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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Spannfutter der hier angesprochenen Art sind bekannt (
DE 1 158 789 A ). Sie dienen dazu, Werkzeuge zur zerspanenden Bearbeitung von Werkstücken, beispielsweise Bohrer, Fräser oder Reibahlen, die einen zylinderischen Schaft aufweisen, drehfest einzuspannen. Bei Spannfuttern dieser Art werden verschiedene Spannmechanismen realisiert, die spezifische Nachteile aufweisen.
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Mechanische Spannfutter mit Druckschrauben sind so ausgebildet, dass ein Werkzeug mit einem zylindrischen Schaft in eine Aufnahme eingesetzt und mit einer im Wesentlichen senkrecht zum Schaft verlaufenden Druckschraube festgespannt wird. Diese Spannfutter haben den Nachteil, dass sie sehr ungenau sind, weil das Werkzeug durch die Spannkraft von einer zentralen Rotationsachse des Spannfutters weggedrückt wird. Außerdem ist die Spannkraft vom Bediener des Spannfutters abhängig, weil er die Spannschrauben mehr oder weniger fest anzieht.
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Hydraulische Spannfutter, die auch als Hydrodehnspannfutter bezeichnet werden, weisen eine sehr dünne, flexible Metallmembran auf, die um einen Zylinderschaft herumgreift und durch Öldruck verformt wird. Auf diese Weise legt sie sich an den Zylinderschaft an und hält diesen reibschlüssig. Der Öldruck wird in Druckkammern des Spannfutters aufgebaut und zwar mittels einer Schraube, die auf einen Druckbolzen wirkt. Auch hier ist die Spannkraft vom Bediener abhängig, der die Schraube mehr oder weniger fest anzieht. Es besteht außerdem die Gefahr, dass der Ölkreislauf undicht wird. Bei einem Ölverlust tritt eine Druckminderung ein, sodass das Werkzeug nicht mehr sicher im Spannfutter gehalten wird. Es ergibt sich im Übrigen auch ein so genannter Walkeffekt: Die flexible Membran kann bei Querbelastungen, wie sie beispielsweise bei Fräsern auftreten, nachgeben, sodass ungenaue Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.
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Bei Schrumpffuttern ist der Innendurchmesser des Aufnahmebereichs für den Zylinderschaft etwas kleiner als dessen Außendurchmesser. Erst wenn das Futter erwärmt wird und sich der Innendurchmesser des Aufnahmebereichs dadurch aufweitet, kann der Zylinderschaft des Werkzeugs in das Schrumpffutter eingesteckt werden. Durch Abkühlung zieht sich das Spannfutter zusammen und hält damit das Werkzeug. Diese Ausführungsform ist sehr genau und stabil. Es ist allerdings nachteilig, dass das Ein- und Ausschrumpfen der Werkzeuge nur mit Hilfe teurer Apparaturen möglich ist.
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Schließlich sei noch auf Polygonspannfutter verwiesen, bei denen der Aufnahmebereich für den Zylinderschaft als Polygon ausgebildet ist und etwas von einer Kreisform abweicht. Wird ein spezieller Druckring mit großer Kraft hydraulisch auf die Außenseite des Spannfutters gedrückt, wird das Polygon zu einem Kreis verformt, sodass der Zylinderschaft des Werkzeugs in den Aufnahmebereich eingeführt werden kann. Bei Entlastung des Spannfutters tritt eine elastische Rückverformung ein, sodass der Zylinderschaft festgehalten wird. Auch hier ist nachteilig, dass zur Betätigung des Polygonspannfutters aufwendige und teure Apparaturen erforderlich sind, um ein Werkzeug ein- beziehungsweise auszuspannen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter zu schaffen, welches diese Nachteile nicht aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Spannfutter vorgeschlagen, das die in Anspruch 1 genannten Merkmale umfasst. Es handelt sich hier um ein Spannfutter für Werkzeuge mit einem zylindrischen Schaft, das einen Grundkörper sowie eine an dem Grundkörper vorgesehene Spannhülse aufweist. In dieser ist ein Aufnahmebereich vorgesehen, in den der zylindrische Schaft des Werkzeugs einführbar ist, und der von einer Wand des Grundkörpers umgeben ist. Mittels einer Spannvorrichtung wird der zylindrische Schaft im Aufnahmebereich festgehalten. Das Spannfutter ist so ausgebildet, das es ohne äußere Krafteinwirkung den zylindrischen Schaft des Werkzeugs im Aufnahmebereich festspannt. Das Spannfutter zeichnet sich dadurch aus, dass in die Wand von dem Aufnahmebereich nach außen verlaufende Schlitze eingebracht sind, die diese nicht ganz durchdringen und parallel zueinander verlaufen, und dass die Spannvorrichtung mindestens eine Spannrippe aufweist, die eben ohne äußere Krafteinwirkung eine erste Funktionsstellung einnimmt, in der sie eine Spannkraft auf den zylindrischen Schaft ausübt. Wird eine äußere Kraft aufgebracht, so nimmt die Spannrippe eine zweite Funktionsstellung ein, in der sie den Schaft freigibt. Mit der mindestens einen Spannrippe wirkt wenigstens ein Druckstück zusammen, welches in einer ersten Funktionsstellung keine Kraft auf die mindestens eine Spannrippe ausübt, diese aber in einer zweiten Funktionsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und in ihre zweite Funktionsstellung drängt, in der sie den Schaft eines Werkzeugs freigibt. Das Spannfutter weist schließlich eine Spannhülse auf, die mit dem mindestens einen Druckstück zusammenwirkt, und zwar so, dass die Spannhülse in einer ersten Funktionsstellung keine Kraft auf das mindestens eine Druckstück ausübt. Dieses befindet sich dann in seiner ersten Funktionsstellung. Bei Aktivierung der Spannhülse wird diese in eine zweite Funktionsstellung verlagert und übt eine Kraft auf das mindestens eine Druckstück aus, sodass sich dieses in seine zweite Funktionsstellung bewegt, eine Kraft auf die mindestens eine Spannrippe ausübt und diese in ihre zweite Funktionsstellung verlagert. Daraufhin gibt die Spannrippe den zylindrischen Schaft des Werkzeugs frei, sodass dieser nicht in dem Spannfutter fixiert ist.
