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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, mit einem Futterkörper, in dessen vorderer Stirnfläche vier paarweise einander gegenüberliegende Führungsnuten zur Aufnahme jeweils einer Spannbacke ausgebildet sind, die sich radial zu einer zentralen Futterachse erstrecken.
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Spannfutter für Werkzeugmaschinen dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis in erster Linie an Drehmaschinen eingesetzt, um die zu bearbeitenden Werkstücke zu spannen. Die herkömmlichen Spannfutter bestehen aus einem formsteifen Futterkörper, der eine zentrale Aufnahmeöffnung für die Werkstücke aufweist, sowie aus mehreren Spannbacken, die in Backenführungen des Futterkörpers radial gemeinsam bewegbar sind. Neben manuell betätigbaren Handspannfuttern werden in komplexeren Werkzeugmaschinen, insbesondere in programmgesteuerten Drehautomaten, häufig sogenannte Kraftspannfutter eingesetzt, bei denen die von den Spannbacken auf das Werkstück ausgeübten Spannkräfte motorisch oder hydraulisch erzeugt werden.
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In Abhängigkeit von der Geometrie des zu spannenden Werkstücks können derartige Spannfutter als Dreibackenfutter oder als Vierbackenfutter ausgebildet sein. Soll beispielsweise ein Werkstück mit einem kreisförmigen oder einem sechseckigen Querschnitt gespannt werden, so wird üblicher Weise ein Dreibackenfutter verwendet, welches drei um jeweils 120° um eine zentrale Futterachse versetzte Backenführungen für Spannbacken aufweist. Dem gegenüber weisen Vierbackenfutter in der Regel vier um jeweils 90° um eine zentrale Futterachse zueinander versetzte Backenführungen auf und sind geeignet, Werkstücke mit einem quadratischen Querschnitt zentriert einzuspannen.
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Wenngleich sich die handelsüblichen Spannfutter grundsätzlich bewährt haben, so wird zu Teilen als nachteilig angesehen, dass das Spannen von Werkstücken mit einem rechteckigen, aber nicht quadratischen Querschnitt bei gleichzeitig genauer Zentrierung zur zentralen Futterachse nur mit hohem Aufwand mittels unterschiedlich eingestellter Spannbacken oder unter Verwendung von Adapterstücken möglich ist.
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Aus der
DE 10 2015 104 058 B3 ist ein Spannfutter für Werkzeugmaschinen vorbekannt, welches einen Futterkörper aufweist, in dessen vorderer Stirnfläche 4 paarweise einander gegenüberliegende Führungen zur Aufnahme jeweils eine Spannbacke ausgebildet sind. Die Führungsnuten erstrecken sich dabei radial zu einer zentralen Futterachse. Die in jeweils einander gegenüberliegende Führungsnuten eingesetzten Spannbacken sind paarweise gemeinsam zu verstellen.
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Die
DE 10 2015 102 100 B3 offenbart ebenfalls ein Vierbackenfutter, welches einen Keilstangenmechanismus aufweist, welcher das paarweise Verstellen jeweils in einander gegenüberliegende Führungsnuten eingesetzter Spannbacken erlaubt.
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Ein weiteres Vierbackenfutter ist aus der
US 10 183 336 B2 vorbekannt. Dieses umfasst ebenfalls einen Futterkörper, in dessen vorderer Stirnfläche vier paarweise einander gegenüberliegende Führungsnuten zur Aufnahme jeweils einer Spannbacke ausgebildet sind. Die jeweils in einander gegenüberliegende Führungsnuten eingesetzten Spannbacken sind ebenfalls paarweise gemeinsam zu verstellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein alternatives Spannfutter bereit zu stellen, welches ein einfaches Spannen von Werkstücken mit rechteckigem Querschnitt ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Spannfutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, nämlich mit einem Antrieb, der ausgebildet ist, um in jeweils einander gegenüberliegenden Führungsnuten eingesetzte Spannbacken paarweise gemeinsam zu verstellen, wobei der Antrieb zwei axial beweglich im Futterkörper angeordnete Stellelemente aufweist, um jeweils ein Paar einander gegenüberliegender Spannbacken zu verstellen, wobei die Stellelemente Kopplungsmittel umfassen, um eine axiale Bewegung der Stellelemente über einen Keilhakenmechanismus in radiale Bewegungen der Spannbacken umzusetzen, und derart ausgebildet sind, dass entgegengesetzte axiale Bewegungen der Stellelemente in gleichgerichtete radiale Bewegungen der Spannbacken umgesetzt werden, und zwei radial symmetrisch zur zentralen Futterachse aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Keilschieber aufweist, welche schräge Steuerflächen aufweisen, die mit korrespondierenden Gegenflächen der Stellelemente derart zusammenwirken, dass eine radiale Bewegung der Keilschieber in entgegengesetzte axiale Bewegungen der beiden Stellelemente umgesetzt wird, wobei die Keilschieber relativ zum Futterkörper axial schwimmend gelagert sind, und ferner Betätigungsmittel aufweist, welche ausgebildet sind, die beiden Keilschieber radial aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen.
