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Die Erfindung betrifft einen Spannantrieb mit zwei, jeweils mit einem Spannbacken verbindbaren oder verbundenen Spannteilen, die durch eine Spindel translatorisch gegeneinander bewegbar sind.
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Spannantriebe solcher Art verwendende Spannvorrichtungen sind durch Benutzung bekannt und werden seit langer Zeit in großem Umfang eingesetzt. Wenn die Spannbacken nach Drehung der Spindel gegen ein einzuspannendes Werkstück anliegen, baut sich bei weiterer Drehung der Spindel zwischen den Spannteilen eine Spannkraft und damit zwischen den Klemmbacken eine auf das Werkstück einwirkende Klemmkraft auf. Einem bestimmten, durch ein Drehwerkzeug an die Spindel des Spannantriebs angelegten Drehmoment entspricht eine bestimmte Spannkraft zwischen den Spannteilen. Je nach Geometrie der Spannbacken fährt diese Spannkraft des Spannantriebs zu einer mehr oder weniger großen, auf das Werkstück einwirkenden Klemmkraft.
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Bekanntermaßen hängt die sich zwischen den Spannteilen aufbauende Spannkraft von der Steigung des Spindelgewindes ab. Mit sich verringernder Gewindesteigung erhöht sich die Spannkraft. Dafür wächst jedoch der zur Anpassung an unterschiedliche Werkstücke erforderliche Drehwinkel der Spindel. Verstellungen der Klemmbacken werden langwieriger.
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Zur zusätzlichen Erhöhung der Klemmkraft herkömmlich eingesetzte Mittel basieren z.B. auf einem Planetenradgetriebe oder Kniehebel. Daraus resultiert für den Spannantrieb jedoch ein verhältnismäßig großer Bauraum.
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Nachteilig weisen herkömmliche Spannvorrichtungen daher die Bearbeitung eingespannter Werkstücke behindernde Störkonturen auf. Insbesondere erfordern herkömmliche Spannvorrichtungen einen großen radialen Abstand der Klemmflächen der Klemmbacken zur Spindelachse des Spannantriebs. Durch entsprechend große Hebellängen ergeben sich dadurch Verluste an Klemmkraft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Spannantrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei geringen Abmessungen und bequem verstellbarer Spannbackenweite große Spannkräfte erzeugen kann.
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Der diese Aufgabe lösende Spannantrieb nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel ein erstes Gewinde und ein zweites Gewinde mit von der Steigung des ersten Gewindes abweichender Steigung aufweist, dass die Gewinde jeweils in ein an den Spannteilen gebildetes Gegengewinde eingreifen und dass wenigstens eines der beiden Spannteile Einrichtungen zur Verbindung und Entkopplung des betreffenden Gegengewindes mit bzw. von dem übrigen Spannteil aufweist.
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Vorteilhaft kann zur Verstellung des Abstands zwischen den Spannteilen im unbelasteten Zustand des Spannantriebs das erste Gewinde zum Einsatz kommen. Das zweite Gewinde der Spindel bleibt ungenutzt, indem das eingreifende Gegengewinde von dem übrigen Spannteil entkoppelt ist und sich mit dem Gewinde der Spindel mitdreht. Entsprechend der Steigung des ersten Gewindes kann die Verstellung der Spannteile schnell und bequem erfolgen. Erst im belasteten Zustand, wenn mit den Spannteilen verbundene Klemmbacken an einem Werkstück angreifen, kann durch die Einrichtungen zum Verbinden und Entkoppeln dafür gesorgt werden, dass mit weiterer Drehung der Spindel nur die Differenz zwischen den Steigungen des ersten und zweiten Gewindes für die Verstellung des Abstands zwischen den Spannteilen wirksam wird. Indem die Differenzsteigung klein gegen die Steigung des ersten und zweiten Gewindes ist, lässt sich so eine große Spannkraft erzeugen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungs- und Entkopplungseinrichtungen zur Herstellung einer Kraft- oder/und Formschlussverbindung zwischen einem das Gegengewinde aufweisenden Trägerelement und dem übrigen Spannteil ausgebildet.
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Als Trägerelement für das Gegengewinde kommt insbesondere ein entkoppelter Zustand mit der Spindel mitdrehbare, vorzugsweise zu der Spindel koaxiale Welle in Betracht.
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Eine Formschlussverbindung kann z.B. durch eine Zahn- oder/und Polygonwelle bzw. Zahn- oder/und Polygonhülse hergestellt sein.
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Vorzugsweise umfassen die Einrichtungen zur Herstellung der Kraft- oder/und Formschlussverbindung einen z.B. konischen, zu der Welle koaxialen Klemmring, der durch die mit der Spindel mitgedrehte Welle axial verschiebbar ist. Die Einrichtungen können ferner eine Spannzange, einen Keilring, Keilelemente oder andere sich verjüngende Elemente, oder Rollenspindeln umfassen.
