CH704720A2 - Spannzange. - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemässe Spannzange weist mindestens zwei Backen auf, von denen mindestens eine Backe (5) lösbar befestigt ist und aus einem bearbeitbaren Werkstoff besteht. Diese Backe (5) ist so angeordnet und bemessen, dass sie den Innenquerschnitt der Spannzange (1) in einer Öffnungsstellung derselben mindestens teilweise schliesst, indem sie in diesen hineinragt. Für ein Werkstück entsprechenden Durchmessers ist darum dieser Innenquerschnitt mindestens teilweise erst nach einer die Abmessungen der mindestens einen Backe (5) verringernden Bearbeitung zugänglich. Dies kann beispielsweise durch Aufbohren erfolgen. Zudem kann die Spannzange (1) eine Verlängerungshülse (23) und/oder einen verstellbaren Werkstückanschlag (21) aufweisen. Diese Spannzange (1) ist auf effiziente und kostengünstige Weise den jeweiligen Bedürfnissen anpassbar.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannzange.

[0002] Insbesondere geht es um eine Spannzange für Bearbeitungsmaschinen, das heisst, hauptsächlich für Werkzeugmaschinen zum Drehen, Fräsen, Tiefbohren und so weiter. In einer Werkzeugmaschine wird das Werk stück in einer Drehachse so eingespannt, dass ein bewegliches Werkzeug daran angesetzt werden kann.

[0003] Spannzangen mit einer Mehrzahl von Spannbacken weisen üblicherweise einen Aussenkonus auf und sind in einer Spannzangenaufnahme mit Innenkonus angeordnet. Durch das keilartige Zusammenwirken von Innen- und Aussenkonus ist die Spannzange radial von einer Öffnungsstellung in eine Haltestellung bewegbar, in der das zu bearbeitende Werkstück gegriffen und zangenartig festgehalten wird. Derartige Spannzangen weisen, im Gegensatz zu den in Werkzeugmaschinen gebräuchlicheren Spannfuttern, einen relativ kleinen Aussendurchmesser auf. Sie zeichnen sich durch eine hohe Spannkraft aus und sind in erster Linie für die Serienfertigung von präzis zu bearbeitenden Werkstücken gedacht. Das jeweilige Werkstück kann schnell eingespannt werden. Der kleinere Aussendurchmesser begünstigt zudem das ungehinderte Ansetzen verschiedenster Werkzeuge. Vorteilhaft ist schliesslich, dass die Zentrifugalkräfte deutlich kleiner sind, als bei den normalen Spannfuttern, bei denen erheblich mehr Masse rotiert wird. Gerade bei hohen Umdrehungszahlen kann die Spannkraft durch die Zentrifugalkräfte merklich abnehmen. Es liegt in diesem Zusammenhang auf der Hand, dass die Rotation der grösseren Masse eines Spannfutters erheblich mehr Energie verbraucht, als dies bei einer kleineren Spannzange der Fall ist. Das kann bei einer im Vierundzwanzigstundenbetrieb laufenden Werkzeugmaschine durchaus spürbar ins Gewicht fallen.

[0004] Ein Nachteil ist, dass die Spannbacken dieser Spannzangen aufgrund der Keilkonstruktion nur in einem begrenzten Massbereich auf und zu bewegt werden können. Das heisst, eine bestimmte Spannzange ist nur für Werkstücke eines bestimmten oder nur geringfügig abweichenden Querschnittes geeignet. Zudem kann ein Werkstück an seinen beiden Enden unterschiedliche Durchmesser aufweisen oder im einzuspannenden Bereich gar von der Rotationssymmetrie abweichen. Mit dem Einsatz einer einzigen Spannzange stösst man daher sehr schnell an Grenzen. Das hat oft zur Folge, dass man im Verlauf des Bearbeitungsprozesses wiederholt dazu gezwungen ist, eine Spannzange gegen eine kleinere oder grössere auszutauschen. Nicht immer ist die genau passende Spannzange gerade vorrätig. Gelegentlich verfügt ein Betrieb zwar über einen kompletten Satz an Spannzangen, aber es kommt zu unerwünschten Wartezeiten, weil die benötigte Spannzange gerade in einer anderen Werkzeugmaschine im Einsatz ist. Spannzangen sind relativ teuer. Sie werden darum normalerweise nicht in unnötig grosser Anzahl auf Verdacht hin beschafft. So kann es vorkommen, dass sich bei einem neuen Bearbeitungsauftrag herausstellt, dass nicht alle erforderlichen Spannzangen im Betrieb vorhanden sind oder dass es für einen bestimmten Querschnitt gar keine Spannzangen gibt. Häufig wird darum auf ein herkömmliches Spannfutter zurück gegriffen, das wiederum ebenfalls dem benötigten Querschnitt anzupassen ist. Die damit einhergehenden Umrüstzeiten können sich auf bis zu einer Dreiviertelstunde addieren.

