DE10238712A1

DE10238712A1 - Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen und Nockenwellen

Info

Publication number: DE10238712A1
Application number: DE10238712A
Authority: DE
Inventors: Stephan Bayha; Wolfgang Bertschinger; Hermann Blessing; Heinrich Bonfert; Wolfgang MÄRKER; Dieter Pfänder
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-11

Abstract

Kurbelwellen und Nockenwellen werden in Spannfuttern eingespannt, die ein radial betätigtes Spannelement und eine Zentrierung aufweisen. Für das Spannelement ist ein Betätigungselement vorgesehen. DOLLAR A Damit die Werkstückachse mit hoher Genauigkeit auf der Spannfutterachse liegt und dabei eine hohe Spannkraft erzeugt wird, ist das Betätigungselement für eine radial ausgleichende Spannbewegung vorgesehen. Dadurch wird eine exakte Einspannung des Werkstückes ermöglicht, da ein beim Einspannen eventuell auftretender Versatz zwischen Werkstückachse und Spannfutterachse zuverlässig ausgeglichen wird. DOLLAR A Die Vorrichtung dient zum Spannen von Werkstücken in Bearbeitungsmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken, insbesondere von Kurbelwellen und Nockenwellen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kurbelwellen und Nockenwellen werden in mehreren Prozeßschritten durch verschiedene Verfahren auf unterschiedlichen Maschinen bearbeitet. Bekannte Verfahren sind das Bohren, Drehen, Fräsen, Drehfräsen, Drehräumen, Dreh-Drehräumen, Rollieren, Schleifen, Bandfinishen usw. Die Werkstücke werden meist beidseitig in stirnseitigen Zentrierbohrungen im Spannfutter zentriert und über Spannbacken an den Flanschdurchmessern beidseitig gespannt. Durch die Aufnahme in der Zentrierbohrung wird angestrebt, das Werkstück in jeder Rufspannung um die gleiche Achse rotieren zu lassen. Die durch die beiden Zentrierbohrungen des Werkstückes definierte Achse wird im folgenden als Werkstückachse bezeichnet. Idealerweise liegt die Werkstückachse exakt auf der Spannfutterachse. Durch verschiedene Einflüsse kann die Werkstückachse beim Spannvorgang jedoch aus dieser Position verschoben werden. Dies geschieht zum Beispiel dann, wenn der Mittelpunkt des Spannflansches am Werkstück aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht mit dem Mittelpunkt der Zentrierbohrung übereinstimmt. Bei Spannfuttern, bei denen die Spannbacken einer Zwangsbewegung folgen, wird dann das Werkstück durch die hohen Kräfte der Spannbacken aus der durch die Zentrier spitze vorzentrierten Position verschoben. Die Werkstückachse liegt dann nicht mehr in der Spannfutterachse.

Durch ausgleichende Spannfutter sollen Verschiebungen der Werkstückachse durch den Spannvorgang verhindert werden. So ist ein ausgleichendes Spannfutter bekannt ( EP 0 314 792 ), bei dem sich die Spannbacken an die Lage der Werkstückachse anpassen. Die Spannung des Werkstückes wird über vier Hebel erreicht, deren Achsen an einem Glied eines Kraftantriebes gelagert sind. Die Spannbacken sind so ausgebildet, daß die Hebelarmenden benachbarter Hebel in ihnen unter Bildung eines geschlossenen Kraftkreises untergebracht werden können. Die Genauigkeit der durch den Ausgleichmechanismus erzielten Zentrierung der Werkstückachse hängt in hohem Maße vom Vorhandensein von Schmiermittel ab. Eine konstante Schmiermittelversorgung kann jedoch im Großserienbetrieb nicht sichergestellt werden, weswegen solche Spannfutter für diesen Einsatzzweck nicht geeignet sind. Außerdem ist das Backenfutter für eine Präzisionszerspanung nicht geeignet, weil die Hebelanordnung die Steifigkeit in radialer Richtung ändert und die Neigung zum regenerativen Rattern verstärkt wird. Die Folge hiervon ist eine schlechte Oberflächenqualität des Werkstückes und eine Verringerung der Werkzeugstandzeit.

Die US 3 843 720 zeigt ein Spannfutter, bei dem die Spannbacken als elastische Elemente ausgebildet sind, die über ein axial bewegliches Keilschiebergetriebe radial bewegt werden. Nachteilig sind die Reibungsverluste durch das Keilschiebergetriebe und die geringe Drehsteifigkeit aufgrund der elastischen Elemente. Darum besteht keine Gewähr dafür, daß die Werkstückachse auf der Spannfutterachse liegt.

Ein selbstzentrierendes Backenfutter zeigt die US 4 300 780 . Das Backenfutter weist insgesamt sechs hydraulisch betätigbare Spann backen auf. Drei der Spannbacken werden zunächst mit geringem Druck und mit gleichen Wegen in Richtung auf das Werkstück bewegt, wodurch dieses zentriert wird. Anschließend werden die übrigen drei Backen in Richtung auf das Werkstück bewegt, die sich unter geringem Druck an das vorzentrierte Werkstück anlegen. Dann wird der Hydraulikdruck erhöht, so daß das Werkstück mit der erforderlichen Haltekraft gespannt wird. Eine solche Ausbildung ist für Präzisionsbearbeitungen ungeeignet, weil die hydraulische Beaufschlagung eine zu hohe maßliche Streuung verursacht. Der konstruktive Aufbau ist sehr kompliziert und störanfällig, wodurch die Produktion von hohen Stückzahlen, insbesondere von PKW-Kurbelwellen, aufgrund der geforderten Maschinenverfügbarkeiten nicht erreicht werden kann.

Gerade für die Fertigbearbeitung ist es wichtig, daß die Werkstückachse bei der Vorbearbeitung auf der Spannfutterachse liegt, weil sich sonst ein Rundlauffehler ergibt und das Aufmaß, bezogen auf die Werkstückachse, unterschiedlich groß ist. Darum sind die Zerspanungsbedingungen während der Umdrehung des Werkstückes bei der nachfolgenden Bearbeitung nicht konstant, woraus Form- und Maßfehler resultieren.

Wenn bei der Vorbearbeitung ein großer Versatz zwischen Werkstückachse und Spannfutterachse zu erwarten ist, muß das radiale Aufmaß für die nachfolgende Bearbeitung mindestens so groß sein wie der Versatz der Werkstückachse zur Spannfutterachse. Dies läuft aber heutigen Bestrebungen zuwider, ein immer geringeres Aufmaß zu haben.

