DE102012111456C5

DE102012111456C5 - Hydraulisches Dehnspannfutter und Verfahren zur Herstellung eines solchen Dehnspannfutters

Info

Publication number: DE102012111456C5
Application number: DE102012111456.0A
Authority: DE
Inventors: Josef Konrad Herud
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: US9889600B2; DE102012111456A1; DE102012111456B4; US9676037B2; US20140145406A1; US20170259347A1

Abstract

Hydraulisches Dehnspannfutter (10) mit einem Grundkörper (16), einer Dehnbuchse (18), die im Grundkörper (16) aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum (20) für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und einer Druckkammer (32), die zwischen der Dehnbuchse (18) und dem Grundkörper (16) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsstift (36) vorgesehen ist, der sich durch den Grundkörper (16) und die Dehnbuchse (18) in den Aufnahmeraum (20) erstreckt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Dehnspannfutters (10) mittels der folgenden Schritte: Zunächst wird ein Grundkörper (16) mit einem Sackloch (22) versehen, in das ein Innengewinde (24) eingeschnitten wird. Dann wird eine Dehnbuchse (18) in den Grundkörper (16) eingelötet. Schließlich wird am Boden des Sacklochs (22) eine Öffnung (34) angebracht, die sich durch das Material der Dehnbuchse (18) bis in einen Aufnahmeraum (20) für ein Werkzeug erstreckt, der in der Dehnbuchse (18) abgegrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dehnspannfutter mit einem Grundkörper, einer Dehnbuchse, die im Grundkörper aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und einer Druckkammer, die zwischen der Dehnbuchse und dem Grundkörper abgegrenzt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Dehnspannfutters.
Hydraulische Dehnspannfutter sind allgemein bekannt. In den Aufnahmeraum kann ein Schaft eines einzuspannenden Werkzeugs eingesetzt werden. Anschließend wird die Druckkammer unter Druck gesetzt, wodurch die Dehnbuchse gegen den Schaft des Werkzeugs beaufschlagt wird. Der Schaft des Werkzeugs ist dann reibschlüssig im Aufnahmeraum gehalten.
DE 10 2006 028 408 A1 offenbart einen Werkzeughalter für ein Rotationswerkzeug mit einer Werkzeugaufnahme. Das in die Werkzeugaufnahme eingeführte Werkzeug ist mithilfe einer Auszugssicherung gegen axiales Auswandern gesichert.
DE 20 2011 109 498 U1 zeigt ebenfalls einen Werkzeughalter mit einer Aufnahme für ein Werkzeug, in der das Werkzeug eingespannt werden kann. Hier wird axiales Auswandern des Werkzeugs durch ein Sperrelement verhindert, das einteilig mit der Ausnahme ausgebildet ist.
DE 94 11 260 U1 offenbart eine Spannvorrichtung eines Werkzeughalters für ein rotierendes Schaftwerkzeug mit einer Aufnahme für das Schaftwerkzeug, die durch eine Spanneinheit das Schaftwerkzeug verspannen kann. In der Aufnahme sind am Aufnahmeboden Mitnehmer verdrehsicher und axial unverschieblich vorgesehen, die der verdrehsicheren Fixierung des Schaftwerkzeuges dienen.
Wenn das im Dehnspannfutter aufgenommene Werkzeug für Schruppbearbeitungen verwendet wird, müssen hohe Drehmomente zwischen dem Dehnspannfutter und dem Werkzeug übertragen werden. Falls hierbei das maximale Haltemoment des Dehnspannfutters überschritten wird, kommt es zu Relativbewegungen zwischen dem Werkzeug und dem Dehnspannfutter. Dies kann letztendlich zu einer Beschädigung des Werkzeugs führen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Dehnspannfutter zu schaffen, mit dem zuverlässig hohe Drehmomente auf das Werkzeug übertragen werden können. Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dehnspannfutters zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem hydraulischen Dehnspannfutter der eingangs genannten Art ein Sicherungsstift vorgesehen, der sich durch den Grundkörper und die Dehnbuchse in den Aufnahmeraum erstreckt. Der Sicherungsstift kann in eine Nut eingreifen, die am Schaft des aufzunehmenden Werkstücks vorgesehen ist. Auf diese Weise ist zusätzlich zur reibschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung zwischen der Dehnbuchse und dem Schaft des Werkzeugs erzielt, so dass sich das Werkzeug auch bei hohen Belastungen nicht im Aufnahmeraum drehen kann. Das erfindungsgemäße Dehnspannfutter beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Funktionsweise des Dehnspannfutters aufrechterhalten werden kann, obwohl sich der Sicherungsstift durch die Dehnbuchse hindurch erstreckt. Es ist auch möglich, im Aufnahmeraum Werkzeuge aufzunehmen, die keine Nut aufweisen, die mit dem Sicherungsstift zusammenwirken soll. Ein solches Werkzeug wird mit seinem Schaft in den Aufnahmeraum so weit eingeschoben, bis die Stirnseite des Schafts am Sicherungsstift anliegt. Der Schaft wird dann auf herkömmliche Weise im Dehnspannfutter eingespannt, nämlich ausschließlich mittels einer reibschlüssigen Verbindung.
