-
Spanndorn für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Drehbänke Die Erfindung
betrifft einen Spanndorn, insbesondere für Werkzeugmaschinen mit durch mindestens
einen Konus radial bewegbaren voneinander getrennten Spannbacken, die gegen axiale
Verschiebung gegeneinander gesichert und durch federnde Mittel zur Anlage an die
konischen Flächen gebracht werden.
-
Es sind Spanndorne bekannt, deren Spannhülse am Umfang mehrfach geschlitzt
ist und die mit Konen aufgeweitet wird. Diese Spanndorne sind nur in einem engen
Spannbereich benutzbar; sie haben zudem den Mangel, daß sich die geschlitzten Hülsenenden
durchbiegen und daß daher nur diese zum Tragen kommen, was einen schlechten Halt
ergibt. Außerdem liegen die geschlitzten Hülsenteile bei der Verschiebung auf dem
Konus nur noch mit ihren Seitenkanten, und 'zwar in der Regel nicht mehr axial auf,
so daß der Dorn nicht mehr genau zentrisch spannt.
-
Es sind auch Spannvorrichtungen bekannt, bei denen die in Ausschnitten
des Gehäuses geführten Spannbacken durch einen Konus, auf dem sie mit einer ebenen
Fläche aufliegen, auseinandergedrückt werden. Die Rückführung der Spannbacken erfolgt
hierbei durch Blattfedern. Derartige Federn gestatten jedoch im Bereich der elastischen
Federung nur eine verhältnismäßig geringe Spreizung der Spannbacken. Die Herstellung
der von ebenen Flächen begrenzten Spannbacken und der Gehäuseausschnitte verteuert
das Gerät, und schließlich können sich mit einer ebenen Fläche, auf dem Spannkonus
aufliegende Spannbacken leicht gegen die Konusachse verkanten, wenn die Führung
im Gehäuse Spiel hat, so daß eine zentrische Rufspannung nicht gesichert ist. Bei
einer anderen bekanntgewordenen, mit Spannbacken versehenen Vorrichtung, die als
Lochlehre Verwendung findet, gleiten die Tastschienen in gegen die Werkzeuglängsachse
geneigten, unterschnittenen Nuten des Spannkopfes und werden in radialer Richtung
zwischen zwei verstellbaren Flanschen geführt. Die Führung in unterschnittenen Nuten
bewirkt zwar die Rückführung der Tastschienen; sie ist jedoch außerordentlich teuer
in der Herstellung, empfindlich und daher nur bei Meßgeräten verwendbar.
-
Ein weiterer Nachteil von einzeln im Gehäuse geführten Spannbacken
ist es, daß sie mit Rücksicht auf die Gehäusedurchbrüche ziemlich schmal gehalten
werden müssen und daher mit dem Werkstück nur mit wenigen, verhältnismäßig kleinen
Flächen in Berührung stehen, so daß dünnwandige Werkstücke leicht verzogen werden
können.
-
Infolge dieser Mängel sind die bekannten Spanndorne für den rauhen
Werkstattbetrieb, in dem es auf Robustheit, geringe Anschaffungs- und Unterhaltungskosten,
genaue Zentrierung und einen möglichst großen Spannbereich ankommt, wenig geeignet.
