DE1181523B - Spannfutter fuer ein ringfoermiges Werkstueck - Google Patents

Description

• Spannfutter für ein ringförmiges Werkstück Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für ein ringförmiges Werkstück, das mittels eines in Achsrichtung verschiebbaren Dorns zentnerbar und mittels einer in Achsrichtung verschiebbaren Spannstange über radial verschiebbare Finger an ein auf der Spindel angeordnetes Widerlager anpreßbar ist.
• Bei einem bekannten- Spannfutter dieser Art drükken die Finger das Werkstück bei Verschiebung der Spannstange in Spannrichtung auf den abgefederten konischen Dorn auf. Dadurch wird das Werkstück zwar zentriert, doch sucht der Dorn unter dem Einfluß der auf ihn wirkenden Federkraft das Werkstück vom Widerlager abzuheben und schwächt daher die von den Fingern auf das Werkstück ausgeübte Spannkraft. Der konische Dorn selbst kann das Werkstück zwar zentrieren, nicht aber auf dem Widerlager festklemmen, weil es mit seiner konischen Fläche nur an der Innenkante des Werkstückes anzugreifen vermag.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Spannfutter so auszugestalten, daß es das Werkstück mit einer stärkeren Klemmkraft am Widerlager festklemmt.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dorn bei seinem Rückzug durch die Feder auf die Innenfläche des Werkstücks durch Vermittlung einer am Widerlager befestigten, in radialer Richtung aufspreizbaren, mit einer zylindrischen Spannfläche in die zylindrische Bohrung des Werkstücks eingreifenden Innenspannzange einwirkt, wobei ein von der die Finger tragende Spannstange mitgenommener Anschlag den Dorn für den Rückzug freigibt, wenn sich die Spannstange in Spannrichtung rückwärts verschiebt, aber den Dorn zum Lösen der Innenspannzange vorschiebt, wenn sich die Spannstange vorwärts verschiebt.
• Durch diese Ausgestaltung ist also erreicht, daß das Werkstück auf dem Widerlager durch zwei Klemmomente festgehalten wird, nämlich erstens durch dasjenige, das von der Innenspannzange ausgeübt wird und zweitens durch das Klemmoment, das von den Fingern ausgeübt wird. Auch wird die von den Fingern auf das Werkstück ausgeübte Klemmkraft durch die Innenspannzange nicht geschwächt.
• Vorzugsweise ist die Spannstange mit einem doppeltwirkendlen, in einem an der Spindel fest angeordneten Zylinder bewegbaren Kolben fest verbunden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht der Spindel mit Futter und mit Werkstück und des Spindelstockgehäuses, teilweise in einem senkrechten Längsschnitt, F i g. 2 einen in größerem Maßstab gehaltenen Längsschnitt nach der Schnittebene 2-2 der F i g. 1 und 3, F i g. 3 den Querschnitt nach der Ebene 3-3 der F i g. 2 unter Fortlassung,des Werkstücks, F i g. 4 den Teilschnitt nach der Ebene 4-4. der F i g. 2 und F i g. 5 den Teilquerschnitt nach der Ebene 5-5 der F i g. 2.
• Die Werkstückspindel 10 (F i g. 1) läuft in dem Spindelstockgehäuse 11 auf Wälzlagern 12, die durch Festziehen einer auf der Spindel aufgeschraubten Mutter 13 gehalten und durch Dichtungen 14 geschützt sind. Auf der Spindel ist ein Widerlager 15 starr befestigt, auf welchem das Werkstück, in vorliegenden Falle ein Tellerkegelrad G, satt aufliegt. Im Inneren der Spindel 10 befindet sich eine starke Druckfeder 16 sowie eine durch einen Kolben 17 antreibbare Zugstange 18. Der den hin und her gehenden Kolben aufnehmende Zylinder 19 ist starr mit der. Spindel 10 verschraubt. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Werkstückspindel einer Fräsmaschine, die mit einem Stirnmesserkopf nach dem Profilfräsverfahren, also ohne Abwälzbewegung, das Tellerkegelrad nach dem Teilverfahren verzahnt, wobei also jeweils eine Zahnlücke herausgefräst wird und die Spindel daher in dem Gehäuse 11 nur schrittweise gedreht wird, um dadurch das Werkstück zwischen den einzelnen Fräsarbeiten schrittweise weiterzuschalten. Die Teildrehung der Werkstückspindel wird dabei durch eine Teilvorrichtung herbeigeführt, die sich in dem Abschnitt 11 a des Spindelstockgehäuses befindet und eine starr auf der Spindel befestigte Teilscheibe 21 enthält, .in deren Kerben eine ausrückbare, am Gehäuse 11 gelagerte Klinke eingreift. Während der Fräsvorgänge, wenn sich die Teilvorrichtung also in Ruhe befindet, wird die Spindel durch eine später beschriebene Haltebremse starr am Spindelstockgehäuse festgebremst.