Der Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß die Werkstückachse mit hoher Genauigkeit auf der Spannfutterachse liegt, wobei eine hohe Spann kraft erzeugt wird und die Vorrichtung dabei einen einfachen Aufbau hat und wartungsarm ist.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Betätigungselement für eine radial ausgleichende Spannbewegung vorgesehen. Dadurch wird eine exakte Einspannung des Werkstückes ermöglicht, da ein beim Einspannen eventuell auftretender Versatz zwischen der Werkstückachse und der Spannfutterachse zuverlässig ausgeglichen werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Werkstück, beispielsweise eine Kurbelwelle, an ihren an den beiden Enden befindlichen Flanschdurchmessern vorteilhaft zunächst in einem Prisma aufgelegt. Eine in der Vorrichtung vorgesehene Zentrierspitze fährt dann durch eine axiale Bewegung in die Zentrierbohrung des Werkstückes ein. Werkstückachse und Spannfutterachse stimmen nun genau überein. Die Zentrierung kann alternativ auch über eine externe Zentriereinrichtung erfolgen, beispielsweise durch eine Beladeeinrichtung. Wesentlich ist die Positionierung der Werkstückachse auf der Spannfutterachse sowie eine hohe radiale Steifigkeit der Zentriereinrichtung während des Spannvorganges.

Die exakte Einspannung des Werkstückes wird vorteilhaft durch eine reibungsarme Lagerung des Betätigungselementes erreicht, das vorteilhaft ein Spannring ist. Aufgrund der reibungsarmen Lagerung ermöglicht der Spannring nahezu reibungsfreie Ausgleichsbewegungen seines Spannelementes in radialer Richtung. Dem Spannring wird vorteilhaft während des Spannvorganges ein Druckmedium, zum Beispiel Druckluft, Öl oder Wasser, in stirnseitig umlaufende ringförmige Nuten zugeführt, so daß sich zwischen dem Spannring und den axial benachbarten Bauteilen ein aerostatischer oder hydrostatischer Druck bildet, der eine nahezu kraftfreie Bewegung des Spannringes in radialer Richtung ermöglicht. Alternativ kann der Spannring als Gleitführung vorgesehen sein. Hierbei werden vorteilhaft die Kontaktflächen mit einer reibungsarmen Beschichtung versehen, die beispielsweise aus Kunststoff, vorzugsweise aus PTFE, bestehen kann.

Die Erzeugung der Spannkraft beruht vorteilhaft auf einer abgewandelten Form eines Keilgetriebes, bei dem die Spannzange einen Außenkegel und der Spannring einen Innenkegel aufweisen. Die Spannzange wird in bekannter Weise hydraulisch in den Spannring gezogen, wodurch über die aneinanderliegenden Kegelflächen die Spannkraft erzielt wird.

Aus der hohen radialen Steifigkeit der Werkstück-Vorzentrierung und der geringen radialen Steifigkeit der Ausrichtbewegung aufgrund der minimalen Reibkräfte wird eine präzise zentrische Spannung erzielt.

Nach dem Ende des Spannvorganges wird der Spannring vorteilhaft zusätzlich von außen durch mehrere Keilschieber verspannt. Sie sind axial bewegliche Keile, die mit der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders fest verbunden werden können und bei entspanntem Futter durch Druckbeaufschlagung in eine Neutralposition gebracht werden können. Zum Verriegeln des Spannringes wird der Druck aufgehoben, so daß die Spannkeile durch eine Axialkraft, beispielsweise durch Federkraft, zurückbewegt werden, wobei Keilflächen der Spannkeile mit entsprechenden Keilflächen des Spannringes zusammenwirken.

Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Verriegelung und die Entriegelung vorteilhaft jeweils hydraulisch.

Die Keilschrägen am Spannring und an den Spannkeilen können je nach Anwendungsfall mit oder ohne Selbsthemmung ausgeführt werden. Bei Selbsthemmung ist das Verschieben des Spannringes mit Sicherheit ausgeschlossen.

