DE102015113099A1

DE102015113099A1 - Spannzangenfutter mit Wälzkörpergewindetrieb

Info

Publication number: DE102015113099A1
Application number: DE102015113099.8A
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Haimer
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-02-09
Also published as: JP2017042905A; US20170036275A1

Abstract

Spannzangenfutter (1) mit einem Futterkörper (2), einer Spannzange (8) und einer Spannmutter (13), wobei der Futterkörper (2) einen Kupplungsabschnitt (3) zum Ankuppeln des Spannzangenfutters (1) an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine besitzt und eine als Innenkegel (7) ausgeführte Spannzangenaufnahme (6) sowie mindestens eine Gewinderille (15) zum Aufschrauben der Spannmutter (13), und wobei die Spannzange (8) einen zu dem besagten Innenkegel (7) komplementären Außenkegel besitzt, sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahme (11), und wobei das Spannzangenfutter (1) so beschaffen ist, dass die Spannzange (8) durch Anziehen der Spannmutter (13) so weit in die Spannzangenaufnahme (6) eingetrieben werden kann, dass der Werkzeugschaft drehmomentfest gehalten wird, und wobei die Spannmutter (13) mindestens eine Gewinderille (16) trägt, wobei zwischen die Gewinderillen (15; 16) des Futterkörpers (1) und der Spannmutter (13) Wälzköper (14a) eingelegt sind, so dass die Spannmutter (13) und der Futterkörper (2) einen Wälzkörpergewindetrieb bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannzangenfutter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Solche Spannzangenfutter sind in vielfältiger Ausführungsform bekannt. Typischerweise funktionieren solche Spannzangenfutter so, dass eine in radialer Richtung flexible Spannzange einen Außenkonus besitzt. Der Futterkörper besitzt einen komplementären Innenkonus. Die Spannzange wird in eine Spannmutter eingesetzt, dann wird die Spannmutter lose auf den Futterkörper aufgeschraubt. Der zylindrische Werkzeugschaft wird in die noch unverformte Spannzange eingeschoben. Anschließend wird die Spannzange mithilfe der Spannmutter so tief in den Kegelsitz des Futterkörpers eingetrieben, dass der Werkzeugschaft für Standardanwendungen in hinreichendem Maß verdrehfest eingespannt wird.
Es sind erhebliche Drehmomente an der Spannmutter aufzubringen, um die Reibungskräfte am Kegelsitz und im Gewinde zwischen der Spannmutter und dem Futterkörper zu überwinden und so die Spannzange tief genug in den Futterkörper einzutreiben. Auch bei festem Anziehen der Spannmutter haben Spannzangenfutter prinzipbedingt bisher eine geringere Spannkraft als beispielsweise die alternativ eingesetzten Schrumpffutter, was nachteilhaft ist. Insbesondere bei größeren Werkzeugdurchmessern und den damit verbundenen hohen Belastungen während der Zerspanung stoßen die herkömmlichen Spannzangenfutter schnell an ihre Grenzen.
Um dieses Problem zu beseitigen, ist in der Praxis bereits vorgeschlagen worden, die Spannzange nicht mithilfe einer Spannmutter in den Futterkörper einzutreiben, sondern mithilfe einer hydraulischen Presse. In der Tat lässt sich auf diese Art und Weise die Spannkraft eines Spannzangenfutters deutlich erhöhen. Nachteilig ist aber, dass stets eine speziell für diesen Zweck ausgestattete Presse zur Verfügung stehen muss, um die Spannzange in den Futterkörper einzutreiben und zum Wiederausspannen des Werkzeugs aus dem Futterkörper herauszuziehen. Außerdem ist die Handhabung umständlich, weil im Regelfall nicht allerorten eine Presse zur Hand ist. Schließlich ist die zusätzliche Anschaffung einer Presse auch mit Kosten verbunden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein konventionell zu betätigendes Spannzangenfutter zu schaffen, das die bisherigen Nachteile der konventionell zu betätigenden Spannzangenfutter überwindet.
Die erfindungsgemäße Lösung
Dieses Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Spannzangenfutter besitzt einen Futterkörper, eine Spannzange und eine Spannmutter. Dabei ist der Futterkörper mit einem Kupplungsabschnitt zum Ankuppeln des Spannzangenfutters an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine ausgerüstet. Ferner besitzt der Futterkörper eine als Innenkegel ausgeführte Spannzangenaufnahme sowie mindestens eine Gewinderille zum Aufschrauben der Spannmutter. Bei mehrgängiger Ausführung können auch mehrere Gewinderillen vorgesehen sein. Die Gewinderille oder die Gewinderillen dienen zum Aufschrauben der Spannmutter.
Gleichzeitig besitzt die Spannzange einen zu dem besagten Innenkegel komplementären Außenkegel sowie eine im Regelfall zylindrische Werkzeugaufnahme. Die Spannmutter wiederum ist mit mindestens einer Gewinderille ausgerüstet. Im Fall der mehrgängigen Ausführung besitzt sie mehrere Gewinderillen. Die Gewinderille bzw. Gewinderillen der Spannmutter sind komplementär zu der oder den Gewinderillen des Futterkörpers ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Spannzangenfutter zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen die Gewinderillen des Futterkörpers und der Spannmutter Wälzkörper eingelegt sind. Die Spannmutter und die Futterkörper bilden so einen Wälzkörpergewindetrieb.
Auf diese Art und Weise wird die Gewindereibung zwischen dem Futterkörper und der Spannmutter entscheidend verringert. Außerdem lässt sich so ein sehr tragfähiges Gewinde schaffen, da die Wälzkörper bei entsprechender Gestaltung der Gewinderillen großflächiger gegen den Futterkörper und die Spannmutter anlegen, verglichen mit den Anlageflächen konventioneller Gewinde. Wegen der verringerten Reibung einerseits und der höheren Gewindetragfähigkeit andererseits kann bei den erfindungsgemäßen Spannfuttern die Spannzange mithilfe der Spannmutter wesentlich stärker in den Futterkörper eingetrieben werden und entfaltet dadurch Spannkräfte in bislang nicht bekannter Höhe.
Bevorzugte Ausführungsformen
Besonders bevorzugt ist der Wälzkörpergewindetrieb so ausgeführt, dass sich innerhalb der Gewinderillen aufeinanderfolgende Wälzkörper berühren. Auf diese Art und Weise wird eine erhöhte Tragfähigkeit des Gewindes erreicht, da möglichst viele Wälzkörper an der Kraftübertragung zwischen dem Futterkörper und der Spannzange beteiligt sind.
Idealerweise zeichnet sich das erfindungsgemäße Spannzangenfutter dadurch aus, dass mindestens ein Umlenksystem für Wälzkörper vorhanden ist, das einen Wälzkörper, der beim Anziehen der Spannmutter das Ende der Gewinderillen des Futterkörpers und der Spannmutter erreicht hat, wieder an den Anfang der Gewinderillen transportiert.
Auf diese Art und Weise lässt sich die Anzahl der Umdrehungen, die die Spannmutter auf dem Futterkörper zwischen der Position "völlig geschlossen" und "völlig offen" zurücklegt, deutlich erhöhen, auch bei kurzer Bauweise des Spannzangenfutters. Das erlaubt es, einen kleineren Kegelwinkel am Innenumfang der Spannzangenaufnahme und am Außenumfang der Spannzange zu verwenden. Der Kegelwinkel (Spitzenwinkel des Kegels, vgl. 2, doppelter Wert des dort mit der Bezugsziffer 7 eingezeichneten Winkels) liegt bevorzugt zwischen 0,5° und 6°, besonders bevorzugt zwischen 1° und 3°. Hierdurch wird es möglich, dass die Spannzange entlang eines längeren Weges eingetrieben werden kann und dadurch bei gleichem, maximalem Drehmoment an der Spannmutter entsprechend höhere Spannkräfte entfaltet.
Idealerweise ist das Umlenksystem ein Rohrumlenksystem. Es wird durch einen rohrartigen Kanal gebildet, welches einen Umlenkkörper am Ende der Gewinderillen des Futterkörpers bzw. der Spannmutter aus den Gewinderillen ausschleust, durch einen Bereich außerhalb der Gewinderillen hindurch an den Anfang derselben Gewinderillen transportiert und dort wieder zwischen die Gewinderillen einführt. Idealerweise ist dieses Rohrumlenksystem am Futterkörper ausgebildet, da dessen Wandstärke hoch genug ist, um ein solches Rohrumlenksystem unterzubringen, ohne das Spannfutter insgesamt deutlich massiver machen zu müssen. Letzteres ist ausgesprochen schlecht, da ein größer bauendes Spannfutter die Flexibilität der Werkzeugmaschine einschränkt. Dies deshalb, weil darauf geachtet werden muss, dass das Spannfutter beim Abfahren seiner Arbeitsbahnen auf dem Werkstück nicht mit dem Werkstück kollidiert.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Rohrumlenksystem in einem getrennt vom Futterkörper und der Spannmutter ausgebildeten Umlenkkörper ausgebildet ist. Dieser wird in eine erste korrespondierende Aussparung des Futterkörpers oder der Spannmutter eingesetzt und dort festgesetzt.
Das Rohrumlenksystem ist aufgrund seiner tunnelartigen Ausbildung relativ schwer zu fertigen. Aufgrund dessen ist es günstig, wenn es in einem Teil ausgebildet wird, das während der Fertigung separat vom Spannzangenfutter gehandhabt werden kann. Darüber hinaus bietet diese Option die Möglichkeit, das Rohrumlenksystem aus einem Werkstoff zu fertigen, der sich leichter bearbeiten lässt, weil er nicht so hohe Festigkeitsanforderungen erfüllen muss wie der Werkstoff des Spannzangenfutters selbst.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Umlenkkörper an der Ausbildung der Gewinderille des Futterkörpers oder der Spannzange beteiligt ist. Der Umlenkkörper bildet also ganz oder teilweise in sich einen Tunnel zum Zurückführen der Wälzkörper unter der Oberfläche des Futterkörpers bzw. der Spannzange. Dieser Tunnel geht unter dem Abschnitt mit den Gewinderillen hindurch, die der Umlenkkörper an seiner dem Wälzkörpergewindetrieb zugewandten Seite trägt. Diese Ausbildung erleichtert es, den Umlenkkörper nicht als integralen Bestandteil des Spannzangenfutters ausbilden zu müssen. Sie erlaubt stattdessen, den Umlenkkörper als separates Bauteil zu fertigen, das nachträglich in dem Spannzangenfutter festgesetzt wird.
