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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter mit einem Grundkörper, mit mehreren zwischen einer Freigabestellung und einer Spannstellung verstellbaren Spannbacken und mit einem derart auf die Spannbacken wirkenden Spannelement, dass eine axiale Bewegung des Spannelements entlang einer Längsachse des Spannfutters eine Radialbewegung der Spannbacken zwischen ihrer Freigabestellung und ihrer Spannstellung bewirkt.
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Die bekannten Spannfutter weisen jedoch meist eine aufwändige Konstruktion, eine komplizierte Funktionsweise und/oder eine ungenügende Genauigkeit auf.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannfutter zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit, eine zuverlässige Funktionsweise und einen einfachen Aufbau aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die Führungen für die Spannbacken können sich diese in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Längsachse des Spannfutters, zwischen ihrer Freigabestellung und ihrer Spannstellung bewegen. Dabei wird mit Hilfe der Führungen stets eine exakte Positionierung der Spannbacken gewährleistet, wodurch sich eine sehr hohe Spanngenauigkeit des erfindungsgemäßen Spannfutters ergibt. Dies führt zu einem entsprechend genauen Rundlauf des Spannfutters und gewährleistet damit, beispielsweise beim Bearbeiten von in dem Spannfutter eingespannten Werkstücken, eine sehr hohe Fertigungsgüte, insbesondere was die Maßhaltigkeit der Werkstücke anbelangt.
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Die in Richtung der Freigabestellung der Spannbacken wirkenden Federelemente ermöglichen den Verzicht auf eine aufwändige Mechanik zur Bewegung der Spannbacken und vereinfachen dadurch die Konstruktion des erfindungsgemäßen Spannfutters erheblich. Da sämtliche Spannbacken dauerhaft an dem Spannelement anliegen, d. h. sowohl bei der Bewegung in die Freigabestellung als auch bei der Bewegung in die Spannstellung sowie wenn sie sich in einer der genannten Stellungen befinden, wird die mit dem Spannfutter erreichbare Spanngenauigkeit noch weiter verbessert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es aufgrund der Federelemente beim Spannen und Öffnen des Spannfutters nicht zu einem Umkehrspiel der Spannbacken kommt, sodass kein Schmutz zwischen dieselben gelangen kann. Außerdem werden die Spannbacken durch das Spannelement abgedeckt, sodass auch aus diesem Grund Schleifstaub und ähnliche Verschmutzungen nicht in den Bereich der Spannbacken kommen und die Funktion der Spannbacken nicht beeinträchtigt wird.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Spannfutters sind die Tatsache, dass die Bewegung der Spannbacken ausschließlich in radialer Richtung erfolgt, so dass die axiale Position derselben unverändert bleibt, sowie die schlanke Konstruktion derselben, die zu einer geringen Störkontur führt. Durch diese geringe Störkontur können größere Bereiche des in dem Spannfutter eingespannten Werkstücks bearbeitet werden, ohne mit dem Spannfutter in Kontakt zu kommen.
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Im Gegensatz zu bekannten Lösungen, bei denen das Werkstück sehr tief eingespannt werden muss, weil ansonsten ein Kippen der Spannbacken auftritt, wodurch sich der Rundlauf des Werkstücks verschlechtert und die Führungen verschlissen werden, verhindern die erfindungsgemäßen Federelemente aufgrund der dadurch erzielten Hebelwirkung ein Kippen der Spannbacken. Dadurch ist es auch möglich, Werkstücke mit einer sehr kurzen Einspannlänge zu spannen, sodass große Freiräume zwischen dem Spannfutter und dem Bearbeitungswerkzeug realisiert werden können, welche die Bearbeitung der Werkstücke, beispielsweise das Schleifen derselben, erleichtern.
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Des Weiteren sind mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter erheblich reduzierte Rüstzeiten erreichbar und es ist eine sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen, wie beispielsweise Schleifstaub, gegeben.
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In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Federelemente als Zugfedern ausgebildet sind, und dass jeder Spannbacken mittels zweier Zugfedern mit dem Grundkörper verbunden ist. Dies ermöglicht ein sehr einfaches Anbinden der Federelemente an die Spannbacken einerseits und an dem Grundkörper andererseits. Wenn die beiden Zugfedern dabei auf beiden Seiten der Spannbacken angeordnet sind, führt dies zu einer sehr exakten Führung der Spannbacken und es wird ein Verkippen derselben verhindert.
