DD262383A1

DD262383A1 - CHUCK, PREFERABLY FOR FRICTION WELDING MACHINES

Info

Publication number: DD262383A1
Application number: DD30346687A
Authority: DD
Inventors: Manfred Trepte
Original assignee: Koethen Ing Hochschule
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter, das vorzugsweise zum Spannen von Werkstuecken mit rotationssymmetrischen Voll- oder Hohlquerschnitten in Reibschweissmaschinen einsetzbar ist. Durch die Erfindung wird gegenueber herkoemmlichen, nach Art einer Spannzange aufgebauten Spannfuttern eine wesentlich hoehere Spannkraftverstaerkung erreicht, die ausserdem in einem weiten Bereich einstellbar ist. Dies wird erreicht, indem die auf das Werkstueck aufgebrachte Axialkraft ueber einen Spreizdorn auf die als Hebel ausgebildeten Spannkeile des Futters wirkt.The invention relates to a chuck, which is preferably used for clamping workpieces with rotationally symmetrical solid or hollow cross-sections in friction welding machines. By the invention, a substantially higher Spannkraftverstaerkung is achieved compared with herkoemmlichen, built in the manner of a collet chucks, which is also adjustable in a wide range. This is achieved by the force applied to the workpiece axial force acts via an expanding mandrel on the clamping wedges designed as a lever of the chuck.

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der Erfindung - -Field of application of the invention - -

Die Erfindurig betrifft ein Spannfutter zum Spannen rotationssymmetrischer Voll-oder Hohlquerschnitte. Das bevorzugte Einsatzgebiet dieses Spannfutters sind Reibschweißmaschinen, bei denen zwischen Werkstück und Spannfutter ein großes Drehmoment übertragen werden soll.The invention relates to a chuck for clamping rotationally symmetrical solid or hollow cross-sections. The preferred field of application of this chuck are friction welding machines in which a large torque is to be transmitted between the workpiece and the chuck.

Characteristic of the known state of the art

Beim Reibschweißen werden zwei Teile mit rotationssymmetrischem Voll- oder Hohlquerschnitt durch eine Axialkraft stirnflächig gegeneinander gepreßt. Durch die Rotation mindestens eines Schweißteiles entsteht ein Reibmoment. Die Axialkraft und das Reibmoment müssen vom Spannfutter aufgenommen werden, das dadurch erheblichen Belastungen ausgesetzt ist.In friction welding two parts with rotationally symmetrical solid or hollow cross-section are pressed by an axial force end face against each other. The rotation of at least one welded part creates a friction torque. The axial force and the friction torque must be absorbed by the chuck, which is thus exposed to considerable loads.

In der DD-PS 93084 wird ein Spannfutter beschrieben, das in seiner kegligen Innenbohrung einen axial beweglichen Tragkörper aufnimmt, in dessen Führungsschlitzen Spannbacken radial geführt sind, die sich an der kegligen Innenbohrung des Futtergehäuses abstützen. Die radiale, senkrecht zur Werkstückachse gerichtete Spannkraft wird durch mehrere im Spannfutter angeordnete Federpakete erzeugt, die auf den Tragkörper drücken. Diese Federkraft drückt den Tragkörper und damit auch die Spannbacken axial in das Futtergehäuse hinein.In DD-PS 93084 a chuck is described which receives in its conical inner bore an axially movable support body, in the guide slots clamping jaws are guided radially, which are supported on the conical inner bore of the chuck housing. The radial, directed perpendicular to the workpiece axis clamping force is generated by a plurality of spring chucks arranged in the chuck, which press on the support body. This spring force presses the support body and thus also the clamping jaws axially into the chuck housing.

Nachteilig an diesem Spannfutter ist, daß eine Spannkraftverstärkung durch die beim Reiben und Stauchen wirkende Axialkraft nicht möglich ist.A disadvantage of this chuck is that a clamping force gain is not possible by the axial force acting during rubbing and compression.

Bei dem in der DE-PS 1120840 beschriebenen Spannfutter wird die Ableitung der Axialkraft durch einen Längsanschlag und damit auch eine Spannkraftverstärkung verhindert.In the chuck described in DE-PS 1120840 the derivative of the axial force is prevented by a longitudinal stop and thus also a clamping force reinforcement.