Es hat sich als sonders günstig herausgestellt, auf der dem Einbauort des Umlenkkörpers diametral gegenüberliegenden Seite des Futterkörpers oder der Spannmutter eine zweite Aussparung in dem Futterkörper oder der Spannmutter vorzusehen. In diese zweite Aussparung ist ein Wuchtkörper eingesetzt und befestigt. Der Wuchtkörper kompensiert die von dem Umlenkkörper geschaffene Unwucht. Zu diesem Zweck ist seine Masse und vorzugsweise auch seine Masseverteilung so gewählt, dass er die durch den Umlenkkörper und die in ihm enthaltenen Wälzkörper erzeugte Unwucht ausgleicht, im Wesentlichen oder vorzugsweise vollständig.
Zu diesem Zweck ist daran zu denken, dem Wuchtkörper die gleiche Gestalt zu verleihen wie dem Umlenkkörper und ihm insbesondere auch eine Aussparung zu verleihen, die dem Tunnel des Umlenkkörpers entspricht – mit dem einzigen Unterschied, dass der Wuchtkörper auf seiner dem Außenumfang des Spannzangenfutters zugewandten Seite keinen Eingang und keinen Ausgang für den Tunnel besitzt, so dass der Tunnel letztendlich eine nach außen geschlossene Kavität ist.
Bei dieser Variante ist es vorzugsweise so, dass auch der Wuchtkörper an der Ausbildung der Gewinderille des Futterkörpers oder der Spannzange beteiligt ist. Damit lässt sich der Wuchtkörper frei positionieren, insbesondere im Bereich der Gewinderille des Futterkörpers oder der Spannzange.
Für den Fall eines mehrgängigen, insbesondere zweigängigen Gewindes kann die Rückführung der Wälzkörper für jeden Gewindegang getrennt durch separate, insbesondere diametral gegenüber liegende Umlenkkörper erfolgen – wodurch ggf. gleich für die nötige Auswuchtung gesorgt wird, wenn die Umlenkkörper entsprechend genau positioniert worden sind.
Für viele Anwendungsfälle ist es vorzuziehen, dass die Wälzkörper als Kugeln ausgeführt werden.
Idealerweise umgreift die jeweilige Gewinderille der Spannzange oder bevorzugt des Futterkörpers die von ihr aufgenommenen Kugeln zumindest in einer Ebene zu mehr als 50 %. Wenn ein solches Umgreifen am Futterkörper realisiert wird, dann fallen auf diese Art und Weise die Kugeln auch dann nicht aus dem Futterkörper heraus, wenn die Spannmutter vollständig abgenommen wird – etwa, um den Futterkörper mit einer anderen Spannzange für einen anderen Werkzeugschaftdurchmesser zu bestücken.
Idealerweise weist zumindest eine Gewinderille eine Nut auf, die vorzugsweise im Wesentlichen oder ganz außerhalb des Kraftflusses der Wälzkörper liegt. Diese Nut nimmt Fremdkörper, wie beispielsweise Abrieb, im Laufe der Zeit eingedrungenen Schmutz und eventuelle Abplatzungen aus den Wälzkörpern oder der Oberfläche der Gewinderillen auf. So wird verhindert, dass derartige Fremdkörper von den Wälzkörpern immer wieder überrollt werden und dadurch eine lokal übermäßige Pressung auftritt, durch die die Wälzflächen der Wälzkörper und/oder die Gewinderillen nach relativ kurzer Zeit beschädigt werden. Diese Nut ist idealerweise durchgängig, läuft also kontinuierlich zusammen mit der Gewinderille um, an der sie angebracht ist. Wenn die Nut außerhalb des Kraftflusses liegt, der über die Wälzkörper von der Hülsenpartie auf die Spannmutter übertragen wird, dann werden die Begrenzungskanten der Nut nicht unter Pressung von den Wälzkörpern überrollt. Damit wird sichergestellt, dass an den Nuträndern keine Ermüdungsschäden auftreten, wie sie zu befürchten wären, wenn die Nut unter hoher Pressung von den Wälzkörpern überrollt wird. Die Nut wird vorzugsweise am tiefsten Punkt der Gewinderille in diese eingearbeitet. Sie liegt dann gleichwohl außerhalb des Kraftflusses, da der Kraftfluss, dem die Wälzkörper beim Anziehen und/oder Lösen der Spannmutter ausgesetzt sind, schräg durch die Wälzkörper läuft.
Vorzugsweise weist die Spannzange einen über die Spannzangenaufnahme überstehenden Bund auf. Dieser Bund ist idealerweise so gestaltet, dass er an seinem Außenumfang eine durchgängige und in sich geschlossene Wälzkörperaufnahmerinne aufweist. Dort, wo die Spannmutter an ihrem Innenumfang dem Außenumfang des Bundes der Spannzange gegenüberliegt, weist die Spannmutter ebenfalls eine Wälzkörperaufnahmerinne auf. Dies ermöglicht es, die Spannzange und die Spannmutter durch in ihre Wälzkörperaufnahmerinnen eingelegte Wälzkörper in Richtung entlang der Rotationsachse des Spannfutters kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Dennoch können die Spannmutter und die Spannzange auch unter dem Einfluss hoher Kräfte zwischen ihnen ohne große Reibungsverluste relativ zueinander gedreht werden. Durch diese Maßnahme kann das Drehmoment, das zum Spannen des Werkzeuges benötigt wird, weiter vermindert werden bzw. die Spannwirkung auf das Werkzeug bei gleichem Drehmoment erhöht werden.
Vorzugsweise werden auch hier die Wälzkörper als Kugeln ausgeführt. Die Wälzkörperdichte ist dabei so hoch, dass in die besagten Wälzkörperaufnahmerinnen die maximal mögliche Anzahl von Wälzkörpern bzw. Kugeln eingebaut wird, sodass zwischen den aufeinanderfolgenden Wälzkörpern bzw. Kugeln insgesamt weniger Luft bleibt als ein Wälzkörper- bzw. Kugeldurchmesser. Auf diese Art und Weise stützen sich die Spannzange und die Spannmutter auf der größtmöglichen Fläche gegeneinander ab. Beim Einbau der Wälzkörper kann dabei auf einen Wälzkörperkäfig verzichtet werden. Dennoch ist die Verteilung der Wälzkörper über den Umfang der Wälzkörperaufnahmerinnen so gleichmäßig, dass keine nennenswerte Unwucht entstehen kann, dementsprechend nahe nebeneinander sind die Wälzkörper angeordnet. Aufgrund der nur minimalen Drehzahlen beim Zuschrauben der Spannmutter spielt es keine Rolle, wenn in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Kugeln beim Betätigen der Spannmutter miteinander in Kontakt kommen.
Besonders günstig ist es, wenn die Spannmutter zweiteilig ausgebildet ist. Sie besteht dann vorzugsweise aus einem ersten Teil, das die Gewinderille zur Aufnahme der Wälzkörper trägt, und einem zweiten Teil, das die Wälzkörperaufnahmerinne zur Verbindung mit der Spannzange aufweist. Besonders günstig ist es, wenn die Trennstelle zwischen den beiden Teilen so ausgebildet ist, dass nach dem Lösen der Verbindung zwischen diesen beiden Teilen der zweite Teil zusammen mit der Spannzange vom Futterkörper abgenommen werden kann, während der erste Teil am Futterkörper verbleibt. Idealerweise ist die besagte Verbindung so gestaltet, dass sie werkzeuglos gelöst und wiederhergestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird optimalerweise eine Kupplung nach Art eines Bajonettverschlusses zwischen diesen beiden Teilen vorgesehen. Alternativen Kupplungen wie z. B. eine Schraubverbindung sind ebenfalls möglich. In diesen Fällen ist der besagte erste Teil der Spannmutter so abgedichtet, dass seine Abdichtung ggü. dem Futterkörper auch dann bestehen bleibt, wenn der zweite Teil der Spannmutter abgenommen worden ist. So bleibt der Wälzkörpergewindetrieb optimal vor Umgebungseinflüssen abgeschirmt.
Auf diese Art und Weise kann die Spannzange sicher und schnell ausgewechselt werden, ohne den abgedichteten Wälzkörpergewindetrieb zerlegen zu müssen und eventuellen Verschmutzungen auszusetzen. Das Auswechseln der Spannzange ist immer dann erforderlich, wenn mit dem gleichen Spannfutter ein Werkzeugschaft mit einem anderen Durchmesser gespannt werden soll.
In einer weiteren Ausgestaltungsform kann eine trennbare Verbindung in den Bund der Spannzange eingefügt sein. Die bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufende Trennfuge kann den äußeren Ringabschnitt des Bundes, der die Wälzkörperaufnahmerinne trägt, vom inneren hülsenförmigen Teil der Spannzange trennen. Die Verbindung kann, wie schon beschrieben, beispielsweise über einen Bajonettverschluss oder ein Gewinde erfolgen, insbesondere so, dass der innere, hülsenförmige Teil der Spannzange aus dem Spannzangenfutter ausgebaut werden kann, während der Bund der Spannzange an Ort und Stelle verbleibt. Bei einem Wechsel der Spannzange braucht nur der hülsenförmige Teil der Spannzange gewechselt werden. Die übrigen Bauteile verbleiben an der Spannmutter, die bei dieser Form wieder einteilig gestaltet sein kann. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig.
Zweckmäßigerweise sind die Spannmutter und der Futterkörper so gestaltet, dass die Spannmutter gegen den Futterkörper anschlägt, wenn der maximale Anzug der Spannmutter erreicht ist, vorzugsweise mit ihrer der Spannzange abgewandten Stirnfläche. Auf diese Art und Weise werden definierte Verhältnisse geschaffen. Ein aufgrund der günstigen Reibungsverhältnisse mögliches, zu plastischen Verformung führendes Überdrehen des Wälzkörpergewindetriebs wird ausgeschlossen. Außerdem kommt die Spannzange in Spannstellung immer an der gleichen definierten Endposition zu liegen, was die Längeneinstellung des Werkzeuges erleichtert.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungsoptionen und Wirkungsweisen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der doppelten Anlage der Spannmutter – an der Stirnseite der Hülsenpartie und an einem in der Regel als Absatz ausgebildeten Anschlag der Hülsenpartie, gegen den sich die vom Bund der Spannzange abgewandte Stirnseite der Spannmutter anlegt. Auf diese Art und Weise trägt die Spannmutter dazu bei, die Hülsenpartie zu stabilisieren und wird in vielen Fällen gerade auch dazu beitragen, die Schwächung der Hülsenpartie durch das Umlenksystem zu kompensieren. Damit ergibt sich eine verbesserte Steifigkeit des Spannzangenfutters.
