DE10045257C1 - Spannfutter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter mit einem Futterkörper (1) und Spannbacken (2), die in radialen Backenführungen (2) des Futterkörpers (1) angeordnet sind und jeweils eine Grundbacke (4) und eine Aufsatzbacke (5) aufweisen, die über miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen miteinander gekoppelt sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Grundbacken (4) und den Aufsatzbacken (5) jeweils Kreuzverzahnungen (7, 8) mit schräg zur Backenlängsrichtung X verlaufenden und sich kreuzenden Zahnstegen (7a, 7b, 8a, 8b) vorgesehen sind, über welche die Grundbacken (4) und Aufsatzbacken (5) miteinander gekoppelt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter mit einem Futterkörper und Spannbacken, die in radialen Bac­ kenführungen des Futterkörpers angeordnet sind und je­ weils eine Grundbacke und eine Aufsatzbacke aufweisen, die über miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen miteinander gekoppelt sind.

Spannfutter für Werkzeugmaschinen dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis in erster Linie an Drehmaschinen eingesetzt, um die zu bearbeitenden Werkstücke zu span­ nen. Die Spannfutter sind dabei üblicherweise als Drei­ backenfutter ausgebildet und bestehen aus einem formstei­ fen Futterkörper, der eine zentrale Aufnahme für die Werkstücke aufweist, und drei Spannbacken, die in radia­ len Backenführungen des Futterkörpers angeordnet und durch Betätigung eines Stellantriebs gemeinsam radial nach innen oder nach außen bewegt werden können. Die Spannbacken bestehen in der Regel aus einer Grundbacke, die in dem Futterkörper gehalten ist, sowie einer Auf­ satzbacke, die aus dem Futterkörper herausragt und mit der Grundbacke verspannt ist. Die Kraftübertragung zwi­ schen Grundbacke und Aufsatzbacke erfolgt dabei durch miteinander in Eingriff stehende Verzahnungen an den Kon­ taktflächen zwischen Grund- und Aufsatzbacke, die recht­ winklig zur Backenlängsrichtung angeordnet sind, wobei quer zur Backenlängsrichtung wirkende Kräfte durch einen Nutenstein aufgenommen werden (vgl. EP 0 810 049 A1). Nach­ teilig an dieser Art der Backenverbindung ist, daß stets ein gewisses Spiel in Backenlängsrichtung zwischen Grund­ backe und Aufsatzbacke vorhanden ist, weshalb es nach je­ dem Backenwechsel erforderlich ist, die mit dem zu span­ nenden Werkstück in Kontakt kommenden Spannflächen auszu­ drehen, um die geforderte Rundlaufgenauigkeit zu erhal­ ten.

Des weiteren ist aus der DE 44 13 687 C2 bekannt, eine spielfreie Verbindung zwischen Grund- und Aufsatzbacken durch Konusstifte zu realisieren. Diese Verbindung hat allerdings den Nachteil, daß sie sehr aufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Kraftspannfutter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine im we­ sentlichen spielfreie Verbindung zwischen Grund- und Auf­ satzbacke unter Beibehaltung einer hohen Wiederholwech­ selgenauigkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Grundbacken und den Aufsatzbacken jeweils Kreuzver­ zahnungen mit schräg zur Backenlängsrichtung verlaufenden und sich kreuzenden Zahnstegen vorgesehen sind, über welche die Grundbacken und Aufsatzbacken miteinander gekop­ pelt sind.