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Der Erfindung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, ein Vierbackenfutter derart auszugestalten, dass jeweils ein Paar von in einander gegenüberliegende Führungsnuten eingesetzten Spannbacken gemeinsam aufeinander zu oder voneinander weg bewegt wird, wodurch eine exakte Zentrierung des zu spannenden Werkstücks relativ zur Futterachse gewährleistet ist, und ferner die beiden Spannbackenpaare miteinander gekoppelt sind, sodass, wenn ein Spannbackenpaar bereits am zu spannenden Werkstück anliegt, das andere Spannbackenpaar noch radial auf das Werkstück zu bewegbar ist. Somit wird einerseits die Zentrierung eines Werkstücks mit einem rechteckigen Querschnitt und andererseits das Anliegen aller vier Spannbacken an der Außenkontur des Werkstücks im gespannten Zustand sichergestellt, obwohl die Abstände der jeweils einander gegenüberliegenden Spannbacken zueinander verschieden sind.
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Das erfindungsgemäße Spannfutter besitzt grundsätzlich die Funktionsweise eines Keilhakenfutters. Übliche Keilhakenfutter besitzen ein Stellelement, welches axial im Futterkörper bewegbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Stellelement um einen Spannkolben handeln, der hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagbar ist, um axial bewegt zu werden. Die axiale Bewegung des Stellelements wird über miteinander in Eingriff stehende Keilhaken und Keilnuten in radiale Bewegungen der Spannbacken umgesetzt.
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Vorliegend ist jedoch nicht ein Stellelement für alle vier Spannbacken vorgesehen, sondern zwei Stellelemente, welche geeignet sind, jeweils ein Paar einander gegenüberliegender Spannbacken zu verstellen. Dadurch wird erreicht, dass die beiden jeweils einander gegenüberliegenden Spannbacken gemeinsam, jedoch die beiden Paare unabhängig voneinander radial bewegt werden können. Die gemeinsame Bewegung jeweils einander gegenüberliegender Spannbacken sorgt dabei für eine präzise Zentrierung eines zu spannenden Werkstücks.
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Dabei ist der Keilhakenmechanismus der Stellelemente so ausgebildet, dass entgegengesetzte axiale Bewegungen der Stellelemente in gleichgerichtete Bewegungen der Spannbacken umgesetzt werden. Das bedeutet, dass eine axial nach vorne gerichtete Bewegung eines Stellelements zu einer radial nach innen gerichteten Bewegung der entsprechenden Spannbacken führt, eine axial nach hinten gerichtete Bewegung des anderen Stellelements ebenfalls zu einer radial nach innen gerichteten Bewegung der diesem zugeordneten Spannbacken.
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Um die beiden Stellelemente relativ zueinander axial zu bewegen, sind Keilschieber vorgesehen, welche symmetrisch zur Futterachse bewegbar sind. Die Keilschieber besitzen schräge Steuerflächen, die mit korrespondierenden Gegenflächen der Stellelemente zusammenwirken. Werden die Keilschieber beispielsweise radial nach innen bewegt, so führt dies dazu, dass eines der beiden Stellelemente axial nach vorne und/oder das andere Stellelement axial nach hinten bewegt wird. Die Keilschieber sind dabei relativ zum Futterkörper axial schwimmend gelagert und können sich somit ebenfalls in axialer Richtung frei bewegen.
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Die axial schwimmende Lagerung der Keilschieber relativ zum Futterkörper führt dazu, dass beim Spannen eines Werkstücks zunächst eine unbestimmte, schwimmende Bewegung der beiden Stellelemente ausgeführt wird, solange keines der beiden Spannbackenpaare in Anlage an dem Werkstück ist. Bei der Bewegung ist nicht definiert, ob sich die Spannbackenpaare synchron zueinander bewegen oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder sogar mit entgegengesetzten radialen Bewegungsrichtungen. Erst wenn ein Paar einander gegenüberliegender Spannbacken am Werkstück anliegt, findet eine eindeutig definierte Bewegung statt. Eine weitere radiale Bewegung der Keilschieber führt dazu, dass das den am Werkstück anliegenden Spannbacken zugeordnete Stellelement sich nicht weiter bewegt, jedoch das andere, welches den Spannbacken zugeordnet ist, die noch nicht am Werkstück anliegen. Die weitere radiale Bewegung der Keilschieber geht aufgrund der mit dem Stellelement, welches den bereits am Werkstück anliegenden Spannbacken zugeordnet ist, zusammenwirkenden schrägen Steuerflächen mit einer axialen Bewegung der Keilschieber einher. Durch die Kopplung über die Keilschieber führen die beiden noch nicht am Werkstück anliegenden Spannbacken eine weitere Bewegung auf das Werkstück zu aus, bis auch das zweite Spannbackenpaar mit dem Werkstück in Anlage kommt. Durch diesen Mechanismus ist es möglich, Werkstücke mit einem rechteckigen, aber nicht quadratischen Querschnitt zu spannen und gleichzeitig zu zentrieren, da die Spannbacken jeweils paarweise untereinander gemeinsam, aber die Spannbackenpaare zueinander verschiedenartig bewegt werden können.