Ebenfalls von besonderem Vorteil ist es, zur Herstellung des Spannzangenfutters bzw. zumindest des Futterkörpers ein generatives Schichtbauverfahren einzusetzen, wie etwa das sog. Lasersintern. Hierbei wird im Regelfall Keramik- oder Metallpulver auf eine Bauplattform vollflächig in einer Dicke von 1 µm bis 200 µm aufgebracht. Die Schichten werden durch eine Ansteuerung des Laserstrahles entsprechend der Schichtkontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche. Die Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht aufgezogen. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht vorzugsweise in vertikaler Richtung. Dadurch ist es möglich, auch hinterschnittene Konturen zu erzeugen, was insbesondere die genaue Fertigung des erfindungsgemäß benötigten Umlenksystems vereinfacht, das trotz seiner Hinterschnitte problemlos als integraler Bestandteil der Wand der Hülsenpartie ausgeführt werden kann. So lässt sich verhindern, dass die Hülsenpartie mehr als nur um den unvermeidlichen Betrag geschwächt wird.
Figurenliste
Die 1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Spannzangenfutters entlang der Mittellängsachse L geschnitten.
Die 2 zeigt eine Ausschnittvergrößerung aus der 1.
Die 3 zeigt das Spannzangenfutter gemäß 1 bei abgenommener Spannmutter, wiederum geschnitten entlang der Mittellängsachse L.
Die 4 zeigt eine Ausschnittvergrößerung aus der 3.
Die 5 zeigt eine Variante des Umlenkkörpers 27 in perspektivischer Darstellung.
Die 6 zeigt den Umlenkkörper gem. 5 im Mittellängsschnitt.
Die 7 zeigt den Umlenkkörper gem. 5 in Seitenansicht.
Die 8 zeigt den Umlenkkörper gem. 5 senkrecht von oben gesehen.
Die 9 zeigt, wie Wälzkörper in Gestalt von Lagerkugeln vor dem Herausfallen gesichert sein können.
Die 10 zeigt einen alternativ zu verwendenden, rhombenförmigen Wälzkörper
Die 11 zeigt einen alternativ zu verwendenden Wälzkörper in der Gestalt einer Zylinderrolle.
Die 12 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Spannmutter mit Dämpfungsnuten wie sie bevorzugt, aber nicht ausschließlich für Spannzangenfutter gem. der 1 bis 11 zum Einsatz kommt.
Die 13 zeigt eine Seitenansicht der Spannmutter gem. 12.
Die 14 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren, alternativen Spannmutter mit Dämpfungsnuten wie sie bevorzugt, aber nicht ausschließlich für Spannzangenfutter gem. der 1 bis 11 zum Einsatz kommt.
Die 15 zeigt eine Seitenansicht der Spannmutter gem. 14.
Die 16 zeigt, anhand einer Ausschnittdarstellung, eine Spannzange mit abtrennbarem Bund.
Die 17, die weitgehend der 2 entspricht, zeigt eine besondere Dämpfungsmaßnahme an der Stelle, wo die dem Bund der Spannzange abgewandte Stirnseite der Spannmutter mit dem Futterkörper in Kontakt kommt.
Ausführungsbeispiel
Das Spannzangenfutter als Ganzes
Die 1 gibt einen guten Überblick über ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannzangenfutters.
Wie man sieht, besteht das Spannzangenfutter 1 aus einem Futterkörper 2. Dieser rotiert im bestimmungsgemäßen Betrieb um die Längsachse L, die dann mit der Spindeldrehachse der Werkzeugmaschine koaxial angeordnet ist.
Der Futterkörper besitzt einen Kupplungsabschnitt 3, der in diesem Fall als Steilkegel ausgeführt ist. Andere Arten von Kupplungsabschnitten liegen aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung, so etwa HSK-Kupplungen und dergleichen. Darüber hinaus kann der Futterkörper 2 einen Handhabungsabschnitt 4 besitzen, der etwa als definierte Fläche zum Greifen des Spannzangenfutters 1 durch einen automatischen Werkzeugwechsler dient.
An seinem dem Kupplungsabschnitt 3 abgewandten Ende besitzt das Spannzangenfutter 1 eine Hülsenpartie 5. Diese Hülsenpartie 5 besitzt eine zentrische Bohrung bzw. einen zentrischen Hohlraum. Dieser dient als Spannzangenaufnahme 6. Die innenseitige Umfangsfläche der Spannzangenaufnahme hat die Gestalt eines Innenkegels 7, vgl. 2.
In die Spannzangenaufnahme 6 eingesetzt ist eine Spannzange 8.
Die Spannzange
Die Spannzange 8 besteht im Regelfall aus einem Rohrabschnitt 9. Sie besitzt meist einen an den Rohrabschnitt 9 angeformten Bund 10.
Der Bund 10 dient im Regelfall zur Betätigung der Spannzange, d. h. zum Eintreiben der Spannzange 8 in die Spannzangenaufnahme 6. In vielen Fällen dient der Bund 10 auch dazu, um die Spannzange 8 nach Gebrauch wieder entgegen der sie dort haltenden Reibungskräfte aus der Spannzangenaufnahme 6 herausziehen zu können, um das Werkzeug zu wechseln.
Der Rohrabschnitt 9 der Spannzange besitzt in bekannter Weise eine Anzahl von im Regelfall parallel zur Längsachse L verlaufenden Schlitzen. Diese Schlitze gehen aber in Richtung parallel zur Längsachse L nicht vollständig durch die Spannzange hindurch. Im Regelfall ist es so, dass einige der Schlitze nicht bis in den Bund 10 hineinreichen, während andere, meist benachbarte Schlitze kurz vor der dem Bund 10 abgewandten Stirnseite des Rohrabschnitts 9 der Spannzange enden. Auf diese Art und Weise lässt sich die Spannzange zusammendrücken.
An ihrer Außenumfangsfläche ist die Spannzange kegelig. Sie weist hier im Regelfall den gleichen Kegelwinkel auf wie der Innenkegel der Spannzangenaufnahme 6, vgl. nochmals 2. In speziellen Fällen können beide Winkel auch geringfügig voneinander abweichen, um besondere Spanneffekte zu erzielen. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, die Spannkraft im hinteren, dem Bund 10 abgewandten Bereich der Spannzange etwas gegenüber dem vorderen Bereich zu erhöhen. In diesem Fall kann der Kegelwinkel der Spannzange etwas kleiner gegenüber dem Kegelwinkel der Spannzangenaufnahme gewählt werden. Aber auch der umgekehrte Fall kann vorteilhaft sein.
Vorzugsweise ist die Spannzange so gestaltet, dass sie an ihrer dem Bund 10 abgewandten Seite über einen Verbindungssteg 20 in einen Spannzangenboden 21 übergeht, vgl. 3. Der Verbindungssteg 20 ist derart dünnwandig ausgeführt, dass er die radiale Zusammendrückbarkeit der Spannzange nicht stört. Im Spannzangenboden 21 ist vorzugsweise ein Innengewinde vorgesehen, in das eine Längeneinstellschraube 22 eingeschraubt werden kann.
Auf diese Art und Weise lässt sich einstellen, wie tief der Werkzeugschaft in die Spannzange eingeschoben werden kann. Das ist wichtig, um auf numerischen Maschinen eine präzise Bearbeitung vornehmen zu können. Denn numerische Maschinen sind darauf angewiesen, dass die Werkzeugspitze sich an einer genau bestimmten Position befindet, weshalb der Werkzeugschaft abhängig vom konkreten Bearbeitungsfall nur eine bestimmte Tiefe in die Spannzange 8 eindringen darf.
Wie man recht gut erkennen kann, ist der Bund 10 der Spannzange 8 an seinem Außenumfang mit einer Wälzkörperaufnahmerinne 12 versehen, vgl. nochmals 3.
Wie bereits gesagt, ist daran zu denken, die Spannzange 8 zweiteilig auszuführen, derart, dass der Bund der Spannzange, der zumeist eine Wälzkörperaufnahmerinne ausbildet, immer mit der Spannmutter formschlüssig verbunden bleibt.
Der hülsenförmige Teil 42 der Spannzange, der den einspannbaren Werkzeugschaftdurchmesser vorgibt, kann von dem Bund 10 gelöst und dann zum Austausch aus dem Spannzangenfutter 1 herausgezogen werden, idealerweise ohne die Spannmutter von dem Wälzkörpergewindetrieb trennen und dabei diesen öffnen zu müssen. Eine solche Lösung illustriert die 16.
Hier ist der Bund 10 der Spannzange mittels eines Gewindes 41 mit dem hülsenförmigen Teil der Spannzange verbunden. Das Gewinde ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Reibung im Gewinde unter Last größer ist als das Drehmoment, das beim Wiederlösen der Spannzangen, d. h. beim Losdrehen der Spannmutter von dieser über die Wälzkörper 18 auf den Bund 10 der Spannzange übertragen wird.
Auf dieser Art und Weise wird sichergestellt, dass die Spannzange durch das Losdrehen der Spannmutter auch wirklich aus ihrem Sitz im Futterkörper herausgetrieben wird, anstatt dass sich nur der Bund mitdreht. Zu dem gleichen Zweck können die Gewinde so ausgeführt werden, dass das Gewinde der Spannmutter und das Gewinde 41 unterschiedliche Steigungen aufweisen.
Die Mündung des hülsenförmigen Teils 42 der Spannzange kann einen hier nicht dargestellten Innensechskantansatz aufweisen, mittels dessen sich der hülsenförmige Teil 42 nach dem Wiederaustreiben der Spannzange aus dem Bund 10 herausdrehen lässt. Alternativ kann der hülsenförmige Teil 42 der Spannzange an seiner freien Stirnseite Ansatzöffnungen 43 für einen Stiftschlüssel besitzen, ähnlich, wie er zum Befestigen und Lösen von Trennscheiben eines Trennschleifers zum Einsatz kommt. Mit ähnlichen Ansatzöffnungen kann der Bund 10 ausgestattet sein, um ihn am Mittdrehen zu hindern, hier nicht zeichnerisch dargestellt.
Als weitere Alternative kann eine Bajonettverbindung zwischen dem Bund 10 und dem hülsenförmigen Teil 42 zum Einsatz kommen, was hier ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt ist.
Vorzugsweise gilt ganz generell, dass die Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Teil 42 der Spannzange 8 und deren Bund 10 werkzeuglos lösbar ist.
Die Spannmutter
Die Spannmutter wird in allen Einzelheiten im nachfolgenden Kapitel „die Interaktion zwischen der Spannzange und der Spannmutter“ beschrieben.
Daher ist an dieser Stelle zunächst nur ganz allgemein und ohne zeichnerische Darstellung darauf hinzuweisen, dass es besonders vorteilhaft ist, die Spannmutter zweiteilig auszuführen.
