DE19751888A1 - Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spannen von mit einem Einspannschaft versehenen Werkzeugen, insbesondere Schleifstiften, Frässtiften und dergl. für handgeführte und vorzugsweise druckluftbetriebene Maschinen, biegsame Wellen u. dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Werkzeugspannvorrichtungen wird die relative axiale Bewegung zwischen Spannzange und Konushülse dadurch bewirkt, daß beispielsweise bei Spannfuttern die Konushülse relativ zur axial ortsfesten Spannzange verdreht wird. Dies kann bei neueren Spannfuttern von Hand erfolgen; bei älteren Spannfuttern oder auch bei solchen für Kleinmaschinen oder an biegsamen Wellen erfolgt dies mit Hilfe eines Werkzeuges.

Die Zuhilfenahme von Werkzeugen zum Spannen ist umständlich, während das Spannen von Hand, also ohne Werkzeug, im Wesentlichen nur bei größeren handgeführten (Heimwerker-)Maschinen wegen der benötigten großen Angriffsfläche für die Hände des Bedienenden möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei Anwendung für kleine handgeführte Maschinen, biegsamen Wellen u. dgl. ohne Werkzeug auskommt und dennoch eine erhebliche Klemmkraft für das Werkzeug bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erreicht, daß sich der Vorgang des Spannens eines mit einem Einspannschaft versehenen Werkzeugs in der Spannvorrichtung auf das Einstecken des Schaftes des Werkzeuges in die Spannzange und auf das Einschalten der Maschine reduziert. Das Werkzeug ist mittels einer erheblichen Klemmkraft während des Laufs bzw. Betriebs der handgeführten Maschine für jegliche beispielsweise Schleif-und Fräsarbeiten und dergleichen ausreichend gehalten. Dieses einfache Einspannen erfolgt ohne Werkzeug und bedingt außerdem in vorteilhafter Weise eine kleinbauende Einspannvorrichtung, die zu einer Gewichtsersparnis an der handgeführten Maschine und insbesondere an der biegsamen Welle und zu einer verbesserten Übersichtlichkeit im Bereich des Werkzeugs während des Betriebs führt. Außerdem ist eine objektiv gleichmäßige Klemmkraft erreicht, da sie nicht von einer subjektiven Kraftaufwendung des Bedienenden abhängig ist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 ist die Konushülse ortsfest, während die Spannzange axial beweglich und zum Spannen eines Werkzeugs in die Konushülse einziehbar ist.

Die Fliehkraftelemente können in vielfältiger Weise ausgebildet sein. Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausführung ergibt sich, wenn die Merkmale gemäß Anspruch 3 vorgesehen sind. Dabei kann die Anzahl der sich durch die Fliehkraft der eingeschalteten Maschine radial nach außen bewegenden Kugeln in Abhängigkeit von der zu erreichenden Klemmkraft gewählt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen für das Hülsenelement ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 4 bis 6. Dabei ist nicht nur eine einfache Übertragung der axialen Bewegung des Hülsenelementes auf die Spannzange erreicht, sondern auch eine rotierende Antriebsübertragung von der mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Konushülse auf die Spannzange und das Hülsenelement.

Durch die Merkmale gemäß Anspruch 7 ist eine optimale Anlagefläche für die hier kugelförmigen Fliehkraftelemente gegeben.

Damit die kugelförmigen Fliehkraftelemente sich in einer geradlinigen Bahn ausschließlich radial bewegen, sind die Merkmale gemäß Anspruch 8 vorgesehen, damit die kugelförmigen Fliehkraftelement in Umfangsrichtung im Wesentlichen festgehalten werden.

Mit dem Merkmal gemäß Anspruch 9 ist erreicht, daß sich bei Abschalten der Maschine und damit Stillstand der Einspannvorrichtung die Spannzange sich ohne Weiteres bzw. ohne größere Kraftaufwendung in ihre Ausgangsposition von Hand aus der Konushülse heraus bewegen läßt.