Erfindungsgemäß ist somit sowohl an den Grundbacken als auch den Aufsatzbacken jeweils eine Kreuzverzahnung vorgesehen, die von einer Mehrzahl von Zahnstegen gebildet werden, welche schräg zur Backenlängsrichtung verlaufen und sich unter Bildung von pyramidenstumpfförmigen Ele­ menten kreuzen, wobei die Kreuzverzahnungen an den Grund­ backen und den Aufsatzbacken komplementär zueinander aus­ gebildet sind, so daß die Kreuzverzahnungen ineinander­ greifen können. Die auf diese Weise hergestellte Verbin­ dung ist in der Verbindungsebene spielfrei, so daß sich eine hohe Wechselgenauigkeit erzielen läßt. Dies hat zur Folge, daß beim Backenwechsel auf das im Stand der Tech­ nik erforderliche Ausdrehen verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil der Verbindung über Kreuzverzahnungen besteht darin, daß sowohl Kräfte in Backenlängsrichtung als auch quer dazu von den Kreuzverzahnungen aufgenommen werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zahnstege der Kreuzverzahnungen jeweils unter ei­ nem Winkel von 45° zur Backenlängsrichtung verlaufen und sich unter einem Winkel von 90° kreuzen. Es hat sich ge­ zeigt, daß hierdurch eine optimale Kraftaufnahme in Bac­ kenlängsrichtung und quer dazu ermöglicht wird.

In an sich üblicher Weise können an den Seitenflächen der Grundbacken und der Backenführungen Führungsnuten und da­ mit in Eingriff stehende Führungsleisten ausgebildet sein, die dazu dienen, im Betrieb Kippmomente, die auf die Spannbacken wirken, aufzunehmen. In bevorzugter Weise ist nun vorgesehen, daß an den Seitenflächen der Backen­ führungen und der Grundbacken jeweils nur eine einzige Führungsnut oder Führungsleiste vorgesehen ist, wobei die Führungsnut eine Tiefe von wenigstens 20% der Spannbac­ kenbreite besitzt und entweder prismaförmig mit einem Öffnungswinkel von wenigstens 60° oder kreisabschnittför­ mig ausgebildet ist und die Führungsleiste einen entspre­ chend prismaförmigen oder kreisabschnittförmigen Quer­ schnitt besitzt. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die auftretenden Spannkräfte gut nach außen in den Futterkörper abgeleitet werden. Des weiteren sind die im Bereich der Führungen auftretenden Flächenpressungen auf­ grund der vergleichsweise großen Auflageflächen deutlich herabgesetzt. Außerdem wird bei gleichbleibender Breite der Grundbacke an Ober- und Unterseite durch die prismen­ förmige tiefe Führungsnut eine Massenreduzierung und da­ mit eine Reduzierung der Fliehkräfte erreicht. Es hat sich herausgestellt, daß eine zufriedenstellende Abstüt­ zung mit hinreichend geringen Flächenpressungen erreicht wird, wenn die Führungsnuten jeweils eine Tiefe von we­ nigstens 20% der Spannbackenbreite besitzen und bei pris­ maförmiger Ausbildung der Führungsnut der Öffnungswinkel wenigstens 60° besitzt. Bevorzugterweise werden jedoch prismaförmige Führungsnuten mit einem Öffnungswinkel von 90° oder Führungsnuten mit einem halbkreisförmigen Quer­ schnitt vorgesehen.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannfutters in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine Grundbacke des Spannfutters aus Fig. 1 in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 die Grundbacke aus Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 4 die Grundbacke aus Fig. 2 in Frontansicht,

Fig. 5 die Grundbacke aus Fig. 2 in Seitenansicht,

Fig. 6 eine Aufsatzbacke für das in Fig. 1 darge­ stellte Spannfutter in perspektivischer An­ sicht,

Fig. 7 die Aufsatzbacke aus Fig. 6 in Draufsicht,

Fig. 8 die Aufsatzbacke aus Fig. 6 in Frontansicht,

Fig. 9 die Aufsatzbacke aus Fig. 6 in Seitenansicht,

Fig. 10 eine Spannbacke, die aus einer Grundbacke gemäß den Fig. 2 bis 5 und einer Aufsatzbacke gemäß den Fig. 6 bis 9 gebildet ist, in perspekti­ vischer Ansicht,

Fig. 11 die Verbindungsebene zwischen Grundbacke und Aufsatzbacke,

Fig. 12 zeigt die Spannbacke aus Fig. 10 mit versetz­ ter Aufsatzbacke und

Fig. 13 die Verbindungsebene der Spannbacken aus Fig. 12.