Die Zentrierspitze ist vorteilhaft mit einem Spannfuttergrundkörper durch eine lösbare, einstellbare Verbindung fest verbunden und weist eine hohe radiale Steifigkeit auf. Dies führt dazu, daß die Zentrierung während des Spannvorganges optimal beibehalten wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die hohe Wiederholgenauigkeit über einen langen Zeitraum, weil die Genauigkeit unabhängig vom Vorhandensein von Schmiermittel erzielt wird. Insbesondere bei einer Großserienproduktion ist dieser Vorteil besonders wesentlich.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung und im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem eingespannten Werkstückflansch,
2 einen Teil der Vorrichtung gemäß 1 mit einem Werkstück, das in einem Vorauflageprisma vorzentriert wird,
3 in schematischer Darstellung ein Werkstück mit versetzt zueinander liegendem Flanschmittelpunkt und Werkstückachse,
4 bis 6 jeweils im Längsschnitt und in schematischer Darstellung weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
7 in schematischer Darstellung im Längsschnitt und in Stirnansicht die Verkeilung eines Spannringes der erfindungsgemäßen Vorrichtung über federbelastete Keilschieber,
8 in schematischer Darstellung im Längsschnitt und in Stirnansicht ein Spannfutter der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
9 in einer Darstellung entsprechend 8 einen ringförmigen Spanneinsatz,
10 in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Spanneinsatzes,
11 in perspektivischer Darstellung den Spanneinsatz gemäß 10,
12 in einer Darstellung entsprechend 9 eine weitere Ausführungsform eines Spannfutters mit wechselbaren Spanneinsätzen,
13 eine Vorrichtung mit Schwenkhydraulikzylindern zur radialen Ausrichtung des Werkstückes,
14 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung hat ein Spannfutter 1 zum Spannen von Werkstücken 50, insbesondere von Kurbelwellen und Nockenwellen, in Bearbeitungsmaschinen. Das Spannfutter 1 zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit bei der Werkstückzentrierung aus und eignet sich darum insbesondere für die spanende Fertigbearbeitung, vorzugsweise bei der Bearbeitung hoher Stückzahlen.
1 zeigt das Spannfutter 1 mit einem eingespannten Werkstück 50, von dem lediglich der Werkstückflansch dargestellt ist. Das Spannfutter 1 hat einen Spannfutterkörper 2, der in einem Grundkörper 16 drehfest, aber axial verschieblich vorgesehen ist. Der Grundkörper 16 hat einen radial nach außen gerichteten Flansch 4, mit dem er stirnseitig an eine (nicht dargestellte) Hohlspindelwelle der Bearbeitungsmaschine angeschraubt wird. Der Spannfutterkörper 2 hat einen zentralen Hohlansatz 5, der vorteilhaft einstöckig mit dem Spannfutterkörper 2 ausgebildet ist. Der Hohlansatz 5 ist zylindrisch ausgebildet und liegt abgedichtet an einer Wand 10 einer Bohrung 6 im Grundkörper 16 an. Die Bohrung 6 hat einen im Durchmesser erweiterten Bohrungsabschnitt 6a, der in Richtung auf den Spannfutterkörper 2 durch einen Dichtungsdeckel 9 geschlossen ist. Im erweiterten Bohrungsabschnitt 6a ist ein Kolben 7 verschiebbar, der abgedichtet an der Innenwand 10a des Bohrungsabschnittes 6a anliegt. Der Hohlansatz 5 ist in einem im Durchmesser verringerten Bohrungsabschnitt 6b geführt.
Der Hohlansatz 5 sitzt auf einer Zugstange 12, mit der in bekannter Weise eine Spannzange 14 zum Einspannen des Werkstückes 50 verschoben wird. Durch Beaufschlagung des Kolbens 7 wird der Spannfutterkörper 2 axial gegenüber dem Grundkörper 16 verscho ben. Das Spannfutter 1 spannt das Werkstück 50 an seinem Flanschdurchmesser 51 radial mit der Spannzange 14. Sie wird über die hydraulisch betätigte Zugstange 12 axial eingezogen. Dadurch werden die Spannzungen 15 aufgrund der kegelförmigen Ausbildung ihrer äußeren Mantelflächen 17, die an einem kegelförmigen Spannring 21 anliegen, radial nach innen bewegt. Auf diese Weise wird die Spannkraft auf den Werkstückflansch 51 aufgebracht. Der Spannring 21 kann hydrostatisch oder aerostatisch gelagert sein, wodurch ein sehr präzises Spannen erreicht werden kann.
Nach Beendigung des Spannvorganges wird der Spannring 21 an seiner Außenseite durch über seinen Umfang verteilt angeordnete Keile 22 verspannt. Sie sind axial verschiebbar und einstöckig mit einer Kolbenstange 23 ausgebildet, die abgedichtet in einer axialen Bohrung 25 des Spannfutterkörpers 2 angeordnet ist. Die Keile 22 haben eine Keilfläche 22a, die in Richtung auf die Stirnseite des Spannfutterkörpers 2 radial nach innen geneigt verläuft und mit einer entsprechend geneigt verlaufenden Keilfläche 21a des Spannringes 21 zusammenwirkt. Die Kolben 23 und die Bohrungen 25 bilden einen Hydraulikzylinder 24. Die Kolbenstangen 23 sind vorteilhaft einstükkig mit den Keilen 22 ausgebildet.
Bei entspanntem Spannfutter 1 werden die axial beweglichen Keile 22 durch Druckbeaufschlagung in eine Position verschoben, in der sie den Spannring 21 nicht berühren. Hierzu wird das unter Druck stehende Hydraulikmedium in die Bohrung 25 eingebracht, wodurch die Keile 22 in 1 nach rechts verschoben werden. Um den Spannring 21 zu verspannen, wird die Bohrung 25 druckentlastet, so daß die Keile 22 durch die Kraft wenigstens einer in 1 nicht dargestellten Druckfeder in 1 nach links verschoben werden. Der Keilwinkel der Keilflächen 22a ist so gewählt, daß Selbsthemmung eintritt. Dadurch ist das Verschieben des Spannringes 21 selbst bei großen radialen Bearbeitungskräften mit Sicherheit ausgeschlossen.
Der Spannring 21 liegt mit seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche 21b an einer Seitenwand 36 einer stirnseitigen Vertiefung 46 an, an deren Boden 38 der Spannring 21 ebenfalls anliegt.
Das Spannfutter 2 ist mit einer Zentrierspitze 11 versehen, die mit dem Spannfutterkörper 2 fest verbunden ist und eine hohe radiale Steifigkeit aufweist.
Die Zugstange 12 durchsetzt eine zentrale Bohrung 48 des Grundkörpers 16. Innerhalb der Bohrung 6 sitzt der Hohlansatz 5 des Spannfutterkörpers 2 auf der Zugstange 12. Sie ragt in einen Aufnahmeraum 49 im Spannfutterkörper 2. Innerhalb des Aufnahmeraumes 49 sitzt auf der Zugstange 12 ein Kolben 58, mit dem in bekannter Weise ein Stützring 62 axial verschoben werden kann, mit dem die Spannzungen 15 der Spannzange 14 in noch zu beschreibender Weise betätigt werden.
