[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen in einer Spannzange, mit einer Spannzange, die eine konusförmige Außenfläche aufweist, die an einer entsprechend geformten Innenoberfläche eines Werkzeughalters anliegt, mit einem im Werkzeughalter axial beweglichen Spanner zum Spannen und Entspannen der Spannzange.

[0002] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Spannen und Entspannen von Werkstücken in einer Spannzange.

[0003] Spannzangen sind seit Jahrzehnten im Stand der Technik gebräuchlich, um Werkzeuge mit hoher Spannkraft und hoher Präzision zu spannen. Bei kleineren Durchmessern ist die Spannkraft allerdings naturgemäß relativ begrenzt.

[0004] Grundsätzlich besteht immer die Bestrebung, möglichst hohe Spannkräfte zu erzeugen.

[0005] Aus der DE 10 2009 053 615 B3 ist eine Spannzange mit einer Spannmutter gemäß dem

Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, die auf das äußere Ende der Spannzange von außen aufschraubbar ist. Zum Spannen eines Werkzeugs wird die Spannzange zunächst durch Anziehen der Spannmutter mit einem ersten Anzugsmoment vorgespannt, dann die Spannmutter so temperiert, dass die Spannmutter eine höhere Temperatur aufweist als das Spannzangenfutter oder die Spannzange. Anschließend werden die Spannmutter und das Spannzangenfutter mit einem zweiten, höheren Anzugsmoment miteinander verschraubt. Dadurch soll insgesamt eine höhere Spannkraft als bei herkömmlichen Spannzangen erreicht werden.

[0006] Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass ein Spannen eines Werkzeugs mit einer reproduzierbaren Spannkraft kaum möglich ist. Zunächst wird beim ersten Erwärmungsschritt die Spannzange gemeinsam mit der außen aufgesetzten Spannmutter erwärmt, anschließend muss zunächst die Heizeinrichtung entfernt werden, bevor eine Spannung mit dem ersten Anzugsmoment erfolgen kann. Erst dann erfolgt eine nochmalige Erwärmung und danach ein Verschrauben mit dem zweiten höheren Anzugsmoment. Auch eine Automatisierung ist mit einer derartigen Anordnung kaum möglich.

[0007] Ferner sind herkömmliche Spannzangen bekannt, die mittels eines Spanners betätigbar sind (vgl. DE 39 38 689 A1).

[0008] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen in einer Spannzange anzugeben, womit eine möglichst hohe Spannkraft erzielt werden kann. Dabei sollen bevorzugt eine möglichst gute Reproduzierbarkeit der Spannkraft und eine möglichst weitgehend automatisierte Bedienung ermöglicht werden. Auch soll bevorzugt ein möglichst guter Rundlauf erzielbar sein.

[0009] Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen in einer Spannzange angegeben werden.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen in einer Spannzange gelöst, mit einer Spannzange, die eine konus- förmige Außenfläche aufweist, die an einer entsprechend geformten Innenoberfläche eines Werkzeughalters mit einer Maschinenseite und mit einer Werkzeugseite anliegt, mit einem axial beweglichen Spanner, der dazu ausgebildet ist, eine Axialbewegung zum Spannen und Fixieren der Spannzange oder zum Ausziehen der Spannzange zu ermöglichen, wenn der Werkzeughalter thermisch aufgeweitet ist, wobei der Spanner innerhalb des Werkzeughalters auf der Maschinenseite der Spannzange angeordnet ist.

[0011] Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen in einer Spannzange mit den folgenden Schritten gelöst:

Einbringen einer Spannzange mit einer konusförmigen Außenfläche in einen entsprechend geformten Hohlraum eines Werkzeughalters mit einer Maschinenseite und einer Werkzeugseite;

Koppeln der Spannzange mit einem axial innerhalb des Werkzeughalters beweglichen, maschinenseitig angeordneten Spanner zum Spannen oder Entspannen der Spannzange;

Einführen des Werkzeugs mit seinem Schaft in einen von der Spannzange umschlossenen Hohlraum;

Erhitzen des Werkzeughalters im Bereich der Spannzange; axiales Bewegen des Spanners zum Spannen und Fixieren der Spannzange oder zum Ausziehen der Spannzange, während der Werkzeughalter thermisch aufgeweitet ist.

