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Gedämpftes Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz - Dokument DE102004024745A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004024745A1 15.12.2005
Titel Gedämpftes Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz
Anmelder Franz Haimer Maschinenbau KG, 86568 Hollenbach, DE
Erfinder Kopp, Hermann, 86571 Langenmosen, DE
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Anmeldedatum 19.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004024745
Offenlegungstag 15.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.12.2005
IPC-Hauptklasse B23B 31/117

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine fixierbaren Futterkörper, in dem eine zentrale Aufnahme für den Schaft eines zu spannenden Werkzeuges ausgebildet ist.

Spannfutter dieser Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und dienen dazu, einen Werkzeugschaft wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft in der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren.

Die herkömmlichen Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz bestehen in der Regel aus einem Futterkörper aus Metall, der an der Arbeitsspindel der jeweiligen Werkzeugmaschine angebracht werden kann und der eine zentrale Aufnahme für den Schaft des zu spannenden Werkzeuges aufweist.

Solche sogenannten Wärmeschrumpffutter haben sich in der Praxis, bei verhältnismäßig niederen Spindeldrehzahlen, durchaus bewährt. (US-PS 53 11 654)

Da diese Schrumpffutter jedoch Schwingsysteme mit sehr geringer Dämpfung darstellen, können diese bei höheren Spindeldrehzahlen bzw. bei längeren Schrumpffutter-Ausführungen schon bei niederen Drehzahlen, leicht in ihrer Eigenresonanz angeregt werden.

Dies führt dann zu dem schädlichen „Rattern", mit der daraus resultierenden Qualitätsminderung an der Werkstückoberfläche oder im schlimmsten Fall, zur Zerstörung des Werkstücks.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Schrumpffutter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß im Betrieb auch bei hohen Spindeldrehzahlen das schädliche „Rattern" verhindert wird. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mehrteilige Schrumpffutter als stark vorgespannte Struktur ausgebildet ist.

Über den inneren Werkzeughalter (2) wird die Hülse (3) stark mit dem Futterkörper (1) verspannt. Die hohe Zug- oder Druckspannung kann, je nach Ausführung, über Spannschraube bzw. Presse mit Presssitz erfolgen.

Der Werkzeughalter (2) liegt dabei in seinem vorderen Bereich, durch Absatz an der umgebenden Hülse (3) an und leitet dort die hohen Verspannkräfte in die Hülse (3) ein, die, je nach Schrumpffutterausführung zu hohen Zug- bzw. Druckspannungen im gesamten Hülsenbereich führen.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken werden die am Werkzeug auftretenden Schnittkräfte und Vibrationen vor allem von der stark vorgespannten Hülse (3) aufgenommen, um sie in Richtung Arbeitsspindel weiterzuleiten. Dabei zeigt nun diese vorgespannte Hülse bezüglich des schädlichen „Rattern" zwei sehr positive Effekte:

I. Dämpfungserhöhung

Wie auch in der Fachliteratur beschrieben, zeigen metallische Materialien schon im elastischen Bereich bei hohen mechanischen Spannungen einen Anstieg der inneren Dämpfung. Dies trifft auch für Fügestellen von Strukturen zu.

Dieser Effekt führt bei dem stark vorgespannten Hülsenschrumpffutter in vorteilhafter Weise zu einem deutlichen Dämpfungsanstieg.

II. Dynamische Steifigkeitserhöhung

Durch die starke Hülsenvorspannung wird die Federhärte c des „Schwingsystems Schrumpffutter" deutlich erhöht. Da zudem die Masse der Hülsenvariante, gegenüber einteiligen Schrumpffuttern geringer ist, ergibt sich für die Resonanzfrequenz

ein deutlicher Anstieg.

Die Eigenfrequenz dieser Schwingsysteme wird nach oben angehoben und kann auch von höheren Spindeldrehzahlen nicht mehr angeregt werden.

