DE10245174B3

DE10245174B3 - Spannfutter

Info

Publication number: DE10245174B3
Application number: DE2002145174
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Mahn; Thomas Dr.-Ing. Volker; Dieter Prof. Dr.-Ing. Weidlich
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-09-27

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steifigkeit und die Spannkraft eines Spannfutters mit Bolzen, die in schrägen zylindrischen Aussparungen eines Gehäuses, deren Öffnungsweite nach vorn zur Werkstückseite zunimmt, geführt sind und Mittel zum Öffnen und Schließen der Bolzen aufweisen, wesentlich zu erhöhen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Querschnitt der Bolzen (2) einen äußeren zylindrischen Teil (2a) und einen inneren prismatischen Teil (2b) aufweist, wobei der innere prismatische Teil (2b) von zwei Seitenwänden begrenzt wird, die sich radial über der Gehäuseachse erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter mit Bolzen, die in schrägen zylindrischen Aussparungen eines Gehäuses, deren Öffnungsweite nach vorn zur Werkstückseite zunimmt, geführt sind und Mittel zum Öffnen und Schließen der Bolzen aufweisen.

Es sind verschiedene Spannfutter bekannt, darunter solche, bei denen die Spannelemente sich öffnen, wenn sie nach vorn, zur Werkstückseite hin verschoben werden. Andererseits spannen sie das Werkstück in radialer Richtung fest ein, wenn sie axial in das Gehäuse eingezogen werden. Die Spannelemente sind hierzu auf schrägen oder konischen Flächen, deren Öffnungsweite nach vorn zunimmt, geführt. In der Gruppe der Spannfutter mit Spannzangen (z.B. DE 198 26 885 A1 ) ist der vordere konische Teil der dünnwandigen Zange ein- oder mehrfach axial geschlitzt. Beim Einziehen in den konischen Teil der Spannhülse werden die Zangen radial zusammengedrückt und klemmen das Werkstück. Das Werkstück wird zentriert und gespannt. Der Konuswinkel ist klein und liegt unterhalb des Reibungswinkels. Dadurch können zwar kleinste radiale Zustellungen präzise realisiert werden, allerdings kommt es relativ rasch zur Selbsthemmung, wodurch die Spannhülse nur noch unter höherem Kraftaufwand weiter angezogen und später wieder gelöst werden kann. Spannfutter mit Spannkeilen bestehen aus einem innen konischen Gehäuse, gegen dessen Mantel sich mehrere am Umfang verteilte Spannkeile abstützen. In vielen Ausführungen befinden sich seitlich zwischen den Spannkeilen Federelemente, z.B. aus Gummi, wie z.B. in DE 201 20 828 U1 . Derartige Spannfutter zentrieren zwar gegenüber solchen mit Spannzangen weniger gut, aber in vielen Anwendungsfällen immer noch ausreichend. Es können Werkstücke in einem großen Durchmesserbereich geklemmt und größere radiale Spannkräfte realisiert werden. Die seitliche Führung durch die Federelemente bzw. durch die Abstützung der Schmalseiten der Spannkeile zwischen Werkstück und Gehäuse begrenzen das übertragbare Drehmoment. Außerdem ist die Flächenpressung über die Schmalseiten der Spannkeile auf die Gehäusewand hinsichtlich der Lebensdauer nachteilig. Bei Zangenbolzenfutter ( DE 198 12 267 A1 bzw. DE 199 20 763 A1 ) sind im Gehäuse mehrere am Umfang verteilte Bolzen schräg geführt. Die radialen Kräfte werden entweder über Führungskolben auf das Gehäuse übertragen oder direkt in zylindrischen Gehäuseaussparungen aufgenommen. An den vorderen Stirnseiten der Bolzen sind Spannplatten oder ähnliche Zangenelemente befestigt, zwischen denen das Werkstück in radialer Richtung gefasst wird. Die Spannfutter gleichen in vielem den Ausführungen mit Spannkeilen. Beispielsweise ist die auf radiale Pressung beanspruchte Fläche der Bolzenabstützung praktisch nicht wesentlich größer als bei den Spannkeilen. Seitlich werden die Bolzen, in Umfangsrichtung gesehen, gut geführt. Der axiale und der radiale Hebelarm zwischen der Aufnahme der aus Einspannung und Drehmoment resultierenden axialen und tangentialen Last an den Zangenelementen und der Bolzenlagerung ist groß. Es können keine besonders großen Kräfte aufgenommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Steifigkeit und die Spannkraft eines Spannfutters mit Bolzen, die in schrägen zylindrischen Aussparungen eines Gehäuses, deren Öffnungsweite nach vorn zur Werkstückseite zunimmt, geführt sind und Mittel zum Öffnen und Schließen der Bolzen aufweisen, wesentlich zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Querschnitt der Bolzen einen äußeren zylindrischen Teil und einen inneren prismatischen Teil aufweist, wobei der innere prismatische Teil von zwei Seitenwänden begrenzt wird, die sich bei geschlossener Stellung der Bolzen nahezu radial über der Gehäuseachse erstrecken. Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Unteransprüche 2 bis 9.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass fast der gesamte zur Verfügung stehende Innenraum des Gehäuses für die Dimensionierung der Bolzen genutzt wird. Die Bolzen werden extrem steif und können große Kräfte aufnehmen und auf das Gehäusß bei Beibehaltung der zentrischen Einspannung übertragen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: einen Längsschnitt einers Spannfutters und