In diesem Fall besteht die Spannmutter aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil. Der erste Teil bildet zusammen mit den Wälzkörpern und dem Futterkörper den Wälzkörpergewindetrieb und verbleibt immer am Futterkörper, wird also von diesem nur zur Reparaturzwecken abgenommen, unter Einsatz des hierfür notwendigen Werkzeugs. Die Verbindung zwischen diesem ersten Teil der Spannmutter und dem Futterkörper ist so gestaltet, dass sie sich im regulären Betrieb, d. h. im Rahmen des Werkzeugwechsels nicht lösen lässt. Zugleich ist eine Abdichtung vorgesehen, die so positioniert und gestaltet ist, dass der Wälzkörpergewindetrieb stets abgedichtet zwischen dem ersten Teil der Spannmutter und dem Futterkörper liegt, auch wenn der zweite Teil der Spannmutter vom ersten Teil der Spannmutter gelöst und abgenommen worden ist, um ihn gemeinsam mit der an ihm befestigten Spannzange gegen eine andere Einheit aus Spannzange und dem entsprechenden Teil der Spannmutter auszutauschen.
Die Spannmutter ist vorzugsweise so gestaltet, dass ihr zweiter Teil von ihrem ersten Teil abgenommen werden kann, ohne dass hierfür Werkzeug erforderlich ist. Zu diesen Zweck kommt bevorzugt eine Art Bajonettverbindung zum Einsatz.
Die Interaktion zwischen der Spannzange und der Spannmutter
Zum Spannzangenfutter 1 gehört darüber hinaus eine Spannmutter 13. Diese weist ihren dicksten Bereich vorzugsweise dort auf, wo sie bei bestimmungsgemäßem Zusammenbau den Außenumfang des Bundes 10 der Spannzange 8 umgibt. An dem dort angeordneten Innenumfang ist die Spannmutter 13 ihrerseits mit einer Wälzkörperaufnahmerinne 14 versehen. Die Wälzkörperaufnahmerinnen werden vorzugsweise über eine nicht zeichnerisch dargestellte Bohrung mit den Kugeln bzw. Wälzkörpern befüllt, so dass Spannzange 8 und Spannmutter 13 miteinander verbunden sind. Mithilfe der zwischen ihren Wälzkörperaufnahmerinnen 12 und 14 aufgenommenen Wälzkörper 18 kann die Spannmutter 13 Kräfte auf die Spannzange 8 ausüben, die parallel zur Längsachse L gerichtet sind. Im Regelfall kann die Spannmutter 13 auf diese Art und Weise die Spannzange 8 sowohl in die Spannzangenaufnahme 6 eintreiben als auch wieder aus ihr herausziehen. Dabei entsteht zwischen der Spannmutter 13 und der Spannzange 8 nur ein Minimum an Reibung, da zwischen diesen beiden Bauteilen die Wälzkörper 18 abrollen. Die Wälzkörper liegen meist ohne einen Käfig zwischen den Wälzkörperaufnahmerinnen 12 und 14. Sie sind aber im Regelfall so dicht gepackt, dass zwischen ihnen kein oder im wesentlichen kein Abstand verbleibt bzw. lediglich ein Abstand, der weniger als 1/6 des Wälzkörperdurchmessers beträgt. Auf diese Art und Weise können große Kräfte zwischen der Spannzange 8 und der Spannmutter 13 übertragen werden, bei kleinen Reibungsverlusten.
Der Wälzkörpergewindetrieb
Wie man gut anhand der 2 sieht, ist der Futterkörper 8 mit einer Gewinderille 15 versehen. Die Gewinderille 15 befindet sich in dem Bereich, in dem zwischen dem Futterkörper 8 und der Spannmutter 13 Kräfte übertragen werden, die im Wesentlichen parallel zur Längsachse gerichtet sind. Diese Gewinderille läuft nach Art eines Schraubengewindes spiralförmig um den Futterkörper 2 um, vorzugsweise mehr als viermal, besser mehr als fünfmal. Bevorzugt kommen Kugeln als Wälzkörper zum Einsatz. Die Gewinderille hat dann einen teilkreisförmigen Querschnitt, andernfalls hat sie einen anderweitigen, an den betreffenden Wälzkörper angepassten Querschnitt.
Vorzugsweise ist im Bereich des tiefsten Punktes der Gewinderille 15 eine Nut 17 vorgesehen. Diese Nut 17 bildet eine Aussparung, in die der Wälzkörper nicht hineinreicht, selbst wenn sie von einem Wälzkörper überrollt werden sollte. Aufgrund dessen können sich nach einiger Zeit womöglich in den Bereich der Gewinderillen und der Wälzkörper gelangter Schmutz, Abrieb oder durch Ermüdung verursachte Abplatzungen, die von diesen Bauteilen selbst herrühren, in der Nut 17 sammeln. Die besagten Fremdkörper liegen dann also recht bald außerhalb des Einwirkungsbereichs der Wälzkörper, und zwar bevor sie mit großer Kraft von Wälzkörpern überrollt werden und dann Schäden an den Wälzkörpern oder den Gewinderillen anrichten. Die Nut 17 ist so positioniert, dass sie außerhalb der Kraftlinien liegt, die von der Mutter während des Spannens oder Lösens über die Wälzkörper auf den Futterkörper führen. Auf diese Weise wird die Nut 17 zumindest dann nicht von den Wälzkörpern überrollt, wenn diese unter Kraftwirkung stehen.
Wie man ebenfalls gut anhand der 2 sieht, ist die Spannmutter 13 an ihrem Innenumfang mit einer korrespondierenden Gewinderille 16 versehen. Die Gewinderille 16 hat im Regelfall den gleichen Querschnittstyp wie die Gewinderille 15. Die Gewinderille 16 ist daher in diesem Fall ebenfalls teilkreisförmig ausgebildet. Eine Nut 17 der soeben geschilderten Art kann in der Gewinderille 16 und/oder 15 angebracht sein. Zwischen die beiden Gewinderillen ist eine Anzahl von Wälzkörpern 14a eingelegt, die bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel die Gestalt von Kugeln haben. Als Material für die Kugeln kommt meist gehärteter bzw. vergüteter und anschließend geschliffener Stahl zum Einsatz, wie man ihn von Kugeln anderweitiger Kugellager her kennt. Alternativ können aber auch Kugeln aus Keramik oder anderen ausreichend widerstandsfähigen Materialien zum Einsatz kommen.
Auch die Gewinderille 16 der Spannmutter 13 läuft nach Art eines Schraubengewindes spiralförmig den Innenumfang der Spannmutter 13 entlang. Wenn der Wälzkörpergewindetrieb über keine Rückführung verfügt, haben die Gewinderillen 15 und 16 bevorzugt eine annähernd gleiche Anzahl von Umläufen. In diesem Fall ist nur ein Teil der Umläufe mit Wälzkörpern gefüllt, die dann bevorzugt mit einer Art von Käfig in gleichmäßigem Abstand zueinander gehalten werden. Ist jedoch eine Rückführung vorhanden, dann sind die Gewinderillen 15 oder 16, die die Rückführung enthalten, bevorzugt vollständig mit Kugeln gefüllt. Die jeweils andere Gewinderille 15 oder 16 hat in diesem Fall mehr Umläufe als die erste, und zwar mindestens einen, besser zwei Umläufe.
Eine Variante, die sich als besonders günstig erwiesen hat, wird von 9 gezeigt. Es ist nämlich vorzugsweise so, dass die Gewinderille 15 des Futterkörpers 2 die ihr zugeordneten Wälzkörper 14a bzw. Kugeln in einer Ebene zu mehr als 50 % umgreift, vorzugsweise zu maximal 55 %, vgl. 9. Auf diese Art und Weise werden die Wälzkörper auch dann in der Gewinderille 15 des Futterkörpers 2 gehalten, wenn die Spannmutter 13 vollständig vom Futterkörper 2 abgeschraubt und von diesem abgenommen wird. Selbstverständlich ist eine kinematische Umkehr möglich. Der Begriff kinematische Umkehr bedeutet hier, dass die Gewinderille 16 der Spannmutter 13 die ihr zugeordneten Wälzkörper 14a bzw. Kugeln in einer Ebene zu mehr als 50 % umgreift. Diese Lösung ist allerdings nicht bevorzugt, da die Spannmutter 13 dann unnötig dickwandig ausgeführt werden müsste.
Um den Wälzkörpergewindetrieb in Richtung parallel zur Längsachse L möglichst kurz bauen zu können, ist mindestens ein Umlenksystem 19 vorgesehen. Das Umlenksystem 19 dient dazu, einen Wälzkörper, der beim Drehen der Spannmutter 13 das Ende der Gewinderillen 15 oder 16, in denen das Umlenksystem 19 angebracht ist, erreicht hat, an den Anfang der Gewinderillen zurück zu transportieren – wobei die Begriffe „Anfang“ und „Ende“ vorzugsweise, aber nicht zwangsläufig absolut zu verstehen sind. Wälzkörper können auch schon vor dem absoluten Ende einer Gewinderille eingefangen und wieder zurückgeführt werden.
Die Funktion des Umlenksystems 19 sei hier für den Fall, dass es an den Gewinderillen 15 des Futterkörpers 2 angebracht ist, näher erläutert. Zum Zwecke der optimalen Rückführung ist das Umlenksystem 19 vorzugsweise als sogenanntes Rohrumlenksystem ausgebildet. Am Ende des Gewindegangs bildet ein solches Umlenksystem ein im Anschluss an das Tunnel-Portal zunächst in radialer Richtung (vorzugsweise zumindest in schräg-einwärtiger Richtung) verlaufendes Tunnel-Rohr aus, das dann in den Hauptteil des Tunnels übergeht, welcher unter den Gewinderillen 15 hindurchgeht und an deren Anfang entsprechend wieder auftaucht. Insgesamt wird dieses aus den besagten Abschnitten gebildete Gebilde „Tunnel 33“ genannt. Der Eingang 25 des Umlenksystems 19 ist so ausgebildet, dass ein dort befindlicher Wälzkörper 14a durch die nachfolgenden Wälzkörper 14a dazu gezwungen wird, in den Eingang 25 des Umlenksystems 19 einzufädeln und dann nach unten abzutauchen. Der Ausgang 26 des Umlenksystem 19 ist so ausgebildet, dass ein dort wieder auftauchender Wälzkörper 14a wieder in den Zwischenraum zwischen den Gewinderillen 15 und 16 eingefädelt wird, dann dort durch Reibschluss erfasst wird und daraufhin zwischen den Gewinderillen 15 und 16 abwälzt.
Es versteht sich, dass die Positionen des "Eingangs" und des "Ausgangs" des Umlenksystems von der Drehrichtung der Mutter abhängig sind. Eingang 25 und Ausgang 26 in 4 sind beispielhaft für den Lösevorgang eingezeichnet.
Das Umlenksystem 19 kann ein integraler Bestandteil des Futterkörpers 2 sein. Letzteres ist etwa dann der Fall, wenn der Futterkörper 2 pulvermetallurgisch oder durch Sintern hergestellt wird. Vorzugsweise ist es allerdings so, dass das Umlenksystem 19 durch einen speziellen Umlenkkörper 27 gebildet wird, welcher als separates Teil hergestellt wird. Dieser Umlenkkörper 27 wird anschließend in eine entsprechende Aussparung 28 am Umfang der Hülsenpartie 5 des Futterkörpers 2 eingesetzt und dort befestigt, etwa durch Schweißen oder Kleben.