-
Schließlich ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei einem Spanndorn,
der aus einem konischen Dorn und einer aus einzelnen starren Segmenten zusammengesetzten
Spannhülse besteht, die letztere mit einer dem Konus des Dorns entsprechenden konischen
Innenfläche zu versehen. Die einzelnen Segmente greifen mit Zungen in entsprechende
Aussparungen des Nachbarsegmentes ein, wodurch sie gegen axiale Verschiebung gegeneinander
gesichert sind; sie sind durch Ringfedern zusammengehalten und durch radiale Stifte
in Längsnuten des Konus parallel geführt. In einem geringen Spannbereich ist damit
eine annähernd gleichbleibende zylindrische Form der Spannhülse gesichert. Bei einer
etwas stärkeren Rufspreizung wird eine derartige Spannhülse jedoch konisch, da die
Höhe des nun zwischen dem Konus und der Innenfläche jedes Segments entstehenden
sichelförmigen Bogens an dem mit dem größeren Innendurchmesser versehenen Spanuhülsenende
größer ist als am anderen Ende. Ein absolut schlagfreies Aufspannen ist also auch
mit diesem Spanndorn nicht möglich. Außerdem erfordert die Herstellung der Führungszungen
und -nuten in den Segmenten sowie der Kanten, mit denen die Segmente auf dem Konus
aufliegen, eine äußerst sorgfältige und daher kostspielige Bearbeitung.
-
Um eine Spannvorrichtung zu schaßen4 die über einen großen Spannbereich
verwendbar ist, dabei eine absolut kreiszylindrische Außenfläche behält und außerdem
keine kostspielige Bearbeitung erfordert, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei
einem Spanndorn die an die Fläche des Spreizkonus anliegenden
Innenflächen
der Spannbacken als Ausschnitt aus einem Kegelmantel gestaltet sind, dessen kleinster
Radius größer ist als der größte Radius des Spreizkonus.
-
Auf diese Weise liegt jedes der Segmente, gegen Verkanten und axiale
Verschiebung gesichert, immer nur mit einer in der Segmentmitte axial sich erstreckenden
Berührungslinie auf dem Konus auf, so daß der Spanndorn über den gesamten Spannbereich
genau zylindrisch bleibt und eine absolut zentrische, schlagfreie Aufspannung erreicht
wird.
-
Die radiale Bewegung der Spannbacken kann in an sich bekannter Weise
entweder mittels eines einzigen Spreizkonus erfolgen, auf welchem die Spannbacken
mittels einer Spannmutter in axialer Richtung verschoben werden, oder mittels zweier
Spreizkonen, von denen der eine gegen den anderen in axialer Richtung verschiebbar
ist.
-
Um zu verhindern, daß die Spannbacken gegenüber den Spannkonen verkantet
oder in Umfangsrichtung verschoben werden, sind in den Konen Führungsstifte oder
keilförmige Führungsstücke vorgesehen.
-
Besonders bei der Verwendung von Gummielementen zum Zusammenhalten
hat die Spannhülse infolge der großen Dehnbarkeit des Gummis ein bisher unerreichtes
Spreizvermögen, da der Spannbereich nur noch durch die Länge des Konus begrenzt
wird. Die Eigenschaft des erfindungsgemäßen Spanndorns, über den ganzen Spannbereich
seine kreiszylindrische Form beizubehalten, kann also erst durch die Verwendung
von Gummielementen voll ausgenutzt werden. Außerdem haben Gummielemente nicht die
Eigenschaft, bei Veränderungen des Spreizhülsendurchmessers die Spannbacken in Umfangsrichtung
zu verschieben, wie dies bei Blattfedern der Fall ist. Auch sind Gummielemente im
Gegensatz z. B. zu Schlauchfedern unempfindlich gegen das Abgeknicktwerden an den
Kanten der Spannbacken. Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn die
Spannbacken durch in einer Ringnut gleitend geführte, die Fugen zwischen den Backen
überbrückende Führungsstücke von U-förmigem Querschnitt gegen axiale Verschiebung
gesichert und durch einen in der Aussparung der Führungsstücke angeordneten Gummiring
zusammengehalten sind.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt A b b. 1 einen Doppelkonus-Spanndorn im Schnitt, dessen
Spannhülse im rechten Hülsenteil eine innere und im linken Hülsenteil eine äußere
Gummianordnung aufweist; über die Spannhülse ist eine zylindrische Erweiterungshülse
gestreift, A b b. 2 einen Querschnitt durch die im linken Teil der A b b. 1 (Schnitt
2-2) dargestellte Spannhülse mit Gummiring, A b b. 3 einen Querschnitt durch die
im rechten Teil der A b b. 1 (Schnitt 3-3) dargestellte Spannhülse mit Federring,
A b b. 4 eine Seitenansicht der Spannhülse mit Führungsstiften, Ab b.5 einen Einfachkonus-Spanndorn
im Schnitt, links mit Gummiringen, rechts mit einvulkanisiertem Gummiverbindungen,
und A b b. 6 einen Querschnitt durch einen Spanndorn nach der Linie 6-6 in A b b.
