DE19837147C2 - Spannfutter für Werkzeugmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für Werkzeugmaschinen, mit einem Futterkörper (1) und mehreren in Führungsnuten (3) des Futterkörpers (1) eingesetzten Spannbacken (4), die durch einen Antrieb radial zur Futterachse (A) verstellbar sind. Zu dem Antrieb gehören Keilstangen (5), die parallel zur Futterachse (A) derart bewegbar sind, daß ihre Verzahnungen (9) und entsprechende Gegenverzahnungen (10) der Spannbacken (4) außer Eingriff gelangen und die Spannbacken (4) radial aus dem Futterkörper (1) entnehmbar sind. Jeder Keilstange (5) ist wenigstens ein elastisches Element (18) zugeordnet, dessen Federkraft einer von der Spannbacke (4) weg gerichteten Axialbewegung der Keilstange (5) entgegenwirkt, wobei das elastische Element (18) derart an der Keilstange (5) angreift und/oder das Stellorgan und die Keilstange (5) derart in Eingriff miteinander stehen, daß die Keilstange (5) automatisch wieder in Eingriff mit der Spannbacke (4) gebracht wird, wenn die durch das Drehmoment aufgebrachte Kraft die Gegenkraft des elastischen Elements (18) unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Drehmaschinen, mit einem Futterkörper und mehreren in Führungsnuten des Fut­ terkörpers eingesetzten Spannbacken, die durch einen An­ trieb radial zur Futterachse verstellbar sind, wobei zu dem Antrieb Keilstangen gehören, die zur Verstellung der Spannbacken im Futterkörper quer zur Futterachse ver­ schiebbar geführt sind und jeweils eine Verzahnung auf­ weisen, die mit einer entsprechenden Gegenverzahnung an einer zugehörigen Spannbacke in Eingriff steht, wobei die Keilstangen zusätzlich durch die Drehbewegung eines Stellorgans parallel zur Futterachse derart bewegbar sind, daß ihre Verzahnungen und die Gegenverzahnungen der Spannbacken außer Eingriff gelangen und die Spannbacken radial aus dem Futterkörper entnehmbar sind.

Spannfutter für Werkzeugmaschinen dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis in erster Linie an Drehmaschinen eingesetzt, um die zu bearbeitenden Werkstücke zu span­ nen. Die herkömmlichen Spannfutter bestehen dabei aus ei­ nem formsteifen Futterkörper, der eine zentrale Aufnahme­ öffnung für die Werkstücke aufweist, sowie aus mehreren Spannbacken, die in Führungsnuten des Futterkörpers radi­ al bewegbar sind. Neben manuell betätigbaren Handspänn­ futtern werden in komplexeren Werkzeugmaschinen, insbe­ sondere in programmgesteuerten Drehautomaten, häufig so­ genannte Kraftspannfutter eingesetzt, bei denen die von den Spannbacken auf das Werkstück ausgeübten Spannkräfte motorisch oder hydraulisch erzeugt werden.

Aus der DE 43 35 896 A1 ist beispielsweise ein Kraftspann­ futter bekannt, das nach dem Prinzip sich geradlinig be­ wegender Keilstangen arbeitet, die in quer zu den Füh­ rungsnuten für die Spannbacken vorgesehenen Keilstangen­ taschen bewegbar geführt sind. Die Keilstangen, welche durch einen im Futterkörper angeordneten Zylinder ange­ trieben werden, sind mit den Spannbacken über Schrägver­ zahnungen derart gekoppelt, daß die tangentialen Bewegun­ gen der Keilstangen in den Keilstangentaschen in radiale Spannbewegungen der Spannbacken umgesetzt werden.

Bei dem bekannten Spannfutter kann jede Keilstange durch ein exzentrisches Stellorgan, welches in die Keilstange eingreift und mittels eines Werkzeugs von außen verdreh­ bar, axial verstellt werden, so daß ihre Verzahnung außer Eingriff von der Gegenverzahnung der zugehörigen Spann­ backe kommt und die Spannbacke radial aus der Führungsnut im Futterkörper herausgezogen werden kann.

