DE29505993U1

DE29505993U1 - Selbsttätige Aufspannvorrichtung für wellenförmige Werkstücke und Werkstücke mit Bohrung

Info

Publication number: DE29505993U1
Application number: DE29505993U
Authority: DE
Original assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Current assignee: Liebherr Verzahntechnik GmbH
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2005-04-07

Description

Gebrauchsmusteranmeldung
Liebherr- Verzahntechnik
Anwaltsakte: K 41 310/7 JH/du.

Selbsttätige Aufspannvorrichtung für wellenförmige Werkstücke und Werkstücke mit Bohrung

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Aufspannvorrichtung für wellenförmige Werkstücke und Werkstücke mit Bohrung bei der das Werkstück zwischen zwei auf einer gemeinsamen Achse liegenden Maschinenteilen angeordnet ist, wie z. B. beim Fräsen einer Verzahnung.

Üblicherweise werden Werkstücke beim Wälzfräsen oder Wälzstoßen von Verzahnungen zwischen zwei geeigneten, auf einer gemeinsamen Achse liegenden Maschinenelementen, der Aufspannvorrichtung und dem Gegenhalter, angeordnet. Dadurch wird das Werkstück einerseits zentriert und andererseits kann es in der Aufspannvorrichtung fest eingespannt werden, so daß eine Relativdrehung des Werkstücks zur Aufspannvorrichtung, die meist das angetriebene Maschinenteil darstellt, verhindert wird.

Es gibt zahlreiche Varianten von Aufspannvorrichtungen. Eine häufige, insbesondere im Zusammenhang mit wellenförmigen Werkstücken anzutreffende Ausführung sieht vor, daß die Aufspannvorrichtung eine Spannhülse aufweist, in die das wellenförmige Werkstück eingesetzt wird, und die mit einer Druckspannzange angezogen wird. Als Gegenhalter dient entweder eine Spitze oder aber, als steifere Variante, eine zylindrische Führung.

Das Anziehen der Spannhülse, um den verspannten Zustand zu erzeugen, wird üblicherweise in einem separaten Schritt durchgeführt, nachdem das Werkstück zwischen Aufspannvorrichtung und Gegenhalter angeordnet wurde. D. h. neben dem Einsetzen des Werkstücks ist ein zusätzlicher Handgriff erforderlich, um die Spannhülse &zgr;. &Bgr;. mit einer Druckspannzange anzuziehen. Im Falle vollautomatischer Maschinen ist entsprechend ein zusätzlicher Mechanismus zum Anziehen der Spannhülse vorgesehen, der z. B. computertechnisch gesteuert wird. Der dazu

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erforderliche Aufwand an Antrieben und Maschinenteilen ist enorm und kostenintensiv.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser üblichen Aufspannvorrichtungen ist darin zu sehen, daß jeder zusätzliche Handgriff bwz. jede zusätzliche Spannoperation eine Erhöhung der Werkstückwechselzeiten bedeutet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aufspannvorrichtung zu schaffen, bei der ein separater Schritt zum Anziehen des in der Aufspannvorrichtung aufgenommenen Werkstücks entfällt und die dennoch in Aufbau und Funktionsweise sehr einfach ist .

Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Aufspannvorrichtung nicht gesondert, sondern bereits beim Einsetzen und Zentrieren des Werkstücks durch das zu spannende Werkstück selbst aktiviert wird.

Das Werkstück wird erfindungsgemäß durch den auf das Werkstück ausgeübten, rein axialen Druck des Gegenhalters mit einer in der Aufspannvorrichtung angeordneten Spannhülse verspannt, also ohne zusätzliches Anziehen der Spannhülse mittels einer separaten Vorrichtung.

Technisch wird diese Lösung realisiert, indem das Werkstück gegen ein Spannelement der Aufspannvorrichtung gedrückt, und dieses axial so verschoben wird, daß eine mit dem Spannelement verbundene Spannhülse gegen eine dem Spannhülsenkonus entsprechend gestaltete Gegenfläche verschoben wird, wodurch über die Spannhülse eine Verspannung zwischen der Gegenfiäche und dem Werkstück erzeugt wird.

Die Spannkraft wird nach diesem Prinzip also allein durch die auf das Werkstück axial ausgeübte Kraft des Gegenhalters erzeugt.