• Das Widerlager 15 des Futters hat einen zylindrischen Ansatz 22, der in einem zylindrischen Abschnitt der Spindelbohrung sitzt und in dieser durch Schrauben 23 festgeklemmt ist, die das Widerlager 15 mit einem Ring 24 verbinden, der seinerseits mit der Spindel durch Schrauben 25 verbunden ist. Zur übertragung des Drehmoments zwischen Widerlager 15 und Spindel 10 dient ein Keil 26, der in Aussparungen eingreift, welche in den Stirnflächen der Spindel 10 und des Widerlagers 15 vorgesehen sind, und am Widerlager 15 befestigt ist. Die Vorderseite des Widerlagers 15 ist mit kreuz und quer verlaufenden Nuten versehen (F i g. 3), so daß eine schachbrettartige Sitzfläche 27 fürdie Auflage des Werkstücks G entsteht. In die Bohrung, des Werkstücks greift eine das Werkstück zentrierende Innenspannzange 28 ein, die etwa topfförmig gestaltet und mit ihrem massiven Bodenteil mittels Schrauben 29 am Widerlager 15 angeschraubt ist, während ihr in Segmente unterteilter Mantel durch die Kegelfläche 30 eines in Achsrichtung beweglichen Doms 31 aufgespreizt werden kann. Es geschieht dies, wenn der Dorn 31 mit Bezug auf die F i g. 1 und 2 nach rechts gezogen wird. Der hohle Schaft 32 des Dorns trägt zu diesem Zweck auf seinem Ende eine Mutter 33, auf welcher sich die den Schaft umgebende Druckfeder 16 abstützt, die zwischen der Mutter 33 und dem Ansatz 22 des Widerlagers eingefügt ist. Die Feder sucht daher den Dorn 31, 32 in Spreizrichtung zu verschieben. Der Schaft 32 des Dorns gleitet in dem Ansatz 22, und der Dorn ist in dem Widerlager 15 durch dessen innere Ansätze 34 zentriert, die durch Lücken zwischen den Segmenten der Innenspannzange 28 hindurchragen.
• Auf dem vorderen- Ende der Spannstange 18, die durch den hohlen Schäft 32 des Dorns hindurchgeht, ist eine Anschlagmutter 35 aufgeschraubt, auf der ein Spannstangenkopf 36 sitzt, der von der Spannstange 18 mit Hilfe der Mutter 35 in Richtung auf das Widerlager 15, d. h. mit Bezug auf F i g. 2 nach rechts, gezogen werden kann. Zwischen dem Spannstangenkopf 36 und dem Dorn 31 sind verhältnismäßig schwache Druckfedern 37 eingefügt, die von Kopfschrauben 38 getragen werden, die in den Boden der Innenspannzange 28 eingeschraubt sind und durch achsparallele Bohrungen des Dorns 31 und eines Ringes 39 hindurchgehen, der mittels Schrauben 40 auf der Rückseite des Spannstangenkopfes 36 angeschraubt ist. Diese Federn 37 drücken den Spannstangenkopf 36 vorwärts in die Grenzstellung, in der sich der Spannstangenkopf an die Köpfe der Schrauben 38 anlegt. Radiale Finger 41, deren Zahl sich beim Ausführungsbeispiel auf sechs beläuft, sind in radialen Gleitbahnen geführt, die in einer Ringwulst des Spannstangenkopfes 36 (F i g. 4) und in dem Ring 39 vorgesehen sind. Diese Finger 41 sind je durch einen doppelarmigen Hebel 42 verschiebbar, der mit seinem vorderen Arm in eine Aussparung 43 des Fingers eingreift. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß sich die Finger und die doppelarmigen Hebel in der Richtung der Spindelachse ein Stückchen gegeneinander verschieben können, und zwar bei jeder radialen Stellung der Finger. Die doppelarmigen Hebel 42 sind schwenkbar auf Zapfen 44 gelagert, die, von einem mittels Sehrauben 46 an dem Dorn 31 angeschraubten Ring 45 getragen werden.
