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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Spannfutter für eine Werkzeugmaschine mit
einem rotationssymmetrischen Grundkörper und mit mindestens zwei
in radialer Richtung wirkenden Spannbacken, wobei die Spannbacken
an dem Grundkörper
so befestigt sind, dass die Spannbewegung einer Spannfläche der Spannbacken
in radialer Richtung möglich
ist.
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Solche
Spannfutter sind beispielsweise als Keilstangenfutter oder Plangewindefutter
zum Einsatz an Drehmaschinen bekannt.
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Nachteilig
an diesen seit Jahrzehnten bewährten
Spannfuttern ist, dass die Spannkraft nur schwer zu dosieren ist
und eine zu hohe Spannkraft ein dünnwandiges Werkstück verformen
kann. Wenn die Spannkraft zu niedrig ist, wird das Werkstück nicht
sicher gespannt, so dass das Werkstück bei der Bearbeitung beschädigt werden
kann.
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Aus
der
DD 283 090 A5 ist
ein Spannfutter bekannt, bei dem die Spannbacken in einem Grundkörper geführt und
federbelastet gegen ein zu spannendes Werkstück gepresst werden. Das Öffnen des Spannfutters
erfolgt mit Hilfe von drei Hydraulikzylinder, die auf einen Spannring
wirken. Dieser Spannring weist eine kegelstumpfförmige Spannfläche auf, die
mit entsprechenden Spannstücken
der Spannbacken zusammenwirkt. Dies Vorrichtung ist, unter anderem
wegen der Hydraulikzylinder und der dazu erforderlichen druckdichten
Drehdurchführung
für die Hydraulikflüssigkeit,
sehr aufwändig
in der Konstruktion.
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Aus
der
DE 199 23 752
A1 ist ein Spannfutter mit besonders großen Spannkräften bekannt
bei dem die Spannbacken ebenfalls in einem Grundkörper geführt werden
und mittels Winkelhebeln betätigt werden.
Die Spannkraft wird von Hydraulik- oder Pneumatikzylindern aufgebracht
und ist wegen des Druckausgleichs innerhalb der Hydraulik an allen Spannbacken
gleich. Auch dieses Spannfutter ist sehr aufwändig in Konstruktion und Herstellung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter bereit zu
stellen, welches verhältnismäßig einfach
aufgebaut ist, und ein nahezu verformungsfreies Spannen auch empfindlicher
Werkstücke,
wie dünnwandige
Hülsen,
dünne Ringe
oder Scheiben, ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Spannfutter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass
die Spannbacken auf je einem Winkelhebel befestigt sind, dass die
Winkelhebel drehbar an dem Grundkörper gelagert sind, dass je
Spannbacke eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, vorgesehen
ist, und dass sich die Federn einenends mindestens mittelbar gegen
eine Spannbacke und anderenends gegen den Grundkörper abstützt. d
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Dadurch,
dass die Spannkraft federbelastet aufgebracht wird, kann die Spannkraft
in Abhängigkeit
der Festigkeit des Werkstücks
und der zu erwartenden beim Bearbeiten des Werkstücks auftretenden
Spannkräfte
genau und auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und eingestellt
werden.
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Dadurch
wird sichergestellt, dass die Verformung des Werkstücks minimal
ist und andererseits das Werkstück
sicher gespannt wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass je Spannbacke eine Feder, insbesondere
eine Schraubenfeder, vorgesehen ist, und dass sich die Feder einenends
direkt oder indirekt gegen eine Spannbacke und anderenends gegen
den Grundkörper
abstützt.
Die Betätigung
des erfindungsgemäßen Spannfutters
wird weiter vereinfacht, dadurch, dass die Spannbacken drehbar an
dem Grundkörper
gelagert sind, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Spannbacken
mittels eines Bolzens drehbar an dem Grundkörper gelagert sind.