Vorzugsweise sind mehrere Sicherungsstifte vorgesehen, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine gleichmäßige Krafteinleitung entlang dem Umfang des Schafts des im Aufnahmeraum aufgenommenen Werkzeugs. Es können insbesondere drei Sicherungsstifte verwendet werden, die in einem Winkelabstand von 120° relativ zueinander angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Dehnbuchse einen Lotabschnitt aufweist, in dessen Bereich sie mit dem Grundkörper verlötet ist, und dass sich der Sicherungsstift durch den Lotabschnitt erstreckt. Diese Ausgestaltung bietet zwei Vorteile. Zum einen ist der Sicherungsstift außerhalb der Druckkammer angeordnet, die zwischen Buchse und Grundkörper abgegrenzt ist. Dies gewährleistet, dass die Verwendung des Sicherungsstifts zu keinerlei Dichtigkeitsproblemen führt. Zum anderen ist der Sicherungsstift, wenn er sich im Bereich des Lotabschnitts befindet, in der Nähe des innenliegenden Endes des Aufnahmeraums angeordnet. Daher verbleibt ein langer Klemmbereich für diejenigen Werkzeuge, die am Schaft mit keiner Nut versehen sind, in die der Sicherungsstift eingreifen soll.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sicherungsstift einen Gewindeabschnitt und einen Stiftabschnitt aufweist, wobei der Durchmesser des Stiftabschnitts kleiner ist als der Durchmesser des Gewindeabschnitts. Der Stiftabschnitt kann, da er gewindefrei ist, zuverlässig in der Öffnung aufgenommen sein, die sich durch die Dehnbuchse erstreckt, und das Werkzeug drehfest fixieren.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Dehnspannfutters vorgesehen, bei dem zunächst ein Grundkörper mit einem Sackloch versehen wird, in das ein Innengewinde eingeschnitten wird. Dann wird eine Dehnbuchse in den Grundkörper eingelötet. Anschließend wird am Boden des Sacklochs eine Öffnung angebracht, die sich durch das Material der Dehnbuchse bis in einen Aufnahmeraum für ein Werkzeug erstreckt, der in der Dehnbuchse abgegrenzt ist. Das Grundkonzept dieses Verfahrens besteht darin, die Aufnahme für den Sicherungsstift in zwei Schritten herzustellen. In einem ersten Schritt wird eine Öffnung vorgesehen, die mit einem Innengewinde versehen ist. In einem zweiten Schritt wird eine Öffnung hergestellt, die den mit dem Innengewinde versehenen Abschnitt mit dem Aufnahmeraum für das Werkzeug verbindet. Dabei wird der zweite Teil der Aufnahme hergestellt, nachdem die Dehnbuchse mit dem Grundkörper verlötet ist. Auf diese Weise ergeben sich zwei Vorteile: Zum einen ist der Bereich der Dehnbuchse, durch den sich später der Sicherungsstift erstreckt, während des Lötens geschlossen, sodass kein Lotmaterial in unerwünschter Weise herausfließen kann. Zum anderen ist die Materialmenge minimiert, die nach dem Löten entfernt werden muss, um die Aufnahme für den Sicherungsstift fertigzustellen. Da gleichzeitig mit dem Einlöten der Dehnbuchse üblicherweise auch das Dehnspannfutter gehärtet wird, müsste ansonsten in gehärtetem Material gebohrt und vor allem ein Innengewinde geschnitten werden.