• Die Verschwerikung der Hebel 42 geschieht durch die Spannstange 18. Zu diesem Zweck hat jeder Hebel eine Schubkurve 47, auf die eine Kegelfläche 48 der Spannstange 18 bei deren Verschiebung nach vorn einwirkt, was zur Wirkung hat, daß die Finger 41 radial nach innen gezogen werden. Um die Finger radial nach außen in die Lage der F i g. 2 zu verschieben, wenn sich die Spannstange 18 rückwärts, d. h. mit Bezug auf F i g. 2 nach rechts, verschiebt, hat jeder Winkelhebel eine Schubkurve 49, auf die dann eine Kegelfläche 51 der Spannstange 18 wirkt. Der Durchmesser des Spannstangenkopfes 36 wird von der lichten Weite des Werkstücks G etwas übertroffen. Gehen die Finger 41 nach außen, dann greifen sie über die Vorderseite des Werkstücks G. Ferner hat jeder Winkelhebel eine Kante 52, die bei der in F i g. 2 dargestellten Lage der Teile parallel zur Spindelachse verläuft und auf einem Bund 53 der Zugstange 18 liegt, wodurch die Finger 41 in ihrer äußeren Lage verriegelt werden. Die Kanten 52 sind so lang, daß der Bund 53 beim Durchlaufen eines Hubes von beträchtlicher Länge an ihnen anliegt. Die hohle Kolbenstange des Kolbens 17, durch welche die Spannstange 18 hindurchgeht, bildet mit ihrem Ende einen Anschlag 54 zum Mitnehmen des Doms 31 entgegen der Feder 16. Zu diesem Zweck kann der Anschlag 54 gegen den Schaft 32 des Dorns 31 stoßen, wenn der Kolben 17 nach vorn läuft. Das hintere Ende 55 der hohlen Kolbenstange ist mit der Zugstange 18 durch eine überwurfmutter 56 verschraubt, die über eine auf der Spannstange 18 sitzende Mutter 57 greift, welche durch eine Gegenmutter 58 gesichert ist. Lockert man die Gegenmutter und dreht man die Mutter 57, so kann man dadurch die Spannstange 18 gegenüber dem Kolben 17 nach vorn oder hinten verstellen. Das Ende 55 der hohlen Kolbenstange gleitet in einem zylindrischen, am Zylinder 19 vorgesehenen Ansatz 59, der mit' einer Reihe von Umfangsnuten 61 bis 65 versehen und drehbar in einem diese Nuten abdeckenden Verteilerring 66 gelagert ist und einen Haltering 67 trägt, der den Verteilerring 66 gegen Verschiebung sichert. Dem Zweck, den vorderen Zylinderraum 68 mit einem Schlauch 69 zu verbinden, dient eine Bohrung 71 des Verteilerringes sowie die Ringnut 63 und Bohrungen 72 des Zylinders 19 und des Ansatzes 59. Der hintere Zylinderraum 73 steht mit einem Schlauch 74 in Verbindung, und zwar über Bohrungen 75 des Verteilerringes 66, über Ringnuten 62 und 64 und über eine Längsbohrung 76 des Zylinderansatzes 59. Der Rückführung der Leckflüssigkeit dienen zwei Ringnuten 61 und 65, die mit einem Rückflußschlauch 78 über Bohrungen 77 des Verteilerringes 66 in Verbindung stehen. Schließlich befindet sich auf dem Verteilerring ein elektrischer Schalter 79, dessen Schaltarm 81 eine Rolle 82 trägt, die in eine Umfangsnut der überwurfmutter 56 eingreift. Je nachdem, ob sich die Spannstange 18 in der Einspannlage oder der Aus-Spannlage befindet, nimmt dieser Schalter 79 die eine oder die andere Schaltstellung ein. Die Schläuche 74 und 69 können -durch Ventile auf Zufluß oder Abfluß des Druckmittels geschaltet werden. Wird die Kammer 73 auf Druck, die Kammer 68 aber auf Abfluß geschaltet, dann gehen der Kolben 17 und mit ihm die Spannstange 18 nach vorn, wobei zunächst die Federn 37 den Spannstangenkopf 36 nach vorn verschieben und in Anlage an der Anschlagmutter 35 halten. Dadurch werden die Finger 41 von der Vorderseite des Werkstücks G gelöst. Dann wirkt die Kegelfläche 48 der Spannstange 18 auf die Hebel 42 und bewirkt das radiale Zurückziehen der Finger 41 nach innen von dem Werkstück fort. Etwa gleichzeitig trifft der Anschlag 54 des Kolbens auf den hohlen Schaft 32 des Dorns 31 und verschiebt diesen nach vorn entgegen der Kraft der Feder 16, so daß sich die Innenspannzange 28 zusammenzieht und das Werkstück G losläßt, -das er bis dahin an der Innenfläche der Bohrung festgespannt hatte. Nunmehr kann man das Werkstück über den Spannstangenkopf 36 hinweg abziehen und durch ein neues ersetzen.