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Wenn
die Vorspannung der Spannfedern einzeln einstellbar ist, dann kann
auch die Spannkraft jeder Spannbacke einzeln eingestellt werden,
so dass eine optimale Verteilung und Einleitung der erforderlichen
Spannkräfte
bei gleichzeitig minimaler Verformung des Werkstücks möglich ist. Die Vorspannung
der Spannfeder kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass
sich die Feder an ihrer dem Grundkörper zugewandten Ende gegen
eine Spannschraube abstützt,
die mit einem Gewinde und einer Kontermutter im Grundkörper eingeschraubt ist.
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Um
alle Spannbacken gleichzeitig öffnen oder
schließen
zu können,
ist ein auf die Spannbacken wirkender Spannring vorgesehen, mit
dessen Hilfe die Spannbacken gegen die von den Spannfedern auf die
Spannbacken ausgeübte
Spannkraft geöffnet
werden können.
Dadurch wird ein gleichmäßiges Spannen
des Werkstücks
wirkungsvoll unterstützt.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Spannring
durch eine oder mehrere Druckstangen, welche in axialer Richtung
in dem Grundkörper
verschiebbar sind, betätigt
wird. Dadurch kann das Spannfutter durch Betätigen einer Druckstange einfach
und leicht automatisierbar geöffnet
oder geschlossen werden. Dadurch ergeben sich Vorteile bei den Durchlaufzeiten
der Werkstücke.
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Um
sicherzustellen, dass die Werkstücke
bei geöffneten
Spannbacken, bevor die Spannbacken am Werkstück in Anlage kommen, zentriert
ist, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine konzentrisch
zu den Spannbacken angeordnete Zentrierhülse vorgesehen, die bei Bedarf
auch geschlitzt ausgeführt
sein kann.
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Eine
weitere Steigerung der Genauigkeit der Aufspannung des zu spannenden
Werkstücks
in dem erfindungsgemäßen Spannfutter
wird erreicht, wenn an dem Grundkörper ein Anlagering vorgesehen
ist, welcher das zu spannende Werkstück in axialer Richtung fixiert.
Dadurch ist der Planlauf des zu spannenden Werkstücks ohne
großen
Aufwand und ohne Ausrichten des Werkstücks in gespanntem Zustand sofort
sehr gut, was sich vorteilhaft auf die Maß- und Lagetoleranzen der fertig
bearbeiteten Werkstücke auswirkt.
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Um
die Verformung des Werkstücks
durch die von den Spannbacken ausgeübten Spannkräfte gering
zu halten und die Fixierung des Werkstücks in radialer Richtung weiter
zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn
zwölf oder
mehr Spannbacken konzentrisch zu der Mittelachse des Spannfutters
angeordnet werden. Dadurch wird das Werkstück nahezu am gesamten Umfang
gleichmäßig gespannt,
so dass schon aus diesem Grund die Verformung des Werkstücks durch
die Spannbacken verringert wird. Außerdem kann, wenn die erforderliche
Spannkraft durch viele Spannbacken in das Werkstück eingeleitet wird, die Spannkraft
an jeder Spannbacke reduziert werden, was sich ebenfalls vorteilhaft
auf die Verformung des Werkstücks
im gespannten Zustand auswirkt.
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Das
erfindungsgemäße Spannfutter
kann an der Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehmaschine
oder einer Schleifmaschine, angebracht werden. Dabei können alle
aus dem Stand der Technik bekannten Verriegelungs- und Befestigungsmechanismen
benutzt werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Spannfutter
durch einen Kurzkegel und einen Bajonettverschluss an der Spindel
der Werkzeugmaschine befestigt werden.
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Alternativ
kann das Spannfutter auch an einem Tisch einer Werkzeugmaschine,
insbesondere einer Fräsmaschine,
einer Schleifmaschine oder einem Bohrwerk befestigt werden, so dass
verformungsanfällige
Werkstücke,
wie z. B. dünnwandige Hülsen oder
dünne Ringe
mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter
gespannt werden können,
bevor sie durch Fräsen,
Flachschleifen oder Bohren und anderes mehr weiterbearbeitet werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spannfutters
und
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2 einen
Querschnitt durch das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spannfutters 1 dargestellt.