In der DE-OS 1752477 und in der DD-PS 115869 sind Spannfutter beschrieben, die die Axialkraft zur Spannkraftverstärkung nutzen. Das in der DE-OS 1752477 beschriebene Spannfutter besitzt eine geschlitzte, kegelförmig abgeschrägte Klemmhülse, die unter der Wirkung der Axialkraft in ein kegelförmig abgeschrägtes Einspanngehäuse getrieben wird. Dadurch entsteht eine senkrecht zur Werkstücklängsachse gerichtete Spannkraft.In DE-OS 1752477 and DD-PS 115869 chucks are described which use the axial force for clamping force reinforcement. The chuck described in DE-OS 1752477 has a slotted, tapered clamping sleeve, which is driven under the action of the axial force in a conically tapered gripping housing. This creates a perpendicular to the workpiece longitudinal axis directed clamping force.

Bei dem in der DD-PS 115869 beschriebenen Spannfutter wird die Wirkung der Axialkraft durch ein Federpaket unterstützt.In the chuck described in DD-PS 115869 the effect of the axial force is supported by a spring assembly.

Bei dem Spannfuttertyp, der in den zuletzt genannten Patentschriften beschrieben ist, ist man bestrebt, eine möglichst hohe Spannkraftverstärkung zu erzielen. Dies bedingt jedoch an sich sehr kleine Keilwinkei.In the chuck type described in the latter patents, the aim is to achieve the highest possible clamping force gain. However, this requires in itself very small Keilwinkei.

Dem erzielbaren Spannkraftverstärkungsfaktor sind jedoch durch die Reibung zwischen den Keilflächen relativ enge Grenzen gesetzt.However, the achievable clamping force amplification factor is set by the friction between the wedge surfaces relatively narrow limits.

Bei kleinen Keilwinkeln wird außerdem die Lösbarkeit des Spannfutters erschwert. Ein weiterer Nachteil dieses Spannfuttertyps besteht darin, daß infolge der sehr hohen Flächenpressung zwischen den beim Spann- bzw. Ausspannvorgang aneinander gleitenden Keilflächen ein schneller Verschleiß dieser Flächen eintritt.At small wedge angles also the solubility of the chuck is difficult. Another disadvantage of this chuck type is that due to the very high surface pressure between the clamping surfaces during clamping or clamping operation sliding wedge surfaces a rapid wear of these surfaces occurs.

- 2 - έθέ ύούZiel der Erfindung \- 2 - έθέ ύού Aim of the invention \

Es ist das Ziel der Erfindung, bei einem Spannfutter des vorstehenden Typs die Funktionssicherheit und Standzeit wesentlich zu erhöhen.It is the object of the invention to significantly increase the reliability and service life of a chuck of the above type.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die reibungslimitierte Grenze für die durch die Axialkraft erzeugte Spannkraftverstärkung bei einfacher konstruktiver Gestalt des Spannfutters ohne den Einsatz aufwendiger Schmierungstechniken mindestens um den Faktor 2 zu erhöhen.The invention has for its object to increase the friction limited limit for the generated by the axial force clamping force gain with simple structural design of the chuck without the use of complex lubrication techniques at least by a factor of 2.

Diese Aufgabe wird bei einem Spannfutter zum Spannen von Werkstücken oder-zeugen mittels an einem Verschiebekörper angeordneter Spannbacken, bei dem der Verschiebekörper zur Erzeugung radialer Spannkräfte längs einer am Futtergehäuse angeordneten keilförmigen Auflagefläche axial verschiebbar angeordnet ist und mit einem zur Ableitung der Axialkräfte in den Verschiebekörper dienenden Stützglied in Wirkverbindung steht sowie durch eine Federkraft vorbelastet ist, durch folgende erfindungsgemäße Merkmale gelöst.This object is achieved with a chuck for clamping workpieces or witnesses by means arranged on a sliding body clamping jaws, wherein the sliding body for generating radial clamping forces along a wedge housing arranged on the wedge-shaped support surface is axially displaceable and with a serving for the derivation of the axial forces in the sliding body Support member is in operative connection and is biased by a spring force, solved by the following features of the invention.