[0012] Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

[0013] Die Spannzange kann thermisch aufgeweitet werden und im thermisch aufgeweiteten Zustand gespannt werden.

[0014] Der Werkzeughalter vergrößert während der Erwärmung sowohl seinen Innendurchmesser als auch seine Länge im Bereich der Spannzange und dahinter. Wenn die Spannzan- ge durch den Spanner mittels axialer Zustellung zur Anlage am Werkzeughalter und am Werkzeugschaft gebracht wird, so kommt es bei der nachfolgenden Kühlung zu einer Überlagerung der Kräfte, die aus der thermisch initiierten Relativbewegung, nämlich aus der radialen thermischen Dehnung und aus der Axialbewegung, resultieren. Dadurch lassen sich sehr hohe Spannkräfte auf den Werkzeugschaft realisieren, welche um den Faktor 2 bis 4 über den Spannkräften herkömmlicher Schrumpfspannfutter liegen.

[0015] Abhängig vom Konuswinkel der Spannzange und in Reibungsverhältnissen zwischen Werkzeugschaft und Spannzange sowie zwischen Spannzange und Werkzeughalter kommt es bei einer axialen Zugkraft auf das Werkzeug zu einer Kraftverstärkung der radial wirkenden Klemmkräfte. Bei einer guten Auslegung kann somit ein Auszug des Werkzeuges durch axial wirkende Kräfte sicher ausgeschlossen oder zumindest hin zu höheren Auszugskräften verschoben werden.

[0016] Ferner werden durch die axiale Bewegung des Spanners gegen den Innenkonus des Werkzeughalters Toleranzen des Schaftdurchmessers vollständig ausgeglichen. Die Haltekräfte sind unabhängig von Schafttoleranzen und Fertigungstoleranzen im Durchmesser.

[0017] Es ergibt sich eine hohe Reproduzierbarkeit der Spannkraft. Auch ist eine automatische oder teilautomatische Betätigung realisierbar.

[0018] Da sich der Spanner innerhalb des Werkzeughalters auf der Werkzeugseite befindet, ist beim Aufheizen gewährleistet, dass sich zunächst der äußere Bereich des Werkzeughalters zusammen mit der Spannzange erwärmt, ohne dass der Spanner oder eine Betätigung des Spanners beeinträchtigt wird. Der Spanner kann jederzeit betätigt werden, auch wenn sich der Werkzeughalter innerhalb einer zugeordneten Heizeinrichtung befindet.

[0019] Die Kombination von verschiedenen Materialien, Körpern und Reibkontakten im Kraftfluss zwischen maschinenseitiger Aufnahme und Werkzeugschaft wirkt sich ferner vorteilhaft auf die Dämpfungseigenschaften des Werkzeughaltersystems aus. [0020] Zur Aufheizung ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, bei der es sich bevorzugt um eine induktive Heizeinrichtung handelt.

[0021] Mit einer induktiven Heizeinrichtung lässt sich ein besonders schnelles, gezieltes Aufheizen im gewünschten Bereich erzielen.

[0022] Die Aufbringung der Axialkraft zwischen Spanner und Spannzange kann grundsätzlich kraftgesteuert oder weggesteuert erfolgen.

[0023] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Spanner und Spannzange eine in Axialrichtung formschlüssige Verbindung vorgesehen.

[0024] Hierdurch wird ein Ausziehen der Spannzange zum Lösen auch dann ermöglicht, wenn diese aufgrund ungünstiger Reibungsverhältnisse noch im Werkzeughalter festsitzen sollte.

[0025] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Aktor zur axialen Bewegung des Spanners vorgesehen.