Das Spannfutter 1 besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper 3,
der bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
rotationssymmetrisch ausgeführt
ist, und mehreren gleichmäßig über den
Umfang verteilten Spannbacken 5. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind 12 Spannbacken 5 vorhanden, die jedoch nicht alle mit
dem Bezugszeichen "5" versehen wurden,
um die Übersichtlichkeit
der 1 nicht zu beeinträchtigen.
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Wie
aus 1 deutlich erkennbar ist, wird nahezu der gesamte
Außenumfang
eines in 1 nicht dargestellten Werkstücks gleichmäßig von
den 12 Spannbacken 5 gespannt, so dass schon aus diesem
Grund eine nennenswerte Verformung des Werkstücks, selbst wenn es sich um
ein dünnwandiges,
leicht verformbares Werkstück
handelt, nur in sehr geringem Umfang zu erwarten ist.
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Das Öffnen der
Spannbacken und das Aufbringen der zum Spannen erforderlichen Spannkräfte werden
weiter unten anhand der 2 dargestellt und erläutert werden.
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Die
Spannbacken 5 und eine Zentrierhülse 7 sind konzentrisch
zu einer Mittelachse 8 des Grundkörpers 3 angeordnet.
Die Zentrierhülse 7 dient
dazu, ein Werkstück
(nicht dargestellt) zu zentrieren, bevor die Spannbacken 5 das
Werkstück
spannen. Dadurch wird zuverlässig
vermieden, dass das Werkstück
nicht mittig gespannt wird und die durch das Spannen verursachten
Verformungen werden weiter reduziert.
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In
der Zentrierhülse 7 sind
mehrere Schlitze 9 vorhanden, die nicht alle mit Bezugszeichen
versehen wurden. Die Schlitze 9 machen die Zentrierhülse 7 in
radialer Richtung weicher, so dass Durchmessertoleranzen des Werkstücks (nicht
dargestellt) ausgeglichen werden können, ohne dass der Rundlauf
des gespannten Werkstücks
leidet. Es ist möglich,
dass nach erfolgter Spannung des Werkstücks (nicht dargestellt) durch die
Spannbacken 5 die Zentrierhülse 7 entfernt wird
und erst anschließend
die Bearbeitung des Werkstücks
(nicht dargestellt) erfolgt. Dadurch wird die Zugänglichkeit
des bereits gespannten Werkstücks
deutlich verbessert.
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Die
Schlitze 9 der Zentrierhülse 7 sind so angeordnet,
dass eine Spannbacke 5 etwa mittig auf einen Schlitz 9 gerichtet
ist. Dadurch wird die Verformung des Werkstücks beim Spannen weiter reduziert.
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2 zeigt
einen Schnitt durch das Spannfutter 1. Wie aus 2 ersichtlich,
ist der Grundkörper 3 mehrteilig
aufgebaut. Dies kann erforderlich sein, um die Herstellung des Grundkörpers 3 zu
vereinfachen. Aus der Darstellung gemäß 2 ist auch deutlich
zu sehen, dass die Zentrierhülse 7 konzentrisch
zu den Spannbacken 5 und zur Mittelachse 8 angeordnet
ist. Die Spannbacken 5 sind durch Schrauben mit einem Winkelhebel 13 verschraubt, der über einen
Bolzen 15 drehbar im Grundkörper 3 gelagert ist.
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In
dem Winkelhebel 13 ist eine Sacklochbohrung 17 vorgesehen,
in der eine als Druckfeder ausgebildete Feder 19 vorhanden
ist. Die Druckfeder stützt
sich einenends am Grund des Sacklochs 17 und damit am Winkelhebel 13 ab.