[0005] Ein weiterer Punkt ist, dass ein Werkstück zur qualitativ einwandfreien Fertigung nicht nur an seinem Umfang fest zu spannen ist, sondern auch mit seinem in die Spannzange hinein reichenden Ende an einem Anschlag anliegen sollte. Auch hier gilt: nicht jedes Werkstück ist gleich. Bei unterschiedlichen Fertigungsprozessen oder Fertigungsabschnitten werden also nicht nur unterschiedlich dicke, sondern auch unterschiedlich lange Werkstücke sicher einzuspannen sein. Es sind also Spannzangen mit unterschiedlich langer Werkstückaufnahme erforderlich. Zwar gibt es handelsübliche Spannzangen mit verstellbarem Anschlag, doch auch hier ist der Verstellbereich relativ begrenzt. Es ergeben sich also bezüglich der Spannzangentiefe dieselben Fragen, wie bezüglich des Spannzangenquerschnitts.

[0006] Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse setzt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Spannzange zu schaffen, die auf effiziente und kostengünstige Weise den jeweiligen Bedürfnissen anpassbar ist.

[0007] Die erfindungsgemässe Spannzange entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind aus den abhängigen Patentansprüchen ersichtlich.

[0008] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. <tb>Fig. 1<sep>zeigt die Teilansicht einer Spannzange mit einer drei Spannarme aufweisenden Hülse; <tb>Fig. 2 - 4<sep>zeigen weitere Ansichten der Hülse dieser Spannzange; <tb>Fig. 5 - 8<sep>zeigen Ansichten einer in die Spannzange nach den Fig. 1 - 4einzusetzenden Backe; <tb>Fig. 9<sep>zeigt einen Vorspannring für die Spannbacken; <tb>Fig. 10- 12<sep>zeigen die Teilansicht der Spannzange nach Fig. 1 mit Dem Vorspannring nach Fig. 9; <tb>Fig. 13 - 22<sep>zeigen Anschlussteile der Hülse dieser Spannzange.

[0009] In Fig. 1 ist links unten der klemmende, dem Einspannen eines nicht dargestellten Werkstücks dienende Bereich der Spannzange 1 zu sehen, während rechts oben der maschinenseitige Bereich liegt. Die Spannzange 1 weist im vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel eine kegelförmige, radial geschlitzte Hülse 2 auf. Zum Spannen eines Werkstücks ist auf die Spannzange 1 eine übliche Spannzangenaufnahme mit Innenkegel zu setzen und in Richtung Werkstück zu treiben, bis die geschlitzte Hülse 2 so weit zusammengedrückt ist, dass das Werkstück fest gespannt ist. Sowohl das Befestigen als auch das Betätigen der Spannzange 1 sind jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und können daher beliebig ausgebildet sein. Nicht ausgeschlossen ist infolgedessen auch eine antriebsmässig getrennte Ausführung der einzelnen Spannbacken 3, so dass diese einzeln betätigbar sind. Die Spannzange 1 mit drei Spannbacken 3 ist ebenfalls nur als Beispiel zu verstehen. Denkbar wären auch nur zwei oder vier und mehr Spannbacken 3.

[0010] Die Spannbacken 3 dieser Spannzange 1 bestehen nicht aus einem Stück. Vielmehr sind sie mindestens zweiteilig. Sie weisen jeweils einen Spannarm 4 und eine lösbar daran angeordnete Backe 5 auf. Die Backen 5 können also nach Bedarf ausgetauscht werden. Sowohl deren Befestigung am Spannarm 4 als auch Mass und Form sind speziell. Wie schon aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Backen 5 in der vom Hersteller auszuliefernden Form noch nicht einsatzbereit. Der zur Aufnahme des einzuspannenden Werkstücks dienende Innenquerschnitt 6 Spannzange 1, so wie er in Fig. 2 zu sehen ist, ist durch diese Backen 5 mindestens teilweise noch nicht frei zugänglich. Das bedeutet, die Backen 5 können individuell, dem jeweiligen Werkstück entsprechend, direkt in der Werkzeugmaschine bearbeitet, insbesondere gebohrt oder gefräst werden. Die in der Werkzeugmaschine angeordnete Spannzange 1 kann also vor dem entsprechenden Fertigungsprozess selbst wie ein Werkstück bearbeitet werden. Beispielsweise kann in den Backenkranz, ähnlich dem Innenquerschnitt 6, eine kreisrunde Bohrung gesetzt werden, deren Durchmesser dem danach in Serie zu fertigenden Werkstück entspricht. Selbstverständlich sind auch andere, individuelle Querschnitte möglich. Um die notwendige Bearbeitung der Backen 5 zu ermöglichen, sind diese herstellerseitig nicht gehärtet. Alternativ können sie aber auch aus einem anderen, leicht bearbeitbaren Werkstoff bestehen, bis hin zu Kunststoff. Die Spannarme 4 können dagegen wie üblich endgefertigt und gehärtet sein.