Der Grundkörper 16 weist an einer Stirnseite einen radial nach innen gerichteten Flansch 59 auf, an dessen zylindrischer Innenwand 74 der Spannfutterkörper 2 abgedichtet geführt ist. Der Flansch 59 dient als Anschlag zur Begrenzung des Verschiebeweges des Spannfutterkörpers 2.
2 zeigt das Spannfutter 1 in seiner axial zurückgezogenen Belade- bzw. Entladestellung. Der Spannfutterkörper 2 ist axial so weit in Richtung auf den Grundkörper 16 verschoben, daß ein radial nach außen ragender Bund 75 des Spannfutterkörpers 2 an einem ebenen Boden 76 anschlägt, der radial zur Achse des Grundkörpers 16 verläuft und der bündig liegt mit der entsprechenden Außenseite 77 (1) des Dichtungsdeckels 9. Der Bund 75 hat in dieser Stellung Abstand vom Flansch 59 des Grundkörpers 16. Das Werkstück 50 liegt in dieser zurückgezogenen Stellung des Spannfutterkörpers 2 so frei, daß es mit einer Beladeeinrichtung oder von Hand am Flansch durchmessen 51 in ein Vorauflageprisma 33 eingesetzt werden kann. Anschließend wird der Kolben 7 des Hohlansatzes 5 mit Hydraulikmedium beaufschlagt, so daß der Spannfutterkörper 2 axial auf das Werkstück 50 zu bewegt wird, bis die Zentrierspitze 11 in eine Zentrierbohrung 55 des Werkstückes 50 zentriert eingreift. Im Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 50 eine Kurbelwelle, kann beispielhaft aber auch eine Nockenwelle sein. Ist das Werkstück 50 eine solche Welle, wird es an beiden Enden eingespannt, so daß auch zwei Spannfutter 1 notwendig sind. Im folgenden wird nur die eine Spannseite beschrieben. Bei der Axialverschiebung des Spannfutterkörpers 2 bleibt das Vorauflageprisma 33 in seiner Position.
Wie 2 zeigt, ist das Vorauflageprisma 33 mit Armen 53 versehen, die axial verlaufen und durch Öffnungen 54 im Spannfutterkörper 2 bis in eine Aussparung 34 am Umfang des Spannfutterkörpers 2 ragen. Sobald der Spannfutterkörper 2 in seine Spannposition relativ zum Grundkörper 16 verschoben worden ist, sind die Arme 53 des Vorauflageprismas 33 über eine Hirthverzahnung 55 fest mit dem Spannfutterkörper 2 verbunden. Dadurch wird der Spannfutterkörper 2 gegenüber dem Vorauflageprisma 33 radial verriegelt. Die Achse 56 des Spannfutters 1 und die Achse 57 des Werkstückes 50 sind identisch und fallen miteinander zusammen. Die Spannzange 14 wird durch Verschieben der Zugstange 12 axial eingezogen, wodurch über den Kolben 58 und den Stützring 62 die Spannzange 14 axial eingezogen wird. Die Spannzungen 15 sind, wie 1 zeigt, in bekannter Weise formschlüssig mit dem Stützring 62 verbunden, so daß die Spannzange 14 zuverlässig in Achsrichtung mitgenommen wird. Die Spannzungen 15 werden hierbei im Zusammenwirken mit dem Spannring 21 radial nach innen bewegt. Die Spannzungen 15 legen sich an den Flanschdurchmesser 51 des Werkstückes 50 an und spannen es. Aufgrund der durch die aerostatische oder hydrostatische Lagerung des Spannringes 21 auftretenden äußerst geringen Reibkräfte kann sich die Spannzange 14 während des Anlegens ihrer Spannzungen 15 radial zur Lage der Mittelachse 52 des Flansches 51 des Werkstückes 50 ausrichten. Durch diese Ausgleichsbewegung wird erreicht, daß durch den Spannvorgang nahezu keine Verschiebung der durch die Zentrierbohrung 55 definierten Werkstückachse 57 von der Spannfutterachse 56 erfolgt.
3 zeigt in schematischer Darstellung das als Kurbelwelle ausgebildete Werkstück 50 mit den beiden endseitigen Flanschen 51. An den voneinander abgewandten Außenseiten 78 der Flansche 51 befindet sich jeweils eine Zentrierbohrung 55. Die beiden Zentrierbohrungen 55 definieren die Werkstückachse 57. Beispielhaft ist dargestellt, daß die Achse 52 der Flansche 51 des Werkstückes 50 um das Maß Δe gegenüber der Werkstückachse 57 versetzt ist. Durch die beschriebene Ausbildung des Spannfutters 1 kann dieser Versatz Δe beim Einspannen ausgeglichen werden. Dies wird anhand von 4 näher erläutert.
4 zeigt die aerostatische oder hydrostatische Lagerung des Spannringes 21, der axial zwischen dem Boden 38 der Vertiefung 46 und der Innenseite 39 eines Deckels 37 verschiebbar ist, der die Vertiefung 46 im Spannfutterkörper 2 stirnseitig abschließt. Das Axialspiel setzt sich zusammen aus den Spaltmaßen S₁ und S₂, gemessen zwischen den beiden Stirnseiten 47, 47' des Spannringes 21 und dem Boden 38 der Vertiefung 46 und der Stirnfläche 39 des Deckels 37. Das maximale Radialspiel Δr des Spannringes 21 ist so groß bemessen, daß die Maßabweichungen Δe (3) zwischen der Werkstückachse 57 und dem Flanschmittelpunkt 52 ausgeglichen werden können. Der Spannring 21 kann somit radial so weit bewegt werden, bis seine zylindrische Mantelfläche 21b an der Seitenwand 36 der Vertiefung 46 zur Anlage kommt.
Sobald sich das Werkstück 50 im Vorauflageprisma 33 befindet, werden die Spalte S₁ und S₂ mit einem Druck p, beaufschlagt. Hierzu mündet in den Boden 38 der Vertiefung 46 mindestens eine Bohrung 44. In diesem Bereich ist die Stirnseite 47 des Spannringes 21 mit einer ringnutförmigen Vertiefung 79 versehen, die koaxial zur Achse des Spannringes 21 verläuft und deren ebener Boden 112 die Ringfläche A1 aufweist.
An der gegenüberliegenden Stirnseite 47' des Spannringes 21 befindet sich eine weitere ringnutförmige Vertiefung 113, die ebenfalls koaxial zur Achse des Spannringes 21 verläuft. In Höhe dieser Vertiefung 113 mündet wenigstens eine weitere Bohrung 45. Der ebene Boden 114 der Vertiefung 113 hat die Ringfläche A2, die kleiner ist als die Ringfläche A1 der Vertiefung 79. Über die Bohrungen 44, 45 wird Druckmedium, zum Beispiel Öl oder Luft, zugeführt. Das Druckmedium durchströmt die Ringspalte S₁ und S₂, wobei sich in den Druckspalten ein hydrostatischer oder aerostatischer Druck aufbaut. Durch ihn wird erreicht, daß der Spannring 21 mit seinen Stirnseiten 47, 47' den Boden 38 der Vertiefung 46 sowie die Stirnfläche 39 des Deckels 37 nicht berührt. Dadurch kann sich der Spannring 21 reibungsfrei bewegen. Die Drücke p₁ und p₂ sowie die Größe der Ringflächen A1, A2 werden so gewählt, daß sich in den Druckspalten S₁, S₂ ein Kräftegleichgewicht bildet.