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Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Spannfutters, bei dem mindestens zwei Spannrippen vorgesehen sind, die in einem spitzen Winkel zueinander und auf gegenüberliegenden Seiten einer gedachten Durchmesserlinie des Inkreises des Aufnahmebereiches angeordnet sind. Sie greifen daher aus unterschiedlichen Richtungen an der Umfangsfläche des zylindrischen Schafts eines Werkzeugs an, das in den Aufnahmebereich eingesetzt ist. Wird in den Aufnahmebereich ein Drehmoment eingeleitet, so kippt je nach Richtung des Drehmoments die eine oder die andere Spannrippe. Diese Kippbewegung führt dazu, dass sich die Spannrippe nach Art eines Kniehebels mit dem zylindrischen Schaft verkrallt. Bei Einleitung eines Drehmoments nehmen also die Spannkräfte des Spannfutters zu.
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Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein an einer Halterung befestigtes Spannfutter in Seitenansicht;
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2 das Spannfutter gemäß 1 in Längsschnitt;
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3 eine perspektivische Vorderansicht des Grundkörpers des Spannfutters;
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4 einen ersten Querschnitt durch den Grundkörper des Spannfutters;
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5 einen zweiten Querschnitt durch den Grundkörper des Spannfutters;
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6 eine perspektivische Vorderansicht einer Spannhülse des Spannfutters;
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7 eine Stirnseitenansicht der Spannhülse gemäß 6;
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8 einen Querschnitt durch das Spannfutter mit einem eingespannten Schaft;
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9 eine vergrößerte Detailansicht aus 8;
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10 einen Querschnitt durch das Spannfutter mit einem nicht eingespannten Schaft eines Werkzeugs;
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11 eine vergrößerte Detailansicht aus 10;
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12 einen Deckel des Spannfutters in perspektivischer Vorderansicht;
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13 eine Betätigungszange für das Spannfutter in Seitenansicht und
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14 eine perspektivische Rückansicht der Betätigungszange.
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1 zeigt ein Spannfutter 1 mit einer Halterung 3. Diese ist grundsätzlich beliebig ausgestaltbar. Sie dient ausschließlich dazu, das Spannfutter 1 mit einer Werkzeugmaschine, einem Adapter, einem Zwischenstück oder dergleichen zu verbinden, um ein Drehmoment in das Spannfutter 1 einzuleiten. Dieses halt ein hier nicht dargestelltes Werkzeug mit einem zylindrischen Schaft, der in das Spannfutter 1 eingeführt und dort festgespannt wird.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Halterung 3 einen bekannten Hohlschaft 5 auf, der mit einer Werkzeugmaschine, einem Adapter, Zwischenstück oder dergleichen koppelbar ist. Eine derartige Kopplung der Halterung 3 ist bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird. Im Übrigen ist die Halterung 3 frei austauschbar. Es ist also möglich, das Spannfutter 1 auch unmittelbar an einem Flansch einer Werkzeugmaschine zu befestigen.
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Das Spannfutter 1 weist einen Grundkörper 7 auf, der mit der Halterung 3 auf beliebige Weise verbindbar ist, beispielsweise durch eine Schraubverbindung.
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An dem Grundkörper 7 ist eine Spannhülse 9 vorgesehen, die dazu dient, das Spannfutter 1 zu betätigen, gegebenenfalls eine Kraft einzuleiten, um ein Werkzeug entnehmen oder in das Spannfutter 1 einbringen zu können. Das Spannfutter 1 wird durch einen Deckel 11 abgeschlossen. Er weist eine zentrale Öffnung 13 auf, über die ein Werkzeug in. das Innere des Spannfutters 1 einsetzbar ist.
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Das Spannfutter 1, also dessen Deckel 11, die Spannhülse 9 und der Grundkörper 7 sind konzentrisch zu einer Mittelachse 15 angeordnet, die auch die Mittelachse der Halterung 3 darstellt.
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Grundsätzlich ist es möglich, das Spannfutter 1 mit einem Drehmoment zu beaufschlagen und in Rotation zu versetzen, um ein Werkstück mittels eines hier nicht dargestellten Werkzeugs zu bearbeiten. Denkbar ist es aber auch, das Spannfutter 1 drehfest zu fixieren und ein Werkstück gegenüber einem von dem Spannfutter 1 gehaltenen Werkzeug in Rotation zu versetzen. In der Regel wird aber die Halterung 3 mit dem Spannfutter 1 in Rotation versetzt.
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Das Spannfutter 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Auf der Umfangsfläche 17 des Grundkörpers 7 sowie auf der Umfangsfläche 19 der Spannhülse 9 ist jeweils mindestens eine Schlüsselfläche 21 beziehungsweise 23 vorgesehen, wobei die erste Schlüsselfläche 21 dem Grundkörper 7 und die zweite Schlüsselfläche 23 der Spannhülse 9 zugeordnet ist. Beispielhaft ist der ersten Schlüsselfläche 21 eine diametral gegenüberliegende Schlüsselfläche 21 zugeordnet, entsprechend eine Schlüsselfläche 23' der zweiten Schlüsselfläche 23.