Die Besonderheit des Umlenkkörpers 27 liegt hier dann darin, dass der Umlenkkörper nicht nur einen Tunnel 33 zur Rückführung der Wälzkörper 14a bildet, sondern zugleich auch noch einen Abschnitt der Gewinderille 15 auf Seiten des Futterkörpers 2. Das ist sehr gut in den Figuren zu erkennen. Dadurch schließt der Umlenkkörper die Lücke in den Gewinderillen 15, die durch das Anbringen der es aufnehmenden Aussparung 28 am Umfang des Futterkörpers entsteht.
Der Umlenkkörper hat meist nur eine relativ geringe Erstreckung in Umfangsrichtung, beispielsweise maximal 1/10 der Umfangslänge des Bereichs, wo sich die ihn aufnehmende Aussparung 28 am Futterkörper befindet. Aufgrund dessen ist es besonders bevorzugt, den Umlenkkörper 27 als Kunststoffklotz auszuführen, was die Fertigung erheblich vereinfacht. In dieser Eigenschaft kann der Umlenkkörper 27 selbst natürlich keine nennenswerten Kräfte zwischen der Gewinderille 15 des Spannzangenfutters 1 und der Gewinderille 16 der Spannmutter 13 übertragen. Dies macht aber nichts, da dieser Verlust an Tragfähigkeit wegen der geringen Erstreckung des Umlenkkörpers 27 in Umfangsrichtung vernachlässigbar ist.
Wie sich aus den Zeichnungen ergibt, vgl. 2, kann es zweckmäßig sein, den Umlenkkörper so auszuführen, dass der Tunnel 33 zur Rückführung der Wälzkörper 14a nicht vollständig innerhalb des Umlenkkörpers 27 liegt, sondern zum Teil auch in dem Futterkörper 2 selbst ausgebildet ist. Auf diese Art und Weise lässt sich der Tunnel 33 in dem Umlenkkörper 27 leichter herstellen, da er auf der Rückseite des Umlenkkörpers offen ist und erst dadurch (abgesehen von den beiden Tunnel-Portalen am Anfang und Ende) zum vollständig in sich geschlossenen Tunnel 33 wird, dass der Umlenkkörper 27 mit dem komplementären, teilweise im Futterkörper 2 ausgebildeten Abschnitt des Tunnels zur Deckung gebracht wird und dadurch die ein Teil des Tunnels bildende, offene Rückseite des Umlenkkörpers 27 mit dem anderen Teil des Tunnels 33, der in dem Futterkörper 2 ausgebildet ist, zur Deckung gebracht wird. Eine solche Gestaltung hat den Vorteil, dass der Tunnel 33 relativ leicht in den Umlenkkörper 27 eingearbeitet werden kann, weil er von der Rückseite des Umlenkkörpers 27 her zugänglich ist. An dieser Stelle ist anzumerken, dass der Tunnel 33, jedenfalls in seinem Mittenbereich, keine besondere Präzision haben muss. Er kann hier ohne Weiteres deutlich größer sein als die einzelnen Wälzkörper 14a. Der Tunnel muss lediglich so gestaltet sein, dass die Wälzkörper 14a nicht ins Stocken geraten, sondern ohne Weiteres durch den Tunnel 33 hindurch geschoben werden können. Wichtig ist, dass der Eingang 25 des Umlenkkörpers 27 und der Ausgang 26 des Umlenkkörpers 27 präzise ausgeführt sind, damit über sie die Wälzkörper 14a problemlos aus- und wieder eingeschleust werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Gewinderillen 15 in der Nähe des Eingangs 25 und des Ausgangs 26 (Eingang und Ausgang auch „Tunnelportal“ genannt) des Umlenkkörpers eine geringfügige, beispielsweise trichterförmige Erweiterung auf, so dass die hohe Druckbelastung, unter der die Wälzkörper 14a stehen, im Bereich des Eingangs 25 allmählich abnimmt und im Bereich des Ausgangs 26 wieder allmählich zunimmt. Auf diese Weise können die Wälzkörper 14a die Kanten an den Enden der Gewinderillen 15 nahezu ohne Belastung überrollen, ohne diese zu beschädigen. Insbesondere die Wiedereinführung der Wälzkörper 14a in die Gewinderille 15 wird erheblich erleichtert, da die Wälzkörper zunächst kraftlos in den Bereich der Gewinderille 15 geschoben werden können, wo sich dann im Bereich der Verengung die Druckbelastung und damit auch die Reibung zwischen den Gewinderillen und den Wälzkörpern allmählich aufbaut und die Wälzkörper gewissermaßen von selbst in den Bereich der vollen Last rollen.
Anzumerken ist abschließend noch, dass der Wälzkörpergewindetrieb auch mehrere Gewinderillen im Futterkörper und in der Spannzange umfassen kann. Diese bilden dann jeweils eine Art mehrgängiges Gewinde. Wird beispielsweise ein zweigängiges Gewinde gebildet, dann existieren zwei Sätze Wälzkörper, die in voneinander getrennten Rillen laufen. Dementsprechend sind dann am Futterkörper oder alternativ an der Spannmutter auch zwei unabhängig voneinander arbeitende Umlenkkörper angebracht.
Darüber hinaus ist im Rahmen einer besonders günstigen, aber zeichnerisch nicht dargestellten Lösung vorgesehen, dass sich die Steigung der Gewinderillen 15, 16 ändert. Vorzugsweise ist die Steigung der Gewinderillen 15, 16 in dem Bereich, der beim Anziehen der Spannmutter 13 zuletzt überfahren wird, geringer als in dem davor liegenden Bereich. Auf diese Art und Weise gelingt es, am Ende der Anzugsbewegung einen besonders hohen Druck auf den Bund 10 der Spannzange 8 auszuüben. So kann diese bei gleichem Anzugsdrehmoment mit größtmöglicher Kraft eingetrieben und damit sehr fest geschlossen werden. Eine solche Ausgestaltung der Gewinderillen 15, 16 erfordert eine sorgfältige Auswahl des Spiels der Gewinderillen 15, 16 gegenüber den Wälzkörpern 14a. Denn durch entsprechendes Spiel muss sichergestellt werden, dass nicht die noch im Eingriff befindlichen, vorhergehenden Abschnitte der jeweiligen Gewinderille 15, bzw. 16 mit der etwas stärkeren Steigung die Kraftwirkung, die in dem Abschnitt der Gewinderille 15 bzw. 16 mit der kleineren Steigung erzeugt wird, behindern – so dass sich die Spannmutter in sich auf dem Futterkörper verspannt.
Die Abdichtung des Wälzkörpergewindetriebs
In Richtung der Längsachse L vor und nach dem Umlenksystem 19 besitzt der Futterkörper 2 jeweils einen Dichtungsabschnitt 29 und 30. Beide Dichtungsabschnitte sind hier mit einer Nut versehen, in die eine Schnurdichtung eingelegt ist. Es können aber auch anderweitige Dichtungen zum Einsatz kommen. Wichtig ist, dass die Spannmutter 13 an ihrem der Spannzange abgewandten Ende eine Innenumfangsfläche 31 aufweist, die zur Anlage einer Dichtung tauglich ist. Der Innendurchmesser dieser Innenumfangsfläche 31 muss so groß sein, dass er ungehindert über die bereits mit den Wälzkörpern 14a bestückte Gewinderille 15 des Futterkörpers geschoben werden kann.
Die Auszugssicherung
Eine weitere Option, die sich gerade auch bei den erfindungsgemäßen Spannfuttern als ausgesprochen nützlich herausgestellt hat, ist eine sogenannte Auszugssicherung.
Auch bei mit großer Kraft reibschlüssig eingespannten Werkzeugschäften besteht die Gefahr, dass der Werkzeugschaft unter dem Einfluss der beim Zerspanen unweigerlich am Werkzeug auftretenden Vibrationen in axialer Richtung migriert. Schon kleine Bewegungen des Werkzeugschafts relativ zur Spannzange 8 sind für die Bearbeitung jedoch kritisch, da die notwendige hohe Bearbeitungspräzision nicht mehr gewährleistet werden kann.
Eine solche Auszugssicherung verhindert ein Migrieren des Werkzeugschafts in axialer Richtung. Um eine solche Auszugssicherung bereitzustellen, ist am Innenumfang der von der Spannzange 8 ausgebildeten Werkzeugschaftaufnahme ein sogenanntes Sperrorgan 23 vorgesehen, vgl. 3. Ein solches Sperrorgan 23 wird im Regelfall durch einen in radialer Richtung nach innen über die benachbarte Innenumfangsfläche der Spannzange 8 aufragenden Vorsprung gebildet. Dieser kann die Gestalt eines in Umfangsrichtung umlaufenden Gewindes haben oder die Gestalt eines lokalen Vorsprungs. Letzterer kann gegebenenfalls auch einen Gewindeabschnitt bilden, der sich nur ein kleines Stück in Umfangsrichtung erstreckt.
Oft sind mehrere solcher Vorsprünge vorhanden. Vorzugsweise sind diese, in Umfangsrichtung gesehen, gleichwinklig über den Umfang verteilt. Sie schließen also zwischen sich alle den gleichen Winkel ein – zumindest dann, wenn sie auf eine zur Längsachse L senkrecht stehende Ebene projiziert werden. Idealerweise ist dieser Vorsprung integral mit der Spannzange 8 verbunden, d. h. er besteht aus demselben Material und bildet ein Stück mit der Spannzange 8.
Im Werkzeugschaft ist dann eine hierzu korrespondierende, meist gewindeartige oder spiralförmig verlaufende oder nach Art eines Bajonettverschlusses ausgeführte Sperrnut 24 vorgesehen. Die Sperrnut 24 kann mit dem Sperrorgan 23 oder den mehreren Sperrorganen 23 so in Eingriff gebracht werden, dass sich eine axiale Auszugssicherung ergibt.
Selbstverständlich ist eine kinematische Umkehr möglich.
Letzterenfalls steht dann über die Außenumfangsfläche des Werkzeugschafts (meist lokal) mindestens ein Sperrorgan 23 in radialer Richtung über, welches sich in eine entsprechende Sperrnut 24 eindrehen lässt, die dann am Innenumfang der Werkzeugschaftaufnahme 11 ausgebildet ist. Das zuvor Gesagte gilt sinngemäß.
