Spannvorrichtung für ein Werkzeug oder ein Werkstück

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für ein Werkzeug oder ein Werkstück mit mindestens einem Spannfutter und mindestens einem Halter für das Werkstück oder das Werkzeug.

Spannvorrichtungen dieser Gattung werden zum Einspannen von Werkstücken oder Werkzeugen verwendet, wobei beim Bearbeiten des Werkstückes sehr hohe Präzision gefordert ist. Darüber hinaus muss eine exakte wiederholbare Einspannung des Werkstückes oder des Werkzeuges in x-, y und z- Richtung gewährleistet sein.

Aus der EP-A-255 042 ist eine Spannvorrichtung beschrieben, wobei zur genauen Positionierung der beiden Kupplungsorgane (Spannfutter und Halter) zueinander in z- Richtung, die üblicherweise mit der Spannrichtung übereinstimmt, an einem der Kupplungsorgane mehrere Pfosten vorhanden und an deren freien Stirnflächen die z- Referenzflächen ausgebildet sind. Am anderen Kupplungsorgan befinden sich in den Pfosten entsprechender Anordnung mehrere z-Gegenreferenzflächen, welche in einer gemeinsamen Ebene liegen und beim Zusammenspannen mit den z-Referenz- flächen zusammenwirken. Eine ähnliche Anordnung zur z-Positionierung zweier Kupplungsorgane ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U-295 21 030 be- kannt.

Eine andere Kupplungsvorrichtung mit zwei Kupplungsorganen und einer Spanneinrichtung ist in der EP 1 013 375 A2 offenbart. Beschrieben wird eine Kupplungsvorrichtung bestehend aus einem ersten Kupplungsorgan und einem zweiten Kupp- lungsorgan sowie einer Spanneinrichtung zum axialen Zusammenspannen der beiden Kupplungsorgane, wobei von dem ersten Kupplungsorgan wenigstens drei Prismenzapfen vorstehen, von denen jeder an wenigstens einer Seite mit einer Prismenfläche versehen ist und wobei an dem ersten Kupplungsorgan wenigstens drei beab- standete z-Referenzflächen ausgebildet sind, die in einer sich quer zur Spannrich- tung erstreckenden x-y Ebene liegen, und wobei ferner das zweite Kupplungsorgan wenigstens drei auf die Prismenzapfen ausgerichtete Nuten aufweist, an denen axialelastische Elemente zur genauen Positionierung der Kupplungsorgane relativ zueinander in der x-y Ebene vorgesehen sind. Um die konstruktive Gestaltung der z-

Positionierung zweier Kupplungsorgane zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die z- Referenzflächen an den freien Stirnflächen der Prismenzapfen und am Nutengrund jeder Nut eine z-Gegenreferenzfläche ausgebildet sind.

Im folgenden werden die Probleme und Nachteile beschrieben, die mit dem gegen- wärtigen Stand der Technik verbunden sind.

Die bisherigen Spannvorrichtungen sind im allgemeinen nur für spezifische Anwendungen einsetzbar, so dass eine Vielzahl von Spannungsvorrichtungen erforderlich sind, um eine möglichst breites Spektrum von Anwendungen abzudecken. Bei- spielsweise werden für das Verfahren des Pulverpressens hohe Anforderungen an die Werkzeuge und deren Spannvorrichtungen gestellt, insbesondere eine hohe Kräftebelastung. Ferner wäre es von Vorteil, wenn eine Spannvorrichtung für verschiedene Bearbeitungsverfahren einsetzbar wären, z.B. beim Fräsen, Schleifen, EDM oder anderen Werkzeugmaschinen. Ebenso sollte die Spannvorrichtung für verschiedene Werkzeugformen (beispielsweise Elekroden- formen bei EDM) einsetzbar sein ohne zeitaufwendige Umrüstzeiten. Ein Problem ist, eine Lösung zu finden, sowohl die klein dimensionierten Halter als auch die grösser dimensionierten Halter mit Werkzeugen oder Werkstücken auf Werkstückplatten mittels einer universal konzipierten Spannvorrichtung zu verspannen.

Weiterhin besteht die Forderung, in dem für die Einspannung eines Werkzeuges (Bohrer, Elekrode etc.) vorgesehenen Kupplungsteil Raum zu schaffen, damit das Werkzeug genügend belastbar fest sitzt. Speziell bei Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen ist dieses Problem vom derzeitigen Stand der Technik nicht gelöst.