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Die schwimmende Lagerung der Stellelemente und der Keilschieber in axialer Richtung führt dazu, dass die Spannkraft auf ein zu spannendes Werkstück erst dann aufgebracht wird, wenn sämtliche Spannbacken in Anlage mit dem Werkstück sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Keilschieber mindestens zwei schräge Steuerflächen auf, die mit jeweils einer korrespondierenden Gegenfläche eines Stellelements zusammenwirken, so dass eine radiale Bewegung der Keilschieber in axiale Bewegungen der beiden Stellelemente umgesetzt wird. Diese Ausgestaltung entspricht im Prinzip der Funktionsweise eines Keilhakenfutters. Jeder Keilschieber ist dabei über Steuerflächen mit entsprechenden Gegenflächen beider Stellelemente in Anlage, so dass bei einer radialen Bewegung der Keilschieber die Stellelemente relativ zueinander axial bewegt werden.
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Die Keilschieber können dabei eine quaderförmige Grundform besitzen und die beiden Steuerflächen eines jeden Keilschiebers können zueinander entgegengesetzt geneigt sein, um eine radiale Bewegung der Keilschieber in entgegengesetzte axiale Bewegungen der beiden Stellelemente umzusetzen. Eine quaderartige Grundform der Keilschieber ist vorteilhaft, da sie insbesondere aufgrund der schrägen Steuerflächen so leicht zu fertigen sind und eine günstige Krafteinleitung gewährleistet ist. Durch die entgegengesetzte Neigung der Steuerflächen, die mit korrespondierenden Gegenflächen jeweils eines Stellelements zusammenwirken, wird erreicht, dass bei einer radialen Bewegung der Keilschieber aufeinander zu oder voneinander weg eine Relativbewegung der Keilschieber in axialer Richtung relativ zu den beiden Stellelementen stattfindet. Das bedeutet, dass bei einer radialen Bewegung der Keilschieber ein Stellelement axial nach vorne und das anderen Stellelement axial nach hinten relativ zu den Keilschiebern verschoben wird.
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Die Betätigungsmittel können eine drehbar, aber bezogen auf ihre Längsachse axialfest im Futterkörper gelagerte Gewindespindel umfassen, deren Längsachse senkrecht zur zentralen Futterachse verläuft und welche in ihrer Längsrichtung zwei Gewindeabschnitte mit zueinander entgegengesetzt verlaufenden Gewindesteigungen zum radialen Bewegen jeweils eines Keilschiebers aufweist, wobei in jedem der beiden Abschnitte ein mit der Gewindespindel in Eingriff stehende Spindelmutter angeordnet ist, an welcher ein Keilschieber axial beweglich, aber radial fest gehalten ist. Für den der Erfindung zugrunde liegenden Mechanismus ist es erforderlich, dass die beiden Keilschieber stets radial zueinander symmetrisch bewegt werden. Ansonsten würden sich die beiden Stellelemente zur zentralen Futterachse neigen, so dass die Gefahr eines Verkantens besteht. Um eine zur Futterachse symmetrische Bewegung der Keilschieber zu realisieren, ist eine Gewindespindel vorgesehen, die zwei Gewindeabschnitte mit zueinander entgegengesetzt verlaufenden Gewindesteigungen aufweist. Das bedeutet, dass ein Gewindeabschnitt mit einem Linksgewinde und der andere Gewindeabschnitt mit einem Rechtsgewinde versehen ist. An jedem der beiden Abschnitte ist eine Spindelmutter vorgesehen, so dass bei sich nicht mitdrehender Spindelmutter ein Verdrehen der Gewindespindel zu einer zur Futterachse symmetrischen Bewegung der Spindelmuttern führt. Dabei muss die Gewindespindel bezogen auf ihre Längsachse axial fest im Futterkörper gelagert sein. Konkret kann dies durch Wälz- oder Gleitlager realisiert werden, welche in einer Fest-Los-Lagerung oder in einer angestellten Lagerung konfiguriert sind. Die Gewindespindel kann radial aus dem Futterkörper vorragen und eine Eingriffskontur aufweisen, beispielsweise eine Sechskant- oder Vierkantkontur, um zum Verstellen von eingesetzten Spannbacken ein Werkzeug in die Eingriffskontur einbringen zu können.