Ebenfalls im Rahmen der Erfindung ist es beispielsweise möglich, an einem Weldon-Schaft eines Werkzeugs dadurch ein Sperrorgan 23 auszubilden, dass in die Weldon-Vertiefung ein Einsatz eingesetzt wird, über den das Sperrorgan in radialer Richtung nach außen aufragt. Der Werkzeugschaft wird dann zusammen mit dem Einsatz in eine korrespondierende Sperrnut 24 an der Spannzange 8 eingeschraubt. An diesem Beispiel sieht man ganz generell, dass auch solche Sperrorgane erfindungsgemäß sind, die nicht einstückig mit dem Werkzeugschaft oder der Spannzange 8 ausgebildet sind, sondern als separate Einsatzteile vorgesehen sind.
Anzumerken ist noch, dass im Rahmen einer besonders bevorzugten Lösung vorgesehen ist, dass die Spannzange ihrerseits gegenüber dem Futterkörper formschlüssig gegen Verdrehen relativ zum Futterkörper gesichert wird.
Idealerweise wird eine solche Verdrehsicherung dadurch erreicht, dass der Spannzangenboden 21 senkrecht zur Längsachse L nicht mit einem kreisrunden Querschnitt versehen wird. Besonders günstig ist es, dem Spannzangenboden einen polygonförmigen Querschnitt zu verleihen, am besten in Gestalt eines viereckigen Polygons.
Der Futterkörper besitzt dann an der entsprechenden Stelle eine korrespondierende Ausnehmung.
Die Polygonform hat den Vorteil, dass sie wegen der flächigen Anlage nur geringe Spannungsspitzen verursacht. Außerdem ist das Innenpolygon im Aufnahmekörper wegen der abgerundeten Ecken leicht durch Fräsen herstellbar.
Variation des Umlenksystems
Die 5 bis 8 zeigen ein besonders gestaltetes Umlenksystem zur Verwendung in einem Spannfutter (zumindest bestehend aus Futterkörper, Spannzange und Spannmutter), das die 1 bis 4 zeigen.
Bei diesem Umlenksystem ist der Umlenkkörper 27 mit einer vorzugsweise als integraler Bestandteil von ihm ausgeführten Wälzkörperfangvorrichtung 32 versehen. Diese ist vorzugsweise als Haube ausgestaltet, die in die Gewinderille 15, 16 des jeweiligen Gegenstücks hineinragt. Wenn der Umlenkkörper 27 Bestandteil des Futterkörpers 2 ist, dann ragt die Haube in die Gewinderille 16 der Spannmutter 13 hinein, ansonsten ist es umgekehrt. Dabei ist die Haube im Querschnitt vorzugsweise mindestens 30 % schmaler als der Querschnitt der Gewinderille 15, 16, in die sie hineinragt. Zugleich ragt die Haube wie eine Art Dach über den Mündungs- bzw. Portalquerschnitt des Tunnels 33.
Die Wälzkörperfangvorrichtung 32 fängt immer den Wälzkörper, der gerade das Ende einer nutzbaren Gewinderille 15, 16 erreicht hat, ein und zwingt den Wälzkörper 14a dazu, in den Tunnel 33 des Umlenkkörpers 27 abzutauchen. Eine derart ausgestaltete Wälzkörperfangvorrichtung 32 ist also nicht darauf angewiesen, dass die Schwerkraft den jeweiligen Wälzkörper 14a dazu veranlasst, in den Tunnel 33 des Umlenkkörpers 27 abzutauchen. Das führt zu einer höheren Betriebssicherheit, insbesondere auch langfristig, wenn doch einmal etwas Schmutz eingedrungen sein sollte.
Gut zu erkennen anhand der 5 bis 8 ist auch, dass die bereits beschriebene Nut 17 zur diesen unschädlich machenden Aufnahme von Schmutz und Abrieb vorzugsweise auch entlang des Tunnels 33 des Umlenkkörpers 27 ausgebildet ist.
Variation der Wälzkörper
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Spannfutters verwendet statt Kugeln Wälzkörper in Gestalt von rhombenartigen Rollen 35, wie sie die 10 im Querschnitt zeigt – ansonsten entspricht diese Variante der zuvor beschriebenen Ausführungsform, so dass alles zuvor Gesagte, sofern es sich nicht ausschließlich auf die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper bezieht, auch für dieses Ausführungsbeispiel gilt.
Diese Wälzkörper haben die Form von zwei geraden Kreiskegelstümpfen, die mit ihrer Grundfläche aneinandergefügt sind und die vorzugsweise einen Kegelwinkel ALPHA aufweisen, vgl. 10. Im Querschnitt entsteht eine rhombenartige Fläche mit abgeschnittenen Spitzen. Diese Wälzkörper rotieren um eine Achse 34, die im Wesentlichen oder bevorzugt vollständig parallel zur Längsachse L des Spannzangenfutters 1 verläuft. Solche Wälzkörper können sich – im Vergleich mit Lagerkugeln – großflächiger gegen den Futterkörper 2 und die Spannmutter 13 abstützen und vermögen daher signifikant höhere Kräfte zu übertragen, bei minimalen Reibungsverlusten. Auf diese Art und Weise lassen sich Spannzangenfutter herstellen, die eine Spann- bzw. Haltekraft aufweisen, wie sie bis dato von mutternbetätigten Spannzangenfuttern nicht bekannt ist.
Eine unter dem Gesichtspunkt der Kraftübertragung ähnlich effiziente Variante des erfindungsgemäßen Spannzangenfutters zeigt die 11. Hier werden indes statt der rhombenartigen Wälzkörper 35 Zylinderrollen 36 oder (seltener) tonnenförmige bzw. kegelförmige Wälzkörper verwendet. Ihre Drehachse 34 liegt schräg zur Längsachse L des Spannzangenfutters.
Für diese beiden letztgenannten Varianten des erfindungsgemäßen Spannzangenfutters gelten alle Ausführungen, die oben für das Ausführungsbeispiel gemacht wurden, das Kugeln als Wälzkörper verwendet, entsprechend.
Angemerkt sei noch, dass im Rahmen der Erfindung auch weitere geeignete Formen von Wälzkörpern in analoger Weise verwendet werden können.
Besondere Dämpfung der Spannmutter
Zu guter Letzt sei angemerkt, dass für ein Spannzangenfutter mit den nachfolgend beschriebenen Merkmalen auch unabhängig von den anderen, in dieser Anmeldung für ein Spannzangenfutter beschriebenen Merkmalen Schutz beansprucht wird – auch wenn diese Art der Dämpfung bei den bisher beschriebenen Spannzangenfuttern besonders gut zum Tragen kommt.
Die 12 und 13 zeigen eine Spannmutter 13, die vorzugsweise für Spannzangenfutter 1 gem. der 1 bis 11 zum Einsatz kommt.
Diese Spannmutter 13 zeichnet sich durch zwei jeweils als Kreisringnut ausgeführte Nuten 37 aus.
Die Nuten 37 erhöhen die Elastizität der Spannmutter 13 und verleihen ihr dadurch einen schwingungsdämpfenden Einfluss – in ganz besonderem Maß, aber nicht ausschließlich, bei Spannzangenfuttern 1, deren Spannmutter 13 mithilfe eines Wälzkörpergewindetriebs der zuvor beschriebenen Art drehbar auf dem Futterkörper 2 gehalten wird.
Die Ausbildung zweier, parallel zueinander verlaufender Nuten 37 ist bevorzugt, in manchen Fällen lässt sich die gewünschte Wirkung jedoch auch schon mit einer einzigen Nut erreichen, so dass im Folgenden stellvertretend von „der mindestens einen Nut 37“ gesprochen wird.
Wie die 12 und 13 zeigen, ist die mindestens eine Nut 37 bevorzugt als in Umfangsrichtung endlose, d. h in sich geschlossene Nut ausgebildet, da nur lokale, in Umfangsrichtung nicht endlos gestaltete Nuten in vielen Fällen keine hinreichende Schwächung mit sich bringen.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Nut 37 zur Umfangsoberfläche der Spannmutter 13 hin offen, so, wie von 13 gezeigt.
Der Nutgrund 38 kann überwiegend eben ausgebildet sein, wie das die 12 zeigt. Vorzugsweise ist der Nutgrund 38 verrundet und zeigt idealerweise – zumindest im Wesentlichen – ein kreisabschnittförmiges Profil, vgl. auch 14.
Idealerweise ist die mindestens eine Nut 37 eine Kreisringnut. Ihre seitlichen, in den (unter Umständen verrundeten) Nutgrund 38 übergehenden Nutseitenwände 39 können dann jeweils in einer Ebene liegen, die (ganz oder im Wesentlichen) senkrecht zur Längsachse L des Spannzangenfutters liegt, vgl. 13. Der Begriff „im Wesentlichen“ bedeutet hier, dass eine V-förmige Schrägstellung der Nutseitenwände 39 unschädlich ist, insbesondere sofern der Nutgrund 38 nicht ebenfalls V-förmig ausgebildet ist und daher keine übermäßige Kerbwirkung auftritt.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die mindestens eine kreisringförmige, als Schwächungsnut ausgelegte Nut 37 in dem Abschnitt der Spannmutter 13 anzubringen, der zwischen dem Abschnitt liegt, mit dem die Spannmutter 13 unmittelbar oder unter Zwischenlage von Wälzkörpern an der Spannzange 8 anliegt, und dem Abschnitt der Spannmutter 13, an dem diese an ihrer Innenumfangsfläche vollständig mit der oder den Gewinderillen 16 versehen ist, vgl. 12. Hierzu ist anzumerken, dass auch die in 12 links dargestellte Nut 37 nicht in einem Abschnitt der Spannmutter liegt, in dem diese an ihrer Innenumfangsfläche schon vollständig mit Gewinderillen 16 versehen ist.
In andere Worte gefasst kann man sagen, dass die mindestens eine Nut 37, wenn es sich um eine Kreisringnut handelt, vollständig in dem Bereich der Spannmutter 13 liegen sollte, in dem diese die höchsten Kräfte in Richtung parallel zur Längsachse L des Spannzangenfutters 1 überträgt.
Wesentlich verstärken lässt sich der Dämpfungseffekt durch Kombination der außenliegenden Nuten 37 mit mindestens einer Innennut 46, die am Innenumfang der Spannmutter 13 vorzugsweise zwischen den Nuten 37 angebracht ist, in Richtung entlang der Längsachse L gesehen. Für die Ausgestaltung der Innennut 46 als solche gilt das zuvor für die Nut 37 Gesagte vorzugsweise entsprechend.
Noch besser ist es, wenn eine Nut 37 als wellenartig mäandernde Nut 37 ausgebildet ist, so wie das die 13 und 14 zeigen.