[0026] Vorzugsweise ist hierbei der Aktor als Drehantrieb ausgebildet, mittels dessen der Spanner verdrehbar ist, wobei zwischen dem Spanner und dem Werkzeughalter eine Gewindeverbindung zur Umsetzung einer Drehbewegung des Aktors in eine axiale Bewegung des Spanners vorgesehen ist.

[0027] Auf diese Weise kann die axiale Bewegung des Spanners zum Spannen bzw. Entspannen der Spannzange auf einfache Weise über eine Drehbewegung mittels des Aktors erzeugt werden.

[0028] Es ist denkbar, anstelle der Verbindung eines Gewindes in Kombination mit einem Aktor als Drehantrieb zur axialen Bewegung des Spanners einen externen Zug-/Druckanker zu verwenden, der nicht permanenter Teil des Werkzeughalters ist. Eine derartige Ausgestal- tung ist besonders bei sehr kleinen Konuswinkeln im Bereich von -5° bis +5° gut realisierbar.

[0029] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Halter vorgesehen, in welchem der Werkzeughalter drehtest fixierbar ist.

[0030] Auf diese Weise wird eine Drehung des Werkzeughalters beim Antrieb des Aktors ausgeschlossen.

[0031] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor als Motor ausgebildet, welcher mit dem Spanner über eine Welle gekoppelt ist, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Erhitzung von Werkzeughalter und Spannzange mit einer Axialbewegung des Spanners relativ zur Spannzange zum Spannen oder Ausspannen zu koordinieren.

[0032] Auf diese Weise kann die Axialbewegung des Spanners zum Spannen bzw. Entspannen der Spannzange auf optimale Weise mit der thermischen Aufweitung des Werkzeughalters im Bereich der Spannzange koordiniert werden. So können optimale Haltekräfte erzeugt werden und gleichzeitig ein sicheres Entspannen gewährleistet werden.

[0033] Der Konuswinkel der Spannzange liegt gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Bereich von 0,01° und 45°, vorzugsweise im Bereich von 0,1° bis 10°.

[0034] Es hat sich gezeigt, dass mit einem derartigen Konuswinkel eine optimale Gestaltung der Spannzange mit hohen Spannkräften erreichbar ist.

[0035] Bevorzugt ist der Haftreibungskoeffizient zwischen Werkzeughalter und Spannzange geringer als der Haftreibungskoeffizient zwischen Spannzange und Werkzeugschaft.

[0036] Bei axialen Auszugskräften ergibt sich auf diese Weise eine Erhöhung der radial wirkenden Klemmkraft auf den Werkzeugschaft. [0037] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt der Konuswinkel der Spannzange im Bereich von -0,01° und -20°, vorzugsweise im Bereich von -0,1 ° bis -10°, wobei die Spannzange mit dem Spanner über eine Gewindeverbindung verbunden ist.

[0038] Auch mit einem negativen Konuswinkel können die Vorzüge der thermischen Aufweitung des Werkzeughalters und der Spannzange genutzt werden. Hierbei ist die Spannzange mit dem Spanner über eine Gewindeverbindung verbunden, um so eine Festlegung im Werkzeughalter zu gewährleisten.

[0039] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat die Gewindeverbindung zwischen Spannzange und Spanner eine Steigung, die von der Steigung der Gewindeverbindung zwischen Spanner und Werkzeughalter abweicht. Hierbei ist die Spannzange bevorzugt unverdrehbar am Werkzeughalter aufgenommen.

[0040] Durch ein solchermaßen in Kombination erzeugtes Differentialgewinde lässt sich eine besonders feine Abstimmung der Spannung der Spannzange erreichen. Mit der Verdrehung des Spanners bewegt sich dann gleichzeitig auch die Spannzange.

[0041] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkzeughalter zur Aufnahme von Spannzangen mit unterschiedlichen Innendurchmessern ausgebildet, und die Spannzange ist im Werkzeughalter auswechselbar aufgenommen.

[0042] Auf diese Weise kann ein Werkzeughalter für Spannzangen mit unterschiedlichen Werkzeugdurchmessern verwendet werden.

