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Mehrbackenfutter für Drehbänke u. dgl. Die Erfindung betrifft ein
mittig spannendes Mehrbackenfutter für Drehbänke u. dgl., bei dem die Grundbacken
über tangential im Futterkörper angeordnete Keilstangen von einem Treibring verstellt
werden. Mit solchen Futtern erreicht man eine große Übersetzung und bei gleicher
Futtergröße und gleichem eingeleitetem Schlüsselmoment die mehrfache Spannkraft
gegenüber Futtern anderer Bauarten.
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Diese Futter haben jedoch einen Nachteil, der zu Störungen führen
kann. Die höchsten Spannkräfte werden nur bei einer begrenzten Zahl von Spannvorgängen
unmittelbar nach dem Reinigen und Schmieren der hauptsächlichen Gleitflächen erzeugt.
Danach tritt ein sehr rascher Abfall der Spannkraft auf einen niederen Dauerwert
ein. Zwar liegt auch dieser noch höher als bei Futtern anderer Bauarten, aber da
der Dreher normalerweise die erzeugte Spannkraft nicht mißt, sondern nach seinem
eigenen Kraftaufwand am Schlüssel beurteilt, führt diese Erscheinung leicht zu Fehleinschätzungen.
Außerdem ist es natürlich erwünscht, die hohe Spannkraft der ersten etwa 50 bis
100 Spannungen nach einer Reinigung und Schmierung möglichst immer zu erhalten.
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Eine gewisse, aber nur beschränkte Abhilfe bringt es bereits, wenn
man nach mehreren Spannungen am gleichen Durchmesser, wobei natürlich das Futter
jedesmal nicht weiter als unbedingt nötig geöffnet wird, so daß alle bewegten Teile
nur sehr kurze Teilwege zurücklegen, einmal eine größere Leerbewegung einlegt (durchdreht)
und dadurch eine Neuverteilung des Schmiermittels zwischen den einzelnen Teilen
herbeiführt, oder wenn man in kürzeren Abständen an die wichtigsten Reibstellen
von außen Schmiermittel nachdruckt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die besten Ergebnisse,
also die höchsten Spannkräfte bei gegebenem Schlüsseldrehmoment, immer nur dann
erreichbar sind, wenn das Schmiermittel ganz herausgewaschen und durch frisches
ersetzt wird, auch wenn das alte Schmiermittel unter Umständen nur Stunden im Futter
ist, keinerlei Fremdstoffe, Kühlmittel, Späne oder Schmutz eingedrungen sind und
weder das Schmiermittel noch die Bestandteile des Futters irgendeine sichtbare Veränderung
zeigen. Da eine derart gründliche Reinigung nur bei völligem Zerlegen des Futters
möglich ist, ist diese Erscheinung im normalen Betrieb nicht zu vermeiden oder zu
umgehen. Sie tritt mit allen in der Technik bisher gebräuchlichen Schmiermitteln
in gleicher Weise auf. Sie muß bisher als unabänderliche Nebeneigenschaft der Spannfutter
mit Grundbacken, die über tangential im Futterkörper angeordnete Keilstangen von
einem Treibring verstellbar sind, hingenommen werden, kann aber auch mit den bisherigen
Erkenntnissen der Schmiertechnik nicht erklärt werden.
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Erst in neuester Zeit aufgestellte Hypothesen der Schmiermittelforschung
bieten eine Erklärung, die sich mit den praktischen Beobachtungen deckt: es wurde
festgestellt, daß Fette und Öle zwischen Maschinenteilen, die sehr kleine und langsame
Hin- und Herbewegungen bei stark wechselnder Belastung ausführen, verhältnismäßig
schnell in ihrem Molekülaufbau derart verändert werden, daß dadurch mindestens ihre
Schmiereigenschaft bei gemischter Reibung beträchtlich herabgesetzt wird. Diese
Veränderungen scheinen auch nicht umkehrbar zu sein, d. h. ein auf solche Weise
verändertes Schmiermittel bleibt verändert. Diese Erscheinung tritt bei allen bisher
bekannten Schmierstoffen in nahezu gleichem Ausmaße auf, sogar bei synthetischen
Stoffen auf Siliconbasis.
