Hydraulische Dehnspanneinrichtung

Die 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 und zwischen der Aufnahme und der Druckkammer eine zur Druckkammer hin geschlossene Wandung 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. Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Dehnbüchse für eine hydraulische Dehnspanneinrichtung.

Derartige hydraulische Dehnspanneinrichtungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und beispielsweise als DE 10 2010 005 844 54 offenbart. Sie dienen dazu, Werkzeuge an einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu fixieren. Hydraulische Dehnspanneinrichtungen umfassen gewöhnlich einen Grundkörper, der eine Spannachse 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 einer vorderen Stirnfläche des Grundkörpers hin offene zentrale Aufnahme für einen Werkzeugschaft bildet. Die Druckkammer umfasst eine Wandung, die zwischen der Druckkammer und der Aufnahme in einem Spannbereich derart ausge- bildet ist, dass sie durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren.

Der Innendurchmesser der im Wesentlichen zylindrischen Wandung der Dehnbüchse ist derart ausgelegt, dass er geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zu fixierenden Werkzeugsschafts. 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 zu fixieren. Werkzeuge, deren Werkzeugschäfte einen zu geringen Durchmesser besitzen, lassen sich in der Dehnspanneinrichtung nicht ohne weiteres fixieren.

Für diesen Fall sind sogenannte Zwischenbüchsen (siehe DE 102 57 618 B3) bekannt, die in die von der Dehnbüchse gebildete Aufnahme eingesetzt werden, um den effektiven Innendurchmesser der Aufnahme derart zu verkleinern, dass er im entspannten Zustand der Dehnspanneinrichtung wiederum nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des eingesetzten Werkzeugschafts. Jedoch kann die zusätzliche Verwendung einer derartigen Zwischenbüchse zu einer umständlichen Handhabung führen, beispielsweise bei einem erforderlichen Werkzeugwechsel.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen alternativen Aufbau aufweist und auch bei Werkzeugschäften kleinen Außendurchmessers einfach handhabbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine hydraulische Dehnspanneinrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wandung mehrere Spannelemente aufweist oder trägt, die von einem äußeren Umfangsbereich der Wandung in radialer Richtung nach innen vorstehen, wobei die Spannelemente sich in axialer Richtung erstrecken und in einer Umfangsrichtung der Dehnbüchse nebeneinander liegend und zueinander beabstandet derart angeordnet sind, dass zwischen den Spannelementen elastisch verformbare dünne Wandabschnitte gebildet sind.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die elastisch verformbare Wandung mit Spannelementen zu versehen, die ausgehend von der geschlossenen äußeren Umfangskontur der Wandung in radialer Richtung nach innen vorstehen. Diese Spannelemente definieren innenseitig eine zentrale Aufnahme kleinen Durchmessers, in welcher Werkzeugschäfte kleinen Durchmessers - insbesondere Werkzeugschäfte mit einem Durchmesser, welcher kleiner als 6 mm ist - ohne weiteres, insbesondere ohne Zwischenbüchse, kraftschlüssig fixiert werden können. Dazu erstrecken sich die Spannelemente entlang der Dehnbüchse in axialer Richtung und sind in der Umfangsrichtung der Dehnbüchse nebeneinanderliegend und zueinander beabstandet angeordnet. In den Zwischenräumen zwischen benachbarten Spannelementen sind dünne Wandabschnitte gebildet, die eine gute elastische Verformbarkeit der Dehnbüchse sicherstellen.

In an sich bekannter Weise kann die elastisch verformbare Wandung einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, den Spannbereich des Grundkörpers mit der dünnen Wandung mittels eines generativen Herstellungsverfahrens zu fertigen.

Alternativ kann der Spannbereich eine zylindrische Dehnbüchse umfassen, welche unter Bildung der Druckkammer in den Grundköper eingesetzt ist und die zentrale Aufnahme für den Werkzeugschaft bildet. In diesem Fall weist die Wandung der Dehnbüchse an ihrer Außenseite bevorzugt wenigstens eine Vertiefung auf, die sich ringförmig in der Umfangsrichtung um die Wandung erstreckt. In dieser Ausgestaltung sind zwischen der wenigstens einen Vertiefung und den Schlitzen die dünnen Wandabschnitte gebildet. Zweckmäßigerweise können an der Außenseite der Dehnbüchse auch zwei ringförmige Vertiefungen vorgesehen sein, die mit einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind. Derartige Vertiefungen im Spannbereich der Dehnbüchse bilden zusammen mit dem umgebenden Grundkörper Abschnitte der Druckkammer.