Bei einem anderen Kraftspannfutter, welches aus der DE 40 16 775 C1 sowie der DE 27 11 904 B2 bekannt ist, sind die Keilstangen axial verschiebbar in einer radial zur Futterachse verschiebbaren Treibbacke gehalten. Bei diesem Spannfutter ist die Treibbacke über eine Keilha­ kenkopplung mittels eines axial beweglichen Futterkolbens radial verstellbar, um die Treibbacke gemeinsam mit der Keilstange zu bewegen, und kann die Keilstange axial ge­ genüber der Treibbacke bewegt werden, um sie außer Ein­ griff von der Spannbacke zu bringen, so daß die Spannbac­ ke aus der Führungsnut im Futterkörper herausgezogen wer­ den kann.

Bei dem Spannfutter gemäß der DE 40 16 775 C1 erfolgt die Verstellung der Keilstange durch ein exzentrisches Stell­ organ, welches die Keilstange durchgreift und mittels ei­ nes Werkzeugs von außen verdrehbar ist. Alternativ hierzu wird in der DE 27 11 904 B2 vorgeschlagen, ein Stellorgan vorzusehen, das die Keilstange durchgreift und gegen die Kraft einer Feder radial gegen die Futterachse eindrück­ bar ist, wobei an der Keilstange sowie dem Stellorgan Führungsflächen vorgesehen sind, die eine Bewegung des Stellorgans in radialer Richtung in eine Axialbewegung der Keilstange umsetzen.

Die bekannten Spannfutter haben sich zwar in der Praxis durchaus bewährt. Es besteht jedoch ein Interesse daran, den Sicherheitsstandard beim Wechsel der Spannbacken und auch im Betrieb noch weiter zu erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spannfutter der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, daß eine hohe Betriebssicherheit insbesondere beim Spannbackenwechsel gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je­ der Keilstange wenigstens ein elastisches Element zuge­ ordnet ist, dessen Federkraft einer von der Spannbacke weg gerichteten Axialbewegung der Keilstange entgegen­ wirkt, wobei das elastische Element derart an der Keil­ stange angreift und/oder das Stellorgan und die Keilstan­ ge derart in Eingriff miteinander stehen, daß die Keil­ stange automatisch wieder in Eingriff mit der Spannbacke ge­ bracht wird, wenn das auf das Stellorgan ausgeübte Drehmoment soweit aufgehoben wird, das die durch das Drehmoment aufgebaute kraft die Gegenkraft des elastischen Elements unterschreitet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß der Eingriff von Spannbacke und Keilstange jeweils nur so lange gelöst bleibt, wie das Verstellorgan durch eine Be­ dienungsperson entgegen der Rückstellkraft des elasti­ schen Elements verdreht gehalten wird. Sobald die Bedie­ nungsperson das Werkzeug losläßt, wird die Keilstange durch die Rückstellkraft des elastischen Elements wieder in Eingriff mit der Spannbacke gebracht, so daß die Spannbacke an dem Futterkörper fixiert wird und bei einem unbeabsichtigten Einschalten der Maschine nicht aus dem Futterkörper herausgeschleudert werden kann.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das ela­ stische Element eine Druckfeder ist, die sich am Futter­ körper abstützt und insbesondere über ein Druckstück mit der zugehörigen Keilstange in Verbindung steht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Keilstange in einer quer zur Futterachse beweglichen Treibbacke axial bewegbar an der Treibbacke gehalten, wobei die Treibbacken Die Keilstangen sind in diesem Fall zweckmä­ ßiger Weise über eine Keilhakenkopplung mittels eines axial beweglichen Futterkolbens radial verstellbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wei­ terhin vorgesehen, daß die Keilstange in eine Ausnehmung des Futterkörpers derart eingreift, wenn sich ihre Ver­ zahnung außer Eingriff von der Gegenverzahnung der ent­ sprechenden Spannbacke befindet, daß die Keilstange und damit die Treibbacke radial arretiert ist.