[0043] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Spanner und dem Werkzeughalter Dämpfungselemente, insbesondere zumindest bis 100 °C thermisch stabile Elastomerelemente, vorgesehen. Dies könnte z.B. NBR (Acrylnitrilbutadienkautschuk) sein.

[0044] Auf diese Weise kann Schwingungen während des Einsatzes eines in der Spannzange gespannten Werkzeuges entgegengewirkt werden. [0045] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist maschinenseitig im Werkzeughalter eine Anschlagfläche für den Spanner zur Begrenzung des Axialweges vorgesehen.

[0046] Auf diese Weise können definierte Verhältnisse zur Begrenzung des Öffnungs- bzw. Schließweges erreicht werden.

[0047] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine zentrale Kühlmittelzufuhr durch den Werkzeughalter über den Spanner bis in die Spannzange vorgesehen.

[0048] Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Kühlmittelführung erreicht werden.

[0049] Hierbei kann im Werkzeughalter ein Flansch vorgesehen sein, an dem eine Kühlmittelzufuhr in Form eines rohrförmigen Fortsatzes gehalten ist und der eine Anschlagfläche für den Spanner aufweist.

[0050] Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Konstruktion gewährleistet.

[0051] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Heizeinrichtung als induktive Heizung mit einer Induktionsspule ausgebildet, die konzentrisch zum Werkzeughalter im Bereich der Spannzange positionierbar ist, wobei vorzugsweise eine Polscheibe aus einem weichmagnetischen, elektrisch nichtleitenden Material auf dem äußeren Ende des Werkzeughalters positionierbar ist.

[0052] Auf diese Weise wird eine einfache, besonders gut steuerbare Heizung zur thermischen Aufweitung gezielt im Bereich der Spannzange gewährleistet.

[0053] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Spannzange ein in Richtung zum Werkzeugschaft ein vorstehender Vorsprung vorgesehen, der einen Formschluss mit dem Werkzeugschaft erlaubt, insbesondere mit einer Weldonfläche nach DIN 1835, und der nur bei gelöster Spannzange vom Werkzeugschaft abziehbar ist. [0054] Hierdurch wird eine zusätzliche Sicherheit gegen ein Ausziehen des Werkzeugschaftes aus der Spannzange geschaffen. Der Formschluss kann bei gelöster Spannzange, wenn diese ausreichend weit aufgeweitet ist, überwunden werden.

[0055] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Spanner aus einem Material mit einer höheren Dichte als Stahl, insbesondere aus einer Legierung, die Osmium und/oder Wolfram enthält.

[0056] Auf diese Weise kann durch die Kombination von Materialien unterschiedlicher Dichte die Resonanzfrequenz des Werkzeughaltersystems gezielt verschoben werden.

[0057] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Spanner innerhalb des Werkzeughalters in Axialrichtung geführt und weist eine der Spannzange zugewandte Spannfläche auf, die mit einer dem Spanner zugewandten ebenen Fläche oder mit einer konischen Fläche der Spannzange zusammenwirkt.

[0058] Durch eine Abstützung des Spanners auf einer ebenen Fläche der Spannzange werden Kräfte in Querrichtung vermieden, wodurch nachteilige Einflüsse, die von einer Gewindeverbindung des Spanners erzeugt werden können, reduziert werden. Wirkt der Spanner mit einer konischen Fläche der Spannzange zusammen, so wird eine Zentrierung unterstützt. In beiden Fällen ergibt sich ein verbesserter Rundlauf.

[0059] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Spanner innerhalb des Werkzeughalters in Axialrichtung geführt und ist mit der Spannzange über eine zumindest teilweise ballige oder sphärische Fläche gekoppelt.

[0060] Durch die Kopplung des Spanners mit der Spannzange über eine zumindest teilweise ballige oder sphärische Fläche werden Querkräfte weitgehend eliminiert, so dass sich ein weiter verbesserter Rundlauf ergibt. [0061] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung vorgesehen, die mit dem Aktor und mit der Heizeinrichtung gekoppelt ist, um eine Betätigung des Aktors und eine Aktivierung der Heizeinrichtung miteinander zu koordinieren.