Um bei der werkzeuglosen Einspannvorrichtung eine gewisse Vorklemmung des Werkzeugs mit dessen Einstecken in die Einspannvorrichtung zu erhalten, sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Merkmale gemäß Anspruch 10 vorgesehen. Hiermit können Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 und ggf. 12 einhergehen. Die Vorklemmung soll so bemessen sein, daß sie in einfacher Weise von Hand überwunden werden kann und daß sie so groß ist, daß das Werkzeug bei nach unten geneigter stillstehender Maschine oder biegsamer Welle nicht von selbst herausfällt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 in längsgeschnittener Darstellung eine Werkzeugeinspannvorrichtung für eine handgeführte Maschine oder eine biegsame Welle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung; und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 dient zum Einspannen eines mit einem Einspannschaft versehenen, nicht dargestellten Werkzeugs, wie beispielsweise eines Schleifstiftes, eines Frässtifts und/oder dergleichen mehr. Die Vorrichtung 10 ist bspw. entweder an einer handgeführten, hier beispielsweise druckluftbetriebenen und ebenfalls nicht dargestellten Maschine oder am betreffenden Ende einer mit einer ortsfesten oder handgeführten Maschine verbundenen biegsamen Welle vorgesehen. Die Vorrichtung 10 ist in vorteilhafter Weise insbesondere für relativ kleine handgeführte Maschinen und biegsamen Wellen einsetzbar, wie sie beispielsweise im Formenbau, im Dentalbereich und zum Entgraten von industriell gefertigten Werkstücken verwendet werden.

Die Vorrichtung 10 besitzt eine äußere Konushülse 11, in der eine konzentrische innere Spannzange 12 axial beweglich geführt ist. Die Konushülse 11 ist an ihrem inneren Ende 13 mit dem Ende 14 einer Antriebswelle 15 drehfest verbunden. Das äußere Ende 16 der rotierend antreibbaren Konushülse 11 ist mit einem Innenkonus 17 versehen und in axialer Richtung unbeweglich gehalten.

Die Spannzange 12 ist mit hier drei über den Umfang verteilt angeordneten Längsschlitzen 21 versehen, die sich über einen wesentlichen Teil der Länge der Spannzange 12 erstrecken. Dadurch ergeben sich in radialer Richtung elastisch bewegbare Finger 22, die an ihrem vorderen Ende einen inneren Einführungskonus 23 und einen Außenkonus 24, der am Innenkonus 17 der Konushülse 11 anliegt, aufweisen. Dabei ist in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise der Außenkonus 24 der Spannzange 12 etwas steiler als der Innenkonus 17 der Konushülse 11.

Im Bereich ihres hinteren bzw. inneren Endes ist die Spannzange 12 mit zwei diametral einander gegenüberliegenden Bohrungen 26 versehen, die von einem Querstift 27 formschlüssig durchdrungen sind. Der Querstift 27 ragt außerdem durch zwei einander diametral gegenüberliegende Langlochausnehmungen 18 in der Konushülse 11, die eine ausreichende Länge besitzen, damit sich der mit der Spannzange 12 axial bewegungsfest verbundene Querstift 27 in diesen Langlochausnehmungen 21 frei bewegen kann.

Auf dem zylindrischen Außenumfang der Konushülse 11 ist ein koaxiales Steuerelement 31 axial beweglich geführt. Das Steuerelement 31 besitzt ein inneres Hülsenteil 32 und einen einstückig damit verbundenen äußeren Bund 33, der dem Hülsenteil 32 abgewandt mit einer Konusstirnfläche 34 versehen ist. In einem Abstand dem Bund 33 gegenüberliegend ist eine Anlaufscheibe 36 vorgesehen, deren Außendurchmesser dem des Bundes 33 etwa entspricht und die konzentrisch am Außenumfang der Konushülse 11 gehalten und mit dieser verschiebefest verbindbar und drehfest verbunden ist. Die Anlaufscheibe 36 wird dem Steuerelement 31 abgewandt von einem mit der Konushülse 11 ebenfalls drehfest verbundenen Ring 37 gestützt, der in axialer Richtung verstellbar ist.

