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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere
für Drehmaschinen,
mit einem Futterkörper
und mehreren in Führungsnuten
des Futterkörpers
eingesetzten Spannbacken, die durch einen Antrieb radial zur Futterachse
verstellbar sind, wobei zu dem Antrieb Keilstangen gehören, die
zur Verstellung der Spannbacken im Futterkörper quer zur Futterachse verschiebbar
geführt
sind und jeweils eine Verzahnung aufweisen, 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.
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Spannfutter
für Werkzeugmaschinen
dieser Art sind bekannt und werden in der Praxis in erster Linie
an Drehmaschinen eingesetzt, um die zu bearbeitenden Werkstücke zu spannen.
Die herkömmlichen Spannfutter
bestehen dabei aus einem formsteifen Futterkörper, der eine zentrale Aufnahmeöffnung für die Werkstücke aufweist,
sowie aus mehreren Spannbacken, die in Führungsnuten des Futterkörpers radial
bewegbar sind. Neben manuell betätigbaren
Handspännfuttern
werden in komplexeren Werkzeugmaschinen, insbesondere in programmgesteuerten
Drehautomaten, häufig
sogenannte Kraftspannfutter eingesetzt, bei denen die von den Spannbacken
auf das Werkstück
ausgeübten
Spannkräfte motorisch
oder hydraulisch erzeugt werden.
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Aus
der
DE 43 35 896 A1 ist
beispielsweise ein Kraftspannfutter bekannt, das nach dem Prinzip sich
geradlinig bewegender Keilstangen arbeitet, die in quer zu den Führungsnuten
für die
Spannbacken vorgesehenen Keilstangentaschen bewegbar geführt sind.
Die Keilstangen, welche durch einen im Futterkörper angeordneten Zylinder
angetrieben werden, sind mit den Spannbacken über Schrägverzahnungen derart gekoppelt,
daß die
tangentialen Bewegungen der Keilstangen in den Keilstangentaschen
in radiale Spannbewegungen der Spannbacken umgesetzt werden.
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Bei
dem bekannten Spannfutter kann jede Keilstange durch ein exzentrisches
Stellorgan, welches in die Keilstange eingreift und mittels eines Werkzeugs
von außen
verdrehbar, axial verstellt werden, so daß ihre Verzahnung außer Eingriff
von der Gegenverzahnung der zugehörigen Spannbacke kommt und
die Spannbacke radial aus der Führungsnut
im Futterkörper
herausgezogen werden kann.
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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 Keilhakenkopplung mittels eines axial beweglichen Futterkolbens
radial verstellbar, um die Treibbacke gemeinsam mit der Keilstange
zu bewegen, und kann die Keilstange axial gegenüber der Treibbacke bewegt werden,
um sie außer
Eingriff von der Spannbacke zu bringen, so daß die Spannbacke aus der Führungsnut
im Futterkörper
herausgezogen werden kann.
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Bei
dem Spannfutter gemäß der
DE 40 16 775 C1 erfolgt
die Verstellung der Keilstange durch ein exzentrisches Stellorgan,
welches die Keilstange durchgreift und mittels eines 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 eindrückbar 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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder
Keilstange wenigstens ein elastisches Element zugeordnet ist, dessen
Federkraft einer von der Spannbacke weg gerichteten Axialbewegung
der Keilstange entgegenwirkt, wobei das elastische Element derart
an der Keilstange angreift und/oder das Stellorgan und die Keilstange
derart in Eingriff miteinander stehen, daß die Keilstange automatisch
wieder in Eingriff mit der Spannbacke gebracht wird, wenn das auf
das Stellorgan ausgeübte Drehmoment
soweit aufgehoben wird, das die durch das Drehmoment aufgebaute
kraft die Gegenkraft des elastischen Elements unterschreitet, und
daß das
Stellorgan weiterhin radial verschiebbar angeordnet ist und durch
eine Feder in seine äußere Endstellung
gedrückt
wird, wobei in dem Stellorgan eine Längsnut und eine sich daran
anschließende
Ringnut ausgebildet sind, in welche ein im Futterkörper gehaltener
Zapfen eingreift, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Zapfen
mit der Längsnut
in Eingriff steht und somit das Stellorgan nicht gedreht werden kann,
wenn sich das Stellorgan in seiner äußeren Endstellung befindet,
und der Zapfen in der Ringnut liegt, wenn sich das Stellorgan in
seiner inneren Endstellung befindet, so daß eine Drehung des Stellorgans
möglich
ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung wird
erreicht, daß der
Eingriff von Spannbacke und Keilstange jeweils nur so lange gelöst bleibt,
wie das Verstellorgan durch eine Bedienungsperson entgegen der Rückstellkraft
des elastischen Elements verdreht gehalten wird. Sobald die Bedienungsperson 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.
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In
Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das elastische Element eine
Druckfeder ist, die sich am Futterkörper abstützt und insbesondere über ein
Druckstück
mit der zugehörigen
Keilstange in Verbindung steht.
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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 zweckmäßiger Weise über eine Keilhakenkopplung
mittels eines axial beweglichen Futterkolbens radial verstellbar
sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist weiterhin vorgesehen, daß die
Keilstange in eine Ausnehmung des Futterkörpers derart eingreift, wenn
sich ihre Verzahnung außer
Eingriff von der Gegenverzahnung der entsprechenden Spannbacke befindet,
daß die
Keilstange und damit die Treibbacke radial arretiert ist.