[0062] Durch die Verwendung einer solchen Steuerung wird ein optimierter Vorgang zum Spannen und Entspannen von Werkzeugen ermöglicht. Ferner ergibt sich eine verbesserte Reproduzierbarkeit im Vergleich zu einer manuellen Bedienung und es wird eine Bedienungszeit gewährleistet, welche auf die notwendige Zeit reduziert ist.

[0063] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

[0064] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters mit einer darin aufgenommenen Spannzange;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Werkzeughalter gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Werkzeughalter und Spannzange, die in einem Halter aufgenommen ist, mit einem Aktor zur Bewegung des Spanners und mit einer Heizeinrichtung zur thermischen Aufweitung des Werkzeughalters im Bereich der Spannzange;

Fig. 4 einen Werkzeughalter mit Spannzange gemäß Fig. 2, der zusätzlich mit Elastomerelementen zwischen Spanner und Werkzeughalter versehen ist;

Fig. 5 einen Schnitt durch den Werkzeughalter gemäß Fig. 4 längs der Linie V-V; Fig. 6 eine leicht abgewandelte Ausführung des Werkzeughalters gemäß Fig. 4 und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Werkzeughalter mit Spannfutter, wobei ein negativer Konuswinkel vorgesehen ist.

[0065] Ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter mit Spannzange ist in Fig. 1 perspektivisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Am vorderen Ende erkennbar ist eine darin aufgenommene Spannzange 14.

[0066] Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Werkzeughalter 10 mit Spannzange 12. Der Werkzeughalter 10 weist die übliche Form HSK eines Schrumpfspannfutters mit einem Flansch 12 in einem sich daran anschließenden maschinenseitigen Abschnitt 13 und mit einem äußeren Abschnitt 11 auf, der im vorderen Bereich konisch zuläuft. Im äußeren Bereich des äußeren Abschnitts 11 ist die Spannzange 14 aufgenommen.

[0067] Die Spannzange 14 weist hierzu einen konusförmig nach außen hin zulaufende Außenfläche 15 auf, die an einer entsprechend geformten Innenfläche 18 des Werkzeughalters 10 anliegt. Der Konuswinkel a ist hierbei der Winkel zwischen der Innenoberfläche 18 und einer Parallelen zur Längsachse 17 des Werkzeughalters 10, wie in Fig. 2 angezeigt. Im dargestellten Fall liegt der Konuswinkel etwa bei 3 bis 4°. Die Spannzange 14 ist wie üblich von beiden Enden her abwechselnd mit längsseitigen Schlitzen 16 versehen. Zum Spannen der Spannzange 14 dient ein axial beweglicher Spanner 20, der sich unmittelbar an die Spannzange 14 anschließt und der im Bereich des axialen Endes der Spannzange 14 über einen Formschluss mit dieser gekoppelt ist.

[0068] Der Formschluss wird durch einen Ringsteg 24 gebildet, der in eine entsprechend geformte Ringnut 22 der Spannzange 14 mit Spiel eingreift. Auf diese Weise ist bei einer axialen Bewegung des Spanners zum Entspannen der Spannzange 14 ein Zurückziehen der Spannzange 14 auch dann gewährleistet, wenn diese aufgrund von ungünstigen Reibungsverhältnissen im Werkzeughalter 10 festsitzen sollte. Der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Spanner 20 ist am maschinenseitigen Ende über eine Gewindeverbindung 30 mit dem Werkzeughalter 10 gekoppelt. [0069] Ferner ist ein Flansch 32 mit Abstand zum Spanner 20 über eine Gewindeverbindung 34 in den Werkzeughalter 10 eingeschraubt. Im Flansch 32 ist ein rohrförmiger Fortsatz 36 für eine Kühlmittelzuführung aufgenommen, welche über einen zentralen Kühlmittelkanal 26 bis zur Spannzange 14 geführt wird, um so eine wirkungsvolle Kühlung im Betrieb eines in der Spannzange 14 gespannten Werkzeugs zu gewährleisten.