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2 zeigt das Spannfutter 1 mit der Halterung 3 im Längsschnitt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich, dass das Spannfutter 1 im Bereich des rechten Endes 25 des Grundkörpers 7 hohl ausgebildet ist und ein Innengewinde 27 aufweist. Mit diesem ist das Spannfutter 1 an dem Halter 3 festgeschraubt und auf geeignete Weise gegen Lösen gesichert.
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2 zeigt, dass der Grundkörper 7 einen Befestigungsabschnitt 29 aufweist, welcher der Anbringung des Spannfutters 1 am Halter 3 dient. Links davon weist der Grundkörper 7 einen Aufnahmeabschnitt 31 auf, der einen Aufnahmebereich 33 umschließt, in den der zylindrische Schaft eines hier nicht dargestellten Werkzeugs einsetzbar ist. Der Aufnahmeabschnitt 31 weist einen kleineren Außendurchmesser als der Befestigungsabschnitt 29 auf. Auf diesen ist die Spannhülse 9 drehbar aufgeschoben, wobei die in Richtung der Mittelachse 15 gemessene Länge der Spannhülse 9 kleiner ist als die Länge des Aufnahmeabschnitts 31, sodass an dessen freiem Ende 35 der Deckel 11 aufsetzbar ist. Dieser verhindert eine axiale Bewegung der Spannhülse 9, also eine Bewegung in Richtung der Mittelachse, indem er diese zwischen einer Anlagefläche 37 des Deckels und einer Stufe 39 des Befestigungsabschnitts 29 einschließt.
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Aus 2 ist noch ersichtlich, dass der Deckel 11 in einer Nut 41 ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement aufnehmen kann, welches die Öffnung 13 umgibt und dichtend an einem Schaft eines Werkzeugs anliegt, der in den Aufnahmebereich 33 eingesetzt wird. Dadurch wird das Innere des Spannfutters 1 gegen Verschmutzung geschützt.
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Die Schnittebene des Querschnitts gemäß 2 schneidet ein erstes Druckstück 45 und ein identisches Druckstück 45, welches in einem axialen Abstand, also gemessen in Richtung der Mittelachse 15, zum ersten Druckstück angeordnet ist. Auf die Druckstücke wird unten näher eingegangen.
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3 zeigt eine perspektivische Vorderansicht des Grundkörpers 7 des Spannfutters 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen wird.
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Deutlich erkennbar ist in 3, dass die Umfangsfläche 47 des Aufnahmeabschnitts 31 einen geringeren Außendurchmesser als die Umfangsfläche 17 des Befestigungsabschnitts 29 aufweist. In die Umfangsfläche 47 sind Aussparungen 49 eingebracht. Beispielhaft sind hier insgesamt sechs jeweils in Richtung der Mittelachse 15 und in Umfangsrichtung zueinander in einem Abstand angeordnete Aussparungen vorgesehen, die der Aufnahme von Druckstücken 45 dienen, die hier nicht dargestellt sind.
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Die Mündungen der Aussparungen 49 in der Umfangsfläche 47 sind langgestreckt, wobei deren größere Ausdehnung sich in Umfangsrichtung der Umfangsfläche 47 erstreckt.
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In 3 ist die Stirnseite 51 des Grundkörpers 7 erkennbar. Es wird deutlich, dass in den Grundkörper 7 eine koaxial zur Mittelachse 15 verlaufende Öffnung eingebracht ist, die den Aufnahmebereich 33 bildet, in den ein zylindrischer Schaft eines hier nicht dargestellten Werkzeugs einbringbar ist. In die den Aufnahmebereich 33 umgebende Wand 53 des Grundkörpers 7 sind von dem Aufnahmebereich 33 nach außen verlaufende Schlitze 55 eingebracht, vorzugsweise im Wege der Drahterosion. Bei der perspektivischen Ansicht gemäß 3 sind zwölf von innen nach außen verlaufende Schlitze zu sehen, die die Wand 53 nicht ganz durchdringen, also in einem Abstand zur Umfangsfläche 47 enden. Jeweils zwei dieser Schlitze sind parallel zueinander angeordnet.
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Das Spannfutter 1 weist eine Spannvorrichtung 57 auf. Es sind sechs Spannrippen vorgesehen, die zwischen jeweils zwei parallelen Schlitzen 55 angeordnet sind. Die Spannrippen 59 sind paarweise vorgesehen, wobei einer ersten Spannrippe 59 eines ersten Paars von Spannrippen eine zweite Spannrippe 61 zugeordnet ist. Es gibt hier drei Spannrippenpaare 59, 61, die jeweils von parallel zueinander verlaufenden Schlitzen 55 gegenüber der Wand 53 abgegrenzt sind.
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Die Spannrippen 59 und 61 eines Paars schließen einen spitzen Winkel β zwischen sich ein. Sie sind vorzugsweise symmetrisch zu einer Durchmesserlinie angeordnet, die durch die Mittelachse 15 verläuft.
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Wie gesagt, sind bei dem hier dargestellten Spannfutter 1 im Grundkörper 7 drei Paare von Spannrippen 59, 61, wobei die Spannrippen 59 und die Spannrippen 61 identisch ausgebildet sind. Daher werden die Bezugsziffern für diese Spannrippen auch nicht unterschieden. Die Paare der Spannrippen sind in gleichem Umfangsabstand zueinander angeordnet. Sie erstrecken sich zumindest über die in Richtung der Mittelachse 15 gemessene Länge des Aufnahmeabschnitts 31 und können auch noch in den Befestigungsabschnitt 29 hineinreichen.
