DE202009014451U1

DE202009014451U1 - Spannfutter mit zum Spannen radial nach außen bewegten Backen

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Publication number: DE202009014451U1
Application number: DE202009014451U
Authority: DE
Original assignee: Schenck RoTec GmbH
Current assignee: Schenck RoTec GmbH
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: US20110057397A1; US8608180B2

Abstract

Spannfutter mit zum Spannen radial nach außen bewegten Backen, die eine sich axial erstreckende Spannfläche haben, in radialen Führungen geführt und axial abgestützt sind und die mit zwei Schrägführungen versehen sind, an denen Führungsglieder eines axial verschiebbaren Spannstücks derart geführt sind, dass bei axialer Verschiebung des Spannstücks die Backen radial bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Führungen der Backen (1) in einem Backengehäuse (2) angeordnet sind, das in einem Futtergehäuse (3) axial bewegbar gelagert und in Richtung der Spannbewegung des Spannstücks (4) über ein axial nachgiebiges Federelement (9) an dem Futtergehäuse (3) abgestützt ist, wobei das Futtergehäuse (3) eine Plananlagefläche (14) für ein zu spannendes Werkstück aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter mit zum Spannen radial nach außen bewegten Backen, die eine sich axial erstreckende Spannfläche haben, in radialen Führungen geführt und axial abgestützt sind und die mit zwei Schrägführungen versehen sind, an denen Führungsglieder eines axial verschiebbaren Spannstücks derart geführt sind, dass bei axialer Verschiebung des Spannstücks die Backen radial bewegt werden.
Bei einem aus DE 28 05 860 C2 bekannten Spannfutter der angegebenen Art sind die Spannbacken in einem Gehäuse radial geführt, das eine runde Schulter hat, die als axialer Anschlag für ein zu spannendes Werkstück dienen kann. Die Spannbacken haben seitlich eingearbeitete, rechteckige, nutenförmige Durchbrüche, in die axiale Vorsprünge eines Spannstücks eingreifen. Die Vorsprünge weisen parallel zueinander verlaufende Schrägen auf und wirken mit schiefen Ebenen der Durchbrüche zusammen um die Spann- und Entspannbewegungen der Spannbacken zu bewirken. Das Futtergehäuse ist mit einem Zylinder versehen, in dem ein Kolben des Spannstücks gleitet. Die Spannbewegung des Spannstücks wird durch im Spanngehäuse angeordnete Druckfedern, die Entspannbewegung durch Beaufschlagung des Kolbens erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein präzises Zentrieren und Spannen von verschiedenen Werkstücken mit sehr unterschiedlichen Spanndurchmessern ermöglicht. Das Spannfutter soll hohe Drehmomente auf das Werkstück übertragen können, wie sie beispielsweise für das Wuchten von Pkw-Rädern erforderlich sind. Der Wechsel von einem Spanndurchmesser zu einem anderen soll innerhalb eines relativ großen Durchmesserbereichs ohne Umrüstung möglich sein. Das Spannfutter soll eine hohe Rundlaufgenauigkeit gewährleisten und in Auswuchtmaschinen zum Spannen auszuwuchtender Werkstücke mit Vorteil einsetzbar sein.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Spannfutter mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Spannfutters sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Nach der Erfindung weist das Spannfutter ein Backengehäuse auf, in dem die radialen Führungen der Backen angeordnet sind. Das Backengehäuse ist in einem Futtergehäuse axial bewegbar gelagert und in Richtung der Spannbewegung des Spannstücks über ein axial nachgiebiges Federelement an dem Futtergehäuse abgestützt. Außerdem ist das Futtergehäuse mit einer Plananlagefläche für ein zu spannendes Werkstück versehen. Bei der Spannvorrichtung nach der Erfindung wird beim Spannen eines Werkstücks die der Spannkraft des Spannstücks entgegen gerichtete Abstützkraft von dem Futtergehäuse über das nachgiebige Federelement auf das Backengehäuse und von diesem auf die Backen übertragen. Durch die hierbei auftretende Verformung des Federelements verschiebt sich das Backengehäuse mit den darin geführten Backen gegenüber dem Futtergehäuse und bewirkt dadurch während des Spannvorgangs eine mit zunehmender Spannkraft wachsende Anpressung des Werkstücks an die Plananlagefläche des Futtergehäuses.
