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Spannvorrichtung,insbesondereSpannfutter Die Erfindung betrifft eine
Spannvorrichtung, insbesondere ein ausfahrbares Spannfutter, welches in besonders
wirksamer und genauer Weise das gleichzeitige Spannen und Zontrieren eines su bearbeitenden
Werkstückes oder eines Werkzeuges beispielsweise ermöglicht so wie die Mitnahme
zwischen Spannfutter und Werkstück ohne jeden Schlupf,insbesondere bei beachtlichen
Beanspruchungen, möglich macht.
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Die Spannvorrichtung kann vorteilhaft als Spannfutter fur sämtliche
Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehbänke, Fräsmaschinen, Zahnradschneidmaschinen,
Schleifmaschinen etc.
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Verwendung finden. In bestimmten Fällen kann sie auch als
Werkzeugträger
verwendet werden und kann allgemeiner als Spann- und Mitnehmervorrichtung benutzt
werden.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Spannvorrichtung im wesentlichen
dadurch aus, daß Segmente mit einer komplementären Querschniutt zwischen den polygonalen
Querschnitt eines Körpers in Form eines Pyramidenstumpfes mit polygonaler Basis
und der Bohrung des Werkstückes (beispielsweise des zu bearbeitenden) derart verschoben
werden können, daß sie auf diesem Körper, der im wesentlichen die Form einer Pyramide
oder eines Pyramidenstumpfes aufweist, in Richtung seiner Längsachse gleiten können,
um das Einspannen oder Lösen des zu spannenden Werkstückes herbeizuführen.
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Beispielsweise Ausfuhrungsformen der Erfindung sollen nun anhand
der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen die Fig. 1a und 1b
schematisch im Schnitt das Prinzip der Vorrichtung nach der Erfindung zeigen; die
Fig. 2, 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung.
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Nach den Fig. 1a und 1b sind Segmente 21, 22, und 23...26 um einen
Körper 1, der die Form eines Pyramidenstumpfes mit hexagonaler Basis aufweist, angeordnet.
Die äußere Form der um den Körper 1 herum angefügten oder zusammengebauten Elemente
entspricht genau der der Bohrung des aufzuspannenden Werkstückes 3. Nach der dargestellten
Ausführungsform ist die Bohrung des Werkstückes 3 zylindrisch und sechs Segmente
werden verwendet. Auf alle Fälle kann die Bohrung aber auch profiliert oder polygonal
sein und kann in der Tat jede be-
Liebige Form annehmen, die Segmente
können in sämtlichen Fällen hinsichtlich Form und Anzahl anmgepaßt werden.
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Die Segmente sind vorzugsweise rittlings auf jeder Kante des Körpers
1 angeordnet diese Anordnung sorgt für ihre genauer Führung bei der Verschiebung
der Segmente auf dem Körper 1 im Augenblick des Spannens (oder Lösens).
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Zahl und Abmessung der Segmente werden so gewählt, daß die bestmägliche
Aufspannung erhalten wird, wobei den Segmenten jedoch eine optimale mechanische
Festigkeit verliehen wird Die Funktionsweise ist die folgende: in gelöster Stellung
(Fig. 1a) sind die Segmente 2 auf dem Körper 1 derart angeordnet, daß ein regelmäßiger
Raum S zwischen ihnen verbleibt. Dieser Raum S kann im übrigen in der gelösten Stellung
gleich Null sein.
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Die Spannvorrichtung nach der Erfindung wird in die Bohrung des Werkstückes
3 eingeführt. Die Segmente 2 werden mit llii?e von geeigneten Einrichtungen in Richtung
des Pfeiles f längs der Flächen des pyramidenstumpfförmigen Körpers verdrängt. Aufgrund
des Winkelsα führt diese Längsverschiebung auch eine radiale und konzentrische
Verschiebung der Segmente herbei, bis sie fest und regelmäßig gegen die Bohrung
3' des Werkstückes 3 gedrückt werden; der Raum zwischen den Segmenten nimmt leicht
zu und nimmt einem Wert S + # S an.
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Da die Außenflächen der Segmente 2 sich der Bohrung nit großer Genauigkeit
anpUsen, kann die Andruckkraft der Segmente gegen die Bohrung sehr hoch liegen und
zwar ohne daß eine Gefahr der Verformung oder Markierung der Bohrung bestünde.