[0070] Der Spanner 20 kann bei einer Bewegung in Richtung auf die Spannzange 14 entweder auf die zugewandte ebene Anlagefläche 29 der Spannzange 14 oder auf die konusförmi- ge Fläche 31 der Spannzange 14 wirken. In beiden Fällen wird ein verbesserter Rundlauf unterstützt.

[0071] Alternativ ist es denkbar, den Spanner 20 mit der Spannzange 14 über eine zumindest teilweise ballige oder sphärische Fläche zu koppeln (nicht dargestellt). Hierdurch kann eine weitere Verbesserung des Rundlaufs erzielt werden.

[0072] Am maschinenseitigen Ende des Spanners 20 ist eine Mehrkantöffnung 28 vorgesehen, in die zur axialen Bewegung des Spanners 20 zum Spannen bzw. Entspannen der Spannzange 14 ein entsprechend geformtes Werkzeug eingreifen kann, um den Spanner 20 durch eine Verdrehung mittels der Gewindeverbindung 30 axial bewegen zu können, wie dies im Folgenden anhand von Fig. 3 näher erläutert wird.

[0073] Während Fig. 2 den Werkzeughalter mit Spannzange 14 im Gebrauchszustand zeigt, in dem normalerweise ein Werkzeug mit seinem Schaft innerhalb der Spannzange 14 gespannt ist (nicht dargestellt), zeigt Fig. 3 den Werkzeughalter 10 mit Spannzange 14, der zusätzlich in einem Halter 48 gehalten ist und mittels eines motorisch angetriebenen Aktors 50 zur axialen Bewegung des Spanners 20 gekoppelt ist und zusätzlich mit einer Heizeinrichtung 43 versehen ist.

[0074] Die gesamte hierdurch gebildete Vorrichtung ist insgesamt mit der Ziffer 40 bezeichnet. Der Werkzeughalter 10 mit Spannzange 14 ist im Halter 48 drehfest aufgenommen. Im Halter 48 ist ein Aktor 50 in Form eines Drehantriebs vorgesehen, der an einem Flansch 52 mittels Verschraubungen 55 befestigt ist und mit einem Zwischenflansch 54 versehen ist, in den der Werkzeughalter 10 von oben unverdrehbar eingesetzt werden kann. Der Aktor 50 treibt eine Welle 56 an, deren äußeres Ende mit einem Mehrkant 57 versehen ist, der in den entsprechend geformten Innenmehrkant 28 des Spanners 20 formschlüssig eingreift. Da der Spanner 20 über die Gewindeverbindung 30 im Werkzeughalter 10 verdrehbar gehalten ist, kann somit eine Drehbewegung des Aktors 50 über die Welle 56 in eine Axialbewegung des Spanners 20 umgesetzt werden.

[0075] Im Bereich der Spannzange 14 ist der Werkzeughalter 10 von einer induktiven Heizeinrichtung umgeben, die insgesamt mit der Ziffer 43 bezeichnet ist. Die Heizeinrichtung 43 weist vorzugsweise eine Induktionsspule 44 auf, die einen Hohlraum umschließt, in dem der Werkzeughalter 10 im Bereich der Spannzange 14 aufgenommen ist. Auf dem oberen Ende der Induktionsspule 44 ist eine Polscheibe 46 aus einem elektrischen nicht leitenden, jedoch magnetisch leitendem Material, wie etwa Ferrit, aufgesetzt, um das Magnetfeld bei Aktivierung der Induktionsspule 44 am oberen Ende zu schließen. Ferner ist bevorzugt auch am unteren Ende der Induktionsspule 44 ein Polscheibe 47 vorgesehen, über die der Magnetfluss geschlossen wird. Durch die Polscheiben 46, 47 wird das Magnetfeld auf den Bereich des Werkzeughalters 10 mit Spannzange 14 konzentriert, sodass eine unnötige und schädliche Erwärmung des übrigen Bereiches des Werkzeughalters 10 weitgehend vermieden wird. Die Induktionsspule 44 ist mit einer automatischen Steuerung 42 gekoppelt, über die auch der Aktor 50 gesteuert wird.