In Fig. 1 ist ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Er­ findung dargestellt, das beispielsweise zum Spannen von Werkstücken an Drehmaschinen eingesetzt werden kann. Zu dem Spannfutter, das als Kraftspannfutter ausgebildet ist, gehört ein Futterkörper 1, der eine zylindrische Grundform besitzt und an der nicht dargestellten Spindel beispielsweise eine Drehmaschine befestigt werden kann. An der einen Stirnseite des Futterkörpers 1 sind drei ra­ diale Backenführungen 2 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. mit jeweils 120° Versatz ge­ geneinander angeordnet sind. In die Backenführungen 2 können Spannbacken 3 eingesetzt werden, die jeweils aus einer Grundbacke 4 und einer daran anschraubbaren Auf­ satzbacke 5 bestehen, und die Spannbacken 3 können durch einen geeigneten Stellmechanismus zum Spannen und Lösen von Werkstücken gemeinsam nach innen und außen verstellt werden.

Die Grundbacke 4 und die Aufsatzbacke 5 sind, wie insbe­ sondere in Fig. 10 gut erkennbar ist, unter Bildung der Spannbacke 3 miteinander verschraubt, wozu in der Auf­ satzbacke 5 ein Langloch 5a und in der Grundbacke 4 eine Gewindebohrung 4a vorgesehen sind. Andere Verbindungen, beispielsweise über einen Nutenstein, sind aber auch mög­ lich. Die Kraftübertragung zwischen Grundbacke 4 und Auf­ satzbacke 5 erfolgt durch miteinander in Eingriff stehen­ de Verzahnungen 7, 8 an den Kontaktflächen zwischen Grundbacke 4 und Aufsatzbacke 5. Erfindungsgemäß sind die Verzahnungen 7, 8 sowohl an der Grundbacke 4 als auch an der Aufsatzbacke 5 als Kreuzverzahnungen ausgebildet, die jeweils aus schräg zur Backenlängsrichtung X verlaufenden und sich kreuzenden Zahnstegen 7a, 7b; 8a, 8b gebildet werden, wie dies in den Fig. 2 bis 10 gut erkennbar ist. Dabei sind die Zahnstege 7a, 7b; 8a, 8b jeweils un­ ter einem Winkel von 45° zur Backenlängsrichtung X ange­ ordnet, so daß sie sich unter einem Winkel von 90° kreu­ zen. Die Kreuzungsbereiche sind so gestaltet, daß die zwischen den Zahnstegen gelegenen Zwischenräume oder Gas­ senbereiche jeweils durchgängig sind, und so in den Be­ reichen, wo zwei Zahnstege 7a, 7b bzw. 8a, 8b aufeinander treffen, pyramidenstumpfförmige Elemente 6 gebildet wer­ den. Die Kreuzverzahnungen 7, 8 an der Grundbacke 4 ei­ nerseits und der Aufsatzbacke 5 andererseits sind dabei komplementär zueinander ausgebildet, so daß ein Zahnsteg an dem einen Backenelement in den Zwischenraum, d. h. die Gasse, zwischen Zahnstegen an dem anderen Backenelement eingreift. Diese Verbindung über Kreuzverzahnungen 7, 8 kann sowohl Kräfte in Backenlängsrichtung X als auch quer dazu wirkende Kräfte aufnehmen. Des weiteren wird eine hohe Wiederholwechselgenauigkeit erreicht, da die Verbin­ dung praktisch spielfrei ist. Schließlich kann die Positi­ on der Aufsatzbacke 5 gegenüber der Grundbacke 4 in ein­ facher Weise und, hochgenau verändert werden. So zeigen die Fig. 10 und 11 eine Verbindung, bei der die Auf­ satzbacke 5 unmittelbar mittig über der Grundbacke 4 po­ sitioniert ist, während die Fig. 12 und 13 einen Zu­ stand zeigen, in dem die Aufsatzbacke 5 gegenüber der Grundbacke 4 axial versetzt ist, beispielsweise um ein kleineres Werkstück zu spannen.