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Es scheint sogar, daß die veränderten Schmierstoffmoleküle geradezu
eine reibungssteigernde Wirkung übernehmen. Nur so ist es erklärbar, daß das eingangs
beschriebene rasche Nachlassen der erzeugten Spannkraft eines Futters auch und sogar
besonders ausgeprägt bei Schmierung mit Feststoffschmiermitteln auf der Basis von
MoS2 auftritt. Natürliches kristallenes MOS, ist zwar für sich allein ein hervorragendes
Schmiermittel zwischen Metalloberflächen, jedoch kann es nicht ohne einen tragenden
Haftstoff zur Schmierstelle gebracht und gehalten werden; als solche kommen auch
nur die bekannten Öle und Fette in Betracht. Bei der vorher geschilderten Belastungsart,
die für Spannfutter typisch ist, tritt also auch bei Schmierung mit einer
Paste
von MoS, im Haftstoff die erwähnte Molekülveränderung ein und dann ist die reibungssteigende
Wirkung der veränderten Fettmoleküle so groß, daß sie die reibungsmindernde Wirkung
des MOSz überkompensiert.
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Bei der Suche nach den Ursachen des Kraftverlustes hat man schon durch
systematische Kraftmessungen an den einzelnen Teilen des Futtergetriebes festgestellt,
daß der ausschlaggebende Energieverlust durch die Reibung des Treibringes am hinteren
Abschlußdeckel des Futterkörpers entsteht. Hier tritt eine starke Pressung durch
die Kippmomente auf, die in den Keilstangen durch die überleitung der Kraft erzeugt
werden. Die besonders auf diese Stelle gerichteten Bemühungen um Abhilfe, also insbesondere
bessere Schmierung, stoßen aber immer wieder auf den kurzfristigen Reibungsanstieg.
Eine Wälzlagerung des Treibringes bringt natürlich Besserung, beansprucht jedoch
Bauhöhe und macht das ganze Futter komplizierter und teurer.
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Inzwischen sind für andere Zwecke Lagerstoffe bekanntgeworden, bei
denen auf die Anwesenheit von Öl oder Fett völlig verzichtet werden kann und trotzdem
ein niedriger Reibungsbeiwert auf Metall, insbesondere Stahl, erreicht wird.
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Gewisse Kunststoffe, z. B. Polytetrafluoräthylen, haben geringeren
Gleitwiderstand gegen Metalle. Ihre sonstigen Eigenschaften lassen sie jedoch nicht
ohne weiteres als Baustoff für technische Lagerungen geeignet erscheinen.
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Die Anwendung von Platten oder Folien aus reinem Polytetrafluoräthylen
bei Spannfuttern ergibt keinen Erfolg. Aufgespritzte Schichten aus Polytetrafluoräthylen,
die sich z. B. als Korrosionsschutz bewährt haben, werden durch die Bewegung des
Treibringes sehr rasch abgerieben.
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Durch Einbetten von Polytetrafluoräthylen in die Poren einer aus feinen
Metallkügelchen auf Stahlblech gesinterten Trageschicht ist es jedoch gelungen,
einen Lagerbaustoff zu schaffen, der sich bei verschiedenen Lagerungsaufgaben bewährt
hat, bei denen aus irgendwelchen Gründen nicht in der üblichen Weise geschmiert
werden kann oder soll. Die Anordnung dieses Lagerbaustoffes zwischen dem Treibring
und dem Abschlußdeckel eines Handspannfutters mit durch Keilstangen angetriebenen
Grundbacken bringt ein überraschendes Ergebnis. Es ergibt sich nicht nur kein Abfall
der Spannkraft des Futters mehr, sondern über viele Tausende von Spann- und Lösevorgänge
hinweg sogar ein langsamer Anstieg der bei gleichbleibendem Schlüsselmoment erzeugten
Spannkraft.