Unabhängig davon, ob eine radiale Fixierung stattfindet, sollte die Ausnehmung in dem Futterkörper so positioniert bzw. ausgebildet sein, daß die Keilstange nur dann in sie hineinbewegt werden kann, wenn die Spannbacken vollstän­ dig oder zumindest nahezu vollständig auseinandergefahren sind. In diesem Fall müssen die Spannbacken erst ausein­ andergefahren werden, bevor der Eingriff von Keilstange und Spannbacke gelöst werden kann. Mit anderen Worten ist im Betrieb, in dem die Spannbacken zum Fixieren eines Werkstücks zusammengefahren sind, sichergestellt, daß sich die Spannbacken nicht lösen können, auch wenn Teile des Ausklinkmechanismus defekt sind, beispielsweise das Stellorgan gebrochen ist.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zungnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannfutters in Schnittansicht und

Fig. 2 eine Keilstange des Spannfutters aus Fig. 1 in perspektivischer Explosionsansicht.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Spannfutters dargestellt, wie es zum Spannen von Werkstücken an Drehmaschinen verwendet wird. Zu dem Spannfutter, das als Kraftspannfutter ausgebildet ist, gehört ein Futterkörper 1, der eine zylindrische Grundform mit einer gewölbten Außenfläche besitzt und an der nicht dargestellten Spindel beispielsweise einer Drehmaschine mit Schrauben 2 befestigt werden kann. An der einen Stirnseite des Futterkörpers 1 sind drei radia­ le Führungsnuten 3 vorgesehen, die gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. mit jeweils 120° Versatz gegenein­ ander angeordnet sind. In die Führungsnuten 3 sind Spann­ backen 4 eingesetzt, die jeweils aus einer Grundbacke und einer daran anschraubbaren Aufsatzbacke bestehen. In der Zeichnung ist nur die Grundbacke einer Spannbacke 4 dar­ gestellt. Die drei Spannbacken 4 können durch einen Keil­ stangenmechanismus zum Spannen und Lösen von Werkstücken gemeinsam nach innen und außen verstellt werden.

Zu diesem Keilstangenmechanismus gehören drei Keilstangen 5, die jeweils einer der Spannbacken 4 zugeordnet und im Futterkörper 1 radial verstellbar geführt sind. Hierzu sind die Keilstangen 5 in einer radial verstellbaren Treibbacke 25 angeordnet, wo sie, wie insbesondere in Fig. 2 erkennbar ist, in eine Querbohrung 25a durchgreifen und in dieser parallel zur Futterachse A bewegbar gehal­ ten sind. Die Treibbacke 25 hat einen kreisförmigen Quer­ schnitt und ist an ihrem radial innenliegenden Ende mit schräg zur Futterachse A verlaufenden Keilflächen 6 ver­ sehen, die mit den Keilflächen 7 eines Futterkolbens 8 zusammenwirken, um eine Axialbewegung des Futterkolbens 8 im Futterkörper 1 in eine radiale Bewegung der Treibbac­ ken 25 umzusetzen. Die Kuppelung der Treibbacken 25 und der Spannbacken 4 erfolgt jeweils über die Keilstangen 5, die an ihren zu den Spannbacken 4 weisenden Vorderseiten eine Verzahnung 9 tragen, die in eine entsprechende Ge­ genverzahnung 10 an der zugehörigen Spannbacke 4 ein­ greift. In der Fig. 1 sind die Keilstange 5 und die Spannbacke 4 in ihrer Kupplungsstellung dargestellt. Die Entkupplungsstellung ist nicht gezeigt.

Um die Keilstange 5 zwischen Kupplungs- und Entkupplungs­ stellung verschieben zu können, ist ein Stellorgan in Form eines Exzenters 11 vorgesehen, der in einer Längs­ bohrung 12 der Treibbacke 25 drehbar gelagert ist und dessen Aufbau im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Der Exzenter 11 besteht aus zwei kreiszylindrischen, in der Längsbohrung 12 der Treibbacke 25 drehbar gelagerten Lagerscheiben 11a, 11b sowie einem diese Lagerscheiben 11a, 11b miteinander verbindenden Schaftabschnitt 11c, der exzentrisch zu der Drehachse der Lagerscheiben 11a, 11b ausgebildet ist und eine Durchgangsbohrung 13 der Keilstange 5 durchgreift. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine Drehbewegung des Exzenters 11 in der Längsboh­ rung 12 der Treibbacke 25 zu einer Axialverschiebung der Keilstange in der Querbohrung 25a der Treibbacke 25 führt. Um den Exzenter 11 drehen zu können, ist er an seiner radial äußeren Stirnfläche mit einer Schlüsselflä­ che 14 versehen, in die ein Drehwerkzeug 15 eingesetzt werden kann.