Weiterhin entsteht oftmals der Nachteil von unerwünschten Seitenkräften in der Ver- spannungsphase, verursacht von Verspannungskugeln oder anderen Spannungselementen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsvorrichtung vorzuschlagen, die diese oben genannten Nachteile beseitigt.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Halter einen oberen Teil und einen rohrförmigen Fortsatz aufweist, wobei der obere Teil mit dem rohrför- migen Fortsatz lösbar verbunden ist.

Das Merkmal, wonach der Halter zweiteilig aus einem oberen Teil und einem rohr- förmigen Fortsatz aufgebaut ist, vermindert oder beseitigt die oben genannten Nachteile des Standes der Technik.

Der erfindungsgemässe zweiteilige Halter ist in einem an sich bekannten Spannfutter verwendbar sowie in einer aus zwei Spannfuttern zusammengesetzten Spannvor- richtung.

Durch die weitere erfindungsgemässe Ausführungsform von zwei konzentrischen Spannfuttern werden weitere Nachteile, wie sie im Stand der Technik auftreten, beseitigt. Erstens können sowohl kleine Halter mit Werkzeugen als auch grosse Halter mit Werkzeugplatten mittels dieses „Doppelspannfutters" Anwendung finden. Das innere und das äussere Spannfutter hat ähnliche oder identische x-y Referenzen. Die z-Referenzen sind in derselben Ebene oder nahezu in derselben Ebene angeordnet. Die x-y-z Koordinaten der beiden Spannfutter sind voll aufeinander abgestimmt. Die z- Koordinate des einen Spannfutters ist nahe der z- Koordinate des anderen Spannfutters angeordnet. Die beiden Spannfutter sind zueinander koaxial zu einer Einheit verbunden. Die beiden Spannfutter sind im verbundenen Zustand vollkommen zentrisch justiert. Es bedarf keiner separaten Justierung. Aufgrund dieser erfin- dungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, Spannfutter mit wesentlich kleinerem Durchmesser als Spannfutter nach dem Stand der Technik herzustellen, in der Regel bis 25% kleiner.

Das innere Spannfutter weist im Zentrum eine durchgehende öffnung auf. Dies gestattet die Aufnahme von Werkzeugen mit langem Verspannungszapfen. Die bisherigen zentralen öffnungen in den Spannvorrichtungen dienten ausschliesslich als Durchgang für Flüssigkeiten und nicht zur Verspannung von Werkzeugen oder Werkstücken.

Um die nachteiligen Seitenkräfte zu vermindern oder zu beseitigen, ist das mittlere Befestigungsteil rohrförmig ausgebildet und in vorteilhafter weise am Aussenumfang als Bajonettverschluss vorgesehen.

Die erfindungsgemässe Spannungsvorrichtung mit einem inneren und einem äusse- ren Spannfutter sowie mit einem rohrförmigen Fortsatz zur Verspannung des Halters mit dem/den Spannfuttern bietet eine hohe und präzise Genauigkeit bei extremer Belastung, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen, EDM oder andere Werkzeugmaschinen.

Der Halter kann mit dem inneren und/oder äusseren oder einem einzigen Spannfutter verspannbar sein.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform weist das innere Spannfutter im Zentrum eine in Achsrichtung verlaufende durchgehende öffnung auf.

Diese innere Durchgangsöffnung schafft genügend Raum für Spannelemente von Werkzeugen oder Werkstücken.

Weiterhin kann der Halter im Zentrum eine Durchgangsöffnung aufweisen, um die bei der Bearbeitung anfallenden Späne abzuführen.

Das innere Spannfutter als auch das äussere Spannfutter weist x - y - Referenzen und z - Referenzen auf, die mit entsprechenden Mitteln des Halters beim Verspannen zusammenwirken. Weiterhin können vorteilhaft die Mittel des Halters für die x-y- Referenzen als elastische innere und/oder äussere Zungenpaare ausgebildet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Spannfutters besteht darin, dass der Halter als z-Referenzen innere und/oder äussere Kontaktflächen aufweist.

Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Spannfutters weist der Halter einen rohrförmigen Fortsatz zur Verspannung mit dem inneren und/oder äusseren Spannfutter auf, wobei der Aussendurchmesser D des rohrförmi-

gen Fortsatzes der Grössenordnung von dem Innendurchmesser der durchgehenden öffnung bis zum Aussendurchmesser des inneren Spannfutters liegt.

Weiterhin kann der Durchmesser der zentralen öffnung des rohrförmigen Fortsatzes im Bereich liegen oder mindestens halb so gross sein wie der Durchmesser, der durch den inneren Rand der inneren x-y Flächen gegeben ist.

Ebenso kann der Durchmesser der zentralen öffnung im oberen Teil des Halters in der Grössenordnung des Durchmessers des rohrförmigen Fortsatzes liegen.

Die x-y-Referenzen des inneren Spannfutters können in derselben Höhe - in z- Richtung gesehen - wie die Flächen der x-y-Ebenen des äusseren Spannfutters angeordnet sein.

Die x-y-Referenzen und die z- Referenzen des äusseren Spannfutters liegen inner- halb zweier gedachter Kreise.

Der Halter ist in ansich bekannter Weise mit dem inneren und/oder äusseren Spannfutter oder einzelnen Spannfutter verspannbar.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im folgenden in Zeichnungen dargestellt. Es zeigen.

Fig.1 eine eine Schnittansicht einer Spannvorrichtung

Fig. 2 eine Draufsicht des Spannvorrichtung von Fig. 1

Fig. 3 einen Halter eines Spannfutters mit der Spannvorrichtung 1

Fig. 4 eine Schnittansicht der Spannvorrichtung von Fig. 1 mit eingespanntem Halter

Fig. 5 eine Draufsicht der Spannvorrichtung mit Halter von Fig. 4

Fig. 6 zwei verschiedenen Anwendungen für Halter

Fig. 7 eine erste Ausführungsform nach Fig. 6 in verspanntem Zustand

Fig. 8 eine Draufsicht nach Fig. 7

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform nach Fig. 6 in verspanntem Zustand

Fig. 10 eine Draufsicht nach Fig. 9

Fig. 11 eine andere Ausführungsform eines Halters

Fig. 12 die Ausführungsform von Figur 11 im verspannten Zustand

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform des Halters 19 mit Spannfutter bei der Bearbeitung eines Werkstückes.

In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemässen Spannvorrichtung 1. Das innere Spannfutter 2 ist mittels der Schrauben 18 mit dem äusseren Spannfutter 3 fest verbunden, wobei das innere Spannfutter 2 konzentrisch zum äusseren Spannfutter 3 angeordnet. Der Grundkörper des inneren Spannfutters 2 besteht aus den Teilen 15, die mittels der Schrauben 17 zusammengehalten werden. Das innere Spannfutter 2 weist Spannkugeln 4, die mit einem inneren Spannkolben 12 und einer Spannfeder 5 in an sich bekannter Weise zusammenwirken. Entsprechend ist das äussere Spannfutter 3 aufgebaut. Der Grundkörper besteht aus den Teilen 14, die mittels der Schrauben 16 zusammengehalten werden. Es weist eben- falls Spannkugeln 6, einen äusseren Spannkolben 13 und eine Spannfeder 7 auf. Die beiden Spannkolben 12, 13 können in bekannter Weise mittels Druckluft beaufschlagt werden. Sowohl das innere als auch das äussere Spannfutter 2, 3 besitzen sowohl innere 8 bzw. äussere 9 x-y Referenzen als auch innere 10 bzw. äussere 11 z Referenzen.

Die Anordnung der x-y bzw. z Referenzen 8, 9, 10, 11 sind in der Draufsicht in Figur 2 zu sehen. Die inneren x-y Referenzen 8 des inneren Spannfutters 2 und die äusseren x-y Referenzen 9 sind beispielsweise als Leisten mit konischen Kanten ausgebil-

det und die Mittellinien der inneren und süsseren x-y Referenzen stimmen mit höchster Genauigkeit überein. Zwischen den inneren x-y Referenzen 8 sind innere z Referenzen 10 vorgesehen. Entsprechend weist das äussere Spannfutter 3 umfangs- seitig zwischen den äusseren x-y Referenzen 9 die z Referenzen 11 auf, wobei die Oberfläche der z Referenzen 10 und 11 die gleich Höhe aufweisen oder leicht ver- setzt sind.