• Schaltet man nunmehr durch die Ventile die Anschlüsse der Schläuche 69 und 74 um, so wird der Zylinderraum 68 unter Druck gesetzt, und der Kolben 17 mit der Spannstange 18 geht nach rechts, während der Zylinderraum 73 auf Abfluß geschaltet ist. Bei ihrem Rückzug nach rechts gibt die Spannstange 18 den Dorn 31, 32 frei, so daß dieser durch die Feder 16 zurückgezogen wird und unter der Kraft der Feder die Innenspannzange 28 ausdehnt. Dadurch wird das Werkstück zentriert und in seiner Bohrung festgespannt. Etwa gleichzeitig läuft die Kegelfläche 51 der Spannstange 18 auf die Schubkurvenflächen 49 der Hebel 42 auf und verschwenkt die Hebel derart, -daß diese die Finger 41 radial nach außen über die Vorderseite des Werkstücks hinwegschieben. Beim weiteren Rückzug der Zugstange 18 läuft der Bund 53 auf die Kanten 52 der Hebel auf, wodurch diese verriegelt werden. Schließlich verschiebt die Anschlagmutter 35 den Spannstangenkopf 36 rückwärts und klemmt das Werkstück zwischen den ausgestreckten Fingern und der Sitzfläche 27 des Widerlagers 15 ein. Das Werkstück legt sich daher mit seiner Rückseite satt an die Sitzfläche 27 unter der vollen Wirkung des Flüssigkeitsdruckes an, der auf die Vorderfläche des Kolbens 17 wirkt und sich der Größenordnung nach auf zehn Tonnen bei größeren Werkstücken belaufen kann. An der Bohrung des Werkstücks greift dabei die Innenspannzange 28 mit großem Druck an, der durch den Dorn 31,32 unter dem Einfluß der starken Feder 16 erzeugt wird. Auf diese Weise wird das Werkstück an dem Widerlager 15 und der Spindel 10 unverrückbar festgespannt. Um die Spindel 10 am Spindelstockgehäuse 11 unverrückbar festzubremsen, kann sie gemäß F i g. 2 mit einer Umfangsnut 83 versehen sein. In diese greift ein mit Gleitsitz eingepaßter Ring 84 ein, der am Spindelstockgehäuse 11 sitzt und durch Flüssigkeitsdruck in Achsrichtung gedehnt werden kann. Die Ringnut ist zwischen einem Bund der Spindel 10 und dem Ring 24 vorgesehen und hat ebene Flanken 85 und 86. Der dehnbare Ring ist verhältnismäßig dünn und besteht aus federnden Seitenwänden 87 und 88, die aus einem Stück mit Ringteilen 89 und 91 des Spindelstockgehäuses 11 bestehen. Diese Ringteile sind bei 92 und 93 am Spindelstockgehäuse angeschraubt. Sie bestehen am besten aus Stahl, und ihre Teile 87 und 88 sind gehärtet und können dementsprechend federn. Die beiden ringförmigen Seitenwandungen haben einander übergreifende, im Abstand voneinander angeordnete Flansche 94 und 95, zwischen denen sich ein Dichtungsring 96 befindet. Das Innere des dehnbaren Ringes kann unter Flüssigkeitsdruck gesetzt werden, und zwar über einen Kanal 97, der mit einem nicht näher dargestellten Ventil verbunden ist. Zum Festlegen der Teilvorrichtung wird das Druckmittel durch den Kanal 97 in das Innere des Ringes 84 geleitet; dieses drückt die Wände 87 und 88 gegen die Flanken 85 und 86 der Nut 83. Vor der nächsten Teilbewegung wird der Kanal 97. auf Abfluß geschaltet, so daß die Wände 87 und 88 die Flanken 85 und 86 loslassen und nur noch mit Gleitsitz führen. Die Wandungen 87 und 88 werden am besten in gleicher Stärke bemessen, damit sie unter der Wirkung des Innendrucks gleich große Klemmkräfte auf die Flanken 85 und 86 ausüben und daher die Spindel nicht etwa mit einer axialen Kraft belasten.