Die Keilstange 5 kann somit durch eine Drehung des Exzen­ ters 11 um etwa 120° aus der in Fig. 1 dargestellten Kupplungsstellung, in der ihre Verzahnung 9 mit der Ge­ genverzahnung 10 an der Spannbacke 4 in Eingriff steht, so weit nach unten verstellt werden, bis die Verzahnung 9 vollständig aus der Gegenverzahnung 10 der Spannbacke 4 zurückgezogen ist, so daß die Spannbacke 4 in radialer Richtung aus der Führungsnut 3 im Futterkörper 1 heraus­ gezogen werden kann.

Um diesem Vorgang einen gewissen Widerstand entgegenzu­ setzen, ist in der dargestellten Ausführungsform ein Ra­ stelement 16 vorgesehen, das in der Keilstange axial ver­ schiebbar angeordnet und durch ein Federelement 17 abge­ stützt ist. Das Rastelement 16 besitzt einen Zahn 16a, der in die Gegenverzahnung 10 der Spannbacke 4 eingreift und bei einer Radialverschiebung der Spannbacke 4 entge­ gen der Federkraft des Federelements 17 in die Keilstange zurückgedrängt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist in dem Futterkörper 1 eine Druck­ feder 18 angeordnet, die die Keilstange 5 über ein Druck­ stück 19 gegen die Spannbacke 4 drückt. Dies hat zur Fol­ ge, daß die Federkraft der Druckfeder 18 überwunden wer­ den muß, um die Keilstange 5 durch eine Drehung des Ex­ zenters 11 um 120° vom Eingriff mit der Spannbacke 4 zu lösen, die Keilstang 5 jedoch durch die Rückstellkraft der Druckfeder 18 auch wieder automatisch unter Drehung des Exzenters 11 in umgekehrter Richtung zurückbewegt wird, wenn eine Bedienungsperson das Drehwerkzeug 15 los­ läßt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Druckfeder 18 den Exzenter 11 nicht vollständig in die Ausgangslage, sondern nur um etwa 90° zurückdreht, so daß zwar eine Überdeckung, aber kein vollständiger Eingriff der Verzahnungen 9, 10 stattfindet. Hierdurch wird si­ chergestellt, daß die Spannbacke 4 nur dann aus der Füh­ rungsnut 3 herausgezogen werden kann, solange die Bedie­ nungsperson das Drehwerkzeug 15 festhält, also der Bac­ kenwechsel auf jeden Fall gewünscht ist.

In Fig. 1 ist erkennbar, daß die Keilstange 5 nur dann von der Spannbacke 4 entkuppelt werden kann, wenn sich die Treibbacke 25 in einer bestimmten Stellung befindet, in der die Keilstange 5 oberhalb einer Ausnehmung 20 in dem Futterkörper 1 befindet. Vorliegend ist die Ausneh­ mung 20 so positioniert, daß die Keilstange 5 von der Spannbacke 4 nur dann wegbewegt werden kann, wenn die Spannbacken 4 vollständig oder nahezu vollständig ausein­ andergefahren sind. Die Ausnehmung 20 ist dabei so dimen­ sioniert, daß ein Abschnitt der Keilstange 5 in ihr radi­ al fixiert und somit eine Bewegung der Treibbacke 25 ver­ hindert wird, solange sich die Keilstange 5 innerhalb der Ausnehmung 20 befindet.