In an sich bekannter Weise kann das vordere axiale Ende der Dehnbüchse in Form eines Ringflansches ausgebildet sein, der eine vordere Stirnfläche der Dehnbüchse bildet. Der Ringflansch kann an seiner Hinterseite eine ringförmige Hinterschneidung aufweisen, die zusammen mit dem Grundkörper einen weiteren Abschnitt der Druckkammer bilden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Dehnbüchse von der Aufnahme axial durchsetzt. Eine von der Aufnahme axial durchsetzte Dehnbüchse, die an ihren beiden gegenüber liegenden axialen Stirnseiten Öffnungen aufweist, ist einfach herstellbar.

Dabei erstrecken sich die Spannelemente vorteilhaft über die gesamte Länge der Dehnbüchse. Derartige Dehnbüchsen lassen sich einfach und kostengünstig herstellen. Zudem können sie ein Verkanten des Werkzeugschafts gegen die Spannachse wirksam verhindern.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind zwischen den Spannelementen Schlitze vorgesehen, die sich ausgehend von der Aufnahme radial auswärts erstrecken. Derartige Schlitze sind beispielsweise in Erodierverfahren einfach herzustellen. Zudem stellen Schlitze eine nahezu geschlossene Au- ßenkontur der Aufnahme sicher, wodurch ein eingesetzter Werkzeugschaft sicher fixiert wird.

Vorteilhaft weist jeder Schlitz einen Längsschlitzabschnitt, der sich ausgehend von der Aufnahme radial auswärts erstreckt, und einen Querschlitzabschnitt, der an dem radial äußeren Ende des Längsschlitzabschnittes vorgesehen ist und sich in der Umfangsrechnung erstreckt, so dass sich eine T-förmige Querschnittskontur des Schlitzes ergibt, auf. Diese T-förmige Querschnittskontur schafft eine hohe elastische Verformbarkeit der Dehnbüchse.

Zweckmäßigerweise besitzen die Spannelemente die gleiche Form und/oder weisen zueinander in der Umfangsrichtung gleiche Winkelabstände auf.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Dehnbüchse für eine hydraulische Dehnspanneinrichtung mit sämtlichen zuvor beschriebenen Merkmalen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer hydraulischen Dehnspanneinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine perspektivische Vorderansicht der Dehnbüchse der in Figur 1 gezeigten hydraulischen Dehnspanneinrichtung; Figur 3 eine perspektivische Hinteransicht der in Figur 2 dargestellten Dehnbüchse;

Figur 4 eine vordere Draufsicht der in den Figuren 2 und 3 dargestellten

Dehnbüchse;

Figur 5 eine Längsschnittsansicht der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Dehnbüchse entlang der in der Figur 4 gezeigten Linie V-V; und

Figur 6 vergrößerte Detailansicht des in Figur 4 mit dem Bezugszeichen VI bezeichneten Ausschnitts.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine hydraulische Dehnspanneinrichtung zum Fixieren eines Werkzeugs an einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 umfasst einen Grundkörper 2, der eine Spannachse X definiert. Entlang der Spannachse X sind an dem Grundkörper 2 maschinenseitig eine Maschinenschnittstelle 2a zur formschlüssigen Verbindung mit einer Maschinenspindel der Werkzeugmaschine, werkzeugseitig ein Spannbereich 2b zum Spannen des Werkzeugs und zwischen der Maschinenschnittstelle 2a und dem Spannbereich 2b ein Ringflansch 2c ausgebildet.

Ferner umfasst die hydraulische Dehnspanneinrichtung 1 eine Dehnbüchse 3, die in den Figuren 2 bis 6 dargestellt ist. Die Dehnbüchse 3, welche aus einer Stahllegierung besteht, ist unter Bildung einer die Dehnbüchse 3 umgebenden und mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbaren Druckkammer (nicht dargestellt) in den Grundkörper 2 von dessen Vorderseite her eingesetzt. Zu einer vorderen Stirnfläche 4 des Grundkörpers 2 hin bildet die Dehnbüchse 3 eine die Dehnbüchse 3 axial durchsetzende zentrale Aufnahme 5 für einen Werkzeugschaft (nicht dargestellt).

Die Dehnbüchse 3 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische, nach außen hin geschlossene Wandung 6, die zwischen der Druckkammer und der Aufnahme 5 derart ausgebildet ist, dass sie in einem Spannbereich durch eine Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformbar ist, um einen in die Aufnahme 5 eingesetzten Werkzeugschaft kraftschlüssig zu fixieren. Zur Bildung der Druckkammer sind an der Außenseite der Wandung 6 zwei zueinander axial beabstandete Vertiefungen 9 ausgebildet, die sich ringförmig in der Umfangsrichtung um die Wandung 6 erstrecken.