Wie anhand der 13 angedeutet, ist die mäandernde Nut vorzugsweise – in Umfangsrichtung gesehen – ebenfalls vollständig in sich geschlossen, d. h. „endlos“.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine mäandernde Nut 37, die überwiegend aus Nutabschnitten 40 besteht, die sich nicht ausschließlich in Umfangsrichtung erstrecken, sondern vorzugsweise überwiegend in Richtung schräg dazu, eine besonders ausgeprägte Dämpfungswirkung entfaltet, insbesondere bei einer Überlagerung von Biege- und Drehschwingungen. Als Faustformel zur Bestimmung einer mäandernden Nut 37, die eine spürbare Dämpfungswirkung entfaltet, ohne zu stark geschwächt zu sein, kann man sagen, dass die maximale Erstreckung der Nut 37, gemessen in Richtung parallel zur Längsachse L des Spannzangenfutters, mindestens das Vierfache und bevorzugt maximal das Zehnfache der maximalen Nutbreite NB haben sollte, gemessen senkrecht zur örtlichen Längsachse der Nut.
Idealerweise zeigt die mäandernde Nut 37 ein regelmäßiges Wellenmuster, mit vorzugsweise kontanter Frequenz – jedenfalls in dem Sinne, dass nur zwei gedachte Kreise K1 und K2 existieren, die beide senkrecht zur Längsachse L des Spannzangenfutters angeordnet sind, wobei einer dieser Kreise (hier K1) von allen Wendepunkten der Nut tangiert wird und der andere dieser Kreise (hier K2) von allen gegensinnigen Wendepunkten der Nut 37 tangiert wird, so dass sich die Nut 37 in ihrer Gesamtheit zwischen den beiden Kreisen befindet.
Als besonders zweckmäßig hat es sich auch hier erwiesen, wenn die mäandernde, als Schwächungsnut ausgelegte Nut 37 überwiegend oder sogar zu mindestens 70 % ihrer Länge in dem Abschnitt der Spannmutter 13 angebracht ist, der zwischen dem Abschnitt liegt, mit dem die Spannmutter 13 unmittelbar oder unter Zwischenlage von Wälzkörpern an der Spannzange 8 anliegt, und dem Abschnitt der Spannmutter 13, an dem diese an ihrer Innenumfangsfläche vollständig mit Gewinderillen 16 versehen ist, vgl. die Gesamtschau der 14 und 15.
Um die Dämpfungswirkung noch zu erhöhen, kann die mindestens eine, als Schwächungsnut ausgelegte Nut 37 mit einem Elastomer ausgefüllt werden.
Zum Abschluss dieses Abschnitts „besondere Dämpfung“ ist daher festzuhalten, dass für ein Spannzangenfutter mit einer Spannmutter der soeben anhand der 12 bis 15 beschriebenen Art auch unabhängiger Schutz beansprucht wird, der nicht zwingend von den Merkmalen der eingangs beschriebenen Spannzangenfutter mit Wälzkörpergewindetrieb abhängt. Sinngemäß Gleiches gilt für die anhand der 12 bis 15 beschriebenen Spannmutter als solche, in Alleinstellung.
Es wird somit auch eigenständiger Schutz beansprucht für ein Spannzangenfutter 1 mit einem Futterkörper 2, einer Spannzange 8 und einer Spannmutter 13, wobei der Futterkörper 2 einen Kupplungsabschnitt 3 zum Ankuppeln des Spannzangenfutters an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine besitzt und eine vorzugsweise als Innenkegel ausgeführte Spannzangenaufnahme 6 aufweist und mit mindestens einer Gewinderille (eingängig/mehrgängig) zum Aufschrauben der Spannmutter versehen ist, wobei die Spannzange 8 vorzugsweise einen zu dem besagten Innenkegel komplementären Außenkegel besitzt, sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahme 11 und die Spannmutter vorzugsweise an ihrem Außenumfang – und idealerweise jeweils an ihrem Außenumfang und an ihrem Innenumfang – zusätzlich mindestens eine, besser mehrere Nuten trägt, die sie schwächt bzw. schwächen.
Eine Gewinderille ist dabei keine derartige „Dämpfungsnut“ im Sinne der Erfindung, da von einer Gewinderille aufgrund ihrer andersartigen Lage und Ausgestaltung nicht die gewünschte Dämpfungswirkung ausgeht.
Als „Gewinderille“ wird in diesem Zusammenhang jedweder Gewindebestandteil verstanden, gleich, ob es sich um ein Gewinde handelt, dessen Gewinderillen unmittelbar aneinander abgleiten, oder ob es sich vorzugsweise um ein Gewinde mit zwischengeschaltetem Wälzkörpergewindetrieb handelt, wie eingangs beschrieben.
Das soeben beschriebene Spannzangenfutter bzw. dessen Spannmutter kann optional zusätzliche Merkmale aufweisen, wie sie anhand der 12 bis 15 erläutert wurden, und/oder zusätzliche Merkmale, für die das zutrifft, was im Zusammenhang mit den 1 bis 11 und/oder in der Beschreibungseinleitung und/oder den bisher aufgestellten Ansprüchen offenbart wurde.
Unabhängig von dem zuvor Gesagten ist festzuhalten, dass erfindungsgemäß eine weitere Dämpfungsmaßnahme für die Spannmutter vorgeschlagen wird, so wie sie die 17 illustriert.
Wie man sieht, sind die Spannmutter 13 und der Futterkörper 2 hier so gestaltet, dass die dem Bund 10 der Spannzange 8 abgewandte Stirnfläche der Spannmutter 13 gegen den Futterkörper 2 anschlägt, wenn der maximale Anzug der Spannmutter 13 erreicht ist. Dabei schlägt die dem Bund 10 der Spannzange 8 abgewandte Stirnfläche der Spannmutter 13 vorzugsweise nicht unmittelbar vollflächig gegen den Futterkörper an, sondern unter Zwischenlage eines federnd nachgiebigen Elements, vorzugsweise in Gestalt eines Kunststoff- oder Elastomerrings 45. Durch diese simple Maßnahme lässt sich ebenfalls ein überraschend effektiver Beitrag zur Vermeidung von Vibrationen erreichen.
Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der besagte Kunststoff- oder Elastomerring 45 so eingebaut wird, z. B. in eine entsprechend dimensionierte Nut 44, dass die Spannmutter 13 zunächst den Kunststoff- oder Elastomerring 45 zusammendrückt und dadurch spannt, um ganz am Ende ihrer Anzugsbewegung schließlich doch unmittelbar am Futterkörper 2 zur Anlage zu kommen.
Hierdurch ergibt sich einerseits eine vibrationsdämpfende Vorspannung des Kunststoff- oder Elastomerrings 45, andererseits ist aber sichergestellt, dass die vollständig angezogene Spannmutter 13 und mit ihr die Spannzange 8, in Richtung der Längsachse gesehen, immer die gleiche Position einnehmen, was der Genauigkeit der Werkzeuglängeneinstellung zu Gute kommt.
Es versteht sich, dass die Nut 44 und der Elastomerring 45 in analoger Weise an der Stirnfläche der Spannmutter 8 angebracht sein können.
Sonstiges
Schließlich sei noch angemerkt, dass sich die bzw. alle Merkmale dieser Erfindung in analoger Weise auch auf bestehende Systeme wie nach WO 2008049621 A2 und DE 102015002943 anwenden lassen.
Die Erfindung kann auch in einem Spannfutter verwendet werden, bei dem eine Außenhülse mit konischer Innenfläche über einen Futterkörper mit komplementärem Außenkonus und zylindrischer Innenbohrung gezogen wird. Dabei wird der Futterkörper durch elastische Verformung zusammengedrückt und damit die Innenbohrung verkleinert. In der Innenbohrung befindet sich der Schaft des zu spannenden Werkzeuges, der dadurch entweder direkt oder über eine zylindrische Zwischenhülse geklemmt wird. Die Außenhülse kann drehbar, aber zugfest mit einer erfindungsgemäßen rollengelagerten Mutter verbunden werden, so dass der Spannvorgang mit relativ geringem Drehmoment an der Mutter erfolgen kann.
Aufgrund dessen wird auch selbstständiger, von den bislang formulierten Patentansprüchen unabhängiger Schutz für ein Spannfutter beansprucht, mit einem Futterkörper mit einem Kupplungsabschnitt zum Ankuppeln des Spannzangenfutters an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine sowie mindestens einer Gewinderille zum Aufschrauben einer Spannmutter sowie einer eine zylindrische Werkzeugschaftaufnahme bereitstellenden Hülsenpartie mit Außenkonus und einer Spannhülse mit vorzugsweise komplementärem Innenkonus sowie einer Spannmutter, die verdrehbar, aber zugfest mit der Spannhülse gekoppelt ist, und die die Spannhülse in eine Position ziehen kann, in der sie die Hülsenpartie so zusammendrückt, dass der Werkzeugschaft reibschlüssig in der Hülsenpartie festgesetzt wird, wobei auch die Spannmutter mindestens eine Gewinderille trägt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Gewinderillen des Futterkörper und der Spannmutter Wälzköper eingelegt sind, so dass die Spannmutter und der Futterkörper einen Wälzkörpergewindetrieb bilden, mittels dessen die Spannhülse in ihre Öffnungs- oder Schließposition getrieben wird.
Diese Variante der Erfindung ist nicht eigenständig figürlich dargestellt, der Fachmann versteht jedoch, dass das in den gegebenen Figuren Darstellte sinngemäß auch für diese Lösung gilt. Denn für die konkrete Ausgestaltung des Wälzkörpergewindetriebs spielt es letztendlich keine Rolle, ob dieser eine Spannzange mit Außenkonus in eine am Futterkörper ausgebildete Hülsenpartie mit Innenkonus treibt und so den Werkzeugschaft reibschlüssig festsetzt, oder ob (gleichsam in kinematischer Umkehr) dieser eine Spannhülse mit Innenkonus über eine am Futterkörper ausgebildete Hülsenpartie mit Außenkonus treibt und dadurch den Werkzeugschaft reibschlüssig festsetzt.