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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 vollständig oder
zumindest nahezu vollständig
auseinandergefahren sind. In diesem Fall müssen die Spannbacken erst auseinandergefahren
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.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die
Unteransprüche sowie
die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung verweisen In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spannfutters
in Schnittansicht und
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2 eine
Keilstange des Spannfutters aus 1 in perspektivischer
Explosionsansicht.
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In
den 1 und 2 ist eine Ausführungsform
eines, erfindungsgemäßen 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
radiale Führungsnuten 3 vorgesehen,
die gleichmäßig über den
Umfang verteilt, d. h. mit jeweils 120° Versatz gegeneinander angeordnet
sind. In die Führungsnuten 3 sind
Spannbacken 4 eingesetzt, die jeweils aus einer Grundbacke
und einer daran anschraubbaren Aufsatzbacke bestehen. In der Zeichnung
ist nur die Grundbacke einer, Spannbacke 4 dargestellt.
Die drei Spannbacken 4 können durch einen Keilstangenmechanismus
zum Spannen und Lösen
von Werkstücken
gemeinsam nach innen und außen
verstellt werden.
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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 2 erkennbar
ist, in eine Querbohrung 25a durchgreifen und in dieser
parallel zur Futterachse A bewegban gehalten sind. Die Treibbacke 25 hat
einen kreisförmigen
Querschnitt und ist an ihrem radial innenliegenden Ende mit schräg zur Futterachse
A verlaufenden Keilflächen 6 versehen,
die mit den Keilflächen 7 eines
Futterkolbens 8 zusammenwirken, um eine Axialbewegung des
Futterkolbens 8 im Futterkörper 1 in eine radiale Bewegung
der Treibbacken 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 Gegenverzahnung 10 an
der zugehörigen Spannbacke 4 eingreift.
In der 1 sind die Keilstange 5 und die Spannbacke 4 in
ihrer Kupplungsstellung dargestellt. Die Entkupplungsstellung ist nicht
gezeigt.
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Um
die Keilstange 5 zwischen Kupplungs- und Entkupplungsstellung
verschieben zu können,
ist ein Stellorgan in Form eines Exzenters 11 vorgesehen,
der in einer Längsbohrung 12 der
Treibbacke 25 drehbar gelagert ist und dessen Aufbau im
einzelnen in 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 Längsbohrung 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 Schlüsselfläche 14 versehen,
in die ein Drehwerkzeug 15 eingesetzt werden kann.
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Die
Keilstange 5 kann somit durch eine Drehung des Exzenters 11 um
etwa 120° aus
der in 1 dargestellten Kupplungsstellung, in der ihre Verzahnung 9 mit
der Gegenverzahnung 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 Rich tung aus der Führngsnut 3 im
Futterkörper 1 herausgezogen
werden kann.
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Um
diesem Vorgang einen gewissen Widerstand entgegenzusetzen, ist in
der dargestellten Ausführungsform
ein Rastelement 16 vorgesehen, das in der Keilstange axial
verschiebbar angeordnet und durch ein Federelement 17 abgestützt ist.
Das Rastelement 16 besitzt einen Zahn 16a, der
in die Gegenverzahnung 10 der Spannbacke 4 eingreift
und bei einer Radialverschiebung der Spannbacke 4 entgegen der
Federkraft des Federelements 17 in die Keilstange zurückgedrängt werden
kann.
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Gemäß der Erfindung
ist in dem Futterkörper 1 eine
Druckfeder 18 angeordnet, die die Keilstange 5 über ein
Druckstück 19 gegen
die Spannbacke 4 drückt.
Dies hat zur Folge, daß die
Federkraft der Druckfeder 18 überwunden werden muß, um die
Keilstange 5 durch eine Drehung des Exzenters 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 losläßt. 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 sichergestellt, daß die
Spannbacke 4 nur dann aus der Führungsnut 3 herausgezogen
werden kann, solange die Bedienungsperson das Drehwerkzeug 15 festhält, also
der Backenwechsel auf jeden Fall gewünscht ist.
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In 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 Ausnehmung 20 so positioniert, daß die Keilstange 5 von
der Spannbacke 4 nur dann wegbewegt werden kann, wenn die
Spannbacken 4 vollständig
oder nahezu vollständig
auseinandergefahren sind. Die Ausnehmung 20 ist dabei so
dimensioniert, daß ein
Abschnitt der Keilstange 5 in ihr radial fixiert und somit
eine Bewegung der Treibbacke 25 verhindert wird, solange
sich die Keilstange 5 innerhalb der Ausnehmung 20 befindet.
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Um
ein ungewolltes Verdrehen des Exzenters 11 in der Kupplungsstellung
zu verhindern, ist der Exzenter 11 weiterhin radial verschiebbar
in der Treibbacke 25 angeordnet und sind Mittel vorgesehen,
die ein Drehen des Exzenters 11 verhindern, solange sich
dieser in seiner äußeren Endstellung
befindet, in die er durch eine Feder 21 hineingedrückt wird.
Im einzelnen ist am radial innern gelegenen Ende des Exzenters 1 eine
Längsnut 22 vorgesehen, in
die ein im Futterkörper 1 gehaltener
Zapfen 23 eingreift, so daß der Exzenter 1 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.