Spiraldehnspannsystem

Spannend gespannt

Bei der Bearbeitung von Werkstücken auf Dreh- und Fräsmaschinen werden die Werkstücke und die Werkzeuge in Spanndorne und Spannhülsen gespannt. Es sind verschiedene Spannsysteme bekannt. Die meist verwendeten sind: Spanndorne die mit einem axial verschobenen Kegel die Spannpatrone dehnen, hydraulische Spanndorne, polygonförmige Spanndorne, Spieth Hülsen usw. Alle haben gemeinsam, dass sie nur einen kleinen Spannbereich von einigen hundertstel Millimetern aufweisen. Ein neues Spiraldehnspannsystem spannt im tausendstel Bereich genau und besitzt trotzdem einen sehr großen Spannbereich von bis zu circa zwölf Prozent des Durchmessers.

Funktionsweise des Systems

Prototyp Spiraldehndorn einfach

Zum Spannen von Werkzeugen oder Werkstücken ist das Ziel eine möglichst große Spannkraft. Dann sind die Wandungen der Spiralen dickwandig und die Dimensionierung muss sehr massiv ausgelegt werden. Es können aber immer noch verhältnismäßig große Dehnungen ausgeführt werden, zum Beispiel von circa zwei bis vier Prozent. Eine günstige Kräftezerlegung ermöglich es bei Einleitung von großen Axialkräften sehr große Spannkräfte zu erzeugen. Die Dehnungen sind um Faktor 3-5 größer als vergleichbare andere Systeme. (Figuren 1-6). Zum Erzeugen der Axialkraft kann sinnvoll eine Differenztialschraube verwendet werden. Werden die Gewinde als Rechteckgewinde ausgeführt und die Steigungsdifferenz klein gewählt kann mit einer geringen Handkraft der Spanndorn oder die Spannhülse gespannt werden. Oft genügen sogar werkzeuglose Handkräfte an einem gerändelten Griff eingeleitet. Durch das Rechteckgewinde klemmt die Differentialspannschraube nicht. Beim Prototyp wurden mit Gewinde 1 mit D=20mm und Steigung 2,5mm und Gewinde 2 mit D=16mm und Steigung 2mm beste Ergebnisse erzielt. Die Differenzsteigung ist dann 0,5mm. Dabei sind die Gewinde selbsthemmend. (Figur 1-4). In den Figuren 5 und 6 ist eine Spiralspannhülse gezeigt, die Hohlteile mit dünnster Wandung spannen kann. Z.B. Rohre mit 100 mm Wandstärke und 1 mm Wandung ohne Verformung zum Polygon. Damit können Innenkonturen hochgenau und störungsfrei gedreht werden. Die Dorne und Hülsen können, wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, pneumatisch oder hydraulisch mittels eines Kolbens betätigt werden. Dann entsteht entweder ein Innen- oder ein Außengreifer zum Greifen von Werkstücken z.B. mittels Roboter, der sehr genaue Handhabung beim Spannen in Bohrungen oder beim Umfassen von Rohren ermöglicht. Bei Greifern werden mittlere Spannkräfte benötigt, aber größere Dehnungen. Dann kann die Dimensionierung schwächer erfolgen und die Wandungen dünner. Das Steilgewinde kann weniger Steil ausgeführt werden. Dann sind Dehnungen im Bereich von bis zu acht Prozent des Durchmessers bei guten Greifkräften möglich. Die Variablen sind: Die Dicke der Wandung, die Anzahl der Nuten und die Steigung der Spiralen. Als zusätzliche Variable kommt nun die Steigung der Steilgewindespindel hinzu. Damit kann das System sehr vielgestaltig ausgeführt werden. Dehnspanndorne und Dehnspannhülsen können in einem großen Abmessungsbereich konstruiert werden (sehr große bis sehr kleine). Die Dornen können durch eine axiale Druckkraft gestaucht werden, wobei sie auf Weiten und durch eine axiale Zugkraft gestreckt werden, wobei sie sich im Durchmesser verkleinern. Bei den Hülsen verhält es sich umgekehrt. Dies ermöglicht es zum Beispiel durch eine Zugkraft den Spanndorn zu verkleinern, um ein auf dem Dorn gespanntes Werkstücke leicht zu entnehmen oder eine Hülse zur leichten Entnahme durch eine Druckkraft zu vergrößern. Beim gezeigten Prototyp sind Durchmesserveränderungen von ungefähr 4 mm bei 60 mm Durchmesser machbar. Es sind andere noch nicht geahnte Anwendungen denkbar, zum Beispiel wenn die Spiralen mehrgängig (Dehnungen z.B. bis zu 50 Prozent oder mehr des Durchmessers) sind oder mit ganz flachem Steigungswinkel zum Erzeugen sehr großer Kräfte ausgeführt werden . Das System ist in vielen Varianten zum Patent angemeldet. Die Spiraldehnspannsysteme können als Sonderkonstruktion geliefert werden. Das System ist in vielen Varianten zum Patent angemeldet. Hans Erich Maul, Maul Konstruktionen / ee

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