Nach einem weitern Vorschlag der Erfindung können die Backen eine gekrümmte Spannfläche mit einem sich in Umfangsrichtung stetig ändernden Krümmungsradius haben, wobei der Krümmungsradius in der Mitte der Spannfläche am größten ist und in Umfangsrichtung zu den beiden Rändern der Spannfläche stetig bis zu einem kleinsten Krümmungsradius abnimmt, der dem kleinsten zu spannenden Bohrungsdurchmesser des Werkstücks entspricht. Hierdurch wird eine günstige Schmiegung der Spannflächen an verschieden große Bohrungsdurchmesser von zu spannenden Werkstücken erzielt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Spannflächen der Backen zur Achse des Spannfutters derart geneigt sind, dass der Abstand der Spannflächen von der Achse zum freien Ende der Backen zunimmt, wobei insbesondere die Neigung Spannflächen zur Achse im wesentlichen 0,5° beträgt. Durch diese Maßnahme kann die radiale Spannkraft und die Anpressung an die Planfläche und damit das übertragbare Drehmoment erheblich gesteigert werden. Außerdem bleibt der der Planfläche benachbarte Rand der Werkstücksbohrung frei von Beschädigungen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Plananlagefläche eine flache, kegelstumpfförmige Senke bildet, deren Tiefe von außen nach innen zunimmt. Die Senke kann beispielsweise eine solche Tiefe haben, dass eine die Plananlagefläche berührende radiale Gerade die Achse des Spannfutters im Wesentlichen in einem Winkel von 89,5° schneidet. Durch diese Form der Plananlagefläche liegt das Werkstück immer mit dem größtmöglichen Kontaktdurchmesser auf der Planfläche auf, so dass sich ein größtmögliches Reibmoment übertragen lässt. Zur Erhöhung des Reibmoments kann außerdem die Plananlagefläche mit einem den Reibwert erhöhenden Material beschichtet sein.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann eine pneumatische Betätigungsvorrichtung mit einem Zylinder, einem doppelseitig beaufschlagbaren Kolben, der den Zylinder in zwei Zylinderkammern unterteilt, und einer Innenführung mit einer Bohrung vorgesehen sein, wobei in der Bohrung ein druckabhängig schaltendes Schieberventil angeordnet ist, das bei Beaufschlagung des Kolbens in Richtung der Entspannungsbewegung des Spannfutters öffnet und die mit Druckluft beaufschlagte Zylinderkammer mit einem inneren Luftkanal verbindet, der an Blasöffnungen im Spannbereich des Spannfutters angeschlossen ist. Hierdurch kann der Spannbereich mit aus den Blasöffnungen ausströmender Luft gereinigt werden, wobei für diese Funktion kein zusätzlicher Luftanschluss erforderlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
1 ein Querschnitt durch ein Spannfutter nach der Erfindung,
2 ein Teilschnitt durch das Spannfutter gemäß 1,
3 einen weiteren Teilschnitt durch das Spannfutter gemäß 1.
Das dargestellt Spannfutter umfasst hakenförmige Backen 1, ein Backengehäuse 2, ein Futtergehäuse 3, ein Spannstück 4 und eine pneumatische Betätigungsvorrichtung 5. Das Backengehäuse 2 ist aus einem Führungskörper 6, einer Deckscheibe 7 und einem topfförmigen Federgehäuse 8 zusammengesetzt. Der Führungskörper 6 hat 12 strahlenförmig angeordnete Führungsschlitze mit parallelen Wänden, zwischen denen jeweils ein Backen 1 mit einem quaderförmigen Führungsabschnitt 11 radial geführt ist. Die Deckscheibe 7 verschließt die Schlitze in axialer Richtung und dient als Widerlager für die Backen 1 beim Lösen des Spannfutters. Das Federgehäuse 8 ist im Futtergehäuse 3 spielarm geführt. Es weist auf der im Führungskörper abgekehrten Seite eine Vielzahl zylindrischer Federkammern auf, in denen axial vorgespannte Federn 9 angeordnet sind. Die Federn 9 stützen sich an einer Anschlagscheibe 10 ab, die auf dem Boden 15 des Futtergehäuses 3 angeordnet ist.