Damit das Werkstück, nachdem es fertig bearbeitet ist, aus der Aufspannvorrichtung wieder gelöst werden kann, ist das mit der Spannhülse

verbundene, axial verschiebbare Spannelement federbelastet. Das bedeutet, daß dieses Spannelement beim Einspannvorgang zunächst durch den axialen Druck des Werkstücks gegen diese Feder axial ausgelenkt wird, so daß das Spannelement nach Entlastung durch die Federkraft selbsttätig in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird. Dabei wird die mit dem Spannelement verbundene Spannhülse aus ihrer Spannposition herausgeschoben, und das Werkstück kann wieder aus der Aufspannvorrichtung entnommen werden.

Es versteht sich von selbst, daß das verschieb liehe Spannelement mit der Druckfeder in einem entsprechenden Gehäuse angeordnet ist, welches deren axiale Bewegung zuläßt.

Die absolute axiale Lage eines eingespannten Werkstücks hängt allerdings von den Fertigungstoleranzen der miteinander verspannten Teile (Werkstückdurchmesser, Spannhülse, Gegendruckfläche) ab. Je größer z.

B. das Untermaß des Werkstücks ist, desto weiter muß es gegen das axial verschiebliche Spannelement der Spannvorrichtung verschoben werden, bis die konischen Flächen der Spannhülse und der Gegendruckfläche gegeneinander zu liegen kommen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß die gesamte Aufspannvorrichtung gegen eine Federkraft axial verschieb lieh ist, bis ein definierter Teil des Werkstücks, z. B. das Wellenende, gegen einen ortsfesten Anschlag stößt. Auf diese Weise ist eine definierte axiale Lage des Werkstücks unabhängig von.Fertigungstoleranzen sichergestellt.

Im folgenden sind anhand der Figuren 1 bis 3 je eine Ausführungsform für wellenförmige Werkstücke und eine Ausführung für Werkstücke mit Bohrung dargestellt. Darin zeigen

Figur 1 einen Schnitt einer Aufspannvorrichtung für wellenförmige

Werkstücke;

Figur 2 einen Schnitt einer Aufspannvorrichtung für Werkstücke mit Bohrung; und

■ a · ·

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Figur 3 einen Querschnitt der Aufspannvorrichtung aus Figur 2 entlang der Linie A-A.

In Fig. 1 ist eine Aufspannvorrichtung für zylinderförmige Werkstücke dargestellt und zeigt die Aufspannvorrichtung mit einem darin eingespannten Wellenabsatz 100. Der Wellenabsatz 100 ist eingespannt in einer Spannhülse 40, deren sich zum Wellenende hin konisch verjüngende Außenfläche 41 sich gegen eine entsprechend ausgebildete' Gegendruckfläche 13 des Gehäuses 10 abstützt. Im Inneren 12 des Gehäuses 10 angeordnet ist ein in axialer Richtung bewegliches Spannelement 50, das eine Anschlagfläche 51 aufweist, gegen das das Ende 101 des Wellenabsatzes 100 anschlägt, wenn es durch die Spannhülse 40 hindurch ins Gehäuseinnere 12 eingeführt wird. Das Spannelement 50 ist außerdem so mit der Spannhülse 40 verbunden, daß die Spannhülse 40 zusammen mit dem Spannelement 50 in axialer Richtung verschoben wird, wenn der Wellenabsatz 100 eingeführt wird. Dadurch wird die Spannhülse 40 gegen die Gegendruckfläche 13 des Gehäuses 10 und gegen den Wellenabsatz 100 verspannt. Die Verbindung zwischen dem Spannelement 50 und der Spannhülse 40 ist hier formschlüssig gestaltet.

Die axiale Lage des eingespannten Werkstücks wird durch die Toleranz des Werkstückdurchmessers bestimmt, da ein geringerer Durchmesser eine weitere Verschiebung der Spannhülse 40 in Richtung zum Gehäuseinneren 12 gestattet.

Das Spannelement 50 wird im Gehäuseinneren 12 durch eine erste Feder 7 axial gestützt. Dies stellt sicher, daß sich ein ausgelenktes Spannelement 50 automatisch axial in Richtung zur Gehäuseöffnung zurück verschiebt, sobald das Werkstück entlastet wird. Die Verbindung zwischen dem Spannelement 50 und der Spannhülse 40 ist so gestaltet, daß die Entlastungsbewegung des Spannelements 50 durch Formschluß auf die Spannhülse 40 übertragen wird, so daß das Werkstück wieder aus der Spannhülse 40 herausgenommen werden kann.