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Bei der neuen Lagerung des Treibringes mittels eines Belages aus Sintermetall
mit eingelegtem Kunststoff tritt auch bei Anwesenheit von Fett kein nennenswerter
Abfall der Spannkraft mehr ein, sondern die Spannkraft bleibt auch hierbei über
viele Tausende von Spann- und Lösevorgängen unverändert hoch. Offenbar tritt entweder
die molekulare Veränderung des Fettes oder die Reibungserhöhung erfolge dieser Moleküländerung
dann nicht ein, wenn eines der beiden aufeinandergleitenden Teile mit dem neuen
Lagerbelag versehen ist.
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Damit ist eine Wirkung des neuen Lagerwerkstoffes ermittelt worden,
die weit über das hinausgeht, was seinen Herstellern aus ihren eigenen Untersuchungen
und aus anderen Anwendungen bekannt ist. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
eines Mehrbackenhandspannfutters gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch das Futter, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie
11-II der F i g. 1 und F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform.
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Im Futterkörper 1 sind in bekannter Weise in Nuten die Keilstangen
2 geführt, die mit schräg stehenden geraden Zähnen 3 versehen sind. Eine dieser
Keilstangen 2 ist als Mutter für die Gewindespindel 4 ausgebildet, die mittels eines
auf ihrem Vierkant aufgesetzten Schlüssels drehbar ist. Jede Keilstange 2 ist auf
der Rückseite mit einem Mitnehmerzapfen 5 versehen, der von einem Gleitstein 6 umschlossen
ist. Diese Gleitsteine werden in Nuten eines Treibringes 7 geführt, der hinter den
Keilstangen 2 auf der Nabe 8 des Futterkörpers 1 gelagert ist. Wird die Gewindespindel
4 gedreht, so verschiebt sich die entsprechende Keilstange 2, durch deren
Mitnehmerzapfen 5 der Treibring 7 verdreht wird, so daß auch die übrigen beiden
Keilstangen verschoben werden. In die geraden Zähne 3 der Keilstangen 2 greifen
die Zähne 9 der Grundbacken 10 ein, so daß beim Verschieben der Keilstangen
diese Backen 10 mit den Aufsatzbacken 11 radial verschoben werden.
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Der Treibring 7 stützt sich an dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gegen den Abschlußdeckel12 des Futters ab. Da der Energieverlust des Futters vor
allem durch die Reibung dieses Treibringes 7 am Abschlußdecke112 entsteht, und zwar
dadurch, daß eine starke Pressung durch die Kippmomente auftritt, die in den Keilstangen
2 durch die überleitung der Kraft von dem Zapfen 5 und die Zähne 9 erzeugt werden,
wird erfindungsgemäß zwischen dem Treibring 7 und dem Abschlußdeckel 12 ein Lagerbelag
13 angeordnet, der in an sich bekannter Weise aus auf Stahlblech gesintertem Metall
mit eingebettetem Kunststoff, insbesondere mit Polytetrafluoräthylen, besteht. Durch
die Anordnung dieses Lagerbelages wird eine ganz wesentliche Verminderung der Reibung
erzielt, so daß das Futter auch bei vielen Tausenden Spannvorgängen eine gleichbleibende
Spannkraft aufweist.
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Das Anbringen des Lagerbelages kann in verschiedener Weise vorgesehen
werden. In F i g. 2 ist angedeutet, daß beispielsweise drei Segmente 13 a aus dem
Lagerbelag verwendet werden, wobei diese Segmente gemäß F i g. 1 in einer Ausdrehung
12 a des Abschlußdeckels 12 eingelegt sind. Man kann aber auch, wie dies in F i
g. 3 gezeigt ist, Streifen 13 b des Lagerbelages auf den Abschlußdeckel 12 aufkleben,
wobei diese Streifen etwa parallel zu der Grundfläche der Keilstangen 2 verlaufen.
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Das Futter wird in an sich bekannter Weise mittels nicht dargestellter
Schrauben mit dem Flansch 14 od. dgl. der Spindel verbunden. Zwischen zwei Keilstangenführungen
kann ein durch eine Feder 15 belasteter Anzeigestift 16 angeordnet werden, der durch
eine axial ansteigende Nut in dem Treibring 7 verschoben wird.