Nicht nur Lückenfüller

Maschinenelemente

Zwischenbüchsen – Die sichere Spannung von Werkstück und Werkzeug ist eine essenzielle Voraussetzung für präzise Bearbeitungsprozesse. Zwischenbüchsen gewährleisten dabei eine sichere und flexible Spannung auch bei variierender Größe des zu spannenden Teils.

31. August 2011

Eine häufig unterschätzte Komponente vieler Bearbeitungsmaschinen sind Zwischenbüchsen zum Ausgleich von Maßdifferenzen zwischen dem Spanndurchmesser des Spannmittels und dem zu spannenden Teil. Die dünnwandigen, meist längs geschlitzten Präzisionshülsen sitzen damit jedoch an einer entscheidenden Schnittstelle im Zerspanungsprozess und beeinflussen deshalb maßgeblich die Zuverlässigkeit und Präzision der Spannung. Als Reduziereinsätze vervielfachen sie die Einsatzmöglichkeiten von Spannfuttern oder Spanndornen, gleichen Toleranzen aus oder gewährleisten beispielsweise bei Zahnrädern eine sichere und schonende Spannung. Jüngste Entwicklungen sind Zwischenbüchsen mit Düseneffekt, die die Werkzeugstandzeiten verlängern und das Zeit-Span-Volumen erhöhen.

Technisch gesehen haben die nachgiebi-gen Zubehörteile keine einfache Aufgabe, schließlich müssen sie die Spannkraft gleichmäßig über ihre gesamte Wandung, radial vom Spannmittel auf das Werkstück oder auf den Werkzeugschaft übertragen, wobei die komplette Spannkraft auf sie einwirkt. Erodierte Schlitze in der Wandung verschaffen der Zwischenbüchse die nötige Beweglichkeit und lassen Raum für die Durchleitung von Kühlschmiermittel. Zudem beeinflusst ihre Fertigungspräzision maßgeblich die erzielbare Rundlaufgenauigkeit. Bei Zwischenbüchsen für Präzisionswerkzeughalter liegt diese zum Teil unter 0,003 Millimeter.

Am häufigsten werden Zwischenbüchsen in Werkzeughaltersystemen zur flexiblen Überbrückung des Spanndurchmessers eingesetzt, weil sich so in ein und derselben Aufnahme unterschiedliche Schaftdurchmesser präzise und prozesssicher spannen lassen. Ihr Einsatz ist dabei weitgehend unabhängig von der verwendeten Spanntechnik. So können sie in Hydro-Dehnspannfuttern ebenso eingesetzt werden wie in Werkzeugaufnahmen mit Polygonspanntechnik oder in Dehnspannfuttern mit Elastomertechnik. Zwei wesentliche Einschränkungen gibt es: So eignen sich Zwischenbüchsen aufgrund der thermischen Einwirkung nicht für den Einsatz in Warmschrumpffuttern, wodurch sich die Flexibilität dieser Aufnahmen deutlich verringert. In Spannzangenfuttern wiederum kommen systembedingt anstelle von Zwischenbüchsen mechanische Spannzangen zum Einsatz, mit denen ebenfalls unterschiedliche Durchmesser abgedeckt werden können, allerdings reicht deren Rundlaufgenauigkeit meist nicht für Präzisionsanwendungen aus.

Ungestörte Kühlung

Abhängig von der Methode zur Werkzeugkühlung gibt es Zwischenbüchsen in zwei Ausführungen: In kühlmitteldichter Version eignen sie sich für die innere Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug, nicht kühlmitteldicht hingegen ermöglichen sie die Peripheriekühlung der Werkzeuge. Der Spann- und Greiftechnikspezialist Schunk aus Lauffen am Neckar hat hierzu die neuartigen Zwischenbüchsen der Baureihe GZBS mit einer einzigartigen Düsengeometrie der Kühlmittelschlitze entwickelt, die sicherstellt, dass die Schneide bei Peripheriekühlung stets optimal mit Kühlschmiermittel versorgt wird. Als Folge steigen die Werkzeugstandzeiten und die Bearbeitungsualität. Weil die Zwischenbüchsen dabei nicht komplett durchgeschlitzt sind, sind sie zudem besonders stabil. So lässt sich mit ihnen im Einzelfall ein mehr als 50 Prozent höheres Drehmoment erreichen als bei einer Direktspannung, was höhere Vorschübe und damit kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht. Ein verschiebbares Zwischenstück ermöglicht die flexible Einstellung der Werkzeuglänge, was sich insbesondere beim Einsatz in Mehrspindlern und bei der Werkzeugvoreinstellung schnell auszahlt.