5.
-
In den Abbildungen bezeichnet 1. einen aufgespannten Körper, 22 eine
aus mehreren Segmenten 2 zusammengesetzte Doppelkonus-Spannhülse mit den konischen
Innenflächen 3, die durch den an dem Schaft 25 festen Konus 26 und den mittels der
Spannmutter 21 verschiebbaren Konus 27 aufgespreizt werden kann. Die Spannhülse
22 weist, wie auf der rechten Seite der A b b. 1 und in A b b. 3 dargestellt, innere
Ringnuten 4 auf, in denen Gummiringe 5 angeordnet sind, die an der Innenseite der
Segmente durch zylindermantelförmig gebogene Flachstäbe 6 gehalten sind. Die Flachstäbe
6 sind mittels Schrauben 7 an den Segmenten befestigt. Oberhalb des Schraubenkopfes
ist in einer Nut eine alle Segmente umfassende Blattfeder 8 angeordnet, die das
axiale Verschieben der Segmente zueinander verhindern soll, wenn dies die Gummiringe
aus irgendwelchen Gründen nicht tun sollten.
-
Auf der linken Seite der A b b. 1 und in A b b. 2 ist eine andere
Ausführung der Gummiringnuten angegeben, und zwar sind die Nuten 10 auf den
Segmenten 2 außen angeordnet. Die Gummiringe 9 werden über die Segmente gestreift
und gegebenenfalls durch Schrauben 11 festgelegt.
-
Als zusätzliche Sicherung gegen das axiale gegenseitige Verschieben
und gegen Kippbewegungen der Segmente 2 sind in einer am Umfang der Segmente angeordneten
Nut 12 Führungsstücke 13 von U-förmigem Querschnitt so geführt, daß sie je zwei
Segmente überbrücken; in die Führungsstücke 13 ist ein Gummiring 14 eingesetzt.
Im Gegensatz zu der Blattfeder 8 verhindern die Führungsstücke 13 infolge ihrer
viel größeren radialen Höhe auch radiale Kippbewegungen der Segmente 2.
-
A b b. 5 zeigt einen Einfachkonus-Spanndorn, bei dem die aus den Segmenten
2a bestehende Spannhülse 22a mittels der Spannmutter 21a auf dem Spreizkonus 26a
verschoben und aufgespreizt werden kann. Statt der äußeren oder inneren Anordnung
der Nuten für die Aufnahme der Gummiringe können auch Bohrungen 16 in den Segmenten
für die Aufnahme der Gummiverbindungen vorgesehen sein. Die Verbindung der Segmente
untereinander wird dann durch Vulkanisieren hergestellt. Beim Doppelkonus-Spanndorn
wie beim Einfachkonus-Spanndorn ist die konische Innenfläche 3, 3 a der Segmente,
wie in A b b. 6 erkennbar, als Ausschnitt aus einem Kegelmantel ausgebildet, dessen
kleinster Radius größer ist als der größte Radius des Spreizkonus. Dadurch ist die
Einhaltung einer genau zylindrischen Form der Spannhülse über den ganzen Spannbereich
gesichert.