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Eine Vereinfachung der Konstruktion des erfindungsgemäßen Spannfutters ergibt sich, wenn die Führungen an dem Grundkörper angeordnet sind.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Spannelement als Spannkegel ausgebildet ist, dessen innere, den Spannbacken zugewandte Seite eine Kegelfläche ist. Diese schräge Führung der Spannbacken an dem Spannelement stellt eine sehr einfache Möglichkeit dar, eine axiale Bewegung des Spannelements in eine radiale Bewegung der Spannbacken umzuwandeln, um diese zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung zu bewegen.
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Eine sehr exakte Führung der Spannbacken und eine entsprechend genaue Positionierung derselben ergibt sich, wenn die dem Spannkegel zugewandte Seite der Spannbacken im Wesentlichen denselben Winkel gegenüber der Längsachse aufweist wie die Kegelfläche. Im Zusammenspiel mit der oben beschriebenen, von den Federelementen ausgehenden Wirkung auf die Spannbacken wird auf diese Weise gewährleistet, dass die Spannbacken stets am höchsten Punkt bzw. am größten Durchmesser des Spannkegels anliegen und exakt positioniert sind, was eine hohe Spanngenauigkeit gewährleistet.
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Im Hinblick auf eine schlanke Konstruktion des erfindungsgemäßen Spannfutters hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel der Kegelfläche 20° bis 30°, insbesondere ca. 25°, beträgt. Ein weiterer Vorteil eines vergleichsweise flachen Kegelwinkels besteht in der hohen Spanngenauigkeit, die sich durch einen solchen Kegelwinkel erreichen lässt, da der axiale Weg des Spannkegels zu einem vergleichsweise geringen radialen Weg der Spannbacken führt. Durch den flachen Konuswinkel der Spannbacken wird außerdem eine sehr hohe Spannkraft erzeugt, was wiederum eine Verringerung der Betätigungskraft des Spannfutters ermöglicht. Dadurch können die verschiedensten Schleifmaschinentypen mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter ausgerüstet werden.
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In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spannbacken an ihrer dem Spannelement zugerichteten Seite eine Rundung aufweisen. Dadurch liegt der Spannbacken nur an einem Punkt bzw. an einer Linie an dem Spannelement an, wodurch die Führung des Spannbackens gegenüber dem Spannelement weiter verbessert wird.
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Um eine sowohl einfache als auch zuverlässige Bewegung des Spannelements in axialer Richtung zu erreichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Spannelement mittels einer Verbindungseinrichtung mit einer Axialkraftaufbringungseinrichtung verbunden ist. Eine solche Axialkraftaufbringungseinrichtung kann beispielsweise als hydraulischer Spannzylinder ausgebildet sein, der an einer Werkzeugmaschine, an der das erfindungsgemäße Spannfutter montiert wird, bereits vorhanden ist.
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In diesem Zusammenhang kann eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin bestehen, dass die Verbindungseinrichtung zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile mittels einer Schraube verbunden sind, und wobei zwischen den beiden Teilen ein Federelement angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Verstellung der Verbindungseinrichtung, wodurch das Spannelement in axialer Richtung verstellt werden kann, um somit eine radiale Verstellung der Spannbacken zu bewirken und auf diese Weise letztendlich einen geringeren bzw. größeren Freiraum zwischen den einzelnen Spannbacken herzustellen. Dadurch lässt sich eine Vorauswahl des Spanndurchmessers einstellen, so dass ein geringerer Hub der Axialkraftaufbringungseinrichtung, welche durch die Betätigung des Spannelements letztendlich den Spannvorgang durchführt, notwendig ist, um ein Werkstück zu spannen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Spannfutter auch bei Axialkraftaufbringungseinrichtungen bzw. Hydraulikzylindern mit einem begrenzten Hub sehr einfach verwendet werden.
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Eine besonders einfache Möglichkeit zur Voreinstellung der Position des Spannelements ergibt sich, wenn das der Axialkraftaufbringungseinrichtung abgewandte Teil der Verbindungseinrichtung als Halteelement des Spannelements ausgebildet ist.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Spannfutters;
- 2 das Spannfutter aus 1 ohne das Spannelement;
- 3 das Spannfutter aus 2 in einer um 90° gedrehten Ansicht;
- 4 einen Grundkörper des Spannfutters aus 1;
- 5 ein Halteelement des Spannelements des Spannfutters aus 1;
- 6 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Spannfutters;
- 7 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Spannfutters;
- 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII aus 7;
- 9 eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Spannfutters mit zusätzlichen Bauteilen zur Voreinstellung des Spanndurchmessers;
- 10 eine Vorderansicht des Spannfutters aus 9; und
- 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI aus 10.