2: eine Draufsicht nach 1

Gemäß 1 ist das Gehäuse 1 des Spannfutters maschinenseitig mit einem Zwischenflansch 3 versehen. Über den Zwischenflansch 3 ist das Spannfutter an einer nicht dargestellten Maschine befestigt. Die Maschine nimmt den Prozessdruck, der axial von vorn, z. B. durch Reibschweißen, auf das Spannfutter ausgeübt wird, auf und dreht das Spannfutter. Im Gehäuse 1 befinden sich drei Bolzen 2 symmetrisch um die Gehäuseachse verteilt. Mit zylindrischen Außenflächen liegen die Bolzen 2 in zylindrischen Gehäuseaussparungen. Die Achsen der zylindrischen Gehäuseaussparungen des Gehäuses 1 bzw. der zylindrischen Außenteile der Bolzen 2 sind jeweils unter einem Winkel α schräg gegenüber der Gehäuseachse angeordnet. Dabei ist der Winkel an der Führungsfläche am zylindrischen Teil 2a einseitig positiv toleriert und der Winkel in der Bohrung im Spannfutter einseitig negativ toleriert. Somit tritt ein definierter Werkstück – Spannzeug – Kontakt im vorderen Teil des Futters zuerst reproduzierbar auf. Dadurch wird der Selbstspannprozess sicher initiiert.
In 2 ist zu sehen, dass der zylindrische Teil 2a der Bolzen 2 in Richtung Gehäuseachse in einen prismatischen Teil 2b der Bolzen 2 übergeht. Die ihn begrenzenden seitlichen Prismenwände stehen bei geschlossener Stellung der Bolzen 2 nahezu radial über der Gehäuseachse. In der engsten Stellung der Bolzen 2 berühren sich die Seitenwände der prismatischen Teile 2b der Bolzen 2 nahezu. Zwischen ihnen sind an der vorderen Stirnwand des Gehäuses 1 Nutsteine 4 angeordnet. Sie greifen mit seitlichen Führungen 4a in Nuten 2c der Bolzen 2. Diese Nuten 2c sind in die prismatischen Seitenwände der Bolzen 2 eingearbeitet. Sie verlaufen parallel zu der schrägen Achse des zylindrischen Teils 2a der Bolzen 2. In den hinteren Teil des Spannfutters ist in Gehäuseachsrichtung durch den Zwischenflansch 3 ein Rohr 5 eingeführt. Mit einem stirnseitigen Bund 6 greift es in eine offene Ringnut der Bolzen 2 ein. Beim Öffnen des Spannfutters wird das Rohr 5 nach vorn gedrückt. Dadurch werden die Bolzen 2 in Richtung der Achse ihres zylindrischen Teils 2a verschoben. Sie öffnen sich. Je nach Betätigungsrichtug der Bolzen 2 gleiten sie auf den zylindrischen Gehäuseaussparungen oder entlang der Führungen 4a der Nutsteine 4. Beim Schließen wird das Rohr 5 nach hinten gezogen. Die Bolzen 2 werden über den Bund 6 mitgenommen und schließen sich über dem zu klemmenden Werkstück. Auf der Innenfläche sind die Bolzen 2 kreisförmig ausgekehlt. In der Ausführung nach 1 ist die Auflagefläche durch eine Verzahnung aufgerauht. Bereits beim Anziehen durch das Rohr 5 drücken die Verzahnungen von außen in das Werkstück. Neben dem Reibschluss entsteht Formschluss. Große axiale Prozesskräfte, wie beim Bohrungsdrücken oder Reibschweißen, drücken auf das eingespannte Werkstück und treiben es unter Überwindung der Reibkräfte entlang der schrägen zylindrischen Außenteile weiter in Richtung Maschinenseite, wobei die radialen Spannkräfte weiter ansteigen.
Ausführungsbeispiel 2
In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
3: einen Längsschnitt eines Spannfutters und
4: eine Draufsicht nach 1
In diesem Ausführungsbeispiel sind gegenüber dem Ausführungsbeispiel 1 zwei Änderungen vorgenommen:
Zum einen ist das Rohr stirnseitig mit einem Deckel 8 verschlossen. Ein eingespanntes Werkstück kann sich unter der Wirkung der Prozesskräfte direkt gegen den Deckel 8 abstützen und die Bolzen 2 hierdurch weiter schließen, ohne dass es spezieller Aufrauhungen der Einspannfläche 7 bedarf. Außerdem ist auf der Einspannfläche 7 der Bolzen 2 eine Spannschale 9 gelegt. Damit kann der Einspanndurchmesser angepasst werden.