Um ein ungewolltes Verdrehen des Exzenters 11 in der Kupplungsstellung zu verhindern, ist der Exzenter 11 wei­ terhin radial verschiebbar in der Treibbacke 25 angeord­ net und sind Mittel vorgesehen, die ein Drehen des Exzen­ ters 11 verhindern, solange sich dieser in seiner äußeren Endstellung befindet, in die er durch eine Feder 21 hin­ eingedrückt wird. Im einzelnen ist am radial innern gele­ genen Ende des Exzenters 11 eine Längsnut 22 vorgesehen, in die ein im Futterkörper 1 gehaltener Zapfen 23 ein­ greift, so daß der Exzenter 11 nicht gereht werden kann. An die Längsnut 22 schließt sich eine Ringnut 24 an, in welcher der Zapfen 23 liegt, wenn sich der Exzenter 11 in seiner inneren Endstellung befindet, so daß eine Drehung des Exzenters 11 möglich ist. Mit anderen Worten ist eine Überführung der Keilstange 5 nur bewußt dadurch möglich, daß der Exzenter 11 entgegen der Rückstellkraft der Feder 21 in den Futterkörper 1 hineingedrückt wird. Hierdurch wird ein zusätzliches Maß an Sicherheit erreicht.

Claims (7)

1. Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Drehmaschinen, mit einem Futterkörper (1) und mehreren in Führungsnuten (3) des Futterkörpers (1) eingesetz­ ten Spannbacken (4), die durch einen Antrieb radial zur Futterachse (A) verstellbar sind, wobei zu dem An­ trieb Keilstangen (5) gehören, die zur Verstellung der Spannbacken (4) im Futterkörper (1) quer zur Futter­ achse (A) verschiebbar geführt sind und jeweils eine Verzahnung (9) aufweisen, die mit einer entsprechenden Gegenverzahnung (10) an einer zugehörigen Spannbacke (4) in Eingriff steht, wobei die Keilstangen (5) zu­ sätzlich durch die Drehbewegung eines Stellorgans (11) parallel zur Futterachse (A) derart bewegbar sind, daß ihre Verzahnungen (9) und die Gegenverzahnungen (10) der Spannbacken (4) außer Eingriff gelangen und die Spannbacken (4) radial aus dem Futterkörper (1) ent­ nehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Keil­ stange (5) wenigstens ein elastisches Element (18) zu­ geordnet ist, dessen Federkraft einer von der Spann­ backe (4) weg gerichteten Axialbewegung der Keilstange (5) entgegenwirkt, wobei das elastische Element (18) derart an der Keilstange (5) angreift und/oder das Stellorgan und die Keilstange (5) derart in Eingriff miteinander stehen, daß die Keilstange (5) automatisch wieder in Eingriff mit der Spannbacke (4) gebracht wird, wenn das auf das Stellorgan (11) ausgeübte Drehmoment so weit aufgehoben wird, daß die durch das Drehmoment aufgebrachte Kraft die Gegenkraft des ela­ stischen Elements (18) unterschreitet.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element eine Druckfeder (18) ist, das sich am Futterkörper (1) abstützt.

3. Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (18) über ein Druckstück (19) mit der zugehörigen Keilstange (5) in Verbindung steht.

4. Spannfutter nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Keilstangen (5) jeweils in einer quer zur Futterachse (A) beweglichen Treib­ backe (25) axial bewegbar gehalten sind.

5. Spannfutter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibbacken (25) über eine Keilhakenkopplung mittels eines axial beweglichen Futterkolbens (8) ra­ dial verstellbar sind.

6. Spannfutter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Keilstange (5) in eine Ausnehmung des Futterkörpers (1) derart eingreift, wenn sich ihre Verzahnung (9) außer Eingriff von der Gegenverzahnung (10) an der entsprechenden Spannbacke (4) befindet, daß die Keilstange (5) in dieser Ausnehmung (20) und damit die Treibbacke (25) arretiert ist.

7. Spannfutter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Futterkörper (1) eine Ausneh­ mung (20) vorgesehen ist, in die sich die Keilstange (5) beim Entfernen von der zugehörigen Spannbacke (4) hineinbewegen muß und die so ausgebildet ist, daß die Keilstange (5) nur dann von der Spannbacke (4) ge­ trennt werden kann, wenn die Spannbacken (4) vollstän­ dig oder nahezu vollständig auseinandergefahren sind.