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Vorzugsweise weist der Klemmring einen axialen Schlitz auf.
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Insbesondere ist der Klemmring zwischen der Welle und einem Gehäuseteil des Spannteils verkeilbar und so die Welle durch den Klemmring mit dem übrigen Spannteil starr verbindbar.
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Während es möglich wäre, dass sich im unbelasteten Zustand des Spannantriebs die Welle mit der Spindel z.B. infolge Schwergängigkeit der ineinander eingreifenden Gewinde mitdreht, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Welle mit der Spindel über federbeaufschlagte, radial in die Spindel eingreifende Rastelemente mitdrehbar, wodurch die zu der Spindel koaxiale Welle auf der Welle auch axial festgelegt ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der eine Spannteil einen teleskopartig gegen die Spindel bewegbaren Bolzenteil. Der andere Spannteil ist bei starr mit dem übrigen Spannteil verbundener Welle auf der Spindel relativ zur Spindel axial durch das zweite, in das Gewinde der Welle eingreifende Gewinde bewegbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das eine Spannteil in der Art einer Spindelmutter auf einer durchgehenden Spindel axial bewegbar und die Spindel liegt im lastfreien Zustand der Spannteile mit einem Stirnende gegen das andere Spannteil an. Am anderen Stirnende kann die Spindel eine Ausnehmung für den Eingriff eines Drehwerkzeugs aufweisen.
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Die Erfindung ist nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Spannantriebs,
- 2 den Spannantrieb von 1 gemäß Schnitt A-A von 1,
- 3 und 4 eine den Spannantrieb von 1 und 2 verwendende Spannvorrichtung,
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Spannantrieb in verschiedenen Ansichten,
- 6 den Spannantrieb von 5 in einer Schnittdarstellung gemäß Schnitt A-A von 5, und
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Spannantrieb.
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Ein in den 1 und 2 gezeigter in einer Spannvorrichtung gemäß 3 und 4 einsetzbarer Spannantrieb zur Erzeugung einer Spannkraft umfasst zwei Spannteile 7,8. Das Spannteil 7 sitzt auf einer Spindel 1, gegen die teleskopartig ein Bolzenteil 2 des Spannteils 8 bewegbar ist. Über ein Innengewinde 3 der teilweise hohlzylindrischen Spindel 1 steht die Spindel 1 mit einem Außengewinde 4 des Bolzenteils 2 im Eingriff.
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Wie insbesondere 2 erkennen lässt, ist die Spindel 1 mehrteilig aus einem das Innengewinde 3 aufweisenden Hülsenteil 5 und einem weiteren, in den Hülsenteil 5 axial eingreifenden Bolzenteil 6 ausgebildet, wobei zwischen dem Hülsenteil 5 und dem Bolzenteil 6 bei 40 eine starre Verbindung besteht. Der Bolzenteil 6 weist eine stirnseitige Einsenkung 36 für den Eingriff eines Drehwerkzeugs auf.
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Wie insbesondere die Schnittdarstellung von 2 erkennen lässt, ist der Bolzenteil 2 des Spannteils 8 durch eine Hülse 11 abgedeckt, in welche die Spindel 1 hineinragt. Eine umlaufende Rille 12 in der Hülse 11 dient zur Aufnahme einer die Hülse 11 gegen die Spindel 1 abdichtenden O-Rings. Eine durch eine Schraube 13 stirnseitig an dem Bolzenteil 2 befestigte Anschlagplatte 14 stellt sicher, dass die Spindel 1 nicht aus dem Eingriff in die Hülse 11 gelöst werden kann.
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Ein Kopfteil des Spannteils 8 ist als Schnellverschlussplatte ausgebildet und auf einen hinterschnittenen Endzapfen 15 des Bolzenteils 2 aufschiebbar und eine federbeaufschlagte Rastkugel 41 arretierbar.
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Das Spannteil 7, gegen das die Spindel 1 um die Achse der Gewinde 3,4 drehbar ist, umfasst zu der Spindel 1 (im Wesentlichen) koaxiale Gehäuseteile 16 und 17. Zwischen den starr miteinander verbundenen Gehäuseteilen 16,17 und der Spindel 1 bzw. dessen Hülsenteil 6 sind in dem gezeigten Beispiel eine zu der Spindel 1 koaxiale Innenwelle 18 und ein sich zu dem Bolzenteil 2 hin verjüngender Klemmring 19 mit einer (nicht sichtbaren) axialen Einschlitzung eingeschlossen. Ferner dort eingeschlossen ist ein mit der Innenwelle 18 verbundener Mechanismus 20, der zumindest ein federbeaufschlagtes, in die Spindel 1 radial eingreifendes Rastelement umfasst. Die zu der Spindel koaxiale Innenwelle 18 steht über ein Innengewinde 21 im Eingriff mit einem Außengewinde 22 der Spindel 1 bzw. dessen Bolzenteil 6.