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Die Keilschieber sind jeweils an einer Spindelmutter radial fest gehalten, so dass durch die Lage der jeweiligen Spindelmutter auf der Gewindespindel auch die Keilschieber eindeutig radial positioniert sind. Die axial schwimmende Lagerung der Keilschieber relativ zum Futterkörper wird dadurch realisiert, dass die Keilschieber axial beweglich an der jeweiligen Spindelmutter angeordnet sind.
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In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind die Spindelmuttern bolzenförmig ausgebildet und erstrecken sich senkrecht zur Längsachse der Gewindespindel. Die Keilschieber können dabei jeweils eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung, insbesondere eine Durchgangsbohrung aufweisen, in welcher die bolzenförmige Spindelmutter axial gleitend gelagert ist. Eine derartige bolzenförmige Spindelmutter, die in einer korrespondierenden Bohrung des Keilschiebers angeordnet ist, ermöglicht eine radial feste Lagerung; gleichzeitig ist es möglich, eine Spielpassung zwischen der Spindelmutter und der im Keilschieber ausgebildeten Bohrung vorzusehen, durch welche der Keilschieber axial gleitend auf der Spindelmutter gelagert ist.
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Zweckmäßigerweise können die Stellelemente jeweils zwei einander radial gegenüberliegende äußere Abschnitte, welche bevorzugt Kopplungsmittel umfassen, und einen gegenüber diesen axial verjüngten mittleren Abschnitt aufweisen. Die beiden Stellelemente können dabei in ihrem mittleren Abschnitten übereinander liegen, wobei die Gewindespindel diese durchsetzt. Dadurch, dass die Stellelemente übereinander angeordnet sind und deren verjüngte mittlere Abschnitte von der Gewindespindel durchsetzt werden, kann eine raumsparende Anordnung der Stellelemente realisiert werden.
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In an sich bekannter Weise können die Kopplungsmittel in der Form von miteinander in Eingriff stehenden Keilhaken und Keilnuten ausgebildet sein, die zueinander korrespondierende Schrägflächen aufweisen, welche zur Umsetzung einer axialen Bewegung der Schwellelemente in eine radiale Bewegung der Spannbacken zusammen wirken. Diese Ausgestaltung entspricht grundsätzlich der Funktionsweise eines Keilhakenmechanismus, welcher eingesetzt wird, um über eine Keilanordnung eine translatorische Bewegung des Bauteils in eine Richtung in eine translatorische Bewegung eines anderen Bauteils in eine andere Richtung umzusetzen.
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Des Weiteren können die Keilnuten in radialen Außenflächen der Stellelemente ausgebildet sein und einen T-förmigen Nutquerschnitt aufweisen. Ein T-förmiger Nutquerschnitt der Keilnuten, welche in einer radialen Außenfläche eines Stellelements angeordnet sind, ermöglicht einen sicheren Eingriff und ein sauberes Positionieren des radial zu bewegenden Gegenelements und verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen des Keilhakenmechanismus.
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In weiterer Ausgestaltung können die den jeweiligen Stellelementen zugeordneten Keilnuten gegensätzlich zur zentralen Futterachse geneigt sein, so dass eine entgegengesetzte axiale Bewegung der Stellelemente in eine gleichgerichtete radiale Bewegung der Spannbacken umgesetzt wird. Mit anderen Worten führt eine unterschiedliche axiale Bewegung der Stellelemente zu einer in die gleiche Richtung verlaufende Bewegung der Spannbacken. Wird beispielsweise ein Stellelement axial nach vorne bewegt und das andere Stellelement axial nach hinten bewegt, so ergibt sich eine gleichgerichtete Bewegung der beiden Paare einander gegenüberliegender Spannbacken.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spannbacken nicht direkt mit den Keilnuten der Stellelemente zusammenwirken, sondern die Kopplungsmittel ferner jeder Führungsnut zugeordnet ein parallel zu der Führungsnut bewegbares Anlenkelement umfassen, welches radial innenseitig mit den Keilnuten der Stellelemente in Eingriff stehende Keilhaken trägt und Führungsmittel aufweist, welche mit einer in die jeweilige Führungsnut eingesetzten Spannbacke in Eingriff bringbar sind. Insbesondere um einen einfachen Wechsel der Spannbacken zu ermöglichen, ist zwischen der jeweiligen Spannbacke und dem zugeordneten Stellelement ein zwischengeschaltetes Anlenkelement zweckmäßig. Diese Anlenkelemente tragen an ihrem radial innenseitigen Ende Keilhaken, welche in die korrespondierenden an den Stellelementen ausgebildeten Keilnuten eingreifen. Dabei sind die Anlenkelemente ausschließlich radial parallel zu der zugeordneten Führungsnut bewegbar geführt.