Das Futtergehäuse 3 weist an seinem backenseitigen Ende Arme 12 auf, die sich jeweils durch eine zwischen zwei Backenführungen des Führungskörpers 6 befindliche Ausnehmung erstrecken. An den Enden der Arme 12 ist eine Anschlagplatte 13 mit einer äußeren Plananlagefläche 14 durch Schrauben befestigt. Die Anschlagplatte 13 dient auch zur Abstützung des Backengehäuses 2 gegen die Vorspannkraft der Federn 9, wenn sich das Spannfutter in gelöster Stellung befindet.
Die Backen 1 haben an ihrem radialen inneren Ende einen Spannabschnitt 16, der sich durch zentrale Öffnungen in der Deckscheibe 7 und der Anschlagplatte 13 in axialer Richtung nach außen erstreckt und auf der der Spannfutterachse abgekehrten Seite eine gekrümmte Spannfläche 17 aufweist. Die Krümmung der Spannfläche 17 hat einen sich stetig ändernden Krümmungsradius um eine optimale Schmiegung mit unterschiedlichen Durchmessern von Werkstücksbohrungen zu erreichen. Der Krümmungsradius ist in der Mitte der Spannfläche 17 am größten und nimmt in Umfangsrichtung zu den beiden Rändern der Spannfläche stetig bis zu einem kleinsten Krümmungsradius ab, der dem kleinsten zu spannenden Bohrungsdurchmesser des Werkstücks entspricht. Auf der der Deckscheibe 7 abgekehrten Seite haben die Backen 1 einen Spannhaken 18, der einen rechteckigen Querschnitt hat und sich von dem Führungsabschnitt 11 des Backens 1 durch eine Öffnung im Führungskörper 6 in einem Winkel von 30° zur Achse des Spannfutters nach unten und nach innen erstreckt. Die Spannhaken 18 wirken mit dem Spannstück 4 zusammen, welches einen innenliegenden Spannpolyeder 20 und eine die Spannhaken 18 außen umgreifende Spannglocke 21 aufweist, die beide an einem zentralen Betätigungsrohr 22 befestigt sind. Das Betätigungsrohr 22 ist mit der Betätigungsvorrichtung 5 verbunden, die an dem Boden 15 des Futtergehäuses 3 angeordnet ist. Die Betätigungsvorrichtung 5 besteht aus einem pneumatisch angetriebenen Tandemzylinder 24 mit zwei Zylinderkammern 25 und einem Tandemkolben 26, der mit dem Betätigungsrohr 22 verschraubt ist.
Wird der Spannpolyeder 20 durch den Tandemkolben 26 in Richtung der Betätigungsvorrichtung 5 bewegt, dann werden die hakenförmigen Backen 1 radial nach außen bewegt. Der Spannvorgang beginnt, sobald die Spannflächen 17 der Backen 1 mit der Bohrung 30 eines Werkstücks 31 in Berührung kommen. Durch Steigerung der Betätigungskraft drücken die Backen 1 axial gegen die Führung im Führungskörper 6 des Backengehäuses 2, welches den Druck auf die Federn 9 überträgt, die über die Anschlagscheibe 10 am Futtergehäuse 3 und damit am Tandemzylinder 24 abgestützt sind. Durch den Druck werden die Federn 9 zusammengedrückt, bis das Backengehäuse an der Anschlagscheibe 10 fest anliegt. Während dieses Vorgangs rutschen die Spannflächen 17 der Backen 1 in die Bohrung 30 des Werkstücks 31 und die dabei auftretende Reibungskraft presst die Auflagefläche des Werkstücks 31 gegen die Plananlagefläche 14 der Anschlagplatte 13. Durch Auswahl der Federn 9 und Abstimmung der Dicke der Anschlagplatte 13 kann die Größe der axialen Anpresskraft in weiten Grenzen eingestellt werden.