In Figur 3 ist das Spannvorrichtung 1 (wie in Figur 1 und 2 gezeigt) mit dem Halter 19 gezeigt, welches als Element für eine Platte dient. Der Halter 19 weist ein oberes Teil 36 und einen rohrförmigen Fortsatz 24 auf, wobei der obere Teil 36 mit dem rohrför- migen Fortsatz 24 mittels einer Bajonettverbindung 26 lösbar verbunden sind. Der Halter 19 ist mit der Spannvorrichtung 1 verspannbar26, wie es in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Weiterhin sind im Halter 19 die äusseren Zungenpaare 21 zu sehen, die im verspannten Zustand mit den äusseren x-y Referenzen 9 zusammenwirken. Weiterhin ist die durchgehende öffnung 25 des inneren Spannfutters 2 gezeigt. Der Durchmesser D des rohrförmigen Fortsatzes 24 liegt je nach Anwendung im Bereich des Durchmessers D' der durchgehenden öffnung 25 bis zum Durchmesser D" des inneren Spannfutters 2, wie es in Figur 4 dargestellt ist.

Die Draufsicht in Figur 5 zeigt die Bajonettvorrichtung 26 des oberen Teils 36 mit dem rohrförmigen Fortsatz 19 des Halters 19. Die anderen Bezugszeichen entsprechen den Bezugszeichen der Figuren 1 bis 4.

Die Figur 6 zeigt zwei Ausführungsformen von Haltern 27 und 28. Beide Halter 27 und 28 weisen jeweils einen lösbaren hohlen rohrförmigen Fortsatz 24 mit einem Durchmesser D auf, der in der Grössenordnung des Durchmessers D' der durchgehenden öffnung 25 des inneren Spannfutters 2 liegt. Der Halter 27 besitzt einen gelötete oder geklebte Aufnahme 29. Der Halter 28 weist ein spezielles Spannfutter 30 auf. Die Figur 7 zeigt den Halter 27 im verspannten Zustand. Die Draufsicht ist in Figur 8 mit den x-y und z Referenzen zu sehen. Die x-y Referenzen 9 und die z-Re- ferenzen 11 liegen zwischen zwei gedachten Kreisen 37 und 38. Der andere Halter 28 im verspannten Zustand macht die Figur 9 deutlich mit der Draufsicht in Figur 10.

In Figur 11 ist die Seitenansicht eines Halters 31 für ein Palettenelement zu sehen. Insbesondere weist der Halter 31 innere und äussere Zungenpaare 20, 21 , sowie innere und äussere Kontaktflächen 22 und 23 auf. Die Figur 12 zeigt den Halter 31 im eingespannten Zustand.

Die Figur 13 zeigt eine Ausführungsform eines Halters 19 eingespannt in ein

Spannfutter 39. Das Werkstück 34 wird mittels des Werkzeuges 33 bearbeitet. Der Halter 19 weist eine Durchgangsöffnung 32 auf, deren Durchmesser in der Grössen- ordnung der Durchgangsöffnung des rohrförmigen Fortsatzes 24 des Halters 19 liegt. Die durchgehende öffnung dient in dem Ausführungsbeispiel dazu, die bei der Bearbeitung anfallenden Späne 35 abzuführen.

Bezugszeichenliste

1 Spannvorrichtung 32 Durchgangsöffnung

2 inneres Spannfutter 33 Werkzeug

3 äusseres Spannfutter 34 Werkstück

4 Kugeln 35 Späne

5 Spannfeder 36 oberer Teil

6 Kugeln 37 Kreis

7 Spannfeder 38 Kreis

8 innere x-y-Referenzen 39 Spannfutter

9 äussere x-y-Referenzen D Aussendurchmesser von 24

10 innere z-Auf lagen D' Innendurchmesser von 25

11 äussere z-Auflagen D" Aussendurchmesser von 2

12 innerer Spannkolben

13 äusserer Spannkolben

14 Teil

15 Teil

16 Schraube

17 Schraube

18 Schraube

19 Halter

20 innere Zungenpaare

21 äussere Zungenpaare

22 innere Kontaktflächen

23 äussere Kontaktflächen

24 rohrförmiger Fortsatz

25 durchgehende öffnung

26 Bajonettverbindung

27 Halter

28 Halter

29 Aufnahme

30 Spannfutter

31 Halter