Wird mit der Zugstange 12 die Spannkraft F aufgebracht, verschiebt sich der Spannring 21 aufgrund der axial wirkenden Kraftkomponente so, daß der Spalt S₁ wesentlich kleiner wird als der Spalt S₂. Dennoch findet eine Berührung der Stirnseite 47 des Spannringes 21 mit dem Boden 38 der Vertiefung 46 nicht statt, so daß die nahezu reibungsfrei verlaufende Ausgleichsbewegung sehr präzise durchgeführt werden kann. Erst wenn sich die Spannbetätigungskraft F über dem Spannweg nahezu vollständig aufbaut, wird der Spalt S₁ geschlossen, so daß der Spannring 21 mit seiner Stirnseite 47 am Boden 38 der Vertiefung 46 anliegt. Eine Bewegung des Spannringes 21 ist dann nicht mehr möglich. Die Ausgleichsbewegung des Spann ringes 21 ist zu diesem Zeitpunkt schon abgeschlossen, so daß die präzise Zentrierung des Werkstückes 50 sichergestellt ist. Gleichzeitig mit Erreichen der vollen Spannkraft wird der Druck p₁ nicht mehr benötigt, so daß die Zufuhr des Druckmediums in die Vertiefung 79 abgestellt wird.
5 zeigt die Anordnung eines Hydraulikzylinders 60 zur Spannkraftbetätigung. Er hat einen Spannkolben 63, der im Spannfutterkörper 2 untergebracht ist. Der Spannkolben 63 liegt mit seinem Umfang abgedichtet an einer zylindrischen Innenwand 89 eines Aufnahmeraumes 101 an. Der Spannkolben 63 sitzt auf einem Grundkörper 115, der in Vertiefungen 116, 117 ragt, die in den Aufnahmeraum 101 zentral münden. Am Rand des Spannkolbens 63 ist eine Zugstange 61 vorgesehen, die den Spannkolben 63 mit dem Stützring 62 verbindet. Er ist mit der Spannzange 14 formschlüssig verbunden. Durch Druckbeaufschlagung des Spannkolbens 63 wird die Spannzange 14 in der beschriebenen Weise verschoben, um im Zusammenwirken mit dem Spannring 21 das Werkstück 50 einzuspannen.
Eine weitere Ausführungsform einer hydraulischen Spannkraftbetätigung zeigt 6. Der Spannkolben 63 ist einstöckig mit der Spannzange 14 ausgebildet. Der Spannkolben 63 befindet sich in einem Aufnahmeraum 64, der im Unterschied zur vorigen Ausführungsform nicht im Spannfutterkörper 2, sondern im Spannring 21 vorgesehen ist. Er besteht aus montagetechnischen Gründen aus einem ringförmigen Bohrungsteil 65 und einem ringförmigen Deckel 66. Der Bohrungsteil 65 hat eine konische innere Mantelfläche 118, die sich in Richtung auf den Spannkolben 63 verjüngt und an der die Spannzungen 15 der Spannzange 14 in der beschriebenen Weise anliegen. Der Bohrungsteil 65 wird durch den radial nach innen gerichteten Flansch 59 des Spannfutterkörpers 2 axial gesichert. Mit einem zentralen Ansatz 119 ragt der Bohrungsteil 65 des Spannringes 21 in eine durch den Flansch 59 begrenzte zentrale Öffnung 120. Die Stirnseite des Ansatzes 119 liegt annähernd bündig zur Außenseite des Flansches 59.
Der innen liegende Deckel 66 ist im Querschnitt L-förmig ausgebildet. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist der Spannring 21 axial und radial frei beweglich, so daß er die beim Einspannen des Werkstückes 50 eventuell erforderlichen Ausgleichsbewegungen zuverlässig ausführen kann. Da der Spannkolben 63 einstöckig mit der Spannzange 14 ausgebildet und innerhalb des Spannringes 21 untergebracht ist, wirken aus dem System Spannzange-Spannring keine axialen Kraftkomponenten nach außen. Außerdem liegt ein einfacher konstruktiver Aufbau vor. Dadurch erfolgt eine radiale Ausgleichsbewegung auch noch bei voller Spannkraft nahezu reibungsfrei.
Um den Spannring 21 mit dem notwendigen Druck zu beaufschlagen, sind über den Umfang des Spannringes 21 verteilt angeordnete Verbindungsrohre 69 vorgesehen. Sie sind an ihren Enden kugelförmig ausgebildet. Beide Enden sind mit jeweils einer Ringnut 70 zur Aufnahme eines Dichtungsringes 71 versehen, mit dem die Enden der Verbindungsrohre 69 dichtend an der Innenwand von Bohrungen 72 und 73 im Spannring 21 und im Spannfutterkörper 2 anliegen. Beide Bohrungen 72, 73 sind als axiale Sacklochbohrungen ausgebildet. Infolge der kugelförmigen Ausbildung der Rohrenden wird die Beweglichkeit des Spannringes 21 gegenüber dem Spannfutterkörper 2 sichergestellt. Der Spannring 21 kann aerostatisch oder hydrostatisch gelagert sein, zum Beispiel bei sehr präzisen Bearbeitungen des Werkstückes 50. Über die Verbindungsrohre 69 gelangt das Druckmedium über eine Bohrung 121 auf die eine Seite des Spannkolbens 63. Durch das über die Bohrung 121 zugeführte Druckmedium wird der Spannkolben 63 so verschoben, daß die Spannzange 14 das Werkstück 50 fest und sicher einspannt. Der Spannkolben 63 liegt abgedichtet an der zylindrischen Innenwand 122 des Deckels 66 des Spannringes 21 an. Der Spannkolben 63 sitzt entsprechend der vori gen Ausführungsform auf dem zylindrischen Grundkörper 115, an dem abgedichtet der Deckel 66 und der Bohrungsteil 65 des Spannringes 21 anliegen. Der Spannkolben 63 ist entsprechend der vorigen Ausführungsform vorteilhaft einstückig mit dem Grundkörper 115 ausgebildet. Die Spannzungen 15 der Spannzange 14 sind über schmale, elastisch biegbare Stege 123 mit dem Grundkörper 115 einstückig verbunden. Er umgibt mit Abstand einen zentralen Ansatz 124 des Spannfutterkörpers 2. Der Ansatz 124 trägt stirnseitig die Zentrierspitze 11.
Es ist auch möglich, den Spannring 21 ohne aero- oder hydrostatische Lagerung und nur mit ausreichenden Spaltmaßen S₁ und S₂ einzusetzen, weil keine axialen Kraftkomponenten nach außen gelangen. Die radiale Fixierung der Spannzange 14 erfolgt dann durch die Verkeilung des Spannringes 21 über die Keilschieber 22, wie anhand von 1 erläutert worden ist. Durch die hohe Steifigkeit der Zentrierspitze 11 wird eine radiale Verschiebung der Spannzange 14 aufgrund der Verkeilung zuverlässig verhindert.
Wie sich aus 7 ergibt, sind über den Umfang des Spannringes 21 vier Keilschieber 22 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Keilschieber 22 haben die ebene Keilfläche 22a, die mit jeweils einer ebenen Mantelfläche 21a des Spannringes 21 in der beschriebenen Weise zusammenwirkt. Die Keilschieber 22 haben einen hülsenförmigen Klemmteil 125, in dem eine Druckfeder 28 untergebracht ist. Sie stützt sich mit einem Ende am Deckel 37 und mit ihrem anderen Ende an einem Boden 126 des Klemmteiles 125 ab. Der Klemmteil 125 ist mit einem Kolben 29 verbunden, vorzugsweise einstückig mit ihm ausgebildet, der abgedichtet in der Bohrung 25 des Spannfutterkörpers 2 angeordnet ist. In den Boden der Bohrung 25 mündet eine (nicht dargestellte) Bohrung, über die Druckmedium zugeführt werden kann.