Bezugszeichenliste

1: Spannzangenfutter
2: Futterkörper
3: Kupplungsabschnitt
4: Handhabungsabschnitt
5: Hülsenpartie
6: Spannzangenaufnahme
7: Innenkegel (vgl. 2, betragsmäßig halber Wert des Kegelwinkels)
8: Spannzange
9: Rohrabschnitt der Spannzange
10: Bund
11: Werkzeugschaftaufnahme
12: Wälzkörperaufnahmerinne der Spannzange
13: Spannmutter
14: Wälzkörperaufnahmerinne der Spannmutter
14a: Wälzkörper
15: Gewinderille
16: Gewinderille
17: Nut
18: Wälzkörper
19: Rohrumlenksystem
20: Verbindungssteg der Spannzange
21: Spannzangenboden
22: Längeneinstellschraube
23: Sperrorgan
24: Sperrnut
25: Eingang des Umlenksystems
26: Ausgang des Umlenksystems
27: Umlenkkörper
28: Aussparung
29: erster Dichtungsabschnitt
30: zweiter Dichtungsabschnitt
31: Innenumfangsfläche der Spannmutter zur Anlage gegen die Dichtung
32: Wälzkörperfangvorrichtung
33: Tunnel (des Umlenkkörpers)
34: Drehachse eines Wälzkörpers
35: rhombenartiger Wälzkörper
36: Wälzkörper in Gestalt einer Zylinderrolle
37: Nut
38: Nutgrund
39: Nutseitenwand
40: schräger Nutabschnitt
41: Gewinde zwischen dem Bund 10 der Spannzange und deren hülsenförmigem Teil
42: hülsenförmiger Teil der Spannzange
43: Ansatzöffnung an der Spannzange für Schraubwerkzeug
44: Nut zur Aufnahme eines Kunststoff- oder Elastomerrings
45: Kunststoff- bzw. Elastomerring
46: Innennut
L: Längsachse
NB: Nutbreite
ALPHA: Kegelwinkel eines rhombenartigen Wälzkörpers
K1: Kreis
K2: Kreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008049621 A2 [0139]
DE 102015002943 [0139]

Claims

Spannzangenfutter (1) mit einem Futterkörper (2), einer Spannzange (8) und einer Spannmutter (13), wobei der Futterkörper (2) einen Kupplungsabschnitt (3) zum Ankuppeln des Spannzangenfutters (1) an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine besitzt und eine als Innenkegel (7) ausgeführte Spannzangenaufnahme (6) sowie mindestens eine Gewinderille (15) zum Aufschrauben der Spannmutter (13), und wobei die Spannzange (8) einen zu dem besagten Innenkegel (7) komplementären Außenkegel besitzt, sowie eine zylindrische Werkzeugaufnahme (11), und wobei das Spannzangenfutter (1) so beschaffen ist, dass die Spannzange (8) durch Anziehen der Spannmutter (13) so weit in die Spannzangenaufnahme (6) eingetrieben werden kann, dass der Werkzeugschaft drehmomentfest gehalten wird, und wobei die Spannmutter (13) mindestens eine Gewinderille (16) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Gewinderillen (15; 16) des Futterkörpers (1) und der Spannmutter (13) Wälzköper (14a) eingelegt sind, so dass die Spannmutter (13) und der Futterkörper (2) einen Wälzkörpergewindetrieb bilden.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich aufeinanderfolgende Wälzkörper (14a) berühren.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umlenksystem (19) für den Rücktransport der Wälzkörper (14a) vorhanden ist, wobei das Umlenksystem (19) vorzugsweise so beschaffen ist, dass es einen Wälzkörper (14a), der beim Betätigen der Spannmutter (13) das Ende der Gewinderillen (15; 16) des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) erreicht hat, an den Anfang der Gewinderillen (15; 16) transportiert.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem (19) ein Rohrumlenksystem ist, das durch ein Rohr gebildet wird, welches einen Wälzkörper (14a) am Ende der Gewinderillen (15; 16) des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) aus den Gewinderillen (15; 16) ausschleust, außerhalb der Gewinderillen (15; 16) an den Anfang derselben Gewinderillen (15; 16) transportiert und dort wieder zwischen die Gewinderillen (15; 16) einführt.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrumlenksystem (19) in einem getrennt von dem Futterkörper (2) und der Spannmutter (13) ausgebildeten Umlenkkörper (27) ausgebildet ist, der in eine erste korrespondierende Aussparung (28) des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) eingesetzt und dort festgesetzt ist.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (27) an der Ausbildung der Gewinderille (15; 16) des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) beteiligt ist.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Einbauort des Umlenkkörpers (27) diametral gegenüberliegenden Seite des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) eine zweite Aussparung in dem Futterkörper (2) oder der Spannmutter (13) ausgebildet ist, in die ein Wuchtkörper eingesetzt und dort festgesetzt ist, dessen Masse und vorzugsweise auch Masseverteilung so gewählt ist, dass er die zunächst durch den Umlenkkörper (27) und die in ihm enthaltenen Wälzkörper (14a) erzeugte Unwucht ausgleicht, vorzugsweise vollständig.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wuchtkörper an der Ausbildung der Gewinderille (15; 16) des Futterkörpers (2) oder der Spannmutter (13) beteiligt ist.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Spannmutter (13) oder der Futterkörper (2) die Wälzkörper (14a) unverlierbar aufnimmt.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (14a) Kugeln sind und die jeweilige Gewinderille (16; 15) der Spannmutter (13) oder bevorzugt des Futterkörpers (2) die von ihr aufgenommenen Kugeln zu mehr als 50 % umgreift.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gewinderille (15; 16) eine vorzugsweise entlang der Gewinderille (15; 16) durchgängige Nut (17) aufweist, die außerhalb des über die Wälzkörper (14a) fließenden Kraftflusses liegt.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (8) einen über die Spannzangenaufnahme (6) überstehenden Bund (10) aufweist, der an seinem Außenumfang eine idealerweise durchgängige und in Umfangsrichtung in sich geschlossene Wälzkörperaufnahmerinne (12) aufweist, und dass die Spannmutter (13) dort, wo sie dem Außenumfang des Bundes (10) mit ihrem Innenumfang gegenüberliegt, ebenfalls eine Wälzkörperaufnahmerinne (14) aufweist, und dass die Spannzange (8) und die Spannmutter (13) durch die in ihre Wälzkörperaufnahmerinnen (12; 14) eingelegten Wälzkörper (18) in Richtung entlang der Rotationsachse des Spannzangenfutters (1) miteinander verbunden sind.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Spannmutter (13) zweiteilig ausgebildet ist und aus einem ersten Teil besteht, das die Gewinderille (16) zur Aufnahme der Wälzkörper (14a) trägt, und einem zweiten Teil, das die Wälzkörperaufnahmerinne (12) zur Verbindung mit der Spannzange (8) aufweist, und die Trennstelle zwischen den beiden Teilen so ausgebildet ist, dass nach Lösen der Verbindung zwischen den beiden Teilen der zweite Teil zusammen mit der Spannzange (8) vom Futterkörper (2) abgenommen werden kann, während der erste Teil am Futterkörper (2) verbleibt, oder dass die Spannzange (8) zweiteilig ausgebildet ist, dergestalt, dass der Bund (10) der Spannzange (8) vom hülsenförmigen Teil (42) der Spannzange (8) gelöst werden kann.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil der Spannmutter (13) bzw. der Spannzange (8) und der zweite Teil der Spannmutter (13) bzw. der Spannzange (8) durch einen Bajonettverschluss oder eine Gewindeverbindung lösbar miteinander verbunden sind.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter(13) und der Futterkörper (2) so gestaltet sind, dass die dem Bund (10) der Spannzange (8) abgewandte Stirnfläche der Spannmutter (13) gegen den Futterkörper (2) anschlägt, wenn der maximale Anzug der Spannmutter (13) erreicht ist, wobei die dem Bund (10) der Spannzange (8) abgewandte Stirnfläche der Spannmutter (13) vorzugsweise nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenlage eines federnd nachgiebigen Elements, vorzugsweise in Gestalt eines Kunststoff- oder Elastomerrings (45), gegen den Futterkörper anschlägt.
Spannzangenfutter (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (13) zusätzlich auch gegen die dem Bund (10) der Spannzange (8) zugewandte Stirnfläche des Futterkörpers (2) anschlägt, wenn der maximale Anzug der Spannmutter (13) erreicht ist.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an beide Enden der Gewinderille (15) des Futterkörpers (2) eine Dichtung angebracht ist.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel oder die Vorspannung der Wälzkörper (14a) zwischen dem Futterkörper (2) und der Spannmutter (13) bei gelöster Spannzange (8) so bemessen ist, dass sich auch bei maximal in den Futterkörper (2) eingetriebener Spannzange (8) und der dadurch bedingten elastischen Aufweitung des Futterkörpers(2) im Bereich der Spannzangenaufnahme (6) keine unzulässige Verspannung der Wälzkörper (14a) einstellt.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (14a) jeweils nach Art eines Rhombus ausgeführt sind, vorzugsweise mit einem Kegelwinkel (ALPHA) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Mantellinien eines Rollkegels des rhombenartigen Wälzkörpers (35) von weniger als 45°, besser von weniger als 40°.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (14a) jeweils als Tonne oder – bevorzugt – als Zylinderrolle (36) ausgeführt sind.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (27) eine vorzugsweise als ein integraler Bestandteil von ihm ausgeführte Wälzkörperfangvorrichtung (32) aufweist, die auf einen Wälzkörper (14a), der den Umlenkkörper (27) am Ende der Gewinderille (15; 16) erreicht, eine Kraft in radial-einwärtiger bzw. radial-auswärtiger Richtung ausübt, je nachdem, ob der Umlenkkörper (27) in den Futterkörper (2) oder die Spannmutter (13) eingebaut ist, welche den Wälzkörper (14a) in den Tunnel (33) des Umlenkkörpers (27) drückt.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (13) an ihrem Außenumfang mindestens eine Nut (37) – besser mehrere Nuten (37) – trägt, die sie schwächt und die vorzugsweise als in Umfangsrichtung endlose, d. h. in sich geschlossene Nut (37) ausgebildet ist und idealerweise als Kreisringnut oder als mäandernde bzw. wellenförmig mäandernde Nut (37) ausgebildet ist.
Spannzangenfutter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (13) an ihrem Innenumfang mindestens eine Innennut (46) trägt, die sie schwächt, und die vorzugsweise als in Umfangsrichtung endlose, d. h. in sich geschlossene Nut (46) ausgebildet ist und idealerweise als Kreisringnut, wobei die Innennut (46) (in Richtung der Längsachse L gesehen) vorzugsweise zwischen zwei in ihren Außenumfang eingearbeiteten Nuten (37) liegt.
Futterkörper (2) für ein Spannzangenfutter (1) mit den Futterkörper (2) betreffenden Merkmalen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Futterkörper (29 mindestens eine Gewinderille (15) zur Aufnahme von Wälzkörpern (14a) eines Wälzköpergewindetriebs aufweist.
Spannmutter (13) für ein Spannzangenfutter (1) mit die Spannmutter (13) betreffenden Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (13) mindestens eine Gewinderille (16) zur Aufnahme von Wälzkörpern (14a) eines Wälzköpergewindetriebs aufweist.
Spannzange (8) für ein Spannzangenfutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23.
Verfahren zur Herstellung einer Spannzange (8) nach Anspruch 1 – ggf. in Verbindung mit einem oder mehreren der vorstehenden Unteransprüchen – dadurch gekennzeichnet, dass das Spannzangenfutter (1) und/oder der Umlenkkörper (27) und/oder sein Futterkörper (2) und/oder zumindest dessen Hülsenpartie (5) durch ein generatives Schichtbauverfahren hergestellt wird.