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Zwischen je einem Paar Spannrippen 59, 61 befindet sich ein quasi kuchenstückartiges Zwischenelement 63, dessen der Mittelachse 15 zugewandte Innenseite konkav ausgebildet ist, wobei die Innenfläche 65 gewölbt, vorzugweise kreisbogenförmig gewölbt, ausgebildet ist.
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Die Spannrippen 59 und 61 weisen auf ihrer der Mittelachse 15 zugewandten Innenseite eine Spannstufe auf, wobei die Spannstufe 67 der Spannrippe 59 in einem der Durchmesserlinie 62 abgewandten Bereich der Innenseite der Spannrippe 59 liegt. Entsprechend liegt die Spannstufe 69 der Spannrippe 61 in einem der Durchmesserlinie 62 abgewandten Bereich der Innenseite der Spannrippe 61.
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4 zeigt einen ersten Querschnitt durch den Grundkörper 7 des Spannfutters 1 und zwar in einem Bereich, der in 3 wiedergegebenen Aussparungen 49 in der Umfangsfläche 47 des Aufnahmeabschnitts 31. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Die Darstellung gemäß 4 zeigt, dass jedem Paar von Spannrippen 59, 61 eine Aussparung 49 zugeordnet ist, in die ein hier nicht dargestelltes Druckstück 45 einbringbar ist.
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Die Aussparung 69 ist nicht symmetrisch zu den paarweise angeordneten Spannrippen 59, 61 angeordnet, sie verläuft vielmehr unter einem Winkel einer Durchmesserlinie 62 eines Paars von Spannrippen 59, 61. Es ist deutlich erkennbar, dass die Spannrippen 59 und 61 in ihren der Mittelachse 15 zugewandten Bereich breiter sind als die zugehörigen Spannstufen 67 und 69.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Spannstufen 67 und 69 der Spannrippen 59 und 61 auf einem Inkreis 71, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Außendurchmesser eines in den Aufnahmebereich 33 einbringbaren Schafts eines Werkzeugs. Wirken also auf den Grundkörper 7 beziehungsweise dessen Spannrippen 59 und 61 keine Kräfte, so liegen diese mit ihren Spannstufen 67 und 69 auf der Außenfläche des zylindrischen Schafts eines Werkzeugs an und halten dieses im Aufnahmebereich 33 fest.
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Aus der Schnittdarstellung wird deutlich, dass die Schlüsselflächen 21 und 21' im Befestigungsabschnitt 29 des Grundkörpers 7 parallel zueinander und parallel zu einer gedachten Durchmesserlinie verlaufen, die hier nicht eingezeichnet ist.
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5 zeigt einen Querschnitt durch den Grundkörper 7, allerdings in einem Bereich, in dem Aussparungen 49 vorhanden sind. Im Übrigen entspricht also die Schnittdarstellung identisch der gemäß 4. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
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Anhand von 5 wird Folgendes verdeutlicht:
Die paarweise angeordneten Spannrippen 59 und 61 sind symmetrisch zu einer gedachten Durchmesserlinie 62 angeordnet. Die Spannstufen 67 und 69 der Spannrippen 59 und 61 sind gegenüber der Durchmesserlinie 62 nach außen versetzt. Das heißt, sie liegen auf einer nicht radial verlaufenden Hilfslinie 75 der Spannstufe 59 beziehungsweise Hilfslinie 77 der Spannstufe 61. Die Hilfslinien 75 und 77 schließen mit radial verlaufenden Linien 76 und 78 einen Winkel ein, wobei der in 5 dargestellte Winkel zwischen der Hilfslinie 75 und der Linie 76 mit α1 bezeichnet wird, ebenso der Winkel zwischen der Hilfslinie 77 und der Linie 78.
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Zunächst zur oberhalb der Durchmesserlinie 62 angeordneten Spannrippe 59 und der zugehörigen Spannstufe 67: Die Spannstufe 67 liegt auf der von der Durchmesserlinie 62 abgewandten Seite der Hilfslinie 75. Wird die Spannrippe 59 aus ihrer in 5 dargestellten ersten Funktionsstellung, in der sie einen Schaft eines hier nicht dargestellten Werkzeugs halten würde, in Richtung des Pfeils P auf die Hilfslinie 75 verschwenkt, so ergibt sich durch die Reduktion des Winkels α1 auf α2 und durch die Einspannung der Spannrippe 59 zwischen der Wand 53 und dem Schaft eines Werkzeugs ein Kniehebeleffekt: Die Spannrippe 59 würde die auf einen Schaft wirkenden Kräfte vergrößern. Dabei gilt 0 ≤ α2 < α1.
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Würde die Spannrippe 59 entgegen der durch den Pfeil 79 angedeuteten Richtung verschwenkt, so würde sich der Abstand der Spannstufe 67 zum Mittelpunkt M des Inkreises 71 vergrößern und ein Schaft eines Werkzeugs würde freigegeben.
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Entsprechendes gilt für die Spannrippe 61. Würde diese allerdings entgegen der Richtung des P 69 auf die Durchmesserlinie 62 zu verschwenkt, so würden sich die Spannkräfte der Spannstufe 69 vergrößern. Würde die Spannrippe 61 von der Durchmesserlinie 62 weggeschwenkt, so würde die Spannstufe 69 sich von dem Inkreis 71 entfernen und einen Schaft freigeben.