[0011] Um nun die Backen 5 für deren individuelle und präzise Bearbeitung zu positionieren und zu fixieren ist ein Vorspannung 7 vorgesehen, wie er in den Fig. 9bis 12dargestellt ist. Dieser Vorspannring 7 ist ein lösbarer Teil der Spannzange 1 und auf diese gemäss den Fig. 10 bis 12aufsetzbar. Dieser Vorspannring 7 weist in der vorliegenden Ausführung für jede Backe 5 einen Verstell arm 8 auf. Die Verstellarme 8 dienen als Einrichtung zum Positionieren und/oder Festhalten der Spannarme 4 und/oder der daran angeordneten Backen 5. Die Verstellarme 8 ragen in den Innenkreis des Vorspannrings 7 und sind je mit mindestens einem Eingriffsmittel versehen, zum Beispiel mit einer Rastnase 9. Dieser Rastnase 9 entspricht jeweils eine Rastvertiefung 10 der Backen 5, in der die Rastnase 9 eingreifen kann. Die Verstellarme 8 sind so ausgebildet und/oder angeordnet, dass die Position der Rastnasen 9 in Relation zum Vorspannring 7 verstellbar ist. Der Verstellarm 8 und der Vorspannring 7 greifen nach Art von zwei zueinander gerichteten C-Profilen ineinander, wobei dem Verstellarm 8 ein dem Verstellen dienender Spielraum bleibt. Die drei C-Profile des Vorspannrings 7 sind durch einen aufgesetzten Abschlussring verschlossen. Das Verstellen der Verstellarme 8 kann mittels je einer Verstellschraube 11 erfolgen, die von aussen zugänglich ist. Vorzugsweise wird die Verstellschraube 11 am ausserhalb des Vorspannrings 7 liegenden Teil der Verstellarme 8 angeordnet. Und zwar so, dass sich deren flache Spitze am Aussenumfang des Vorspannrings 7 abstützt. Der Vorspannring 7 kann hierzu einen Schraubenanschlag 13 aufweisen. Damit kann, entgegen seinem Widerstand, der vom Verstellarm 8 an der Backe 5 gegriffene Spannarm 4 nach aussen gezogen werden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Versteilschraube 11 in eine Gewindebohrung im Vorspannring 7 eingreift. Der Vorspannring 7 ist vorzugsweise wie in der Zeichnung kreisrund. Diese Form hat aber keine primäre Bedeutung, so dass der Vorspannring 7 theoretisch auch eine andere Geometrie aufweisen kann, solange dessen Funktion gewährleistet ist. Insbesondere muss dessen Mitte frei sein, um das Ansetzen eines Werkzeugs zur Bearbeitung der Backen 5 zu ermöglichen. Anstatt nur an den Backen 5 könnte der Vorspannring 7 auch oder nur an den diesen tragenden Spannarmen 4 angesetzt sein. Nachdem die drei Backen 5 mittels des Vorspannrings 7 individuell in die gewünschte Position gebracht und dort gehalten werden, kann die Werkzeugmaschine den benötigten Querschnitt herausarbeiten; im Falle eines kreisrunden Querschnitts durch aufbohren.