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Gemäß 3 und 4 hintergreifen die Spannteile 7,8 des Spannantriebs von 1 und 2 im verbauten Zustand jeweils einen Spannbacken 9 bzw. 10, wobei der Spannantrieb jeweils durch einen Durchgang in einem Basisblock 23 des Spannbackens 9 und in einem Basisblock 24 des Spannbackens 10 hindurchgeführt ist.
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Wie 1 erkennen lässt, weist das Spannteil 7 bzw. dessen Gehäuse diametral vorstehende Gewindehülsen 42 und 43 auf, über die das Spannteil 7 drehfest mit dem Basisblock 23 verschraubbar ist.
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Über Schwalbenschwanzverbindungen 25 und 26 sind die Basisblöcke 23,24 jeweils mit einem unmittelbar zur Verspannung mit einem Werkstück vorgesehenen Spannbackenteil 27,28 verbunden. Das Spannteil 8 greift drehfest in eine seiner quadratischen Form angepassten Ausnehmung in dem Basisblock 24 ein.
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Die Spannbacken 9,10 sind auf einem gemeinsamen Träger 29 angeordnet und auf T-förmigen, von dem Träger vorstehenden, zueinander parallelen Schienen 30 und 31 geführt, wobei der Spannbacken 9 den T-Balken der Schienen innenseitig und der Spannbacken 10 den T-Balken mit abgewinkelten Führungsplatten 32 und 33 außenseitig hintergreift. Der Spannbacken 10 ist durch die Führungsplatten 32,33 auf dem Träger 29 als Festbacken arretierbar.
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Abdeckplatten 34,35 schützen die Schwalbenschwanzverbindungen 25,26 vor dem Eindringen z.B. von Spänen.
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Die gezeigten Spannbackenteile 27,28 können gewendet werden und so den gemäß 3 und 4 verwendeten Backenflächen gegenüberliegende Backenflächen zum Einsatz kommen.
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Zum Einspannen eines Werkstücks zwischen den Spannbacken 9,10 wird mit Hilfe eines in die Einsenkung 36 eingreifenden Drehwerkzeugs die Spindel 1 gedreht bis die Spannbackenteile 27,28 gegen das einzuspannende Werkstück anschlagen.
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Vor dem Anschlag gegen das Werkstück während der Drehung der Spindel 1 durch das Drehwerkzeug stehen die Teile 1,2 nicht oder nur unter geringer axialer Zugspannung. Die über den Rastmechanismus 20 drehfest mit der Spindel 1 verbundene Innenwelle 18 dreht sich mit der durch das Drehwerkzeug gedrehten Spindel 1 mit. Für die Bewegung der Spannbacken 9,10 relativ zueinander ist in dieser Phase allein die Verdrehung der Spindel 1 gegen den Bolzenteil 2 des Spannteils 8 entsprechend der Steigung des Innengewindes 3 bzw. Außengewindes 4 maßgebend.
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Wenn es zum Anschlag der Spannbackenteile 27,28 gegen das Werkstück kommt, drückt bei fortgesetzter Drehung der Spindel 1 durch das Drehwerkzeug die mit der Spindel 1 über den Rastmechanismus 20 drehfest verbundene Innenwelle 20 mit einem Ringvorsprung 44 axial gegen den sich keilartig verjüngenden Klemmring 19, welcher die Innenwelle 18 mit dem Gehäuseteil 17 verklemmt. Die Innenwelle 18 ist nun starr mit dem übrigen Spannteil 7 verbunden. Bei weiterer Drehung der Spindel 1 durch das Drehwerkzeug löst sich die Rastverbindung durch den Rastmechanismus 20, so dass das Außengewinde 22 der Spindel 1 in dem Innengewinde 21 der Innenwelle 18 drehbar ist.
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Die Steigung der miteinander im Eingriff stehenden Gewinde 21,22 ist etwas geringer als die Steigung der Gewinde 3,4. Der auf den Drehwinkel bezogene Vorschub des Spannteils 7 entspricht bei gleichem Gewindedrehsinn der Differenz der Steigungen der Gewinde 3,4 und der Gewinde 21,22. Entsprechend einer geringen Differenzsteigung ist die auf das Drehmoment des Drehwerkzeugs bezogene, durch die Spannteile 7,8 erzeugte Klemmkraft deutlich verstärkt.