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Wenn in dieser Spannstellung (Fig. 1b) eine Drehbewegung, beispielsweise
in Richtung V den I8rper 1 erteilt wird, so sieht man leicht, daß die Anordnung
bestehend aus Körper 1, Segmenten 2 und Werkstück 3 in Drehbewegung aufgrund der
Spannkraft und somit aufgrund der Wirkung der Flächen 1 a des Polyederstumpfes auf
die Innenflächen 2a der Segmente 2 mitgenommen wird, ohne daß ein Schluß Zwischen
den verschiedenen Elementen der Vorrichtung auftreten könnte.
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Im übrigen biotet die durch einen Pyramidenstumpf ait polygonalem
Querschnitt gebildete Antriebs- oder Mitnehmerwelle einen besseren Widerstand gegen
Biegebeanspruchungen als eine kegelstumpfförmige Welle mit im Polygon, den Querschnitt
des pyramidenförmigen Körpers 1 einbeschriebenem Querschnitt.
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Die Festigkeit der Spannvorrichtung nach der Erfindung ist a3.so ausgezeichnet.
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Man sieht auch. daß sich ein Spanneffekt einstellt, der gleichzeitig
radial und longitudinal wirkt. Dieser Effekt steigert die Wirksamkeit der Aufspannung
und somit der Mitnahme oder des Antriebs, der noch durch Verwendung von Segmenten
verbessert werden kann, deren äußere Spannfläche geriffelt oder gerillt ist.
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Ein beachtlicher Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist in
der Möglichkeit zu sehen, Hub- oder Neigungswinkel α der Kanten des Pyramidenstumpfes
zu variieren, was es ermöglicht,
eine erhebliche Dehnungsfähigkeit
zu erhalten, die 1 - 2 mm erreichen kann.
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Im übrigen sind die Segmente au-swechselbar. Man kann daher mit ein
und dem-selben Körper 1 einen großen Bohrungsbereich mit unterschiedlichen Durchmessern
abdecken.
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Fig. 2 zeigt die Anwendung der Spannvorrichtung nach der Erfindung
auf ein ausfahrbares Spannfutter, ddls Werkstück 3 ist hierbei auf dem Spannfutter
gelagert und wird mittels der Segmente 2 aufgespannt. Man sieht, daß das Werkstück
derart aufgespannt ist, daß drei Werkzeuge O1, O2 und O3 an ihm angreifen können.
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Das Spannfutter setzt sich wie folgt zusammen: es umfaßt einen Körper
1, dessen Teil 2 der aktive Spannteil ist, der mit zusammenwirkt. den Segmenten
2/. Im dargestellten Beispiel ist dieser Teil 11 des Körpers 1 ein Pyraiidenstuipf
mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt. Wie bereits erwähnt, kann dieser
Querschnitt t auch dreieckig, hexagonal etc. sein, die Wahl des Querschnitts hangt
im wesentlichen von der durchzuführenden Arbeit ab; man bevorzugt somit immer deu
größtmöglichen Querschnitt, der mit dem optimalen Querschnitt der Segmente 2 kompatibel
ist,um die bestmögliche Steifigkeit des Pyramidenkörpers und der Anordnung sowie
die bessere Beständigkeit gegen Zug und Biegung der Segmente 2 sicher-zustellen.
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Dem Teil 11 des Körpers 1 folgt ein zylindrischer Teil 12.
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Dieser Teil 12 dIent als Führung für eine Zwischenscheibe 6, die mit
den Segmenten 2 zu deren Spannen bzw. Lösen zusammenwirkt.
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Schließlich weit der Körper 1 den Teil 13 auf, der als Verbindung
mit dem auf der Werkzeugmaschine gelagerten Antriebsorgan A dient.
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Die Segmente 21, 22, 23 und 24 sind um den Pyramidenstumpf 11 herum
rittlings auf den theoretischen Kanten angeordnet. Diese sind so bearbeitet worden,
daß mir kleine Räume e zwischen dem Körper 11 und den Segmenten 2 übrig bleiben,
um den Sitz der Segmente, aber auch deren Schmierung, Reintgung etc. zu erleichtern.
Diese Segmente werden gegen den Körper 11 mittels einer geeigneten elastischen Einrichtung
beispielsweise einer Ringdichtung 5 aus vergütetem Federstahl abgestützt gehalten.
Andere Abstützt-und Haltemittel können im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
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Jedes der Segmente iet mit einem Randteil 41, 42, 43, 44 versehen,
die Anordnung dieser Randteile bildet einen Flansch oder Bund, der eich in einer
aussparung einer 13etätigungsscheibe 6 einsetzt. Im dargestellten Beispiel besteht
dieee Ringscheibe aus zwei Teilen 61 und 62, die mittels Bolzen 7 zusammengefügt
sind.