Vorzugsweise wird die Öffnung durch die Dehnbuchse gebohrt. Dadurch ergibt sich ein geringer Herstellungsaufwand.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in den Aufnahmeraum ein Anschlagdorn eingebracht, und in das Innengewinde im Grundkörper wird mindestens ein Sicherungsstift eingeschraubt, bis er am Anschlagdorn anliegt. Der Anschlagdorn ermöglicht es, mit geringem Aufwand die korrekte Einschraubtiefe des Sicherungsstiftes einzustellen.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Sicherungsstift, wenn er korrekt eingeschraubt ist, mittels einer Schraubensicherung gesichert wird, insbesondere auf der Basis eines Klebstoffs. Dies gewährleistet, dass sich der Sicherungsstift nicht unerwünscht verstellt, wenn das Dehnspannfutter später eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
die 1a bis 1c in einer Seitenansicht, einer Vorderansicht und einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Dehnspannfutter in einem ersten Fertigungszustand;
2 in einer Schnittansicht das Dehnspannfutter von 1 in einem zweiten Fertigungszustand;
3 in einer Schnittansicht das Dehnspannfutter nach abgeschlossener Fertigung; und
4 das erfindungsgemäße Dehnspannfutter mit eingesetztem Werkzeugschaft.
In den 1a bis 1c ist ein Dehnspannfutter 10 gezeigt, das ein werkzeugmaschinenseitiges Ende 12 und ein werkzeugaufnahmeseitiges Ende 14 aufweist. Das Dehnspannfutter 10 weist einen Grundkörper 16 auf, der aus Metall besteht, sowie eine Dehnbuchse 18, die ebenfalls aus Metall besteht. Innerhalb der Dehnbuchse 18 ist ein Aufnahmeraum 20 gebildet, der auf der werkzeugaufnahmeseitigen Stirnfläche des Dehnspannfutters 10 mündet.
Wesentliches Merkmal des Dehnspannfutters ist, dass es mit mehreren Sicherungsstiften versehen ist, die dafür vorgesehen sind, mit einem im Aufnahmeraum 20 aufgenommenen Werkzeug zusammenzuwirken, genauer gesagt mit Nuten, die am Schaft des Werkzeugs vorgesehen sind. Diese Sicherungsstifte sind in Aufnahmen aufgenommen, die jeweils als Stufenbohrung im Grundkörper 16 und der Dehnbuchse 18 vorgesehen sind.
In den 1a bis 1c ist das Dehnspannfutter in einem ersten Zwischenzustand während der Herstellung gezeigt. Dieser Zwischenzustand zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in den Grundkörper 16 für jede später herzustellende Aufnahme für einen Sicherungsstift ein Sackloch 22 vorgesehen ist, welches mit einem Innengewinde 24 versehen ist. Das Sackloch ist einerseits so tief ausgeführt, dass das Innengewinde 24 eine ausreichende axiale Länge hat. Andererseits endet das Sackloch 22 in einem ausreichenden Abstand vom Innenraum im Grundkörper 16, in welchen die Dehnbuchse 18 eingesetzt ist.
In 1c ist die in den Grundkörper 16 eingesetzte Dehnbuchse 18 gut zu sehen. Die Dehnbuchse 18 weist an ihren beiden axialen Enden Abschnitte auf, an denen sie mit dem Grundkörper 16 verlötet werden soll. Am innenliegenden Ende handelt es sich um einen ringförmigen Lotabschnitt 26, und am außen liegenden Ende handelt es sich um einen abgesetzten Lotabschnitt, der aus einer radial ausgerichteten Ringfläche 28 und einer sich daran anschließenden, in Umfangsrichtung verlaufenden Ringfläche 30 besteht. Zwischen den Lotabschnitten 26 und 28, 30 ist eine Druckkammer 32 abgegrenzt, die durch (hier nicht gezeigte) Kanäle mit einem Hydraulikfluid versorgt werden kann.