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6 zeigt eine Spannhülse 9 in perspektivischer Ansicht von schräg vorne ohne den Grundkörper 3. Deutlich erkennbar sind die Umfangsfläche 19 der Spannhülse 9 sowie deren Innenseite 79. Diese weist konkav ausgebildete Teilflächen 81 auf. Deren Anzahl ist auf die Anzahl der Druckstücke abgestimmt. Hier sind drei Teilflächen 81 für drei Druckstücke 45 vorgesehen, die hier allerdings nicht vorgesehen sind.
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Die Teilflächen 81 verlaufen in Längsrichtung der Spannhülse 9 und sind hier durchgehend ausgebildet. Sie sind also parallel zur Mittelachse 15 der Spannhülse 9 und damit des Spannfutters 1 angeordnet.
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7 zeigt die Spannhülse 9 in Stirnseitenansicht. Deutlich erkennbar sind hier die drei Teilflächen 81, die in die Innenseite 79 der Spannhülse 9 eingebracht sind. Erkennbar sind auch die beiden parallel zueinander verlaufenden, in die Umfangsfläche 19 der Spannhülse 9 eingebrachten Schlüsselflächen 23 und 23', die auch parallel zu einer hier senkrecht verlaufenden gedachten Durchmesserlinie 83 angeordnet sind.
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8 zeigt das zum Beispiel in 1 dargestellte Spannfutter 1 im Querschnitt, wobei auch hier die Schnittebene im Bereich einer Aussparung 49 verläuft, wie dies bei dem Schnitt gemäß 4 der Fall war. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird.
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In 8 sind mindestens ein, hier drei Druckstücke 45 zu erkennen, deren erstes Ende 85 näher an der Mittelachse 15 angeordnet ist als das zweite Ende 87, welches in den Teilflächen 81 der Spannhülse 9 angeordnet ist. die Teilflächen 81 sind, wie gesagt, konkav, insbesondere als konkave Rinnen, ausgebildet. Komplementär dazu sind die zweiten Enden 87 der im Wesentlichen zylindrischen Druckstücke 45 an ihren Enden abgerundet und konvex ausgebildet. Die ersten Enden 85 sind konkav ausgebildet und stehen mit einem Betätigungselement 89 in Wirkzusammenhang, welches auf die einer Durchmesserlinie 82 zugewandten Innenseite der paarweise gegenüberliegenden Spannrippen 59 und 61 wirken kann. Das Betätigungselement 89 ist vorzugsweise zylindrisch und stabförmig ausgebildet. Es verläuft parallel zur Mittelachse 15 und steht damit senkrecht auf der Bildebene von 8.
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9 zeigt eine vergrößerte Detailansicht aus 8. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangen Figuren verwiesen wird. 9 zeigt ein Paar Spannrippen 59 und 61, die symmetrisch zu einer Durchmesserlinie 62 angeordnet sind und einen spitzen Winkel miteinander einschließen. In dem Freiraum 91 zwischen den Spannrippen 59 und 61 ist das Betätigungselement 69 angeordnet. Dessen Außendurchmesser ist so gewählt, dass es mit einem Spiel im Freiraum 91 zwischen den der Durchmesserlinie 62 zugewandten Innenseiten der Spannrippen 59 und 61 angeordnet ist, zumindest aber keine Druckkräfte auf die Spannrippen ausübt. Aufgrund ihrer Eigenelastizität befinden sich die Spannrippen 59 und 61 daher in ihrer Ausgangsposition, in der die Spannstufe 67 der Spannrippe 59 und die Spannstufe 69 der Spannrippe 61 an einen hier angedeuteten Schaft 93 beziehungsweise an dessen Umfangsfläche 95 anliegen. Der Durchmesser der Umfangsfläche 95 des Schafts 63 ist etwas größer als der Durchmesser 73 des Inkreises 71, sodass die Spannrippen 59 und 61 aufgrund ihrer Eigenspannung so am Schaft 93 anliegen, dass dieser im Aufnahmebereich 33 des Grundkörpers 7 gehalten wird.
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Wird das Spannfutter 1 mit dem den Schaft 93 aufweisenden Werkzeug in Rotation versetzt, beispielsweise im durch einen Pfeil 97 angedeuteten Uhrzeigersinn, so halten die Spannrippen 59 und 61 den Schaft 93. Wird das Werkzeug mit einem Werkstück in Eingriff gebracht, so wirkt auf dieses ein Bremsmoment, das in Richtung des Pfeils 99 wirkt. Durch die Reibkräfte zwischen der Umfangsfläche 95 und der Spannstufe 69 wird die Spannrippe 61 in Richtung auf die Durchmesserlinie 62 verschwenkt. Berücksichtigt man die Erläuterungen zu 5, so wird α1 kleiner, daher verkeilt sich aufgrund der Schwenkbewegung der Spannrippe 61 die Spannstufe 69 an der Umfangsfläche 95 des Schafts 93. Es ergibt sich der Kniehebeleffekt, der die Haltekräfte des Spannfutters 1 auf den Schaft 93 verstärkt.
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Entsprechend wird bei einer umgekehrten Drehbewegung des Spannfutters 1 bei Bearbeitung eines Werkzeugs eine Kippbewegung der Spannstufe 59 entsprechend dem Pfeil P in 5 bewirkt, sodass die Spannstufe 67 der Spannrippe 59 eine erhöhte Spannkraft auf die Umfangsfläche 95 des Schafts 93 ausübt.
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Der Schaft 93 wird also durch die Federwirkung der Spannrippen 59 und 61 im Aufnahmebereich 33 des Aufnahmeabschnitts 31 des Grundkörpers 7 gehalten. Da die Spannrippen 59 und 61 symmetrisch zu einer Durchmesserlinie 62 angeordnet sind, werden die auf den Schaft 93 wirkenden Druck- beziehungsweise Haltekräfte durch den Kniehebeleffekt der beiden Spannrippen 59 und 61 erhöht, wobei in einer ersten Drehrichtung die Spannrippe 59 und in der entgegengesetzten Drehrichtung die Spannrippe 61 die Haltekräfte erhöht.