1: = Gehäuse
2: = Bolzen
2a: = zylindrischer Teil
2b: = prismatischer Teil
2c: = Nut
3: = Zwischenflansch
α: = Winkel
4: = Nutstein
4a: = Führung
5: = Rohr
6: = Bund
7: = Spannfläche
8: = Deckel
9: = Spannschale

Claims

Spannfutter mit Bolzen, die in schrägen zylindrischen Aussparungen eines Gehäuses, deren Öffnungsweite nach vorn zur Werkstückseite zunimmt, geführt sind und Mittel zum Öffnen und Schließen der Bolzen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Bolzen (2) einen äußeren zylindrischen Teil (2a) und einen inneren prismatischen Teil (2b) aufweist, wobei der innere prismatische Teil (2b) von zwei Seitenwänden begrenzt wird, die sich bei geschlossener Stellung der Bolzen (2) nahezu radial über der Gehäuseachse erstrecken.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Seitenwände benachbarter Bolzen (2) bei geschlossener Stellung der Bolzen (2) im Gehäuse (1) nahezu berühren.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Seitenwände der Bolzen (2) Nuten (2c) eingearbeitet sind, die parallel zu der schrägen Achse des zylindrischen Teils (2a) der Bolzen verlaufen.
Spannfutter nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der vorderen Gehäusestirnwand zwischen den Bolzen (2) Nutsteine (4) angeordnet sind, deren Führungen (4a) in die seitlichen Nuten (2c) der Bolzen (2) eingreifen.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Führungsfläche am zylindrischen Teil (2a) einseitig positiv toleriert und der Winkel in der Bohrung im Spannfutter einseitig negativ toleriert ist.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Maschinenseite her ein Rohr (5) mit Bund (6) eingeführt ist, wobei der Bund (6) in offene Ringnuten der Bolzen (2) eingreift.
Spannfutter nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (5) stirnseitig mit einem Deckel (8) verschlossen ist.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannflächen (7) der Bolzen (2) aufgerauht sind.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bolzen (2) jeweils eine Spannschale (9) eingelegt ist.