Die Dehnbuchse 18 wird mit dem Grundkörper 16 in dem in 1 gezeigten Zustand verlötet, also in einem Zustand, in dem der Abschnitt im Grundkörper 16, der dem Lotabschnitt 26 der Dehnbuchse 18 zugeordnet ist, in Umfangsrichtung geschlossen ist. Dies gewährleistet, dass in diesem Bereich kein Lotmaterial aus dem Spalt um den Lotabschnitt 26 herum entweichen kann.
Beim Einlöten der Dehnbuchse 18 in den Grundkörper 16 wird üblicherweise ein solches Temperatur-/Zeitprofil verwendet, dass das Dehnspannfutter insgesamt gehärtet wird.
In 2 ist das Dehnspannfutter in einem Zustand gezeigt, in welchem nach Verlöten der Dehnbuchse 18 mit dem Grundkörper 16 eine Öffnung 34 am Boden des Sacklochs 22 ausgebildet wurde. Die Öffnung 34 ist insbesondere als Bohrung ausgeführt und verbindet den mit dem Innengewinde 24 versehenen Raum mit dem Aufnahmeraum 20 im Inneren der Dehnbuchse. Dadurch ist aus dem früheren Sackloch 22 insgesamt eine Stufenbohrung geworden, deren Abschnitte 22, 34 zusammen eine Aufnahme 35 für einen Sicherungsstift bilden. Die Öffnung 34 ist dabei konzentrisch mit dem Innengewinde 24 ausgeführt und durchquert die Dehnbuchse 18 im Lötabschnitt 26. Die Öffnung 34 ist also im Bereich des Übergangs vom Grundkörper 16 zur Dehnbuchse 18 allseitig von Lotmaterial umgeben und befindet sich im Abstand zur Druckkammer 32. Somit gibt es keinerlei Dichtungsprobleme.
In 3 ist das Dehnspannfutter 10 in einem vollständig montierten Zustand gezeigt, in welchem in die Aufnahme 35 ein Sicherungsstift 36 eingeschraubt ist. Der Sicherungsstift 36 besteht aus einem Gewindeabschnitt 38 und einem Stiftabschnitt 40. Der Gewindeabschnitt 38 ist in das Innengewinde 24 der Aufnahme 35 eingeschraubt, und der Stiftabschnitt 40 erstreckt sich durch die Öffnung 34 im Grundkörper 16 und durch die Dehnbuchse 18 im Bereich des Lotabschnitts 26 hindurch. Dabei entspricht der Außendurchmesser des Stiftabschnitts 40 im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Öffnung 34, sodass der Sicherungsstift 36 in diesem Bereich im Wesentlichen spielfrei geführt ist.
Der Stiftabschnitt 40 des Sicherungsstifts 36 erstreckt sich bis in den Aufnahmeraum 20 hinein. Anders ausgedrückt steht das vordere, innenliegende Ende des Sicherungsstifts 36 über die Innenwand der Dehnbuchse 18 nach innen hervor. Um mit geringem Aufwand die gewünschte, korrekte Einschraubtiefe aller Sicherungsstifte 36 zu bestimmen, kann ein Anschlagdorn 50 verwendet werden, der einen Führungsabschnitt 52 und einen Anschlagabschnitt 54 aufweist. Der Führungsabschnitt 52 dient dazu, den Anschlagdorn 50 spielfrei im Inneren des Aufnahmeraums 20 zu führen. Der Anschlagabschnitt 54 hat einen kleineren Durchmesser als der Führungsabschnitt 52 und dient dazu, die Einschraubtiefe der Sicherungsstifte 36 zu begrenzen. Die Sicherungsstifte 36 werden so weit in die Innengewinde 24 eingeschraubt, bis ihre Vorderenden am Anschlagabschnitt 54 des Anschlagdorns 50 anliegen. In dieser Stellung können sie mit einem Schraubensicherungsmittel gesichert werden, insbesondere durch einen Klebstoff.
In 4 ist ein Schaft 60 eines hier nicht weiter dargestellten Werkzeugs gezeigt, der im Aufnahmeraum 20 des Dehnspannfutters eingespannt ist. Die Einsetztiefe ist durch einen verstellbaren Widerlagerstift 62 bestimmt, und der Sicherungsstift 36 (bzw. genauer gesagt die insgesamt drei Sicherungsstifte; siehe in 1b die drei Aufnahmen 35) greifen jeweils in eine Nut 64 ein, die am hinteren Ende des Schafts 60 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist eine in Umfangsrichtung wirksame Formschlussverbindung durch mechanischen Eingriff der Sicherungsstifte 36 in die Nuten 64 bewerkstelligt.

