundäre Druckkammer 9 durch einen Verbindungskanal 10 miteinander verbunden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Hydraulikmittelleitung 7 mit den beiden Hydraulikmittelleitungsabschnitten 7a, 7b, die Druckkammer 5, den Verbindungskanal 10 und die sekundäre Druckkammer 9 durch ein Fluid zu spülen, welches durch eine Hydraulikmittelleitungsabschnitt 7a, 7b in den Grundkörper 2 geführt und dann durch den anderen Hydraulikmittelleitungs- abschnitt 7b, 7a den Grundköper 2 wieder verlässt. Ein solches Spülen kann notwendig sein, um Partikel zu entfernen, die sich in den Hydraulikmittellei- tungsabschnitten 7a, 7b der Druckkammer 5, der sekundären Druckkammer 9 und dem Verbindungskanal 10 sammeln können, wenn der Grundköper durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird.

Im Bereich des vorderen Endabschnitts ist die Aufnahme 4 segmentiert, um auch hier einer Ausbildung einer trompetenförmigen Aufweitung während eines Spannvorgangs zu vermeiden. Hierzu sind in der Wandung 6 der Aufnahme 4 im vorderen Endabschnitt des Grundkörpers 2 radiale Schlitze 1 1 ausgebildet, die sich über die gesamte Länge des vorderen Endabschnitts zwischen der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 und der Ringnut 8 erstrecken und gleichmäßig entlang des Umfangs der Aufnahme 4 verteilt angeordnet sind. Im Fall der ersten Ausführungsform weist die Ringnut 8 eine rein radiale Er- streckung auf. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 weist die Ringnut 8 an ihrem äußeren Randbereich einen sich in Richtung der vorderen Stirnfläche erstreckenden Nutabschnitt 8a auf, der sich axial in den Bereich der sekun- dären Druckkammer 9 erstreckt. In gleicher Weise ist in der vorderen Stirnfläche 3 des Grundkörpers 2 ein die Aufnahme 4 umgebender und konzentrisch dazu positionierter Einstich 12 ausgebildet, der sich ebenfalls axial in den Bereich der sekundären Druckkammer 9 erstreckt. Der Nutabschnitt 8a der Ringnut 8 und der Einstich 12 sind etwa mit gleichen radialen Abstand von der Spann- bzw. Futterachse X positioniert, so dass sie einander unmittelbar gegenüber liegen, und zwar im radial äußeren Randbereich der Schlitze 12, durch welche die Aufnahme 4 segmentiert ist.

Bezugszeichenliste

1 Dehnspanneinrichtung

2 Grundkörper

2a Befestigungskonus

2b Spannbereich

3 vordere Stirnfläche

4 zentrale Aufnahme

5 Druckkammer

6 Wandung

7 Hydraulikmittelleitung

7a Hydraulikmittelleitungsabschnitt

7b Hydraulikmittelleitungsabschnitt

8 Ringnut

8a Nutabschnitt

9 sekundäre Druckkammer

10 Verbindungskanal

1 1 radiale Schlitze

12 Einstich

X Spann- oder Futterachse