[0076] Soll nun ein Werkzeug (nicht dargestellt) mit seinem Werkzeugschaft innerhalb der Spannzange 14 gespannt werden, so wird dies zunächst mit seinem Werkzeugschaft von oben in die Spannzange 14 eingeführt. In diesem Zustand ist der Spanner 20 noch axial zurückgezogen, so dass die Spannzange 14 nicht unter Spannung steht. Zum Spannen wird nunmehr über die Steuerung 42 die Induktionsspule 44 aktiviert, so dass der Werkzeughalter 10 über den induzierten Kurzschlussstrom gemeinsam mit der Spannzange 14 erhitzt wird. Ist die Spannzange ausreichend thermisch aufgeweitet, so erfolgt die axiale Bewegung des Spanners 20 über den Drehantrieb des Aktors 50, um die Spannzange 14 zu spannen. [0077] Die Bewegung des Aktors 50 wird von der Steuerung 42 gestoppt und gleichzeitig wird der Stromfluss durch die Induktionsspule 44 beendet, um nunmehr eine Abkühlung einzuleiten, was ggf. durch ein Kühlgebläse oder dergleichen unterstützt werden kann.

[0078] Durch die Steuerung 42 kann die Bewegung des Aktors 50 mit dem Stromfluss durch die Induktionsspule 44 in optimaler Weise koordiniert werden, um so eine hohe Reproduzierbarkeit der Spannkraft zu gewährleisten und ferner die Zeit auf das notwendige Mindestmaß zu reduzieren, das erforderlich ist, um einen optimierten Spann- bzw. Entspannvorgang zu gewährleisten.

[0079] Der Werkzeughalter 10 vergrößert während der Erwärmung sowohl seinen Innendurchmesser als auch seine Länge im Bereich der Spannzange 14 und dahinter. Bei der nachfolgenden Abkühlung kommt es zu einer Überlagerung der Kräfte, welche aus der thermisch injizierten Relativbewegung, aus der radialen thermischen Dehnung und aus der Axialbewegung der Verschraubung resultieren. Auf diese Weise können sehr hohe Spannkräfte auf dem Werkzeugschaft realisiert werden. Abhängig vom Konuswinkel a der Spannzange 14 und den Reibungsverhältnissen zwischen Werkzeugschaft und Spannzange 14, sowie zwischen Spannzange 14 und Werkzeughalter 10 kommt es bei einer axialen Zugkraft auf das Werkzeug zu einer Kraftverstärkung der radial wirkenden Klemmkräfte. Ein Ausziehen des Werkzeuges kann auf diese Weise sicher ausgeschlossen werden.

[0080] Grundsätzlich ist natürlich statt einer vollautomatisch gesteuerten Bewegung des Spanners mittels des Aktors auch eine teilweise oder vollständig manuelle Aktivierung des Spanners denkbar.

[0081] Für eine spätere Entnahme des Werkzeuges wird die Außenkontur des Werkzeughalters 10 im Bereich der Spannzange 14 erwärmt und gleichzeitig die Rückwärtsbewegung des Spanners 20 eingeleitet. Der axiale Formschluss 22, 24 mit einem Freiheitsgrad in der Rotation zwischen Spanner 20 und Spannzange 10 sorgt für die Entformung der Spannzange 14 aus dem Innenkonus des Werkzeughalters 10. [0082] Es ist denkbar, dass zum Entspannen wegen der gleichzeitigen Miterwärmung der Spannzange eine höhere Auszugskraft zum Lösen der Spannzange 14 erforderlich ist, als beim Spannvorgang aufgebracht werden muss. Dies sollte bei der Auslegung berücksichtigt werden.