Um die beim Spannen von Werkstücken unter Bearbeitung auftretenden Kräfte aufnehmen zu können, sind - wie ins­ besondere in den Fig. 1 bis 5 erkennbar ist - an den Seitenflächen der Grundbacken 4 und der Backenführungen 2 Führungsnuten 9 und damit in Eingriff stehenden Führungs­ leisten 10 ausgebildet. Konkret ist an jeder Seitenfläche der Grundbacken 4 jeweils eine Führungsnut 9 vorgesehen, die einen prismatischen Querschnitt mit einem Öffnungs­ winkel von etwa 90° und einer Tiefe t, die etwa 25% der Gesamtbreite b der Grundbacke 4 ausmacht, besitzt. An den Seitenflächen der Backenführungen 2 sind entsprechend ausgebildete Führungsleisten 10 vorgesehen, die in die Führungsnut 9 eingreifen.

Durch diese Ausbildung des Führungsbereichs mit nur einer einzigen, dafür aber relativ großen Führungsnut, die eine entsprechend große Auflagefläche besitzt, werden die beim Spannen von Werkstücken auftretenden hohen Kippmomente über die aufgrund ihrer Geometrie stabilen Führungslei­ sten 10 und die Führungsnuten 9 aufgenommen und in den Futterkörper 1 abgeleitet, ohne daß hierbei hohe, einen erhöhten Verschleiß zur Folge habender Flächenpressungen auftreten können. Die Führungsnuten 9 und Führungsleisten 10 können anstelle der prismatischen bzw. Trapezform auch beispielsweise eine halbrunde Kontur haben, die eine ver­ gleichsweise gute Ableitung der Spannkräfte in den Fut­ terkörper erlaubt.

Claims (8)

1. Spannfutter mit einem Futterkörper (1) und Spannbac­ ken (3), die in radialen Backenführungen (2) des Futterkörpers (1) angeordnet sind und jeweils eine Grundbacke (4) und eine Aufsatzbacke (5) aufweisen, die über miteinander in Eingriff stehende Verzahnun­ gen miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Grundbacken (4) und den Aufsatzbac­ ken (5) jeweils Kreuzverzahnungen (7, 8) mit schräg zur Backenlängsrichtung X verlaufenden und sich kreuzenden Zahnstegen (7a, 7b, 8a, 8b) vorgesehen sind, über welche die Grundbacken (4) und Aufsatz­ backen (5) miteinander gekoppelt sind.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstege (7a, 7b, 8a, 8b) jeweils unter ei­ nem Winkel von 45° zur Backenlängsrichtung X verlau­ fen.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweils eine Kreuzverzahnung bildenden Zahnstege (7a, 7b; 8a, 8b) an der Grund­ backe (4) und Aufsatzbacke (5) sich unter einem Win­ kel von 90° kreuzen.

4. Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Seitenflächen der Grundbacken (4) und der Backenführungen (2) Füh­ rungsnuten (9) und damit in Eingriff stehende Füh­ rungsleisten (10) ausgebildet sind.

5. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenflächen der Backenführungen (2) und der Grundbacken (4) jeweils nur eine Führungsnut (9) oder Führungsleiste (10) vorgesehen ist, wobei die Führungsnut (9) eine Tiefe von wenigstens 20% der Spannbackenbreite b besitzt und entweder prismaför­ mig mit einem Öffnungswinkel von wenigstens 60° oder kreisabschnittförmig ausgebildet ist und die Füh­ rungsleiste (10) einen entsprechenden prismaförmigen oder kreisabschnittförmigen Querschnitt besitzt.

6. Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (9) in den Seitenflächen der Grundbacken (4) und die Führungsleisten (10) an den Seitenflächen der Backenführungen (2) ausgebildet sind.

7. Spannfutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die prismaförmigen Führungsnuten (9) einen Öffnungswinkel von 90° besitzen.

8. Spannfutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsnuten (9) eine halbkreis­ förmigen Querschnitt besitzen.