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Vorzugsweise sind die Anlenkelemente bolzenförmig ausgebildet und in einer im Futterkörper hinter der jeweils zugeordneten Führungsnut ausgebildeten Radialbohrung angeordnet. Eine bolzenförmige Ausgestaltung der Anlenkelemente und eine zu dieser Außenkontur korrespondierende Bohrung sind fertigungstechnisch leicht zu realisieren und führen sowohl zu einer vereinfachten Montage des erfindungsgemäßen Spannfutters, als auch zu einer genauen radialen Führung der Anlenkelemente.
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Zwischen den Radialbohrungen und der jeweils zugeordneten Führungsnut kann eine insbesondere in radialer Richtung längliche Durchgangsöffnung ausgebildet sein. Eine derartige Durchgangsöffnung ist erforderlich, um eine Wirkverbindung zwischen den Anlenkelementen und einer in die jeweils zugeordnete Führungsnut eingesetzte Spannbacke zu realisieren.
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Konkret können dazu die Führungsmittel eine Passfeder umfassen, welche in einer an dem jeweiligen Anlenkelement ausgebildeten Ausnehmung eingesetzt ist und die Durchgangsöffnung durchgreifend axial in die Führungsnut vorragt, um mit einer Spannbacke in Eingriff zu kommen. Eine Passfederverbindung zwischen dem Anlenkelement und einer in die jeweilige Führungsnut eingesetzten Spannbacke stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Spannbacke analog mit dem Anlenkelement zu bewegen. Dazu ist in dem Anlenkelement eine Passfedernut ausgebildet. Ebenso muss eine solche Passfedernut in der einzusetzenden Spannbacke vorhanden sein.
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Jeder Führungsnut kann eine Grundbacke zum Anbringen einer Aufsatzbacke zugeordnet sein, die eine mit den Führungsmitteln in Eingriff stehende Gegenkontur aufweist. Die Grundbacken können einen axial über die vordere Stirnfläche des Futterkörpers vorragenden Vorsprung aufweisen, der kragenartig den zwischen den Grundbacken und den Führungsnuten radial nach innen und seitlich zu den Führungsnuten ausgebildeten Spalt überdeckt, um einem Eindringen von Schmutz und Flüssigkeiten in die Führungsnuten entgegenzuwirken. Konkret kann die Grundbacke an ihrer hinteren Stirnseite eine Passfedernut aufweisen.
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In an sich bekannter Weise können die Grundbacken Befestigungsmittel zum lösbaren Befestigen von Aufsatzbacken aufweisen. In den Grundbacken können beispielsweise Nuten angeordnet sein, die sich radial erstrecken und mittels derer Aufsatzbacken über einen in jeder Nut angeordneten Nutenstein verspannt werden können.
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Ferner können die Grundbacken in ihrer vorderen Stirnseite Formschlusselemente zum Übertragen einer Spannkraft aufweisen, die mit korrespondierenden Gegenelementen von Aufsatzbacken in Eingriff bringbar sind. Bei den Formschlusselementen kann es sich um eine Verzahnung handeln. Durch eine derartige Verzahnung wird nicht nur eine Übertragung der Spannkraft von den Grundbacken auf die Aufsatzbacken realisiert, sondern auch ein relativ zur Futterachse symmetrisches Anbringen der Aufsatzbacken an den Grundbacken vereinfacht.
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Zweckmäßigerweise sind die Führungsnuten rechtwinklig zueinander angeordnet. Eine derartige Anordnung ist sinnvoll zum Spannen von Werkstücken mit einem rechteckigen Querschnitt, da die Führungsnuten auf diese Weise senkrecht zur Außenkontur eines zu spannenden Werkstücks orientiert sind.
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Zur Vereinfachung der Montage des erfindungsgemäßen Spannfutters kann der Futterkörper mehrteilig ausgebildet sein.