Nach Anlage des Backengehäuses 2 an der Anschlagscheibe 10 erfolgt kein axiales Rutschen der Backen 1 in der Bohrung 30 mehr. Durch weitere Steigerung der Betätigungskraft bis zu einem Maximalwert wird die Reibwirkung zwischen der Spannfläche 17 und der Bohrung 30 weiter erhöht. In dem so erreichten Spannzustand wird das von dem Spannfutter auf das Werkstück 31 übertragbare Drehmoment zum einem durch die durch das Anpressen des Werkstücks an die Plananlagefläche 14 hervorgerufene Reibung und zum zweiten durch die Reibung zwischen der Werkstücksbohrung 30 und den Spannflächen 17 bestimmt. Im Vergleich zu bekannten Spannfuttern, deren Spannbacken nur in radialer Richtung an die Werkstücksbohrung angedrückt werden, ergibt sich bei dem Spannfutter nach der Erfindung durch die zusätzliche Pressung zwischen Werkstück und Plananlagefläche eine ganz erhebliche Erhöhung des übertragbaren Drehmoments, da nicht nur eine zusätzliche Reibkraft erzeugt wird, sondern auch der wirksame Reibungsdurchmesser an der Plananlagefläche 14 in der Regel deutlich größer ist als der Durchmesser der gespannten Werkstücksbohrung. Um das Reibmoment zwischen der Anschlagplatte 13 und dem Werkstück noch weiter zu erhöhen, kann die Plananlagefläche 14 der Anschlagplatte 13 mit einem den Reibwert erhöhenden Material beschichtet sein.
In 2 ist zu erkennen, wie die Anlageplatte 13 an den Armen 12 des Futtergehäuses 3 angeschraubt ist und wie die Deckscheibe 7 durch Schrauben 23 mit dem Führungskörper 6 und dem Federgehäuse 8 verbunden ist.
Das Spannfutter ist weiterhin mit einer Luftzuführung für die Staub- und Schmutzentfernung nach Abschluss des Spannvorgangs versehen. In der Boh rung einer Innenführung 27 befindet sich ein Steuerkolben 28, der durch eine Feder 29 während des Spannvorgangs und im Ruhezustand nach unten gedrückt wird. Beim Entspannen durch eine Druckbeaufschlagung der dem Futtergehäuse 3 abgekehrten Seite der Tandemkolben 26 bewegt der Luftdruck den Steuerkolben 28 nach oben, wodurch Kanäle geöffnet werden, durch die Luft in eine zentrale Luftbohrung 30 eintreten kann. Wie in 3 gezeigt, strömt die Luft durch Blasöffnungen 31, um eine Reinigung des Spannbereichs zu bewirken. Mittels einer Drosselschraube 32 kann die ausströmende Luftmenge dosiert werden.
3 zeigt auch, dass der Führungskörper 6 durch mehrere am Umfang axial angeordnete Bolzen 19 gegen das Federgehäuse 8 abgestützt ist. Dadurch wird die Verformung des Führungskörpers 6 minimiert und der Führungskörper 6 kann axial sehr kurz ausgeführt werden. Ohne die Abstützung mit Hilfe der Bolzen 19 müsste der Führungskörper 6 axial wesentlich dicker sein und damit würde das gesamte Spannfutter höher bauen.