Im entspannten Zustand werden die Keilschieber 22 durch Druckbeaufschlagung des Kolbens 29 des Hydraulikzylinders 24 in eine Position verschoben, in der sie den Spannring 21 nicht berühren. Der Kolben 29 ist über einen an seinem Umfang vorgesehenen Dichtring 27 abgedichtet in der Bohrung 25 geführt. Der Kolben 29 verschiebt bei Druckbeaufschlagung den Klemmteil 125 gegen die Kraft der Druckfeder 28.
Soll der Spannring 21 verkeilt werden, wird die Bohrung 25 druckentlastet. Die Druckfedern 28 verschieben dann die Klemmteile 125 und die Kolben 29 axial, wodurch ein nahezu zeitgleiches und gleichmäßiges Verriegeln des Spannringes 21 über dessen Umfang erreicht wird. Einseitig wirkende Kräfte, die zu einer radialen Verschiebung des Spannringes 21 und damit zu einer Verschlechterung der Spanngenauigkeit führen könnten, sind ausgeschlossen. Die Keilflächen 21a, 22a sind so gewählt, daß Selbsthemmung auftritt. Dadurch ist das Verschieben des Spannringes 21 auch bei hohen radialen Bearbeitungskräften mit Sicherheit ausgeschlossen.
Die Kolben 29 der Hydraulikzylinder 24 müssen nicht einstöckig mit dem Klemmteil 125 ausgebildet sein, sondern können von ihm getrennte Bauteile sein. Durch die jeweilige Druckbeaufschlagung ist sichergestellt, daß die Keilschieber 22 in der jeweiligen Richtung axial zuverlässig verschoben werden. Die Keilschrägen 21a, 22a liegen jeweils um 90° versetzt zueinander, so daß der Spannring 21 zuverlässig verschoben wird. Anstelle der Beaufschlagung mit Federkraft kann der Keilschieber in beide Richtungen hydraulisch beaufschlagt werden. Bei dieser Variante kann die Axialkraft über den Hydraulikdruck sehr fein und stufenlos geregelt werden. Die maximale Axialkraft ist sehr hoch, was besonders bei Keilgetrieben ohne Selbsthemmung vorteilhaft ist.
8 zeigt die Spannzange 14 mit ihren einzelnen Spannzungen 15 und den Spannring 21. Die Spannzungen 15 entstehen durch das Einbringen von schmalen Schlitzen 19 in die Spannzange 14. Die Spannfutterfunktionen und die Spanngenauigkeiten bleiben dauerhaft nur erhalten, wenn das Eindringen von Partikeln oder Flüssigkeit verhindert wird. So kann das Eindringen von Spänen in die radialen Schlitze 19 zu Fehlfunktionen führen, wie Klemmen oder ähnlichem. Kühlmittel kann verharzen und die erforderliche Leichtgängigkeit herabsetzen. Das Eindringen von Partikeln oder Flüssigkeiten wird durch einen Schutzdeckel 13 verhindert, der auf die Stirnseite 39 des Dekkels 37 geschraubt wird. Der Schutzdeckel 13 ist so breit, daß er auch den zentralen Ansatz 119 des Spannringes 21 überdeckt.
Es ist auch möglich, den Schutzdeckel 13 so auszubilden, daß er nur die Stirnseite der Spannzange 14 überdeckt. Als weitere Maßnahme können die Schlitze 19 der Spannzange 14 mit elastischen Werkstoffen 20 gefüllt werden, beispielsweise mit Silikonkautschuk. Dadurch wird das Eindringen sämtlicher Stoffe in die Schlitze 19 verhindert. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beaufschlagung des Spannfutters 1 mit Sperrluft oder mit Sperrflüssigkeit. Diese Möglichkeit ist besonders in Verbindung mit dem Schutzdeckel 13 sehr wirksam.
Wie 9 zeigt, kann die Spannzange 14 mit wechselbaren Spanneinsätzen 80 versehen sein. Sie sind stark belastete Verschleißteile und werden darum aus einem besonders verschleißfesten Material gefertigt, beispielsweise aus Hartmetall. Die Ausbildung des Spanneinsatzes 80 als separates Bauteil ist wesentlich kostengünstiger als eine Spannzange 14 mit einstöckig eingearbeiteten Spanneinsätzen. Zudem kann ein separater Spanneinsatz einfach und schnell ausgewechselt werden. Hierzu sind in den federnden Spannzungen 15 der Spannzange 14 innenseitig Nuten 81 eingearbeitet, die sich axial erstrecken und in die der einstöckige Spanneinsatz 80 ohne Halteschrauben eingesetzt werden kann. Der Spanneinsatz 80 liegt an der Innenseite der Spannzungen 15 an. Ein radiales Durchrutschen des Spanneinsatzes 80 wird dadurch verhindert, daß er am Umfang mit Erhebungen 82 versehen ist, die formschlüssig in die Nuten 81 der Spannzungen 15 eingreifen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das volle Spannmoment übertragen und eine hohe Torsionssteifigkeit erreicht wird.
Der Spanneinsatz 80 ist vorzugsweise mit weiteren Aussparungen versehen, die aufgrund ihrer Federwirkung die erforderliche radiale Spannbewegung des Spanneinsatzes 80 ermöglichen. Der Schutzdeckel 13 ist bei dieser Ausführungsform unmittelbar auf der Stirnseite des Spannfutterkörpers 2 befestigt und erstreckt sich von dessen Außenmantel radial nach innen so weit, daß er den Spanneinsatz 80 übergreift. Dadurch wird der Spanneinsatz 80 vor Verschmutzung geschützt und gegen Herausfallen gesichert. Die axiale Lagesicherung des Spanneinsatzes 80 im Spannfutterkörper 2 erfolgt durch eine Distanzhülse 88, die sich auf dem zentralen Ansatz 124 des Spannfutterkörpers 2 abstützt. Die Distanzhülse 88 hat einen konisch nach außen sich erweiternden Mantel 127, der am freien Ende in einen radial nach außen verlaufenden Flansch 128 übergeht. Auf ihm liegt der Spanneinsatz 80 auf.
10 zeigt die Möglichkeit, den Spanneinsatz 84 auch an der Innenseite der Spannzungen 15 anzuschrauben. In diesem Falle ist der Spanneinsatz 84 nicht mehr als einstöckiger Spanneinsatzring ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß 9. Für jede Spannzunge 15 ist ein einzelner Spanneinsatz 84 vorgesehen, der an der Spannzunge 15 verschraubt wird. Die Spannzunge 15 ist an ihrer Innenseite vorteilhaft mit einer Vertiefung 85 versehen, in der der Spanneinsatz 84 formschlüssig sitzt. Die Vertiefung 85 erstreckt sich von der Stirnseite der Spannzunge 15 aus axial nach innen. Der Spanneinsatz 84 liegt auf einer die Vertiefung 85 begrenzenden Schulterfläche 129 auf. Die Kraftübertragung auf die Spanneinsätze 84 und in der Folge die Torsionssteifigkeit sind sehr hoch. Besonders vorteilhaft ist die kostengünstige Herstellung des Spanneinsatzes 84, der beispielsweise durch geringfügige Modifikation aus bekannten Hartmetall-Schneideinsätzen mit Schraubenloch gefertigt werden kann.
Da die Spanneinsätze 84 den Spannzungen 15 zugeordnet sind, ist es möglich, nicht alle Spannzungen 15 der Spannzange 14 mit den Spanneinsätzen 84 zu versehen.