Weiterhin umfasst die Dehnbüchse 3 sechs längliche Spannelemente 7, die von der Wandung 6 der Dehnbüchse 2 nach innen vorstehen und sich in axi- aler Richtung über die gesamte Länge der Dehnbüchse 3 erstrecken. Die Spannelemente 7 sind in der Umfangsrichtung der Wandung 6 nebeneinander liegend angeordnet. Sie besitzen die gleiche Form und weisen in der Umfangsrichtung zueinander gleiche Winkelabstände auf. Zwischen den Spannelementen 7 sind Schlitze 8 vorgesehen. Auf diese Weise sind die Spannelemente 7 als im Wesentlichen trapezförmige Längsstege ausgebildet, deren innere Grundseiten die Außenkontur der Aufnahme 5 bilden.

Jeder Schlitz 8 umfasst einen Längsschlitzabschnitt 8a, der sich ausgehend von der Aufnahme 5 radial auswärts erstreckt, und einen Querschlitzab- schnitt 8b, der an dem radial äußeren Ende des Längsschlitzabschnittes 8 derart ausgebildet ist, dass sich eine T-förmige Querschnittskontur des Schlitzes 8 ergibt. Zwischen den Schlitzen 8 und den Vertiefungen 9 verbleiben elastisch verformbare dünne Wandabschnitte 6a, 6b, um die elastische Verformbarkeit der Dehnbüchse 3 zu gewährleisten. Darüber hinaus ist an dem vorderen Ende der Dehnbüchse 3 ein Ringflansch 10 ausgebildet, der die vordere Stirnfläche 1 1 der Dehnbüchse 3 bildet. An seiner Hinterseite weist der Ringflansch 10 eine ringförmige Hinterschnei- dung 12 auf, die zusammen mit dem Grundkörper 2 einen weiteren Abschnitt der Druckkammer bildet.

Zur Herstellung der Dehnbüchse 3 kann die Außenkontur beispielsweise mittels Fräsen oder Drehen ausgebildet werden. Die Aufnahme 5 lässt sich einfach durch Bohren herstellen. In einem weiteren Schritt können die Schlitze mittels Erodieren hergestellt werden, indem ein die Aufnahme 5 durchsetzender Erodierdraht ausgehend von der Aufnahme 5 in der gewünschten Weise geführt wird.

Zum Spannen des Werkzeugs wird ggf. zunächst die Dehnspannvorrichtung 1 entspannt, indem der Druck innerhalb der Druckkammer durch Abfluss von Hydraulikmittel verringert wird. Dann wird ein zu der durch die Spannelemente 7 effektiv verkleinerten Aufnahme 5 passender Werkzeugschaft in die Aufnahme 5 eingesetzt. Zuletzt wird der Druckkammer Hydraulikmittel zugeführt, so dass sich die Dehnbüchse 3 infolge einer Druckerhöhung in der Druckkammer elastisch nach innen verformt, bis der Werkzeugschaft kraftschlüssig zwischen den Spannelementen 7 fixiert ist. Bei der elastischen Verformung der Dehnbüchse 3 nimmt die Breite der Schlitze 8 geringfügig ab, da ein kleinerer Innendurchmesser der Aufnahme 5 mit einem geringeren Umfang der Aufnahme 5 einhergeht.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen hydraulischen Dehnspanneinrichtung besteht darin, dass sich mit der Werkzeuge spannen lassen, deren Werkzeugschäfte einen kleineren Außendurchmesser, insbesondere kleiner als 6 mm aufweisen. Die erfindungsgemäße Dehnbüchse vergrößert daher die Verwendungsmöglichkeiten von Werkzeugen mit Werkzeugschäften unter- schiedlicher Durchmesser, ohne die Aufnahme der hydraulischen Dehnspanneinrichtung mittels einer zusätzlichen Zwischenbüchse verkleinern zu müssen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 hydraulische Dehnspanneinrichtung

2 Grundkörper

2a Maschinenschnittstelle

2b Spannbereich

2c Ringflansch

3 Dehnbüchse

4 Stirnfläche

5 Aufnahme

6 Wandung

6a Wandabschnitt

6b Wandabschnitt

7 Spannelement

8 Schlitz

8a Längsschlitzabschnitt

8b Querschlitzabschnitt

9 Vertiefung

10 Ringflansch

1 1 Stirnfläche

12 Hinterschneidung

X Spannachse