Die Ausführungsform nach Figur 1 sieht desweiteren einen Zentrierdorn 80 vor, der in einer Axialbohrung 52 des Spannelements 50 angeordnet

und durch eine zweite Feder 8 axial gestützt ist. Ein in die Aufspannvorrichtung eingeführtes wellenförmiges Werkstück stößt dementsprechend zunächst gegen den Zentrierdorn 80, drückt den Zentrierdorn 80 entgegen der Kraft der zweiten Feder 8 in die Axialbohrung 52 hinein, bis das Ende 101 des Werkstücks auf die Anschlagfläche 51 des Spannelements 50 trifft. Auf diese Art wird das Werkstück vorzentriert, bevor es, wie oben ausgeführt, durch Verschieben des Spannelements 50 in der Spannhülse 40 endgültig zentriert und eingespannt wird.

Die Federkonstante C₂ der zweiten Feder 8 ist relativ klein gegenüber der Federkonstanten C₁ der ersten Feder 7, da die zweite Feder 8 lediglich zur Vorzentrierung dient und die erste Feder 7 große Kräfte erzeugen muß, um ein eingespanntes Werkstück wieder zu lösen. Die zweite Feder 8 kann sich entweder gegen eine Innenwand des Gehäuses 10 abstützen, wenn die Bohrung 52 des Spannelements 50 als Durchgangsbohrung ausgeführt ist, oder sie kann sich innerhalb der Bohrung 52 gegen das Spannelement 50 selbst abstützen, wie in Figur 1 dargestellt.

Im Falle, daß sich die zweite Feder 8 gegen das Spannelement 50 abstützt, muß dafür gesorgt sein, daß die erste Feder 7 nicht auslenkt bevor das Werkstückende 101 gegen die Anschlagfläche 51 stößt. Deshalb steht die erste Feder 7 unter einer Vorspannung, die so groß ist, daß die erste Feder 7 erst auslenkt, wenn das Wellenende 101 mit Sicherheit gegen die Anschlagfläche 51 angestoßen ist.

In Figur 1 ist desweiteren ein Gehäusedeckel 16 vorgesehen, der eine Schutzfunktion für die in der Spannvorrichtung angeordneten Bauteile besitzt, z. B. gegen Eindringen der bei der Bearbeitung erzeugten Späne. Ein Fräser 200 ist angedeutet, mit dem eine Verzahnung an dem Wellenabsatz hergestellt werden kann.

Figur 2 zeigt eine Spannvorrichtung für hohlzylinderförmige Werkstücke, auf der ein Wellenabsatz 100 in eingespannter Position zur Bearbeitung mit einem Fräser 200 angeordnet ist.

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In dieser Ausführungsform ist ein Spannelement 50 in der Bohrung eines Gehäuses 10 axial verschieblich angeordnet, wobei die Verschiebung des Spannelements 50 gegen eine erste Feder 7 erfolgt. Die dazu erforderliche Kraft wird von dem Gegenhalter über das einzuspannende Werkstück 100 in die Aufspannvorrichtung eingeleitet. Dazu sind Ansätze 53 mit Anschlagfiächen 51 an dem Spannelement 50 vorgesehen, die seitliche von dem Spannelement 50 abstehen und durch Öffnungen 15 des Gehäuses 10 hindurch reichen, so daß ein gegen die Anschlagfläche 51 geschobenes Werkstück eine axiale Verschiebung des Spannelements 50 in der Gehäusebohrung 14 zur Folge hat. An dem aus der Gehäusebohrung 14 herausragenden Ende 54 des Spannelements 50 ist eine Spannhülse 40 so angeordnet, daß ihre zylinderförmige Außenfläche die Innenfläche des Werkstücks zentriert.

Ein solchermaßen gegen die Ansätze 53 vorgeschobenes und durch die Spannhülse 40 zentriertes Werkstück wird dann durch weitere axiale Druckausübung auf das Werkstück selbsttätig gegen die Spannhülse 40 verspannt, indem die sich zum Gehäuse 10 ausgerichtete konische Innenfläche 41 der Spannhülse 40 gegen eine entsprechende konische Gegendruckfläche 13 des zur Spannhülse ortsfesten Gehäuses 10 verschiebt und dadurch aufweitet.

Am äußeren Gehäuse 90 sind Späneschutzelemente 92 vorgesehen, die unter den Ansätzen 53 angeordnet sind und ein Eindringen von Spänen in die Öffnungen 15 des Gehäuses 10 verhindert.