Mit ihrem anderen Ende stützt
sich die Feder 19 gegen die gegen den Grundkörper 3 bzw.
eine in dem Grundkörper 3 eingeschraubte
Stellschraube 21 ab. Durch Verdrehen der Stellschraube 21 kann
die Spannkraft jeder einzelnen Spannbacke 5 individuell
so eingestellt werden, dass in der Summe eine ausreichende Spannkraft
auf das Werkstück 23 wirkt
und gleichzeitig die Verformung des Werkstücks 23 minimiert wird.
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Um
das Werkstück 23 in
axialer Richtung optimal auszurichten, ist ein Anlagering 25 vorgesehen, welcher
mit dem Grundkörper 3 verschraubt
ist. Durch Auflegen des Werkstücks 23 an
den Anlagering 25 wird ein sehr guter Planlauf des Werkstücks schon
vor dem Spannen durch die Spannbacken 5 erreicht. Wenn
nun das solcher Art durch den die Zentrierhülse 7 und den Anlagering 25 positionierte Werkstück 23 durch
die Spannbacken gleichmäßig gespannt
wird, ist sichergestellt, dass das Werkstück 23 sowohl hinsichtlich
Rundlauf als auch hinsichtlich Planlauf sehr gut und mit geringen
Toleranzen durch die Spannbacken 5 gespannt wird. Nach
erfolgter Spannung des Werkstücks 23 kann
die gewünschte Bearbeitung
durch Drehen, Fräsen,
Bohren, Schleifen oder anderes erfolgen.
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Um
das Spannfutter 1 öffnen
zu können,
ist ein Spannring 27 konzentrisch zu der Zentrierhülse und
dem Spannbacken 5 gelagert. Wenn der Spannring 27 in
Richtung des Werkstücks 23,
beispielsweise durch pneumatische oder elektrische Stellglieder (nicht
dargestellt) oder eine Druckstange betätigt wird, kommt der Spannring 27 in
Anlage mit einem Absatz 29 der Winkelhebel 13.
Wenn der Spannring 27 weiter in Richtung Werkstück 23 bewegt
wird, löst er
damit eine Drehbewegung des Winkelhebels 13 um den Bolzen 15 aus,
was im Ergebnis dazu führt, dass
die Spannbacken 5 das Werkstück 23 freigeben. Dabei
muss allerdings. die von den Federn 19 aufgebrachte Spannkraft überwunden
werden. In geöffnetem
Zustand des Spannfutters 1 kann das Werkstück 23 entnommen
werden und ein neues eingelegt werden. Danach wird der Spannring 27 wieder
in die in 2 dargestellte Ruheposition
gebracht, d. h. die Spannbacken 5 schließen wegen
der von den Federn 19 aufgebrachten Spannkraft das Spannfutter 1 wieder
und spannen das neue eingelegte Werkstück 23. Anschließend kann
eine Bearbeitung des neu eingelegten Werkstücks 23 erfolgen.
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Wenn
die Zentrierhülse 7 während der
Bearbeitung am Spannfutter 1 verbleibt und auch der Anlagering 25 während der
Bearbeitung am Spannfutter 1 verbleibt, dann findet eine
vollständige
Trennung der zwei Hauptaufgaben eines jeden Spannfutters statt.
Die erste Aufgabe besteht darin, das Werkstück genau mittig und mit einem
möglichst
guten Planlauf zu spannen. Diese erste Aufgabe wird von der Zentrierhülse 7 und
dem Anlagering 25 übernommen.
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Die
zweite Aufgabe besteht darin, die erforderliche Spannkraft in das
Werkstück 23 einzuleiten. Die
Spannkraft muß beispielsweise
beim Drehen so groß sein,
dass die von einem Drehmeißel
auf das Werkstück übertragenen
Drehmomente nicht zu einem Verdrehen des Werkstücks 23 relativ zum Spannfutter 1 führen. Die
zweite Aufgabe wird von den Spannbacken 5 übernommen.
Wegen dieser Aufgabentrennung und weil die Zahl der Spannbacken 5 relativ
hoch ist, muss jede einzelne Spannbacke 5 nur eine sehr
kleine Spannkraft auf das verformungsempfindliche Werkstück 23 ausüben.