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Jedenfalls ist erfindungsgemäß auch die Möglichkeit vorgesehen, beliebig
auf jedes der Segmente einzeln einzuwirken, sei es durch das gezeigte aus Randteil
und Scheibe bestehende Syste#, das auf jedes der Segmente gedrückt wird, sei es
durch irgendein beliebiges zweckmäßiges anderes Mittel.
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Erfindungsgemäß ist es, wie bereits oben erwähnt, in verschiedenen
Fällen notwendig, Bohrungen unregelmäßiger ror. aufzuspannen. Die Segmente nehmen
dann Außenkonturen derart an, daß sie sich der Bohrung des aufzuspannenden Teiles
anpassen. Die Segmente können zum Aufspannen gesondert, in
Gruppen
oder sämtlich auf einmal betätigt werden.
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Ein Schutzkäfig 8 dem Betätigungssystems der Segmente ist auf dem
Teil 13 des Körpers 1 mittels Bolzen 9 befestigt. Die Fläche S2 des Teiles S1 des
Käfigs 8 dient als Auflager für das aufzuspannende Werkstück 3.
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Bolzen 10 sind in das Betätigungsorgan A und in Zwischenstücke 9'
eingeschraubt, die sich in Längsrichtung im Teil 13 des Körpers 1 verschieben können,
wobei ein Randteil 91 dieser Zwischenstücke dehinter (Seite des Organs A) angeordnet
ist. Die Rückseite dieses Randteils wirks als Auflager entgegen den Organ A; zum
Spannen oder (Lösen) kann die durch das Zwischenstück 9', die Unterlegecheibe 6
und die Segmente 2 gebildete Anordnung sich um ein Stück s in Längsrichtung (längs
der Achse x - x) verschieben, wobei eine Aussparung mit einer Tiefe m + n im Teil
13 des Körpers 1 vorgesehen ist; der Durchmesser dieswer Aussparung entspricht dem
des Randteiles 91. Dichtungen 11 können zwischen dem Teil 13 des Körpers 1 und den
Zwischenstücken 9 vorgesehen sein. Die Vorderseite 92 der Zwischenstücke 9 ruht
gegen die Rückseite der Fläche 61 der Scheibe 6 auf.
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Die Unterlegscheibe kann in Längsrichtung (längs der Achse x - s)
durch Bolzen 10 verscheiben werden, deren Kopf im vorderen Teil des Teiles 62 der
Unterlegsccheibe 6 gelagert ist.
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Die Funktionsweise ist die folgende: Fig. 2 zeigt die Vorrichtung
nach der Erfindung in Spannstellung;in dieser Stellung werden die Segmente in Richtung
des Pfeiles f verschoben bis sie fest und gleichfämig gegen
die
Bohrung des Werkstückes 3 gedrückt sind. Die Räume zwischen den Segmenten werden
vergrößert und nehren einen Wert S + # # S an, wobei S der Wert beim Lösen ist und
in der Nähe von oder praktisch gleich Null sein kann.
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Um diese Spannbewegung in Richtung des Pfeiles f zu erhalten, wird
die aus Scheibe 6, Zwischenstück 9' und Bolzen 10 bestehenden Anordnung nach hinten
(in Richtung des Pfeiles f) um ein Stück m gesogen und nint bei ihrer Bewegung die
Segmente 2 mit, die durch die Randteile 4 in der Ring- oder Unterlegscheibe gehalten
sind.
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Um die korrekte Positionierung des Werkstückes 3 sicherzustellen,
wird dieses auf den Segmenten derart gelagert, daß die gegen die Fläche 82 des Teiles
81 des Käfigs 8 anliegen. Im Augenblick des Spannens wird dieser Anlageeffekt verstärkt,
die Genauigkeit des Spannes und daß Antriebs- oder Mitnahmemoment werden vergrößert.
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Zum Lösen wird di durch das Zwischenstück 9', die Scheibe 6 und die
Segmente 2 gebildete Anordnung um ein Stttck 1 in Richtung des Pfeiles f1 verschoben,
bis die Welle A gegen die Rückseite des Teiles 13 des Körpers 1 anliegt. rig. 2a
zeigt den gleichen Körper 1, auf dem andere Segmente 2 sowie ein anderer Käfig 8
gelagert sind, um Werkstücke mit größerem Durchmesser auf- oder einzuspannen.
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Zahlreiche Änderungen können an der beschriebenen Vorrichtung im Rahmen
der Erfindung vorgenommen werden. Insbesondere kann das Spannen mit jedem anderen
mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen System erfolgen: die Randteile der
Segmente werden im letztgenannten Fal z.B. in Form von Kolben realisiert.
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Patentansprüche