Diese beiden Effekte des erfindungsgemäß stark vorgespannten Hülsenschrumpffutters verhindern durch ihre Dämpfungs- und Steifigkeitserhöhung weitgehend die schädlichen Ratterschwingungen von Werkzeugmaschinen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das Schrumpffutter 3-teilig auszubilden. Der als Spannschraube ausgebildete Werkzeughalter (2) liegt mit seinem Absatz im Bereich des Werkzeugschaftes an der ihn konzentrisch umgebenden Hülse (3) an und drückt diese mit sehr hoher Kraft gegen den Futterkörper (1).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schrumpffutter 2-teilig ausgebildet wird, wobei der zentrale Werkzeughalter (2) im Bereich des Werkzeugschaftes mit hoher Kraft in Längsrichtung mit der umgebenden Hülse (3) des Futterkörpers (1) verspannt wird. Die hohe Vorspannung wird durch Presssitz des Werkzeughalters (2) im Futterkörper (1) aufrechterhalten.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen.

In den Zeichnungen zeigen

1 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer zwischen Futterkörper (1) und Werkzeughalter (2) mit hohem Druck belasteten Hülse (3).

2 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der die Hülse (3) des Futterkörpers (1) durch den Werkzeughalter (2) stark auf Zug vorgespannt ist. Die Vorspannung wird durch Presssitz (5) im Futterkörper (1) aufrecht erhalten.

3 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Futterkörper (1) und Werkzeughalter (2) einteilig ausgeführt sind. Die in ihrem vorderen Bereich über Formschluß am Werkzeughalter (2) anliegende Hülse (3) wird mittels Spannschrauben (6) gegen den Futterkörper (1) gespannt.

4 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Werkzeughalter (2) über Gewinde (7) im Futterkörper (1) mit der Hülse (3) verspannt ist.

5 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der die Aufnahme für den Werkzeugschaft (4) in der Hülse (3) des Futterkörpers (1) angebracht ist. Die Hülse (3) wird durch Druckbolzen (8) vorgespannt, der mittels Presssitz (5) im Futterkörper (1) gegengehalten wird.

6 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der in der Anlagefläche zwischen Hülse (3) und Werkzeughalter (2) ein zusätzlicher Dämpfungsring (9) zwischengeschaltet ist.

7 im Längsschnitt eine Ausführungsform eines Spannfutters gemäß der vorliegenden Erfindung bei der jedoch der Schaft des Werkzeughalter (2) als radialer Schwingungstilger (10) ausgebildet ist. Vorteilhaft ist dies anzuwenden bei einem sehr langen schlanken Schrumpffutter, das schon bei relativ niederen Frequenzen seine Eigenresonanz aufweist. Durch axiales Verschieben der Tilgermasse (10) kann die Tilgerfrequenz auf die zu dämpfende Schrumpffutterresonanz eingestellt werden.


Anspruch[de]
  1. Spannfutter zum Spannen von Werkzeugen durch Schrumpfsitz mit einem an der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine fixierbaren Futterkörper (1), einem Werkzeughalter (2) in dem eine zentrale Aufnahme (4) für den Schaft eines zu spannenden Werkzeuges ausgebildet ist und einer den Werkzeughalter (2) konzentrisch umgebenden Hülse (3), dadurch gekennzeichnet, daß der innere Werkzeughalter (2) als Spannschraube ausgebildet ist und die Hülse (3) mit hoher Kraft gegen den Futterkörper (1) spannt.
  2. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (1) und die Hülse (3) einteilig sind und die Hülse (3) durch den Werkzeughalter (2) stark auf Zug vorgespannt wird. Die Vorspannung wird durch Presssitz (5) im Futterkörper aufrecht erhalten.
  3. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Futterkörper (1) und der Werkzeughalter (2) einteilig ausgebildet sind und die in ihrem vorderen Bereich über Formschluß am Werkzeughalter (2) anliegende Hülse (3) mittels Spannschrauben (6) mit dem Futterkörper (1) verspannt ist.
  4. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (1) und die Hülse (3) einteilig sind und der Werkzeughalter (2) über Gewinde (7) die Hülse (3) auf Zug vorspannt.
  5. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (4) für den Werkzeugschaft in der Hülse (3) angebracht ist und die Hülse (3) durch Druckbolzen (8) mittels Presssitz (5) auf Zug vorgespannt ist.
  6. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlagefläche zwischen Hülse (3) und Werkzeughalter (2) ein zusätzlicher Dämpfungsring (9) zwischengeschaltet ist.
  7. Spannfutter nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (2) als Schwingungstilger durch eine ihn umschließende, axial verschiebbare Masse (10) ausgebildet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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