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Die für den Kniehebeleffekt erforderlichen Schwenkbewegungen der Spannrippen 59 und 61 werden dadurch ermöglicht, dass diese in der Wand 53 der Spannhülse 9 über einen gewissen Bereich schwenkbar sind, weil sie gegenüber der Wand 53 durch die Schlitze 55 frei geschnitten sind.
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Wenn, wie anhand von 9 erläutert, das Betätigungselement 89 mit einem Spiel zwischen den der Durchmesserlinie 62 zugewandten Innenseiten der Spannrippen 59 und 61 angeordnet ist, überträgt sich die Schwenkbewegung einer Spannrippe nicht auf die andere, sodass diese wenigstens durch ihre Eigenspannung den Schaft 93 im Aufnahmebereich 33 hält. Da die durch den Kniehebeleffekt bewirkten Spannkräfte wesentlich höher sind als die durch die Eigenspannung verursachten Haltekräfte, ist es letztlich unschädlich, wenn eine Spannrippe durch die Schwenkbewegung einer aufgrund eines Drehmoments verkeilten Spannrippe von der Umfangsfläche 95 des Schafts 93 weggeschwenkt würde.
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In 9 ist erkennbar, dass das Druckstück 45 nahe der linken Begrenzungswand 101 der Aussparung angeordnet ist. Dies ergibt sich auch aus der Darstellung gemäß 8.
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Betrachtet man nun die Schnittdarstellung gemäß 10, so zeigt sich, dass die Druckstücke 45 gegenüber der Darstellung in 8 verschwenkt sind. Sie wurden gegenüber den Betätigungselementen 89 gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt und liegen nun nahe der Begrenzungswand 103 der Aussparungen 49, damit näher an einer gedachten Hilfslinie R, die auch in 8 eingezeichnet ist. Der Winkel, den die Druckstücke 45 bei der Darstellung gemäß 10 mit einer gedachten Durchmesserlinie 62 oder der Hilfslinie R einschließen, ist kleiner gegenüber dem Winkel, wie er aus den 8 und 9 ersichtlich ist. Da die zweiten äußeren Enden 87 fest in den Teilflächen 81 des Spannrings 9 gehalten werden und nicht nach außen ausweichen können, ergibt sich auch hier ein Kniehebeleffekt, aufgrund dessen die Betätigungselemente 89 weiter in Richtung auf den Aufnahmebereich 33 im Grundkörper 9 gedrückt werden. Die Betätigungselemente 89 üben damit auf die der Durchmesserlinie 62 zugewandten Innenseiten der Spannrippen 59 und 61 eine Druckkraft auf, sodass ihre der Mittelachse 15 zugewandten Enden gegenüber der gedachten Durchmesserlinie 62 nach außen verschwenkt werden.
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Die Kippbewegung der Druckstücke 45 wird durch eine Relativdrehung der Spannhülse 9 gegenüber dem Grundkörper 7 veranlasst, die durch einen Pfeil 105 angedeutet ist. Ein Vergleich der 8 und 10 zeigt, dass nur eine relativ kleine Relativdrehung Von ca. 12° der Spannhülse 9 gegenüber dem Grundkörper 7 erforderlich ist, um den Kniehebeleffekt der Druckstücke 45 zu bewirken und um die Spannrippen 59 und 61 auseinanderzudrücken.
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11 zeigt eine vergrößerte Detailansicht aus 10. Das Betätigungselement 89 wird deutlich in Richtung auf den Aufnahmebereich 33 in den Freiraum 91 zwischen den Spannrippen 59 und 61 gepresst, sodass die Spannrippen 59, 61 nach außen, also von der gedachten Durchmesserlinie 62 weggeschwenkt und die Spannstufe 67 der Spannrippe 59 sowie die Spannstufe 69 der Spannrippe 61 von der Umfangsfläche 95 des Schafts 93 abgehoben werden, daher auf diesen keine Spannkräfte mehr ausüben. Der Schaft 93 wird folglich vom Spannfutter 1 freigegeben.
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Wird also über die Spannhülse 9 mittels einer Relativdrehung gegenüber dem Grundkörper 7 eine Kraft in das mindestens eine Druckstück 45, hier in die drei Druckstücke 45, die jeweils einem Paar von Spannrippen 59 und 61 zugeordnet sind, in das Spannfutter 1 eingeleitet, so werden die elastischen Spannrippen 59 und 61 gegenüber der Durchmesserlinie 62 nach außen gedrückt, sodass deren Spannstufen 67 und 69 den Schaft 93 freigeben.
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Wird der Spannring 9 aus der in 10 dargestellten Position im Uhrzeigersinn gegenüber dem Grundkörper 7 verdreht, so kippen die Druckstücke 45 in die in den 8 und 9 dargestellte Position zurück, sodass die Spannrippen 59 und 61 nicht mehr von dem Betätigungselement 89 nach außen gedrängt sondern vielmehr freigegeben werden. In dieser ersten Funktionsstellung halten die Spannrippen 59 und 61 den Schaft 93 aufgrund ihrer Eigenelastizität. Wird ein Drehmoment eingeleitet, so bewirkt dies eine Verkippung einer der beiden Spannrippen und einen Kniehebeleffekt, der die Spannkräfte der Spannhülse 1 deutlich erhöht.