-
Durch die Führungsstücke 19, die sich, wie A b b. 1 erkennen läßt,
nach ihrem äußeren Ende hin keilförmig verbreitern, werden die Spannbacken in jeder
Stellung des Spreizkonus so geführt, daß ein Verkanten oder eine Drehung der Spannbacken
gegenüber dem Spreizkonus beim Spannen oder Lösen der Spannhülse mit Sicherheit
verhindert wird, da die Spannbacken bei jeder Durchmesseränderung der Spannhülse
mit ihren Kanten an den Führungsstücken anliegen, also stets ohne Spiel geführt
werden.
-
Die Berührung zwischen Spreizkonus und Spannbacken erfolgt daher stets
auf derselben Mantellinie, so daß jeder Stellung der Spannmutter stets der gleiche
Hülsendurchmesser zugeordnet ist und höchste Präzision und Rundheit gewährleistet
ist. Bei weniger großen Ansprüchen an die Präzision genügen die in A b b. 4, 5 und
6 beispielsweise dargestellten Führungsstifte 18, um eine Verdrehung der Spannhülse
gegenüber
dem Spreizkonus zu verhindern. Um den Wirkungsbereich der Spannhülse zu vergrößern,
ist die zylindrische, ebenfalls aus durch Gummiringe zusammengehaltenen Segmenten
bestehende Erweiterungshülse 15 über die Spannhülse gestreift, so daß nun die Erweiterungshülse
15 beim Spannen der Spannhülse 2 die Aufspannung des Körpers 1 übernimmt. Der Spanndorn
kann natürlich, und zwar bei kleineren Spanndurchmessern auch ohne die Erweiterungshülse
15 verwendet werden. Durch Verwendung solcher Erweiterungshülsen kann der Anwendungsbereich
einer Spannhülse noch erheblich vergrößert werden.
-
Um ein zuverlässiges Lösen des Spanndorns auch bei kleinem, selbsthemmend
wirkendem Konuswinkel zu erreichen, sind bei dem Spanndorn mit nur einem Spreizkonus
die.Spannbacken 2 a und bei dem Spanndorn mit zwei Spreizkonen der bewegliche Konus
27 mit der Spannmutter 21 a bzw. 21 so verbunden, daß sie beim Lösen der Mutter
mitgenommen werden. Diese Verbindung kann z. B., wie in der Zeichnung dargestellt,
durch über einen Bund 24 bzw. 24 a der Spannmutter greifende hakenförmige Ansätze
20 bzw. 20a erfolgen oder durch andere geeignete Verbindungsmittel. Ein in eine
Längsnut 29 der Spindel des Doppelkonusspanndorns eingreifender Stift 28 verhindert
ein Verdrehen des Konus 27 beim Spannen und Lösen der Spannmutter 21.
-
Anstatt die die radiale Bewegung der Spannbacken erzeugende Verschiebung
der Spannhülse auf dem Spannkonus, wie in den A b b. 1, 4 und 5 ,dargestellt, direkt-
mittels der in axialer Richtung auf dem feststehenden Schaft verstellbaren Spannmutter
zu bewirken, kann selbstverständlich auch in einer axialen Bohrung des Spreizkonus
eine verschiebbare, gegen Drehung gesicherte Spindel vorgesehen sein, die am schlanken
Ende des Konus mit einem Mitnehme.r versehen ist, an dem die Spandhülsensegmente
angreifen. Das Verschieben der Spindel erfolgt dann vom stumpfen Ende des Spreizkonus
her mittels einer gegen axiale Verschiebung gesicherten Stellmutter. Eine solche
Anordnung kann durch bekannte Mittel zu einer Innenmeßvorrichtung, z. B. für Bohrungen,
ausgestaltet werden, wobei die über den gesamten Meßbereich unverändert gleichbleibende
zylindrische Form der Spannhülse eine besonders große Meßgenauigkeit gewährleistet.
-
Um die Spannbacken zur Anlage an die Spreizkonusfiächen zu bringen,
kann natürlich an Stelle von Gummi auch ein anderes hochelastisches Material verwendet
werden.