• Die Gehäuseteile 11, 89,und 91 sind gegeneinander durch biegsame Schnurringe 98 und 99 abgedichtet. Eine ähnliche Dichtung 101 ist für den Kolben 17 vorgesehen. Mit dieser Dichtung wirken dabei Fiberringe 100 zusammen. Um die Innenflächen des Futters gegen Staub und Späne zu stützen, sind die Spaltender Innenspannzange 28 durch nachgiebige Dichtungen 102 verschlossen. Auch auf der Stirnfläche der Innenspannzange 28 und auf der Innenfläche des Widerlagers 15 befinden sich Nuten zur Aufnahme biegsamer Schnurringdichtungen 103 und 104. Um schließlich die Flächen 85, 86, 87 und 88 der Haltebremse zu schützen, ist eine Labyrinthdichtung 105 mit einem Entlüftungskanal 106 vorgesehen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Spannfutter für ein ringförmiges Werkstück, das mittels eines in Achsrichtung verschiebbaren Dorns zentrierbar und mittels einer in Achsrichtung verschiebbaren Spannstange über radial verschiebbare Finger an ein auf der Spindel angeordnetes Widerlager anpreßbar ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Dorn (31,32) bei seinem Rückzug durch die Feder (16) auf die Innenfläche des Werkstücks (G) durch Vermittlung einer am Widerlager (15) befestigten, in radialer Richtung aufspreizbaren, mit einer zylindrischen Spannfläche in die zylindrische Bohrung des Werkstücks eingreifenden Innenspannzange (28) einwirkt, wobei ein von der die Finger (41) tragende Spannstange (18) mitgenommener Anschlag (54) den Dorn (31, 32) für den Rückzug freigibt, wenn sich :die Spannstange (18) in Spannrichtung rückwärts verschiebt, aber den Dorn (31, 32) zum Lösen der Innenspannzange (28, 29) vorschiebt, wenn sich die Spannstange (18) vorwärts verschiebt.
2. 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (18) mit einem doppeltwirkenden, in einem an der Spindel (10) fest angeordneten Zylinder (18) bewegbaren Kolben (17) fest verbunden ist.
3. 3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (18) an ihrem vorderen Ende einen Anschlag (35) zur Anlage an einem Spannstangenkopf (36) trägt, der geringfügig in Achsrichtung auf dem Spannfutterkörper (15) beweglich und mit radial angeordneten Führungen für die Finger (41) versehen ist.
4. 4. Spannfutter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (18) geneigte Flächen (48, 51) aufweist, die zum Kuppeln der Spannstange (18) mit den Fingern (41) auf an dem Dorn (31) gelagerte Schwenkhebel (42) wirken, die je durch Hin- und Herschieben der Spannstange (18) gegenüber dem Dorn (31) in entgegengesetzten Drehrichtungen schwenkbar sind.
5. 5. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwenkhebel (42) mit dem einen Ende in eine Ausnehmung (43) des zugehörigen Fingers (41) eingreift und am anderen Ende entgegengesetzt geneigte Schubkurven (47, 49) zum Eingriff mit den geneigten Flächen (48, 51) der Spannstange (18) aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 260 917; USA.-Patentschriften Nr. 2 297 922, 2 462 465, 2559942.