Eine besondere Rolle übernehmen Zwischenbüchsen beim automatisierten Werkzeugschleifen. Hier kommen meist kraftbetätigte Hydro-Dehnspannfutter zum Einsatz, die im Gegensatz zu Spannzangenaufnahmen keine Öffnungen oder Spalten aufweisen und daher unempfindlich gegenüber Schleifstaub sind. Ihre hohe Rundlauf- und Wechselwiederholgenauigkeit kommt unmittelbar der Schneidengeometrie der Werkzeuge zugute, wo bereits wenige tausendstel Millimeter über die Qualität der gefertigten Werkzeugschneiden entscheiden. Zudem dämpft das Hydrauliksystem der Aufnahmen die beim Schleifen auftretenden Schwingungen und gewährleistet so eine hervorragende Oberflächenqualität.

Beim automatisierten Beladen der Schleifmaschine werden die Werkzeuge zunächst manuell in Präzisions-Zwischenbüchsen gefügt, magaziniert und anschließend automatisiert in das Hydro-Dehnspannfutter auf der Maschinenspindel gewechselt. Die Zwischenbüchsen gleichen dabei die Unterschiede zwischen dem jeweiligen Schaftdurchmesser der Werkzeuge und dem Spanndurchmesser des Schleiffutters aus, sodass sich unterschiedlichste Schaftdurchmesser in einem einzigen Spannfutter präzise spannen lassen. Die Anwender der Schleifmaschinen profitieren von einem gleichmäßigen Materialabtrag und von einer hohen Prozesssicherheit. Zudem erhöht die exzellente Form- und Maßhaltigkeit an der Werkzeugschneide die Standzeit der Werkzeuge um bis zu 75 Prozent.

Vielfacher Nutzen

Auch bei der hochpräzisen Werkstückspannung ermöglichen es Zwischenbüchsen häufig, unterschiedliche Spanndurchmesser auf einem einzigen Grundfutter oder Grunddorn zu spannen und auf diese Weise den Einsatzbereich zu erweitern. Als Voraussetzungen zu beachten ist lediglich, dass die Toleranzfelder der Zwischenbüchse sich innerhalb der zulässigen Dehnrate von 0,3 Prozent des Spanndurchmessers befinden und dass die Wandstärke der Zwischenbüchse mindestens zwei Millimeter beträgt. Selbst bei der Spannung von Zahnrädern sind Zwischenbüchsen nicht mehr wegzudenken: So lassen sich Werkstücke mit Innen- oder Außenverzahnung mit einer zylindrischen Zwischenbüchse im Kopfkreis spannen. Alternativ können verzahnte Zwischenbüchsen zur Spannung im Fußbereich oder in den Flanken eingesetzt werden.

Eine wichtige Überbrückungsfunktion übernehmen Zwischenbüchsen zudem, wenn es darum geht, Werkstücke mit unterbrochenen Spannflächen zu spannen, wie etwa mit Nuten oder Ausnehmungen. Ähnliches gilt für asymmetrische Spannflächen, deren Toleranzen mit der reinen Dehnspanntechnik nicht überbrückt werden können. In beiden Fällen können Zwischenbüchsen verhindern, dass es zu einem undefinierten Kräfteverlauf kommt und sich die dünnwandigen Dehnbüchsen der Spanndorne aufgrund der fehlenden Abstützung unkontrolliert deformieren. Überdies können Zwischenbüchsen gehärtete Spanndurchmesser optimal vor Verschleiß schützen und verlängern damit die Lebensdauer der hochwertigen Spannmittel.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011