1. Der Verschiebekörper besteht aus mindestens 3 mit Hebelarmen versehenen und in Führungen axial verschiebbaren Spannkeilen, die mittels in Höhe der Spannbacken angeordneter, im Kontakt mit dem Futtergehäuse stehender Gelenke drehbar gelagert sind.1. The sliding body consists of at least 3 provided with lever arms and axially displaceable in guides clamping wedges, which are rotatably supported by means arranged in the amount of clamping jaws, standing in contact with the chuck housing joints.

2. Das mittels einer Feder vorgespannte Stützglied für das Werkstück oder Werkzeug ist als Spreizdorn angebildet, der sich mit keil-oder kegelförmigen Flächen auf maßlich dazu abgestimmten Flächen einer entsprechend der Anzahl der Spannkeile segmentierten und mit den Hebelarmen verbundenen Spreizplatte abstützt.2. The biased by a spring support member for the workpiece or tool is formed as expanding mandrel, which is segmented with wedge-shaped or conical surfaces on dimensionally matched surfaces a corresponding to the number of clamping wedges and connected to the lever arms spreader plate supported.

3. Zwischen dem beweglichen nur in einer Richtung ausschwenkbaren Teil des Gelenkes und dem auf Kugeln auf den Segmenten der Spreizplatte gelagerten Druckring ist eine Druckfeder angeordnet.3. Between the movable only in one direction swing-out part of the joint and mounted on balls on the segments of the spreader pressure ring a compression spring is arranged.

4. Ein an sich bekanntes Ausspannelement kompensiert die Federkraft der Druckfeder.4. A per se known Ausspannelement compensates the spring force of the compression spring.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die jedoch in bestimmten Anwendungsfällen erfindungswesentlich sein kann, besteht darin, daß das Ausspannelement über die am unteren Ende der Hebelarme drehbar gelagerten und auf der axial bewegten sowie seitlich im Futtergehäuse geführten Gegenplatte radial abrollenden Kugeln auf die Spannkeile und den Flansch des Spannfutters wirktA preferred embodiment of the invention, which may, however, be essential to the invention in certain applications, is that the Ausspannelement on the rotatably mounted at the lower end of the lever arms and on the axially moving and laterally guided in the chuck housing counter plate radially rolling balls on the clamping wedges and the flange of the chuck acts

Die erfindungswesentlichen Vorteile sind The essential advantages of the invention are

— die einfache, fertigungstechnisch leicht zu realisierende Gestalt des Spannfutters,The simple design of the chuck, which is easy to manufacture,

— die radiale Bewegung der segmentierten Spreizplatte beim Lösen und Spannen des Futters auf Kugeln, so daß keine aufwendigen Schmierungstechniken notwendig sind,The radial movement of the segmented spreader plate when loosening and tensioning the chuck on balls, so that no complex lubrication techniques are necessary,

— die in einem weiten Bereich über den Winkel a_Kdes Spannkeiles, den Flankenwinkel do des Spreizdornes, den Hebelarm I₁ von der Mitte der Spreizplatte bis zum Gelenk und den Hebelarm I₂ vom Gelenk bis zur Außenkante der Spannbacke aus der Axialkraft F einstellbare und variierbare Spannkraft F_s - In a wide range over the angle a _{K of} the clamping wedge, the flank angle do of the expanding mandrel, the lever arm I ₁ from the center of the spreader plate to the joint and the lever arm I ₂ from the joint to the outer edge of the jaw from the axial force F adjustable and variable clamping force F _s

t Qh^x βt Qh ^ x β

Ausführungsbeispiei

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werdenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment

Es zeigen Show it

Fig.1: Längsschnitt des SpannfuttersFig.1: longitudinal section of the chuck

Fig. 2: Vorderansicht des SpannfuttersFig. 2: front view of the chuck

Fig.3: Spreizdorn, Spreizplatte und axial verschiebbare Gegenplatte im Schnitt A-A3: expanding mandrel, spreader plate and axially displaceable counter-plate in section A-A

Das zentrische Spannen des Schweißteiles 7 wird durch die drei Spannkeile 2 gewährleistet, an denen die auswechselbaren Spannbacken 3 befestigt sind (Fig. 1 und 2). Die Spannkeile 2 gleiten in den Führungen des mit dem Futtergehäuse 4 in Kontakt stehenden Gelenkes 5.The centric clamping of the welded part 7 is ensured by the three clamping wedges 2, on which the interchangeable clamping jaws 3 are fastened (FIGS. 1 and 2). The clamping wedges 2 slide in the guides of the joint 5 contacting the chuck body 4.