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Für die weitere Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie auf das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung teilweise geschnitten in perspektivischer Ansicht;
- 2 eine Teildarstellung des Antriebs für das Spannfutter aus 1 in perspektivischer Ansicht;
- 3 eine andere Teildarstellung des Antriebs für das Spannfutter aus 1 in perspektivischer Ansicht;
- 4 das Spannfutter aus 1 in perspektivischer Darstellung in einer ersten Spannbackenstellung;
- 5 das Spannfutter aus 1 in perspektivischer Darstellung in einer zweiten Spannbackenstellung;
- 6 das Spannfutter aus 1 in einer perspektivischen Darstellung in einer dritten Spannbackenstellung;
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Die 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Spannfutters 1 für Drehmaschinen gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses besitzt eine Futterkörper 2, in dessen vorderer Stirnfläche 3 vier sich radial zu einer zentralen Futterachse X erstreckende Führungsnuten 4 ausgebildet sind. Dies sind paarweise einander gegenüberliegend und rechtwinklig zueinander ausgerichtet.
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In den Führungsnuten 4 ist jeweils eine Spannbacke 5a, 5b, 5c, 5d angeordnet, welche sich aus einer Grundbacke 6 und einer in den 1 bis 3 nicht näher dargestellten Aufsatzbacke 7 zusammensetzt. Zur lösbaren Befestigung der Aufsatzbacken 7 an den Grundbacken 6 sind in den Grundbacken 6 Befestigungsnuten ausgebildet, in welche ein Nutenstein eingesetzt ist, mit welchem die Aufsatzbacken 7 verschraubt werden können. Des Weiteren besitzen die Grundbacken 6 in ihrer vorderen Stirnseite jeweils eine Verzahnung 8, welche mit einer korrespondierenden Gegenverzahnung der jeweiligen Aufsatzbacke 7 formschlüssig in Eingriff steht, um eine Spannkraft übertragen und die Aufsatzbacken 7 an den Grundbacken 6 positionieren zu können.
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Das Spannfutter 1 umfasst ferner einen Antrieb, der ausgebildet ist, um die einander zugeordneten Paare von Spannbacken 5a, 5c; 5b, 5d jeweils gemeinsam zu verstellen. Dazu umfasst der Antrieb zwei axial beweglich im Futterkörper 2 angeordnete Stellelemente 9a, 9b, um jeweils ein Paar einander gegenüberliegender Spannbacken 5a, 5c; 5b, 5d zu verstellen. Die Stellelemente 9a, 9b greifen dabei ineinander und umfassen jeweils zwei einander radial gegenüberliegende radial äußere Abschnitte 10 und einen diesen gegenüber axial verjüngten mittleren Abschnitt 11. Die radial äußeren Abschnitte 10 der Stellelemente 9a, 9b weisen dabei in die Richtungen der Führungsnuten 4.
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Die Stellelemente 9a, 9b umfassen an der radial äußeren Umfangsfläche ihrer radial äußeren Abschnitte 10 jeweils Kopplungsmittel in der Form von Keilnuten 12 auf. Diese sind in die beiden Stellelemente gegensätzlich zueinander zur zentralen Futterachse X geneigt. Konkret verlaufen die Keilnuten 12 des Stellelements 9a - wie in 2 erkennbar ist - axial nach vorne von der zentralen Futterachse X weg, während die Keilnuten 12 des Stellelements 9b axial nach vorne zu der zentralen Futterachse X hin geneigt sind.
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In die Keilnuten 12, welche einen T-förmigen Nutquerschnitt aufweisen, greifen Anlenkelemente 13a, 13b, 13c, 13d ein. Diese sind bolzenförmig ausgebildet und jeweils in einer im Futterkörper 2 hinter der jeweils zugeordneten Führungsnut 4 ausgebildeten Radialbohrung 14 angeordnet. Radial innenseitig weisen die Anlenkelemente 13a, 13b, 13c, 13d mit den Keilnuten 12 der Stellelemente 9a, 9b in Eingriff stehende Keilhaken 15 auf, sodass in Folge der unterschiedlichen Neigung der an den Stellelementen 9a, 9b ausgebildeten Keilnuten 12 eine entgegengesetzte axiale Bewegung der Stellelemente 9a, 9b in eine gleichgerichtete radiale Bewegung der Spannbacken 5a, 5c; 5b, 5d umgesetzt wird.
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Die Anlenkelemente 13a, 13b, 13c, 13d weisen Führungsmittel auf, welche mit einer in die jeweilige Führungsnut 4 eingesetzte Spannbacke 5a, 5b, 5c, 5d in Eingriff bringbar sind. Konkret handelt es sich bei den Führungsmitteln vorliegend um Passfedern 16, welche in an den Anlenkelementen 12 ausgebildete Ausnehmungen 17 eingesetzt sind. Jede Passfeder 16 durchgreift eine zwischen der jeweiligen Radialbohrung 14 und der Führungsnut 4 im Futterkörper 2 ausgebildete Durchgangsöffnung 18 und ragt axial in die Führungsnut 4 vor, um mit der jeweiligen Spannbacke 5a, 5b, 5c, 5d in Eingriff zu kommen. Über die Passfederverbindung zwischen der jeweiligen Spannbacke 5a, 5b, 5c, 5d und dem zugeordneten Anlenkelement 12 wird die Bewegung übertragen und eine Spannkraft auf die Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d aufgebracht.