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Bei Krafteinleitung nehmen die Spannrippen 59 und 61 ihre zweite Funktionsstellung ein und geben den Schaft 93 frei.
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Betrachtet man die hier vorliegenden Figuren, insbesondere die 8 bis 11, so zeigt sich Folgendes:
Die mindestens eine Spannrippe der Spannvorrichtung 57 nimmt ohne Krafteinwirkung von außen eine erste Funktionsstellung ein, in der sie aufgrund ihrer Eigenelastizität eine Spannkraft auf einen Schaft 93 ausübt. Wirkt ein Drehmoment auf den Übergangsbereich zwischen Schaft 93 und Grundkörper 7, so wird bei entsprechender Drehrichtung die mindestens eine Spannrippe so verschwenkt, dass ihre Spannkräfte erhöht werden.
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Vorzugsweise werden mindestens zwei Spannrippen 59 und 61 vorgesehen, die einen spitzen Winkel zueinander einschließen und insbesondere symmetrisch zu einer Durchmesserlinie 62 angeordnet sind. Der Scheitelpunkt des spitzen Winkels ist nach innen auf den Aufnahmebereich 33 gerichtet Durch die spezielle Ausgestaltung der Spannrippen, wie sie anhand von 5 erläutert wurde, wird bei einem Drehmoment zwischen Schaft 93 und Spannfutter 1 je nach Drehrichtung immer eine der mindestens zwei Spannrippen aus ihrer Ausgangslage so verschwenkt, dass sich ein Kniehebeleffekt ergibt und die Spannkräfte auf den Schaft 93 im Aufnahmebereich 33 erhöht werden. Bei symmetrischer Anordnung zweier einander zugeordneter Spannrippen 59 und 61 ergeben sich auch bei einer Drehrichtungsumkehr die gleichen Spannverhältnisse.
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Vorzugsweise werden drei Paare derartiger Spannrippen vorgesehen.
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Befinden sich die Spannrippen 59 und 61 in ihrer ersten Funktionsstellung, wird also keine Kraft in das Spannfutter 1 eingeleitet, so befindet sich das mindestens eine Druckstück 45 ebenfalls in seiner ersten Funktionsstellung, in der es auf eine ihm zugeordnete Spannrippe keine Kraft ausübt. Vorzugsweise ist jeweils ein Druckstück einem Paar von Spannrippen zugeordnet.
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Der ersten Funktionsstellung sowohl der Spannrippen als auch der Druckstücke ist auch eine erste Funktionsstellung der Spannhülse 9 gegenüber dem Grundkörper 7 zugeordnet. Sie befindet sich in der in 8 dargestellten Position.
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Wird nun eine Kraft in die Spannhülse 9 eingeleitet, und wird sie in Richtung des Pfeils 105, wie aus 10 ersichtlich, verdreht, so werden die Druckstücke 45 im Berührungsbereich mit dem Betätigungselement 89 verkippt, wobei sich auch hier ein Kniehebeleffekt ergibt. Die zweite Funktionsstellung des Spannrings 9 führt dazu, dass auch die Druckstücke 45 in ihre zweite Funktionsstellung verlagert werden und eine Kraft auf die Spannrippen 59, 61 ausüben. Daraufhin werden diese in ihre zweite Funktionsstellung verlagert und geben den Schaft 93 frei, wie dies anhand der 10 und 11 erläutert wurde.
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Die Eigenspannkräfte der Spannrippen 59 und 61 können durch die Ausgestaltung der Spannrippen 59 und 61 eingestellt werden, ebenso die bei Bewirkung des Kniehebeleffekts aufgebauten zusätzlichen Spannkräfte. Die Spannrippen 59 und 61 können also an verschiedene Spannverhältnisse angepasst und – in Umfangsrichtung des Schafts 93 gesehen – mehr oder weniger dick beziehungsweise lang ausgelegt werden. Auch ist es möglich, die geradlinig verlaufenden Schlitze 55 entlang einem Bogen zu führen, um die Spannverhältnisse zu beeinflussen.
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Auch die Materialwahl bezüglich der Wand 53 und insbesondere der Spannrippen 59 und 61 des Grundkörpers 7 beeinflusst die Spannkräfte, die also auch entsprechend auf diese Weise beeinflussbar sind.
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Schließlich kann noch die in Umfangsrichtung der Umfangsfläche 59 des Schafts 93 gemessene Breite der Spannstufen 67 und 69 sowie deren Anordnung bezüglich der Innenfläche der Spannrippen 59 und 61 so gewählt werden, dass sich die gewünschten Spannkräfte einstellen.
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12 zeigt in perspektivischer Vorderansicht den Deckel 11 des Spannfutters 1. Deutlich erkennbar sind die zentrale Öffnung 13 und die Nut 41. Das in 2 dargestellte Dichtelement 43 ist in 12 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit weggelassen.
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13 zeigt eine Betätigungszange 107 mit zwei Teilelementen 109 und 110, die einen Griff und jeweils einen Aufnahmebereich aufweisen, der von zwei parallel zueinander verlaufenden Eingriffsflächen 113, 113' beziehungsweise 115, 115' begrenzt wird. Dabei sind dem ersten Teilelement 109 die Eingriffsflächen 113 und 113' und dem zweiten Teilelement 111 die Eingriffsflächen 115 und 115' zugeordnet. Der Abstand der Eingriffsflächen ist auf den Abstand der Schlüsselflächen 21, 21' am Grundkörper 7 beziehungsweise der Schlüsselflächen 23, 23' an der Spannhülse 9 angepasst.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass der Abstand der parallel zueinander verlaufenden Schlüsselflächen zur Mittelachse 15 verschieden sein kann, das heißt, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Abstand der Schlüsselflächen 21, 21' des Grundkörpers 7 größer als der Abstand der Schlüsselflächen 23, 23' an der Spannhülse 9.