Zwischen der hier mit einer ebenen Stirnfläche 38 versehenen Anlaufscheibe 36 und der Konusstirnfläche 34 des Steuerelementes 31 sind Fliehkraftelemente in Form von Kugeln 41 gehalten. Die Kugeln 41 sind in einer Vielzahl von hier beispielsweise elf Stück gleichmäßig verteilt über den Außenumfang der Konushülse 11 vorgesehen. In gemäß der Zeichnung ruhendem Zustand liegen die Kugeln 41 über Punktberührung an der ebenen Stirnfläche 38 der Anlaufscheibe 36 und über eine beispielsweise 2-Punkt-Berührung einerseits am radial inneren ebenen Teil und andererseits am radial äußeren konischen Teil der Konusstirnfläche 34 an. Es versteht sich, daß auch mehr oder weniger Kugeln 41 vorgesehen sein können. Das Steuerelement 31 ist am inneren Ende des Hülsenteils 32 mit zwei vom Ende ausgehenden diametral gegenüberliegenden Längsschlitzen 39 versehen, in die der Querstift 27 ebenfalls eindringt.

Die soeben beschriebene Anordnung aus Konushülse 11, Spannzange 12, Anlaufscheibe 36, Fliehkraftelemente 41, Steuerelement 31 und Querstift 27 ist von einer mit einer zentralen Zugangsöffnung 44 versehenen Haube 43 überdeckt, die an ihrem hinteren Ende auf ein Flanschteil 46 aufschraubbar ist, der in einem nicht-rotierbaren Rohrgehäuse 47 eingesteckt und über ein Rollenlager 48 mit der Antriebswelle 15 verbunden ist.

Das Einspannen eines mit einem Einspannschaft versehenen Werkzeuges geht folgendermaßen vor sich: Der Schaft des Werkzeuges wird durch die Zugangsöffnung 44 in der Haube 43 in das Innere der Spannzange 12 eingesteckt, die Ruhestellung die in Fig. 1 dargestellte Lage relativ zur Konushülse 11 einnimmt. Wird die Antriebswelle 15 in Rotation versetzt, rotieren außer der Konushülse 11 und der Spannzange 12 auch die Anlaufscheibe 36, die Fliehkraftelemente 41 und das Steuerelement 31. Durch die auf die Kugeln 41 wirkenden Fliehkräfte werden diese radial nach außen bewegt. Da sich die Kugeln 41 an der axial ortsfesten Anlaufscheibe 36 abstützen, und an der Konusstirnfläche 34 des Steuerelementes entlanggleiten, wird das Steuerelement 31 gemäß Pfeil A in axialer Richtung nach innen bewegt, wodurch über den Querstift 27 die Spannzange 12 mitgenommen wird. Mit dem Einziehen der Finger 22 der Spannzange 12 in Richtung des Pfeiles A in die axial ortsfest gehaltene Konushülse 11 wird der Schaft eines Werkzeugs über die sich radial nach innen bewegenden Finger 22 der Spannzange 12 umfangsseitig geklemmt. Damit ist ein festes Einspannen des Werkzeugs in der Vorrichtung 10 während des Betriebs der handgeführten Maschine erreicht. Wird die Maschine abgeschaltet, d. h. die Rotation der Vorrichtung 10 zum Stillstand gebracht, bewegen sich die Kugeln 41 wieder radial nach innen und das Entspannen der Spannzange und damit das Herausziehen des Werkzeuges wird durch die Federkraft der Spannzange erreicht und durch die unterschiedliche Ausbildung von Außenkonus 24 der Spannzange 12 und Innenkonus 17 der Konushülse 11 zumindest unterstützt.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Vorrichtung 10 nach Fig. 1, die einerseits die Führung zur radialen Bewegung der Fliehkraftelemente 41 unterstützt und andererseits ein Vorklemmen des in die Spannzange 12 eingesteckten Schaftes eines Werkzeuges noch während des Stillstands der Vorrichtung 10 erreicht.