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1 zeigt eine als Spannfutter 1 ausgebildete Spannvorrichtung, die einen Grundkörper 2, mehrere zwischen einer in den 6 bis 8 dargestellten Freigabestellung und einer in den 1 bis 3 und 9 bis 11 dargestellten Spannstellung verstellbare Spannbacken 3 und ein derart auf die Spannbacken 3 wirkendes Spannelement 4 aufweist, dass eine axiale Bewegung des Spannelements 4 entlang einer mit „x“ bezeichneten Längsachse des Spannfutters 1 eine Radialbewegung der Spannbacken 3 zwischen ihrer Freigabestellung und ihrer Spannstellung bewirkt. Die Art und Weise der Erzeugung der axialen Bewegung des Spannelements 4 wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
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Während in 1 das Spannelement 4 dargestellt ist, wurde es in den beiden Ansichten der 2 und 3 weggelassen. Dadurch ist zu erkennen, dass die Spannbacken 3 mittels jeweiliger, in Richtung der Freigabestellung wirkender Federelemente 5 mit dem Grundkörper 2 verbunden sind. Die Federelemente 5 sind im vorliegenden Fall als Zugfedern ausgebildet und sie sind an jeweiligen Ansätzen 6, die sowohl an den Spannbacken 3 als auch an dem Grundkörper 2 angebracht sind, gehalten. Jeder der Spannbacken 3 ist dabei jeweils mittels zweier Federelemente 5 mit dem Grundkörper 2 verbunden. Die Federelemente 5 befinden sich jeweils auf beiden Seiten der Spannbacken 3, sodass diese symmetrisch mit der Federkraft beaufschlagt werden. Die Federelemente 5 weisen vorzugsweise einen ovalen Querschnitt auf, wodurch sich eine hohe Federkraft und eine lange Standzeit ergeben.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Grundkörpers 2 des Spannfutters 1. Dabei ist erkennbar, dass der Grundkörper 2 mehrere Führungen 7 aufweist, in denen die Spannbacken 3 in radialer Richtung geführt sind, um so die Bewegung zwischen der Freigabestellung und der Spannstellung durchführen zu können. Die Führungen 7 befinden sich im vorliegenden Fall jeweils auf Erhöhungen 8, die von dem Grundkörper 2 in Richtung zu dem Spannelement 4 hin vorstehen. Die Anzahl der Führungen 7 ist selbstverständlich an die Anzahl der Spannbacken 3 angepasst. Im vorliegenden Fall sind fünf Führungen 7 vorgesehen, es ist jedoch auch eine andere Anzahl an Spannbacken 3 und Führungen 7 denkbar.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halteelements 9, das zum Halten des Spannelements 4 dient. Das Halteelement 9 weist einen zentralen zylindrischen Abschnitt 10 auf, der durch eine in dem Schnitt von 8 erkennbare Bohrung 11 in dem Grundkörper 2 verläuft. Des Weiteren weist das Halteelement 9 an den Stellen, an denen sich die Erhöhungen 8 mit den Führungen 7 des Grundkörpers 2 befinden, jeweilige Aussparungen 12 auf, sodass der Grundkörper 2 und das Halteelement 9 ineinander geschoben werden können. Die Art und Weise der Anordnung des Halteelements 9 innerhalb des Grundkörpers 2 bzw. umgekehrt des Grundkörpers 2 innerhalb des Halteelements 9 ist auch in dem Schnitt von 8 erkennbar.
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Des Weiteren weist das Halteelement 9 mehrere Bohrungen 13 auf, durch die es mit dem Spannelement 4 verschraubt werden kann. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten zur Verbindung des Halteelements 9 mit dem Spannelement 4 vorstellbar. Die Funktion des Halteelements 9 bei der Betätigung des Spannelements 4 wird zu einem späteren Zeitpunkt erläutert.