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In der Praxis werden Spannfutter 1 unterschiedlicher Größe mit ein und derselben Halterung 3 kombiniert. Entsprechend muss der Befestigungsabschnitt 29 des Grundkörpers 7 des Spannfutters 1 an den Halter 3 angepasst sein. Der Aufnahmeabschnitt 31 des Grundkörpers 7 und die Spannhülse 9 können gegenüber der Darstellung gemäß 1 auch deutlich kleiner sein, sodass der Abstand der Schlüsselflächen 23 und 23' ebenfalls kleiner ist, während der Abstand der Schlüsselflächen 21, 21' am Grundkörper 7 gleich bleibt.
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Die Betätigungszange 107 kann so ausgelegt sein, dass eines der Teilelemente auf die Schlüsselflächen 21, 21' des Grundkörpers 7 ausgelegt ist und das andere an die Schlüsselflächen 23, 23' der Spannhülse 9. Um eine Betätigungszange 107 für Spannfutter 1 unterschiedlicher Größe verwenden zu können, ist es denkbar, eines der Teilelemente jeweils auszutauschen und damit an verschiedene Abstände der Schlüsselflächen 23, 23' an einer Spannhülse 9 anzupassen.
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Aus 13 ist ersichtlich, dass die beiden Teilelemente 109, 111 mit Hilfe von Schrauben 117, 117' miteinander verbunden werden, die in auf einer gedachten Kreisbahn verlaufenden Langlöchern 119, 119' angeordnet sind und somit die Relativbewegung der Teilelemente 109 und 111 festlegen. Diese führen gegenüber einem gedachten Punkt zwischen den Eingriffsflächen 113, 113 und 115, 115' eine Relativ-Schwenkbewegung durch, wobei sie im Bereich der Schrauben 117, 117' und der Langlöcher 119, 119' eine Relativbewegung zueinander durchführen.
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Vorzugsweise ist die Betätigungszange 117 mit einem Federelement 121 versehen, welches die beiden Teilelemente 109 und 111 der Betätigungszange 107 so auseinanderdrängt, dass die in 13 ersichtlichen Enden gegenüber den Eingriffsflächen 113, 113', 115, 115' auseinander bewegt werden und die Eingriffsflächen 113 und 115 beziehungsweise 113' und 115' parallel zueinander verlaufen.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass die Schlüsselflächen 21, 21' am Grundkörper 7 und 23, 23' an der Spannhülse 9 parallel zueinander senkrecht zur Bildebene von 1 verlaufen, wenn keine äußeren Kräfte auf das Spannfutter 1 wirken. In diesem Fall kann also die geöffnete Betätigungszange 107 ohne Weiteres auf das Spannfutter 1 aufgeschoben werden, weil sich die Eingriffsflächen der beiden Teilelemente in paralleler Ausrichtung zueinander befinden.
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Wird die Betätigungszange 107 auf ein Spannfutter 1 aufgeschoben und werden die den Eingriffsflächen gegenüberliegenden Enden der Betätigungszange zusammengedrückt, so findet eine Relativdrehung der Spannhülse 9 gegenüber dem Grundkörper 7 statt. Dabei sind die Eingriffsflächen 113, 113' und 115, 115' so angeordnet, wie dies aus 13 ersichtlich ist. In dieser Funktionsstellung der Betätigungszange 107 kann diese nicht von dem Spannfutter 1 abgezogen werden.
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Wird also eine Kraft in das Spannfutter 1 eingeleitet, um die Spannrippen 59 und 61 in ihre zweite geöffnete Funktionsstellung zu verlagern, so kann die Betätigungszange 107 nicht vom Spannfutter 1 abrutschen. Ein Benutzer weiß, dass das Spannfutter 1 mit einer Kraft beaufschlagt wurde, sodass der Aufnahmebereich 33 freigegeben ist. Befinden sich die Druckstücke 45 in ihrer in 10 dargestellten Stellung, so kippen sie nicht ohne weiteres in die aus 8 ersichtliche Position zurück. In der geöffneten Position des Spannfutters 1, in der ein Werkzeug ausgetauscht werden kann, muss also keine weitere Kraft auf die Betätigungszange 7 ausgeübt werden.
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Werden die Griffelemente nur etwas aus der in 13 dargestellten Position auseinander bewegt, so kippen die Druckstücke 45 selbsttätig in ihre erste Funktionsstellung gemäß 8 und 9 zurück, sodass das Spannfutter 1 ein Werkzeug ohne weitere Krafteinleitung von außen einspannt und selbsttätig hält.
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14 zeigt die Betätigungszange 107 noch einmal in perspektivischer Ansicht, und zwar in der Stellung, in der Kräfte auf ein Spannfutter 1 ausgeübt wurden, um die Spannhülse 9 gegenüber dem Grundkörper 7 zu verdrehen.
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Deutlich erkennbar ist, dass die Schraube 117 von rechts und die Schraube 117' von links in die Betätigungszange 107 eingeschraubt ist. In 14 ist das der Schraube 117 zugeordnete Langloch 119 erkennbar. Das Langloch 119' der Schraube 117' ist hier nicht sichtbar. Es befindet sich auf der dem Betrachter abgewandten Seite der Betätigungszange 117.
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Es zeigt sich, dass die Betätigungszange 107 sehr einfach aufgebaut ist, damit leicht gehandhabt und an verschiedene Größen von Spannfuttern 1 angepasst werden kann.