[0012] Die Backen 5 sind in einem festen Sitz 14 am Spannarm 4 befestigt, wie er insbesondere in Fig. 2sichtbar ist. In diesem Sitz 14 bietet ein in diesem Beispiel der Form der Spannzange 1 folgender, gerundeter Backenanschlag 15 des Sitzes 14 der ebenfalls gerundeten Rückseite der Backe 5 radial nach aussen einen festen Halt. Zusätzlich wird die Backe 5 beidseitig zwischen Backenführungen 16 unverrückbar am Spannarm 4 gehalten. Die Backe 5 wird in dieser Position schliesslich durch mindestens eine Schraube gesichert, wozu am Spannarm 4 und an der Backe 5 entsprechende Öffnungen oder Bohrungen 17 und 18 vorhanden sind, die das radiale Eintreiben dieser Schraube ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Backe 5 auch durch mindestens eine längsaxial zur Spannzange 1 eingetriebene Schraube gesichert werden, wozu am Spannarm 4 und der Backe 5 Öffnungen oder Bohrungen 19 und 20 vorzusehen sind. Die unverrückbare und im Zusammenwirken mit dem Vorspannring 7 präzise Positionierung der Backen 5 ermöglicht deren problemlose und toleranzgenaue Bearbeitung. Der jeweils grösstmögliche Durchmesser des Werkstücks wird durch das Mass des Innenquerschnitts 6 der Spannzange 1 begrenzt. Das heisst, die in den Backenkranz eingebrachte Bohrung wird maximal etwas kleiner als dieser Innenquerschnitt 6 sein können.

[0013] Was die jeweils benötigte Länge der Werkstückaufnahme betrifft, so kann dessen Einschubtiefe in die Spannzange 1 durch mindestens einen verstellbaren Werkstückanschlag 21 begrenzt sein. In der vorliegenden Ausführung ist dieser Werkstückanschlag 21 in der benötigten Position festschraubbar, wobei er in der Längsachse der Spannzange 1 vom dem Werkstück entgegen gesetzten Ende in die Spannzange 1, beziehungsweise in deren Hülse 2 entweder geschoben oder eingeschraubt wird. Das Fixieren dieses Werkstückanschlags 21 kann mittels mindestens einer Schraubmutter 22 erfolgen. An der Befestigungsstelle des Werkstückanschlags 21 können sowohl aussen als auch innen an der Hülse 2 mindestens je eine Schraubmutter 22 angebracht sein.

[0014] In Weiterführung des Gedankens der bestmöglichen Anpassung der Einschubtiefe kann die Spannzange 1 mit mindestens einer an der Hülse 2 befestig baren Verlängerungshülse 23 versehen sein, siehe Fig. 1 und 13 bis 16. In bevorzugter Ausführung weist die Hülse 2 ein Gewinde auf, zum Beispiel ein Innengewinde, in das ein aussen liegendes Gewinde 24 der Verlängerungshülse 23 passt. An ihrem der Hülse 2 entgegen gesetzten Ende kann die Verlängerungshülse 23 wiederum ein Gewinde 25 aufweisen, das dem Gewinde der Hülse 2 gleich ist. Dies hat zur Folge, dass an einer ersten Verlängerungshülse 23 eine zweite baugleiche angeschlossen werden kann, so dass die Spannzange 1 beliebig verlängerbar ist. Genau betrachtet, wird damit der für das Werkstück zur Verfügung stehende Innenraum verlängert, während die eigentliche Spannzange 1, das heisst, die Hülse 2 und die damit verbundenen Einrichtungen, unverändert bleiben. Die vorgenannte Ausbildung der Hülse 2 und der Verlängerungshülse 23 macht zu deren Schliessen und zum Anschliessen des Werkstückanschlags 21 mindestens ein Anschlussteil erforderlich. Dies kann nach den Fig. 17 bis 22ein Anschlussring 26 sein, der ein Innengewinde aufweisen kann. In dieses oder in die Hülse 2 oder in die Verlängerungshülse 23 kann wiederum ein Abschlusselement 27 eingesetzt werden, das eine Öffnung 28 für den Werkstückanschlag 21 aufweist. Denkbar ist auch eine Variante, bei der diese Öffnung 28 mit einem Innengewinde versehen ist.

[0015] Es ist im Rahmen des Patentanspruchs 1 selbstverständlich möglich, die Spannzange auch anders als gezeichnet auszubilden. Beispielsweise bezüglich der Anzahl, Anordnung und Formgebung der Spannarme 4 und der Backen 5. Es ist sinnvoll aber nicht zwingend, dass die Backen 5 den Innenquerschnitt 6 der Spannzange 1 in der auszuliefernden Form so weit schliessen, wie in Fig. 1 dargestellt. Diesbezüglich sind etliche Varianten denkbar. Nicht zuletzt sei erwähnt, dass es für spezielle Anwendungen auch denkbar ist, nur eine einzige Spannbacke 3 in Form eines Spannarmes 4 beweglich und/oder nur eine einzige Backe 5 austauschbar zu gestalten.