Zur radialen Führung der Kugeln 41 und zum Vermeiden einer umfangsseitigen Bewegung der Kugeln 41 bei Beginn der Rotationsbewegung der Antriebswelle 15 und der damit verbundenen Elemente ist die Anlaufscheibe 36' mit über ihren Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten und in die ebene Stirnfläche 38' eingearbeiteten radialen Bahnen in Form von Nuten 51 versehen. Die Nuten 51 können im Querschnitt bspw. konisch rinnenförmig oder kreisabschnittsartig ausgebildet sein. Wesentlich dabei ist, daß die Kugeln 41 an einer umfangsseitigen Bewegung gehindert werden.

Des weiteren ist die Spannzange 12' im Bereich zwischen etwa dem inneren Ende der Längsschlitze 21 und dem Querstift 27 mit einer Ringausnehmung 52 versehen, in die eine Wendelfeder 53 eingelegt ist. Die Wendelfeder 53 stützt sich an der dadurch gebildeten Schulter der Ringausnehmung 52 und dem Querstift 27 ab. Die Tiefe der Ringausnehmung 52 und die Drahtdicke der Wendelfeder 53 ist derart, daß Schafte von Werkzeugen mit einem bestimmten konstanten Durchmesser mittels Reibschluß längs des Innenumfangs der Wendelfeder 53 gehalten werden. Dadurch ist ein Vorklemmen eines Werkzeugschaftes in der Spannzange 12' bei stillstehender Antriebswelle 15 erreicht, welches Vorklemmen ohne Weiteres durch Einsetzen des Werkzeugs von Hand erreichbar und beim Herausziehen lösbar ist. Es versteht sich, daß statt der Feder 53 zum Vorklemmen eines Werkzeugs bzw. Werkzeugschaftes andere Elemente, wie beispielsweise ein O-Ring verwendbar sind. Wesentlich ist, daß dieses Element zum Vorklemmen radial elastisch ist. Außerdem sollen damit die Durchmessertoleranzen von Schaften an sich gleichen Durchmessers einzelner Werkzeuge aufgefangen werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung (10) zum Spannen von mit einem Einspannschaft versehenen Werkzeugen, insbesondere Schleifstiften, Frässtiften und dergleichen, für handgeführte und vorzugsweise druckluftbetriebene Maschinen, biegsame Wellen u. dgl., mit einer rotierend antreibbaren inneren Spannzange (12) und einer rotierend antreibbaren koaxialen äußeren Konushülse (11), die zum Klemmen des Werkzeugs in der Spannzange relativ zueinander axial bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Fliehkraftelemente (41) vorgesehen sind, von deren radialen Bewegung eine axiale Bewegung der Spannzange (12) oder der Konushülse (11) abgeleitet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftelemente (41) zwischen einem mit der äußeren Konushülse (11) verbundenen, axial feststehenden Anlageelement (36) und einem mit der inneren Spannzange (12) verbundenen, axial bewegbaren Steuerelement (31) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftelemente durch umfangsseitig gleichmäßig verteilt angeordnete Kugeln (41) gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (31) längs des Außenumfanges der Konushülse (11) axial geführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (31) an seinem dem Fliehkraftelement (41) abgewandten Ende mit einem Querstift (27) versehen ist, der Querbohrungen (26) der Spannzange (12) formschlüssig durchdringt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querstift (27) Langlochausnehmungen (18) der Konushülse (11) durchdringt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Steuerelement (31) mit einem Bund (33) versehen ist, der den Fliehkraftelementen (41) zugewandt eine ringförmige Konusfläche (34) besitzt.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlageelement (36) an seiner den Fliehkraftelementen (41) zugewandten Ringstirnfläche (38) mit radial verlaufenden nutenförmigen Bahnen (51) für die als Kugeln (41) ausgebildeten Fliehkraftelemente versehen ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (12) an ihrem vorderen Ende einen Außenkonus (24) aufweist, der etwas steiler als ein am vorderen Ende der Konushülse (11) angeordneter Innenkonus (17) ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren zylindrischen Ende der Spannzange (12) eine radial elastische Aufnahme (53) für den Schaft eines Werkzeugs vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radial elastische Aufnahme durch eine Wendelfeder (53) gebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelfeder (53) zwischen einer Schulter einer Ringausnehmung (52) und dem Querstift (27) gehalten ist.