Wie 11 zeigt, ist der Spanneinsatz 84 an seiner Werkstückkontaktfläche 86 mit einer Riffelung 87 versehen, um eine hohe Haltekraft zur torsionssteifen Übertragung der Spannkraft auf das Werkstück 50 zu erzielen. Die Riffelung 87 dringt beim Spannen geringfügig in die äußere Mantelfläche des Werkstückflansches 51 (10) ein und erzeugt dadurch eine besonders torsionssteife Werkstückspannung. Vorteilhaft ist es, die Riffelung 87 auch auf der gegenüberliegenden Seite des Spanneinsatzes 84 vorzusehen. Er kann dann bei Verschleiß der einen Riffelung 87 gewendet und erneut eingesetzt werden.
12 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Spannfutters 1, das hermetisch abgedichtet ist und auswechselbare, vorzugsweise zylindrische Spanneinsätze 90 aufweist. Der Spannring 21 ist im Spannfutterkörper 2 gelagert und wird mit der Spannzange 14 in der beschriebenen Weise radial verspannt. Der Spannkolben 63 ist über mindestens eine Zugstange 61 mit dem Stützring 62 verbunden, mit dem die Spannzange 14 betätigt wird. Die Spannzungen 15 liegen mit ihren Spannflächen 17 an der inneren kegelförmigen Spannfläche 21c des Spannringes 21 an.
Zur Abdichtung des Spannfutters ist ein Abdeckring 91 vorgesehen, der auf der Stirnseite des Spannfutterkörpers 2 befestigt ist. Er reicht von der äußeren Mantelfläche des Spannfutterkörpers 2 bis in Höhe der Spanneinsätze 90. In diesem Bereich ist der Abdeckring 91 mit einer Abkröpfung 130 versehen, mit der die Spanneinsätze 90 axial gesichert sind. Sie liegen auf der Stirnseite der Distanzhülse 88 auf, die im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 9 einstöckig mit dem zentralen Ansatz 124 des Spannfutterkörpers 2 ausgebildet ist. Die Abkröpfung 130 des Abdeckringes 91 begrenzt eine zentrale Öffnung 131, durch die das einzuspannende Werkstück 50 in den Bereich der Spanneinsätze 90 gelangen kann. Die Spannzange 14 mit ihren Spannzungen 15 sowie der Spannring 21 werden durch den Abdeckring 91 vollständig abgedeckt.
Der Spannfutterkörper 2 weist zur Aufnahme der Spanneinsätze 90 über seinen Umfang verteilt angeordnete kreisförmige Öffnungen 94 auf, durch welche die Spanneinsätze 90 radial von außen gesteckt werden. Die radial verlaufenden Ringspalte zwischen den Spanneinsätzen 90 und dem Rand der Offnungen 94 wird durch gummielastische Dichtungen 95 abgedichtet. Sie können auch aus Metall bestehen. Infolge dieser hermetischen Abdichtung ist das Eindringen von Partikeln oder Flüssigkeiten in das Spannfutter zuverlässig verhindert. Zusätzlich kann das Spannfutter 1 im Bereich der Spannzange 14 und dem Spannring 21 komplett mit Ö1 gefüllt werden, wodurch die Reibwerte zwischen sich berührenden Metallflächen erheblich verringert werden.
Die Spanneinsätze 90 sind mit den Spannzungen 15 formschlüssig, beispielsweise über Zapfen und Nut, so miteinander verbunden, daß die Spanneinsätze während der Ausgleichs- und Spannbewegung beim Einspannen des Werkstückes 50 ausreichenden Bewegungsspielraum haben. Dadurch ist eine präzise Ausgleichsbewegung gewährleistet.
Bei einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform wird die Rückstellung über gefederte Spanneinsätze erreicht. In diesem Falle ist am Ende des zylindrischen Spanneinsatzes ein Bund vorgesehen, an dem sich eine Feder gegen den Abdeckring 91 abstützt. Der Vorteil einer solchen Ausbildung liegt im großen Spielraum für die Ausgleichs- und die Spannbewegung.
13 zeigt die Möglichkeit, das Werkstück 50, das im Ausführungsbeispiel eine Kurbelwelle ist, vor der Einspannung im Spannfutter 1 radial auszurichten. Hierzu sind Ausrichteinheiten 102 vorgesehen. Sie haben eine Kolbenstange 105, die parallel zur Achse des Spannfutters 1 verläuft und in eine Bohrung 132 im Spannfutterkörper 2 ragt. In der Bohrung 132 sitzt auf der Kolbenstange 105 drehfest ein Drehkolben 104, mit dem durch entsprechende Druckbeaufschlagung die Kolbenstange 105 um ihre Achse gedreht werden kann. Das axial über die Stirnseite des Spannfutterkörpers 2 ragende Ende der KoIbenstange 105 trägt drehfest einen radial abstehenden Ausrichtbakken 106. Er ist als einarmiger Hebel ausgebildet, der vorteilhaft lösbar an der Stirnseite der Kolbenstange 105 befestigt ist.
Die Ausrichteinheiten 102 sind Teil von Schwenkhydraulikzylindern 103, die nur wenig Bauraum in Anspruch nehmen, so daß sie vorteilhaft dort eingesetzt werden können, wo beengte Platzverhältnisse herrschen. Die Schwenkhydraulikzylinder 103 zeichnen sich durch hohe Drehmomente bei geringem Bauraum aus.
Die Kurbelwelle 50 wird zunächst in den Vorauflageprismen 33 (2) abgelegt. Die Ausrichtbacken 106 sind hierbei seitlich weggeschwenkt, so daß die Kurbelwelle 50 problemlos in den Vorauflageprismen 33 abgelegt werden kann. Anschließend werden die Schwenkhydraulikzylinder 103 durch Druckbeaufschlagung der Drehkolben 104 so betätigt, daß die Ausrichtbacken 106 in Richtung auf die Kurbelwelle 50 geschwenkt werden. Sie ist mit ebenen Ausricht flächen 107 versehen, an denen die Ausrichtbacken 106 mit entsprechenden Gegenflächen 133 zur Anlage kommen. Auf diese Weise wird die Kurbelwelle 50 vor dem Spannvorgang radial ausgerichtet. Anschließend wird die Kurbelwelle 50 gespannt. Die Schwenkhydraulikzylinder 103 können bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.
14 zeigt einen Meßsensor 109 zur Erfassung der Spann- und Ausrichtbewegungen im Spannfutter 1. Der Sensor 109 arbeitet nach dem Prinzip der Magnetostriktion. Sein Erfassungsbereich ist größer als der Hub des Spannzylinders 60. Der Meßsensor 109 ist außerdem so angeordnet, daß er die Bewegungen bzw. Positionen direkt erfassen kann. Es sind keine mechanischen Zwischenelemente notwendig, um die Bewegungen bzw. Positionen an einen externen Sensor zu übertragen. Der konstruktive Aufbau des Spannfutters 1 würde dadurch erheblich komplizierter, und die Meßgenauigkeit wäre durch die große Übertragungsstrecke gering. Die Meßergebnisse können in einer CNC-Steuerung verarbeitet, zu Analysezwecken oder auch zur Steuerung oder Regelung der Spannfutterbewegungen herangezogen werden. Der Meßsensor 109 hat einen Meßstößel 134, der zentral durch das Spannfutter verläuft und mit seinem freien Ende abgedichtet in eine zentrale axiale Vertiefung 135 des Grundkörpers 115 des Hydraulikzylinders 60 ragt. Über den Meßstößel 134 werden die Spann- und Ausrichtbewegungen im Spannfutter 1 zuverlässig erfaßt.