Claims

Hydraulisches Dehnspannfutter (10) mit einem Grundkörper (16), einer Dehnbuchse (18), die im Grundkörper (16) aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum (20) für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und einer Druckkammer (32), die zwischen der Dehnbuchse (18) und dem Grundkörper (16) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsstift (36) vorgesehen ist, der sich durch den Grundkörper (16) und die Dehnbuchse (18) in den Aufnahmeraum (20) erstreckt, dass die Dehnbuchse (18) einen Lotabschnitt (26) aufweist, in dessen Bereich sie mit dem Grundkörper (16) verlötet ist, und dass sich der Sicherungsstift (36) durch den Lotabschnitt (26) erstreckt.
Dehnspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsstift (36) einen Gewindeabschnitt (38) und einen Stiftabschnitt (40) aufweist, wobei der Durchmesser des Stiftabschnitts (40) kleiner ist als der Durchmesser des Gewindeabschnitts (38).
Hydraulisches Dehnspannfutter (10) mit einem Grundkörper (16), einer Dehnbuchse (18), die im Grundkörper (16) aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum (20) für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und einer Druckkammer (32), die zwischen der Dehnbuchse (18) und dem Grundkörper (16) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsstift (36) vorgesehen ist, der sich durch den Grundkörper (16) und die Dehnbuchse (18) in den Aufnahmeraum (20) erstreckt, und dass der Sicherungsstift (36) einen Gewindeabschnitt (38) und einen Stiftabschnitt (40) aufweist, wobei der Durchmesser des Stiftabschnitts (40) kleiner ist als der Durchmesser des Gewindeabschnitts (38).
Dehnspannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnbuchse (18) einen Lotabschnitt (26) aufweist, in dessen Bereich sie mit dem Grundkörper (16) verlötet ist, und dass sich der Sicherungsstift (36) durch den Lotabschnitt (26) erstreckt.
Hydraulisches Dehnspannfutter (10) mit einem Grundkörper (16), einer Dehnbuchse (18), die im Grundkörper (16) aufgenommen ist und einen Aufnahmeraum (20) für ein einzuspannendes Werkzeug definiert, und einer Druckkammer (32), die zwischen der Dehnbuchse (18) und dem Grundkörper (16) abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherungsstift (36) vorgesehen ist, der sich durch den Grundkörper (16) und die Dehnbuchse (18) in den Aufnahmeraum (20) erstreckt, dass die Dehnbuchse (18) einen Lotabschnitt (26) aufweist, in dessen Bereich sie mit dem Grundkörper (16) verlötet ist, dass sich der Sicherungsstift (36) durch den Lotabschnitt (26) erstreckt, und dass der Sicherungsstift (36) einen Gewindeabschnitt (38) und einen Stiftabschnitt (40) aufweist, wobei der Durchmesser des Stiftabschnitts (40) kleiner ist als der Durchmesser des Gewindeabschnitts (38).
Dehnspannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sicherungsstifte (36) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Dehnspannfutters (10) mittels der folgenden Schritte: – ein Grundkörper (16) wird mit einem Sackloch (22) versehen, in das ein Innengewinde (24) eingeschnitten wird, – eine Dehnbuchse (18) wird in den Grundkörper (16) eingelötet, – am Boden des Sacklochs (22) wird eine Öffnung (34) angebracht, die sich durch das Material der Dehnbuchse (18) bis in einen Aufnahmeraum (20) für ein Werkzeug erstreckt, der in der Dehnbuchse (18) abgegrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) und die Dehnbuchse (18) beim Löten gehärtet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (34) gebohrt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aufnahmeraum (20) ein Anschlagdorn (50) eingebracht wird und in das Innengewinde (24) im Grundkörper (16) mindestens ein Sicherungsstift (36) eingeschraubt wird, bis der Sicherungsstift (36) am Anschlagdorn (50) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsstift (36) mittels einer Schraubensicherung gesichert wird, insbesondere auf der Basis eines Klebstoffs.