[0083] Der axiale Weg der Spanneinheit wird beim Entspannen auf der Rückseite durch eine Anschlagfläche 33 begrenzt, welche Teil der Kühlmittelübergabe sein kann, nämlich am Flansch 32 ausgebildet ist (vgl. Fig. 2).

[0084] In den Fig. 4 und 5 ist eine leicht abgewandelte Ausführung des Werkzeughalters 10 insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet, wobei die zugehörige Spannzange mit 14a bezeichnet ist. Im übrigen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.

[0085] Fig. 4 zeigt die Kombination aus Spannzange 14a und Werkzeughalter 10a im Längsschnitt entsprechend gemäß Fig. 2. Zusätzlich sind hierbei zwischen dem Spanner 20 und der Innenoberfläche des Werkzeughalters 14a ringförmige Elastomerelemente 58 vorgesehen, wodurch eine Dämpfung des Systems erreicht wird.

[0086] Ferner ist, wie aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 zu ersehen ist, ein sich in Querrichtung erstreckender Stift 60 vorgesehen, der an einer zugeordneten Fläche des Werkzeugschaftes (Weldonfläche) anliegen kann. Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Werkzeugschaft und Spannzange 14a gebildet, so dass ein Ausziehen des Werkzeugschaftes aus der Spannzange 14a im Betrieb sicher vermieden wird. Ein Lösen der so gebildeten formschlüssigen Verbindung ist nur bei gelöster Spannzange 14a möglich.

[0087] Eine weitere Abwandlung der Ausführung des Werkzeughalters gemäß Fig. 4 ist in Fig. 6 dargestellt und insgesamt mit 10b bezeichnet. Die zugehörige Spannzange ist mit 14b bezeichnet. Im Übrigen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet. [0088] Im Unterschied zu der Ausführung gemäß Fig. 4 bzw. 5 wird hierbei ein axialer Formschluss zwischen der Spannzange 14b und dem Werkzeugschaft durch einen Wulst 62 an der Innenoberfläche der Spannzange 14b erreicht. Hierzu muss allerdings am Werkzeugschaft eine entsprechend geformte Nut vorgesehen sein.

[0089] Der Spanner 20 kann aus einem Material mit besonders hoher Dichte ausgeführt werden, um die Resonanzfrequenz des Werkzeughaltersystems gezielt zu verschieben. Hierzu könnte beispielsweise eine Legierung verwendet werden, die Osmium und/oder Wolfram enthält, wodurch eine besonders hohe Dichte erzielt wird.

[0090] In Fig. 7 ist eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Werkzeughalters insgesamt mit 10c bezeichnet, wobei die zugehörige Spannzange mit 14c bezeichnet ist. Im Übrigen werden für entsprechende Teile entsprechende Bezugsziffern verwendet.

[0091] Im Unterschied zu den Ausführungen des Werkzeughalters gemäß den Fig. 1 bis 6 ist hierbei der Konuswinkel a negativ.

[0092] Die Spannzange 14c ist hierbei am maschinenseitigen Ende mit einem Ansatz versehen, an dem eine Gewindeverbindung 64 mit dem Spanner 20 vorgesehen ist. Der Spanner 20 ist wiederum seinerseits über eine Gewindeverbindung 30 mit dem Werkzeughalter 10c gekoppelt. Indem unterschiedliche Steigungen zwischen der Gewindeverbindung 64 zwischen Spanner 20 und Spannzange 14c einerseits und der Gewindeverbindung 30 zwischen Spanner und Werkzeughalter 10c verwendet werden, kann auf diese Weise ein Differentialgewinde realisiert werden, mit dem eine besonders feinfühlige Verstellung erreicht werden kann. Die Spannzange 14c ist hierbei unverdrehbar am Werkzeughalter 10c gehalten, so dass eine Drehung des Spanners 20 direkt in eine Axialbewegung der Spannzange 14c umgesetzt wird.