Claims

Vorrichtung zum Einspannen von Werkstücken (50), insbesondere von Kurbelwellen und Nockenwellen, mit wenigstens einem Betätigungselement (21) für wenigstens ein radial betätigtes Spannelement (14) und mit wenigstens einer Zentrierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) für eine radial ausgleichende Spannbewegung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) reibungsarm gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) aerostatisch gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) hydrostatisch gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) als Gleitlager ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) nur während des Spannvorganges radial beweglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) im gespannten Zustand radial unbeweglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) ein Spannring ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) an beiden Stirnseiten (47, 47') am Außen- und am Innendurchmesser eine ringförmige umlaufende Erhöhung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung durch eine ringnutförmige Vertiefung (79, 113) in den Stirnseiten (47, 47') des Betätigungselementes (21) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Erhöhung mit benachbarten Begrenzungswänden (38, 39) ringförmige Spalträume (S₁, S₂) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Spalträume (S₁, S₂) während des Spannvorganges größer Null ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ringförmigen Spalträume (S₁, S₂) im gespannten Zustand größer Null ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ringförmigen Spalt raumes (S₁) im gespannten Zustand Null ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Vertiefungen (79, 113) des Betätigungselementes (21) gleich große beaufschlagbare Flächen (A₁, A₂) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Vertiefungen (79, 113) des Betätigungselementes (21) unterschiedlich große beaufschlagbare Flächen (A₁, A₂) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Spalträume (S₁, S₂) während des Spannvorganges von einem Druckmedium durchströmt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spalträume (S₁, S₂) wenigstens eine Bohrung (44, 45) zur Zuführung von Druckmedium mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium Luft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium Öl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium Wasser ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkraft (F) hydraulisch aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Betätigungselement (21) ein Hydraulikzylinder (60) untergebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (60) mit dem Spannelement (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (60) über wenigstens eine Zugstange (61) mit dem Spannelement (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (14) eine Spannzange ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) zweiteilig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) zwei Ringteile (65, 66) aufweist, die einen Aufnahmeraum (64) für den Hydraulikzylinder (60) begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß in den Aufnahmeraum (64) wenigstens eine Zuleitung (69) für Druckmedium mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (69) ein Rohr ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des Rohres (69) kugelförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Rohrenden in Bohrungen (72, 73) ragen.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (72, 73) im Spannfutterkörper (2) und im benachbarten Ringteil (66) des Betätigungselementes (21) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Rohrenden in den Bohrungen (72, 73) beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Rohrenden in den Bohrungen (72, 73) abgedichtet an der Bohrungswandung anliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung die Werkstückachse (57) zur Spannfutterachse (56) ausrichtet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung radial einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung durch eine mit dem Spannfutterkörper (2) fest verbundene Zentrierspitze (11) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierspitze (11) eine hohe radiale Steifigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierspitze (11) auswechselbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung durch eine externe Zentriereinrichtung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Werkstückachse (57) zur Spannfutterachse (56) nach dem Spannvorgang um höchstens 0,02 mm radial versetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (14) radial federnde Spannzungen (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (14) mit wenigstens einem Spanneinsatz (80, 84, 90) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (80, 84, 90) auswechselbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (80) einstöckig als Ring ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (80) radial verformbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (84, 90) mehrstöckig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 44 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (80, 84, 90) formschlüssig mit den Spannzungen (15) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 44 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanneinsatz (80, 84, 90) kraftschlüssig mit den Spannzungen (15) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 44 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (86) des Spanneinsatzes (80, 84, 90) profiliert, vorzugsweise geriffelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (1) gegen Eindringen von Partikeln und Flüssigkeiten abgedichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (1) wenigstens ein Prisma (33) zur Vorauflage des Werkstückes (50) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (1) Einheiten (103) zur radialen Ausrichtung des Werkstückes (50) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (103) Ausrichtbakken (106) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtbacken (106) an KoIbenstangen (105) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtbacken (106) einarmige Hebel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolbenstangen (105) drehfest ein Drehkolben (104) sitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (104) im Spannfutterkörper (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 56 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (105) axial über den Spannfutterkörper (2) ragen.
Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtbacken (106) an dem über den Spannfutterkörper (2) ragenden Ende der Kolbenstan gen (105) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 55 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtbacken (106) mit wenigstens einer Anlagefläche (133) zur Radialausrichtung des Werkstückes (50) versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Spannfutterbewegungen wenigstens ein Sensor (109) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (109) im Spannfutter (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (109) einen Meßstößel (134) aufweist, der mit dem Hydraulikzylinder (60) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstößel (134) unmittelbar mit dem Hydraulikzylinder (60) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 63 bis 66, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (109) an eine CNC-Steuerung angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des Sensors (109) in der CNC-Steuerung ausgewertet werden.
Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 68, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) nach Erreichen der vollen Spannkraft verriegelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (21) durch wenigstens einen Spannkeil (22) verriegelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 69 oder 70, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkeil (22) eine ebene Keilfläche (22a) aufweist, die mit einer ebenen Keilfläche (21a) des Betätigungselementes (21) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (21a, 22a) radiale und/oder axiale Bewegungen des Betätigungselementes (21) verhindern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 70 bis 72, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkeil (22) axial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkraft zur Verkeilung durch Federkraft aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkraft zur Verkeilung hydraulisch aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkraft zur Verkeilung pneumatisch aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 73 bis 76, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialkraft zur Lösung der Verkeilung hydraulisch aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 69 bis 77, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel so groß ist, daß in der Verkeilstellung Selbsthemmung entsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 69 bis 77, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel so groß ist, daß in der Verkeilstellung keine Selbsthemmung entsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 70 bis 79, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkeil (22) im Spannfutterkörper (2) angeordnet ist.