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Der Antrieb umfasst ferner zwei radial symmetrisch zur zentralen Futterachse X aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Keilschieber 18a, 18b. Die beiden Keilschieber 18a, 18b, von denen in den 2 und 3 einer lediglich gestrichelt und durchsichtig dargestellt ist, besitzen eine quaderförmige Grundform und sind in Umfangsrichtung zwischen den radial äußeren Abschnitten 10 der beiden Stellelemente 9a, 9b angeordnet.
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Die Keilschieber 18a, 18b weisen schräge Steuerflächen 19 auf, welche mit korrespondierenden Gegenflächen 20 der Stellelemente 9a, 9b derart zusammenwirken, dass eine radiale Bewegung der Keilschieber 18a, 18b in entgegengesetzte axiale Bewegungen der beiden Stellelemente 9a, 9b umgesetzt wird. Konkret weisen dazu die beiden Keilschieber 18a, 18b jeweils zwei schräge Steuerflächen 19 auf, die mit jeweils einer korrespondierenden Gegenfläche 20 eines Stellelements 9a, 9b zusammenwirken. Dadurch, dass die beiden schrägen Steuerflächen 19 eines jeden Keilschiebers 18a, 18b zueinander entgegengesetzt geneigt sind, ist gewährleistet, dass eine radiale Bewegung der Keilschieber 18a, 18b aufeinander zu oder voneinander weg in entgegengesetzte axiale Bewegungen der beiden Stellelemente 9a, 9b umgesetzt wird.
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Dabei sind die Keilschieber 18a, 18b relativ zum Futterkörper 2 in axialer Richtung schwimmend gelagert.
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Um die beiden Keilschieber radial aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen, weist der Antrieb ferner Betätigungsmittel auf. Diese umfassen eine drehbar um ihre Längsachse im Futterkörper 2 gelagerte Gewindespindel 21. Deren Längsachse verläuft senkrecht zur zentralen Futterachse X und durchsetzt die mittleren Abschnitte 11 der beiden Stellelemente 9a, 9b. die Gewindespindel 21 besitzt zwei Gewindeabschnitte 22a, 22b mit zueinander entgegengesetzt verlaufenden Gewindesteigungen. Der Gewindeabschnitt 22a ist mit einem Linksgewinde, der Gewindeabschnitt 22b mit einem Rechtsgewinde versehen. Jeder der beiden Gewindeabschnitte 22a, 22b dient dem radialen Bewegen jeweils eines Keilschiebers 18a, 18b. Dazu ist in jedem der beiden Gewindeabschnitte 22a, 22b eine mit der Gewindespindel 21 in Eingriff stehende Spindelmutter 23 angeordnet. Die Spindelmuttern 23 sind bolzenförmig ausgebildet und erstrecken sich senkrecht zur Längsachse der Gewindespindel 21.
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Die Keilschieber 18a, 18b weisen jeweils eine sich in axialer Richtung erstreckende Durchgangsbohrung 24 auf, in welcher die jeweilige bolzenförmige Spindelmutter 23 radial fest, aber axial gleitend gelagert ist. Durch die axial gleitende Lagerung der Spindelmuttern 23 in den Keilschiebern 18a, 18b ist eine axial schwimmende Lagerung der Keilschieber 18a, 18b relativ zum Futterkörper 2 gewährleistet.
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Zur manuellen Betätigung ragt die Gewindespindel 21 radial nach außen über den Futterköper 2 vor und weist eine Eingriffskontur, vorliegend ein Außensechskantprofil 25 auf, in welches zum Verstellen der Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d ein entsprechendes Werkzeug eingebracht werden kann.
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In den 4 bis 6 ist das erfindungsgemäße Spannfutter 1 mit verschiedenen Spannbackenstellungen dargestellt. Zur besseren Erkennbarkeit ist dabei der Futterkörper 2 lediglich gestrichelt und durchsichtig dargestellt.
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An den Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d sind dabei Spannflächen 26a, 26b, 26c, 26d ausgebildet, die zur Anlage an einem zu spannenden Werkstück 27 vorgesehen sind.
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In 4 ist erkennbar, dass sich keine der Spannfläche 26a, 26b, 26c, 26d in Anlage an dem Werkstück 26 befindet. Das Werkstück 26 kann somit in dieser Stellung der Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d in das Spannfutter 1 eingesetzt werden.