Claims (18)

1. Spannzange (1), gekennzeichnet durch mindestens zwei Backen, von denen mindestens eine Backe (5) so angeordnet und bemessen ist, dass sie in einen Innenquerschnitt (6) der Spannzange (1) ragt, der dazu bestimmt ist ein Werkstück aufzunehmen, wobei diese Backe (5) in einer Öffnungsstellung der Spannzange (1) den Innenquerschnitt (6) mindestens teilweise schliesst und dieser Innenquerschnitt (6) mindestens teilweise erst nach einer die Abmessungen der Backe (5) verringernden Bearbeitung zugänglich ist.

2. Spannzange nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Spannbacke (3) die mindestens zweiteilig ausgebildet ist und mindestens einen Spannarm (4) mit mindestens einer lösbar daran angeordneten Backe (5) aufweist.

3. Spannzange nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens einen federnden Spannarm (4), der durch eine Spannzangenaufnahme von einer Öffnungsstellung in eine Haltestellung drückbar ist.

4. Spannzange nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Backe (5) in einem Sitz (14) angeordnet ist, der an seiner dem Innenquerschnitt (6) der Spannzange (1) radial abgewandten Seite einen Backenanschlag (15) aufweist.

5. Spannzange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Sitz (14) mindestens zwei seitliche Backenführungen (16) aufweist, zwischen denen die jeweilige Backe (5) aufgenommen ist.

6. Spannzange nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Backe (5) zu deren lösbaren Befestigung jeweils mindestens eine Bohrung (18, 20) oder Öffnung aufweist, der jeweils mindestens eine Bohrung oder Öffnung (17, 19) der Spannzange (1) oder eines Spannarmes (4) entspricht.

7. Spannzange nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch einen Vorspannring (7), der lösbar an die mindestens eine zu bearbeitende Backe (5) und/oder an den mindestens einen, diese tragenden Spannarm (4) ansetzbar ist und der eine Einrichtung aufweist, um diesen Spannarm (4) zu positionieren und/oder festzuhalten.

8. Spannzange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannring (7) für jede zu positionierende Backe (5) und/oder für jeden zu positionierenden Spannarm (4) einen Verstellarm (8) aufweist, der in das Innere des Vorspannrings (7) reicht und der gegenüber dem Vorspannring (7) verstellbar ist, wobei dieser Verstellarm (8) mindestens ein Eingriffsmittel aufweist, zum Beispiel eine Rastnase (9), die lösbar an der Backe (5) und/oder dem Spannarm (4) angreift, zum Beispiel an einer Rastvertiefung (10).

9. Spannzange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellarm (8) und der Vorspannring (7) nach Art von zwei zueinander gerichteten C-Profilen ineinander greifen, wobei dem Verstellarm (8) gegenüber dem Vorspannring (7) ein dem Verstellen dienender Spielraum bleibt.

10. Spannzange nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Verstellschraube (11), die an einem ausserhalb des Vorspannrings (7) liegenden Teil des Verstellarms (8) angeordnet ist, wobei die Schraubspitze gegen einen Aussenumfang des Verspannrings (7) gerichtet ist oder in eine in dessen Bereich liegende Gewindebohrung eingreift.

11. Spannzange nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch eine die Backen (5) tragende Hülse (2), wobei von deren den Backen (5) entgegen gesetzten Ende mindesten ein verstellbarer Werkstückanschlag (21) in den Innenraum der Hülse (2) ragt.

12. Spannzange nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückanschlag (21) schraubbar ist oder mittels mindestens einer Schraubmutter (22) verstellbar gehalten ist.

13. Spannzange nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass deren den Backen (5) entgegen gesetztes Ende offen ist und entweder durch mindestens ein Abschlusselement (27) abschliessbar oder durch mindestens eine Verlängerungshülse (23) verlängerbar ist.

14. Spannzange nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abschlusselement (27) oder die mindestens eine Verlängerungshülse (23) schraubbar sind.

15. Spannzange nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Hülse (2) ein Innengewinde aufweist, in das ein aussen liegendes Gewinde (24) der Verlängerungshülse (23) passt.

16. Spannzange nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungshülse (23) an ihrem der Hülse (2) der Spannzange (1) abzuwendenden Ende ein demjenigen dieser Hülse (2) entsprechendes Innengewinde aufweist.

17. Spannzange nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (27) eine Öffnung für den Werkstückanschlag (21) aufweist.

18. Spannzange nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zu bearbeitende Backe (5) aus einem Werkstoff besteht, der weicher als übrige Teile der Spannzange (1) ist, zum Beispiel aus einem nicht gehärteten Metall, einer nicht gehärteten Metalllegierung oder aus einem Kunststoff.