Die bisher beschriebenen Bauelemente der zweiten Ausführungsform für Werkstücke mit Bohrungen entsprechen in ihrer Funktion den Elementen der vorherbeschriebenen ersten Ausführungsform für wellenförmige Werkstücke, wobei jedoch die äußere Gestaltung an die besonderen Erfordernisse der Bohrungsaufspannung angepaßt sind. Der in der ersten Ausführungsform vorgesehene Zentrierdorn 80 mit der zweiten Feder 8 ist hier jedoch entfallen, da eine Zentrierung allein durch die Spannhülse 40 erfolgt.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform weist als zusätzliches Merkmal auf, daß die gesamte Aufspannvorrichtung gegen eine weitere Feder 9 axial verschieblich ist, wobei sich die weitere Feder 9 gegen ein äußeres Gehäuse 90 abstützt und das Gehäuse 10 in dem äußeren Gehäuse 90 axial verschieblich angeordnet ist. Das Gehäuse 10 ragt lediglich mit dem konischen Teil, der die Gegendruckfläche 13 für die Spannhülse 40 bildet, aus dem äußeren Gehäuse 90 heraus. Dies ermöglicht es, daß zum Gehäuse 10 zentrierte und eingespannte Werkstück zusammen mit dem Gehäuse 10 entgegen der Kraft der weiteren Feder 9 soweit zu verschieben, bis das Ende 101 des Werkstücks 100 gegen eine Anschlagfläche 91 des äußeren Gehäuse 90 anstößt. Diese Gestaltung hat im Gegensatz zu der ersten beschriebenen Ausführungsform den Vorteil, daß die axiale Lage des Werkstücks 100 durch die Anschlagfläche 91 exakt definiert ist, unabhängig von irgendwelchen Fertigungstoleranzen, die sich auf die eingespannte Lage auswirken könnten.

Sinnvollerweise ist die Federkonstante c_w der weiteren Feder 9 größer als die Federkonstante C₁ der ersten Feder 7 und steht unter einer solchen Vorspannung, daß sie erst auslenkt, wenn eine zum eigentlichen Spannen des Werkstücks vorbestimmte Kraft überschritten ist.

Ein solcher die axiale Lage des Werkstücks exakt definierender Endanschlag 91 kann entsprechend auch in der ersten Ausführungsform für wellenförmige Werkstücke ausgebildet sein. Das Charakteristische an dieser spezifischen Gestaltung besteht darin, daß die eigentliche Aufspannvorrichtung mit einem darin eingespannten Werkstück in seiner Gesamtheit soweit axial verschoben wird, bis das Werkstückende oder eine sonstige Bezugsfläche des Werkstücks gegen den Anschlag 91 stößt. Um dieses Prinzip auf die erste Ausführungsform zu übertragen, muß das Gehäuse 10 entsprechend mit dem zentrierten und eingespannten Werkstück 100 (sinnvoller Weise gegen einen Federdruck) axial verschoben werden können. Dazu können ein oder mehrere ortsfeste Anschläge durch das Spannelement 50 hindurch ragen, gegen die das Ende 101 des Werkstücks 100 anstößt, wenn die gesamte Spannvorrichtung nur weit genug axial vorgeschoben wird. Dies würde dann auch im Falle der Spannvorrichtung für wellenförmige Werkstücke eine axial defi-

nierte Lage des Werkstücks garantieren. Eine Figur zu dieser speziellen Ausführungsform ist nicht angegeben, da der Fachmann dieses Prinzip problemlos anhand des im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform erläuterten Prinzips auf die erste Ausführungsform übertragen kann.

Claims

-9- Schutzansprüche

1. Selbsttätige Aufspannvorrichtung für wellenförmige Werk-

stücke, enthaltend

ein Gehäuse (10) mit einer Gehäuseöffnung, die eine zum Gehäuseinneren (12) konisch zulaufende Innenfläche (13) aufweist,
eine in der Gehäuseöffnung angeordnete Spannhülse (40) mit kegelförmiger Außenkontur (41) und zylinderförmiger Innenkontur zur Aufnahme eines wellenförmigen Werkstücks, wobei die kegelför

mige Außenkontur (41) der Spannhülse (40) der konischen zulaufenden Innenfläche (11) des Gehäuses (10) gegenüberliegend angeordnet ist, gekennzeichnet durch

ein axial bewegliches Spannelement (50), das im Gehäuseinneren

(12) angeordnet und dessen erstes axiales Ende mit der Spannhülse

(40) formschlüssig verbunden ist und dessen zweites axiales Ende

sich gegen eine erste Feder (7) abstützt, wobei das Spannelement

(50) desweiteren eine Anschlagfläche (51) besitzt, gegen die das ins Gehäuseinnere (12) hineinragende Ende des Werkstücks anstoßen kann,

so daß ein axiales Verschieben des Werkstücks gegen die Anschlagfläche (51) ein Verschieben des Spannelements (50) und damit eine Verspannung der mit dem Spannelement (50) verbundenen Spannhülse (40) zwischen der konischen zulaufenden Innenfläche (11) der Gehäuseöffnung und dem wellenförmigen Werkstück bewirkt.

2. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Spannelement (50) ein Zentrierdorn (80) angeordnet ist, der axial gegen eine zweite Feder (8) beweglich ist, so daß das in die Aufspannvorrichtung eingeführte Ende des wellenförmigen Werkstücks zur Spannhülse (40) vorzentriert ist, bevor es gegen die Anschlagfläche (51) anstoßen kann.

3. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 2, da- durch gekennzeichnet, daß sich die erste Feder (7) gegen das Gehäuse

(10) und die zweite Feder (8) gegen das Spannelement (50) abstützen.

4. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante C₁ der ersten Feder (7) größer ist als die Federkonstante C₂ der zweiten Feder (8).

5. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) in einem äußeren Gehäuse (90) axial verschiebbar angeordnet ist und sich über eine weitere Feder

(9) im Gehäuse (90) abstützt, wobei das äußere Gehäuse (90) eine Anschlagfläche (91) aufweist, gegen die das wellenförmige Werkstück anstoßen kann, wenn es im zentrierten und verspannten Zustand zusammen dem Gehäuse (10) gegen die Kraft der weiteren Feder (9) weiter vorgeschoben wird.

6. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß sich die erste Feder (7) gegen das Gehäuse

(10) und die weitere Feder (9) gegemn das äußere Gehäuse (90) abstützt, wobei die Federkonstante C₁ der ersten Feder (7) kleiner ist als die Federkonstante c_w der weiteren Feder (9).

7. Selbsttätige Aufspannvorrichtung für Werkstückteile mit Bohrung, enthaltend

ein Gehäuse (10) mit einem ersten axialen Ende, das eine kegelstumpfförmig gestaltete Außenfläche (13) und eine dazu konzentrische axiale Gehäusebohrung (14) besitzt,

ein in der Gehäusebohrung (14) axial verschiebbar angeordnetes Spannelement (50) mit einem aus der Gehäusebohrung (14) herausragenden, ersten axialen Ende (54), einem gegen eine erste Feder (7) abgestützten, zweiten axialen Ende und seitlich abstehenden Ansätzen (53) mit Anschlagflächen (51), die durch entsprechend angeordnete Öffnungen (15) aus dem Gehäuse (10) herausragen, und

eine zum Spannen von Werkstücken mit Bohrung geeignete Spannhülse (40), die an dem ersten Ende des Spannelements (50) befestigt ist, wobei die Spannhülse (40) eine konische Innenfläche (41) auf-

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weist, die der kegeistumpfförmigen Außenfläche (13) des Gehäuses

(10) gegenüberliegend angeordnet ist,

so daß ein über die Spannhülse (40) gegen die Anschlagflächen (51) des Spannelements (50) geschobene Werkstück mit Bohrung zunächst ein Verschieben der Spannhülse (40) gegen die kegelstumpfförmige Außenfläche (13) des Gehäuses (10) und damit eine Zentrierung des Werkstücks zur Achse der Gehäusebohrung (14) bewirkt, und weiterer axialer Druck auf das Werkstück eine Verspannung der Spannhülse (40) zwischen dem Werkstück und der kegeistumpfförmigen Außenfläche (13) des Gehäuses (10) bewirkt.

8. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) in einem äußeren Gehäuse (90) axial verschiebbar angeordnet ist und sich über eine weitere Feder

(9) im Gehäuse (90) abstützt, wobei das äußere Gehäuse (90) eine Anschlagfläche (91) aufweist, gegen die das Werkstück anstoßen kann, wenn es im zentrierten und verspannten Zustand zusammen dem Gehäuse (10) gegen die Kraft der weiteren Feder (9) weiter vorgeschoben wird.

9. Die selbsttätige Aufspannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Feder (7) im Gehäuse (10) und die weitere Feder (9) im äußeren Gehäuse (90) abstützt, wobei die Federkonstante el der ersten Feder (7) kleiner ist als die Federkonstante c3 der weiteren Feder (9).