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Soll das eingesetzte Werkstück 27 gespannt werden, so werden durch Drehen der Gewindespindel 21 die beiden Keilschieber 18a, 18b aufeinander zu bewegt. Beide Keilschieber 18a, 18b führen dabei eine zu der zentralen Futterachse X symmetrische Bewegung durch. Dadurch, dass die Keilschieber 18a, 18b an den bolzenförmigen Spindelmuttern 23 axial gleitend gelagert sind, ist zunächst undefiniert, in wieweit sich die Keilschieber 18a, 18b axial bewegen. Die radial nach innen gerichtete Bewegung der beiden Keilschieber wird durch die mit den beiden Stellelementen 9a, 9b zusammenwirkendem schrägen Steuerflächen 19 in entgegengesetzte axiale Bewegungen der Stellelemente 9a, 9b relativ zu den Keilschiebern 18a, 18b umgesetzt. Das Stellelement 9a bewegt sich dabei axial nach vorne, während sich das Stellelement 9b axial nach hinten bewegt. Durch die entgegengesetzt geneigten Keilnuten 12 der beiden Stellelemente 9a, 9b werden die unterschiedlichen axialen Bewegungen der beiden Stellelemente 9a, 9b in gleichgerichtete Bewegungen der Anlenkelemente 13a, 13b, 13c, 13d umgesetzt. Diese Bewegung ist jedoch zunächst undefiniert und schwimmend, da die Keilschieber 18a, 18b axial schwimmend gelagert sind. Lediglich die Relativbewegung der beiden Stellelemente 9a, 9b wird durch die Drehung der Gewindespindel 21 vorgegeben, bis eines der beiden Spannbackenpaare 5a, 5c mit der Außenkontur des Werkstücks 27 in Anlage kommt, wie dies in 5 dargestellt ist. Durch die symmetrische Bewegung der jeweils einander gegenüberliegenden Spannbackenpaare 5a, 5c; 5b, 5d wird in beide senkrecht zueinander orientierten Richtungen der Führungsnuten 4 eine Zentrierung des Werkstücks 26 zur Futterachse X gewährleistet.
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Wird ausgehend von der in 5 dargestellten Stellung der Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d die Gewindespindel 21 weiter gedreht, so geht dies mit einer weiteren radialen Bewegung der Keilschieber 18a, 18b aufeinander zu einher. Die Lage des Stellelements 9a, welches über die Anlenkelemente 13a, 13c mit den Spannbacken 5a, 5c gekoppelt ist, bleibt dabei unverändert, sodass ein weiteres Verdrehen der Gewindespindel 21 mit einer Bewegung der Keilschieber 18a, 18b sowohl aufeinander zu, als auch axial nach vorne einhergeht. Die Gewindespindel 21 kann so lange weitergedreht werden, bis auch das zweite Spannbackenpaar 5b, 5d an der Außenkontur des Werkstücks 26 in Anlage kommt, wie dies in 6 dargestellt ist.
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Sobald sämtliche Spannbacken 5a, 5b, 5c, 5d an der Außenkontur des Werkstücks 27 anliegen, wird die Spannkraft aufgebracht. Durch den vorliegenden Mechanismus wird es ermöglicht, ein Werkstück 27 mit einem rechteckigen und nicht quadratischen Querschnitt auf einfache Weise zu spannen und dabei durch die symmetrische Bewegung zur Futterachse der jeweils einander gegenüberliegenden Spannbacken 5a, 5c; 5b, 5d relativ zu der Futterachse X eine präzise Zentrierung zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- Futterkörper
- 3
- vordere Stirnfläche
- 4
- Führungsnut
- 5a, 5b, 5c, 5d
- Spannbacke
- 6
- Grundbacke
- 7
- Aufsatzbacke
- 8
- Verzahnung
- 9a, 9b
- Stellelement
- 10
- radial äußerer Abschnitt
- 11
- mittlerer Abschnitt
- 12
- Keilnuten
- 13a, 13b, 13c, 13d
- Anlenkelement
- 14
- Radialbohrung
- 15
- Keilharken
- 16
- Passfeder
- 17
- Ausnehmung
- 18a, 18b
- Keilschieber
- 19
- schräge Steuerfläche
- 20
- Gegenfläche
- 21
- Gewindespindel
- 22a, 22b
- Gewindeabschnitt
- 23
- Spindelmutter
- 24
- Durchgangsbohrung
- 25
- Sechskantprofil
- 26a, 26b, 26c, 26d
- Spannfläche
- 27
- Werkstück
- X
- Futterachse