Zunächst erfolgt das Spannen des Schweißteiles 7 durch die Federkraft einer Druckfeder 12, die über den beweglichen Teil des Gelenkes 5 und den auf Kugeln 10 gelagerten Druckring 11 auf die Segmente der Spreizplatte 9 und damit auf die axial verschiebbaren Spannkeile 2 wirkt.First, the tensioning of the welded part 7 by the spring force of a compression spring 12, which acts on the movable part of the joint 5 and mounted on balls 10 pressure ring 11 on the segments of the spreader plate 9 and thus on the axially movable clamping wedges 2.

Die auf das Werkstück wirkende technologisch notwendige Axialkraft unterstützt die Wirkung der Federkraft und übt gleichzeitig über den Spreizdorn 8 und den an den Hebelarmen 1 befestigten Segmenten der Spreizplatte 9 (Fig. 1 und 3) eine senkrecht zu den Hebelarmen 1 wirkende Kraft aus. Infolge dieser Kraft versuchen die Hebelarme 1 über das Gelenk 5 auszuschwenken und verstärken so die Spannkraft.The technologically necessary axial force acting on the workpiece supports the action of the spring force and at the same time exerts a force acting perpendicular to the lever arms 1 via the expanding mandrel 8 and the segments of the spreader plate 9 fastened to the lever arms 1 (FIGS. As a result of this force, the lever arms 1 try to swing over the hinge 5 and thus strengthen the clamping force.

Das Lösen des Spannfutters erfolgt durch ein an sich bekanntes die Federkraft kompensierendes Ausspannelement 13, das beispielsweise durch eine mit dem Maschinenträger verbundene Hydraulik betätigt wird.The release of the chuck is done by a known per se, the spring force compensating Ausspannelement 13, which is actuated for example by a hydraulic system connected to the machine carrier.

Das Ausspannelement 13 stützt sich auf dem Flansch 16 ab und wirktauf die axial bewegliche und seitlich im Futtergehäus,e 4 geführte Gegenplatte 14. Die vom Ausspannelement erzeugte Ausspannkraft wird von der Gegenplatte 14 über die am unteren Ende der Hebelarme 1 drehbar gelagerten Kugeln 15 reibungsarm auf die Spannkeile 2 übertragen. Dadurch führen die im Gelenk 5 geführten Spannkeile 2 eine radiale und axiale Bewegung aus und geben so das Schweißteil wieder frei.The Ausspannelement 13 is supported on the flange 16 and acts on the axially movable and laterally in the chuck housing, e 4 guided counter plate 14. The Ausspannkraft generated by Ausspannelement is from the counter-plate 14 via the rotatably mounted at the lower end of the lever arms 1 balls 15 friction transfer the clamping wedges 2. As a result, guided in the joint 5 clamping wedges 2 perform a radial and axial movement and thus release the welding part again.

Claims

1. chuck, preferably for friction welding machines, for clamping workpieces or witnesses arranged by means of a sliding body jaws, wherein the sliding body for generating radial clamping forces along a chuck arranged on the wedge-shaped contact surface is arranged axially displaceable and with a for deriving the axial forces in the sliding body serving support member is in operative connection and is axially biased by a spring force, characterized in that

- The displacement body of at least 3 with lever arms (1) and axially displaceable in guides clamping wedges (2), by means of height of the clamping jaws (3) arranged in contact with the chuck housing (4) standing joints (5) individually rotatably mounted are,

- The prestressed by a spring (6) support member for the workpiece or tool (7) as expanding mandrel (8) is formed with wedge or conical surfaces on dimensionally matched surfaces of a corresponding number of clamping wedges (2) segmented and supported with the lever arms (1) connected spreader plate (9),

- Between the movable and only in one direction swingable part of the joint (5) and on balls (10) on the segments of the spreader plate (9) mounted pressure ring (11) a compression spring (12) is arranged,

- A per se known, the spring force of the compression spring (12) compensating Ausspannelement (13) is provided.

2. chuck according to claim 1, characterized in that the flange (16) supported Ausspannelement (13) via the at the lower end of the lever arms (1) rotatably mounted and on the axially moving and laterally in the chuck housing (4) guided counter-plate (14) radially rolling balls (15) acts on the clamping wedges (2).