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In dem Schnitt von 8 ist außerdem erkennbar, dass das Spannelement 4 als Spannkegel ausgebildet ist, dessen innere, den Spannbacken 3 zugewandte Seite eine konische Fläche bzw. eine Kegelfläche ist. Auch die dem Spannelement 4 zugewandte Seite der Spannbacken 3 ist konisch ausgeführt und weist im Wesentlichen denselben Winkel gegenüber der Längsachse x auf wie die Kegelfläche des Spannkegels 4a. Beispielsweise kann der Winkel der beiden Kegelflächen 20° bis 30°, insbesondere ca. 25°, betragen.
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An ihrer dem Spannelement 4 zugerichteten Seite weisen die Spannbacken 3 jeweils eine Rundung auf, die in den perspektivischen Ansichten der 6 und 9 im Ansatz erkennbar ist. Dadurch wird die Führung der Spannbacken 3 gegenüber dem Spannelement 4 verbessert.
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In der perspektivischen Ansicht gemäß 6 ist das Spannfutter 1 in seiner Freigabestellung und in der perspektivischen Ansicht gemäß 9 in seiner Spannstellung dargestellt.
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Das Spannelement 4 ist mittels einer in den 9 und 11 dargestellten Verbindungseinrichtung 14 mit einer Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 verbunden, die beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet sein kann. Wie in dem Schnitt von 11 erkennbar ist, ist die Verbindungseinrichtung 14 zweiteilig ausgebildet. Im vorliegenden Fall weist die Verbindungseinrichtung 14 ein mit der Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 verbundenes erstes Teil 16 und zweites Teil auf, bei dem es sich um das Halteelement 9 des Spannelements 4 handelt. Das Spannelement 4 ist demnach durch das Halteelement 9 und das erste Teil 16 der Verbindungseinrichtung 14 mit der Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 verbunden.
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Die beiden Teile 16 und 9 der Verbindungseinrichtung 14 sind mittels einer Schraube 17 miteinander verbunden. Zwischen der Schraube 17 und den beiden Teilen 16 und 9 ist des Weiteren ein Federelement 18 angeordnet. Durch Verdrehen der Schraube 17 wird der Abstand zwischen den beiden Teilen 16 und 9 der Verbindungseinrichtung 14 verändert, wodurch das Spannelement 4 und damit auch die Spannbacken 3 bewegt werden, wodurch die Öffnung zwischen den Spannbacken 3 verändert wird. Beispielsweise wird durch Verkürzen des Abstands zwischen den beiden Teilen 16 und 9 der Verbindungseinrichtung 14 das Spannelement 4 in Richtung der Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 gezogen und die Öffnung zwischen den Spannbacken 3 wird verkleinert. Wenn der Abstand zwischen den beiden Teilen 16 und 9 der Verbindungseinrichtung 14 verkürzt werden soll, muss die von dem Federelement 18 aufgebrachte Kraft überwunden werden. Dagegen unterstützt das Federelement 18 ein Verdrehen der Schraube 17 in der entgegengesetzten Richtung, d.h. wenn der Abstand zwischen den beiden Teilen 16 und 9 der Verbindungseinrichtung 14 vergrößert werden soll, um die Öffnung zwischen den Spannbacken 3 zu vergrößern.
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Auf diese Weise lässt sich also ein bestimmter mit dem Spannfutter 1 zu spannender Durchmesserbereich durch Verdrehen der Schraube 17, zum Beispiel mit einem Inbusschlüssel, einstellen. Dadurch müssen die Spannbacken 3 beim Spannen der Werkstücke nur noch einen sehr geringen Weg zurücklegen, sodass das Spannelement 4 ebenfalls nur einen sehr geringen Weg von der Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 bewegt werden muss. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein durchgehender Spannbereich von 3 bis 20 mm eingestellt werden. Selbstverständlich lassen sich durch eine entsprechende Konstruktion des Spannfutters 1 auch andere Durchmesserbereiche realisieren.
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Die von der Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 aufgebrachte Spannkraft wird dabei über das erste Teil 16, die Schraube 17 und das Halteelement 9 auf das Spannelement 4 aufgebracht.
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Zur Verbindung mit der einer Werkzeugmaschine, an der die Axialkraftaufbringungseinrichtung 15 vorhanden ist, weist der Grundkörper 2 mehrere Bohrungen 19 auf, durch welche nicht dargestellte Schrauben hindurch geführt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2777848 B1 [0002]
- EP 0680798 B1 [0003]
- DE 20107998 U1 [0003]