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Vorteilhaft kommt es während der spannungsfreien Verstellung der Klemmbacken 9,10, um sie in Anschlag mit dem Werkstück zu bringen, nur die große Steigung der Gewinde 3,4 zur Wirkung. Erst in der Klemmphase, in der kaum noch eine Verschiebung der Klemmbacken 9,10 erforderlich ist, erfolgt automatisch die Verstellung mit verringerter (effektiver) Steigung bei nicht unterbrochener Drehung der Spindel 1 durch das Drehwerkzeug.
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Vorteilhaft erlaubt die kompakte Bauweise des die verstärkte Spannkraft erzeugenden Spannantriebs eine Anordnung der unmittelbar gegen ein Werkstück anliegenden Spannbackenteile 27,28 in geringer radialer Entfernung von der Spindelachse. Klemmkraftverluste durch große Hebellängen sind so vermeidbar.
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Es versteht sich, dass das die Innenwelle 18 aufweisende Spannteil 7 sowohl in einem Festbacken als auch einem Losbacken zum Einsatz kommen kann. Ebenfalls möglich ist eine Ausführungsart des Spannantriebs zur Realisierung eines sogenannten Zentrumspannens, bei dem die Spannbacken durch Drehung der Spindel gleichmäßig aufeinander zufahren.
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Ein in 5 gezeigtes Ausführungsbeispiel für einen Spannantrieb umfasst Spannteile 7a und 8a, die durch eine Spindel 1a entlang der Spindelachse translatorisch gegeneinander bewegbar sind.
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Die Spindel 1a weist ein Außengewinde 3a auf, das im Eingriff mit einem in dem Spannteil 8a gebildeten Innengewinde 4a steht, so dass das Spannteil 8a in der Art einer Spindelmutter axial auf der Spindel translatorisch bewegbar ist.
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An einem Stirnende, das in eine drehfest verschraubbare Lagerungsbuchse 45 eingreift, weist die Spindel eine Ausnehmung 36a für den Eingriff eines Drehwerkzeugs auf, mit dem anderen Stirnende liegt die Spindel im lastfreien Zustand der Spannteile 7a,8a axial gegen einen Gehäusewandteil 16a des Spannteils 7a an.
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Das Spannteil 7a umfasst eine Innenwelle 18a sowie einen dem Klemmring 19 entsprechenden Klemmring 19a. Die Innenwelle steht über ein Innengewinde 21 a im Eingriff mit einem Außengewinde 22a der Spindel 1a.
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Wie die oben beschriebenen Spannteile 7,8 können auch die Spannteile 7a,8a jeweils in Verbindung mit einem Klemmbacken einer Spannvorrichtung stehen.
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Zum Einklemmen eines Werkstücks zwischen den Klemmbacken wird die Spindel 1a mit Hilfe eines Drehwerkzeugs, das in die Ausnehmung 36a eingreift, gedreht. Bis die Klemmbacken gegen das Werkstück anschlagen, dreht sich die Innenwelle 18a, die mit einem Stirnende gegen den Gehäuseteil 16a anliegt, mit der Spindel 1a mit.
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Sobald es zum Anschlag der beiden Klemmbacken gegen das Werkstück kommt, verkeilt der konische Klemmring 19a die Innenwelle 18a mit einem Gehäuseteil 16a. Damit werden die im Eingriff stehenden Gewinde 21a,22a wirksam. Es kommt zu einer Verstärkung der Klemmkraft entsprechend einer geringen Steigungsdifferenz zwischen den Gewinden 3a,4a und 21a,22a. Das Stirnende der Spindel 1a rückt geringfügig von dem Gehäusewandteil 6a des Spannteils 7a ab.
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Abweichend von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen könnte ein gesonderter Klemmring, insbesondere der keilartige Klemmring 19, entfallen und die Welle 18b lediglich mit einer Reibfläche 50 an einer dieser gegenüberliegenden Reibfläche 51 an dem Gehäuseteil 17b angreifen. Zweckmäßig ist die Reibfläche 50 senkrecht zur Spindelachse an einem Ringvorsprung der Welle 18b gebildet. Die Gegenfläche 51 kann an einem Druckkräfte aufnehmenden Ringabschnitt des Gehäuseteils 17b vorgesehen sein. Vorteilhaft führt die lediglich durch Reibflächen 50,51 gebildete Umschaltkupplung zu einer Reduzierung von Verformungen und dadurch Reduzierung von Spannkraftverlusten.
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An der Spindel kann eine durch eine Anschlagschraube 53 gebildete Warnanzeige, insbesondere Sichtmarkierung 52, gebildet sein. Durch die Warnanzeige kann die Spannweite überwacht und die volle Übertragung von Spannkraft auf das eingespannte Objekt gesichert werden.