Das beschriebene Spannfutter eignet sich vornehmlich zum Spannen von Werkstücken in Auswuchtmaschinen. Es hat den Vorteil, dass Bohrungen mit einem Durchmesserunterschied von bis zu 60% ohne Umrüstung des Spannfutters gespannt werden können. Das Spannfutter eignet sich daher für eine flexible Fertigung mit kurzen Taktzeiten, wie insbesondere in der Pkw-Montage gefordert wird. Der große Weg der Spannbacken ermöglicht weiterhin ein großes Einführspiel für das Werkstück, wodurch eine automatische Beschickung des Spannfutters erleichtert wird. Das Spannfutter kann ein vergleichsweise hohes Drehmoment auf ein Werkstück übertragen. Es ermöglicht daher kurze Start- und Abbremszeiten von Werkstücken mit großem Trägheitsmoment, ohne dass es zum Rutschen des Werkstücks auf dem Spannfutter kommt. Durch das axiale Anpressen des Werkstücks wird eine hohe Rundlaufgenauigkeit erzielt. Das Spannfutter zeichnet sich weiterhin durch eine kurze Baulänge im Spannbereich aus. Hierdurch können auch Werkstücke mit Sackbohrungen gespannt werden, die eine geringe Tiefe haben. Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Spannvorrichtung hat eine pneumatische Betätigungsvorrichtung, hydraulische oder mechanische Betätigungsvorrichtung können jedoch ebenfalls vorteilhaft Anwendung finden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2805860 C2 [0002]

Claims

Spannfutter mit zum Spannen radial nach außen bewegten Backen, die eine sich axial erstreckende Spannfläche haben, in radialen Führungen geführt und axial abgestützt sind und die mit zwei Schrägführungen versehen sind, an denen Führungsglieder eines axial verschiebbaren Spannstücks derart geführt sind, dass bei axialer Verschiebung des Spannstücks die Backen radial bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Führungen der Backen (1) in einem Backengehäuse (2) angeordnet sind, das in einem Futtergehäuse (3) axial bewegbar gelagert und in Richtung der Spannbewegung des Spannstücks (4) über ein axial nachgiebiges Federelement (9) an dem Futtergehäuse (3) abgestützt ist, wobei das Futtergehäuse (3) eine Plananlagefläche (14) für ein zu spannendes Werkstück aufweist.
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Backen (1) eine gekrümmte Spannfläche (17) mit einem sich in Umfangsrichtung stetig ändernden Krümmungsradius haben, wobei der Krümmungsradius in der Mitte der Spannfläche (17) am größten ist und in Umfangsrichtung zu den beiden Rändern der Spannfläche (17) stetig bis zu einem kleinsten Krümmungsradius abnimmt, der dem kleinsten zu spannenden Bohrungsdurchmesser des Werkstücks entspricht.
Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannflächen (17) der Backen (1) zur Achse des Spannfutters derart geneigt sind, dass der Abstand der Spannflächen (17) von der Achse zum freien Ende der Backen (1) zunimmt.
Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung gekrümmten Spannflächen (17) zur Achse im wesentlichen 0,5° beträgt.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plananlagefläche (14) eine flache, kegelstumpfförmige Senke bildet, deren Tiefe von außen nach innen zunimmt.
Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Plananlagefläche (14) berührende, radiale Gerade die Achse des Spannfutters im Wesentlichen in einem Winkel von 89,5° schneidet.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plananlagefläche (14) mit einem den Reibwert erhöhenden Material beschichtet ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Backengehäuse (2) einen Führungskörper (6), eine Deckscheibe (7) und ein topfförmiges Federgehäuse (8) aufweist, wobei der Führungskörper (6) strahlenförmig angeordnete Führungsschlitze mit parallelen Wänden hat, zwischen denen jeweils ein Backen (1) mit einem quaderförmigen Führungsabschnitt (11) radial geführt ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Futtergehäuse (3) an seinem backenseitigen Ende Arme (12) aufweist, die sich jeweils durch eine zwischen zwei Backenführungen des Führungskörpers (6) liegende Ausnehmung erstrecken, wobei an den Enden der Arme (12) ist eine Anschlagplatte (13) mit einer Plananlagefläche (14) für das Werkstück befestigt ist.
Spannfutter nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (9) vorgespannt sind und das Backengehäuse (2) gegen die Vorspannkraft der Federn (9) an der Anschlagplatte (13) abgestützt ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (6) durch mehrere am Umfang axial angeordnete Bolzen (19) gegen das Federgehäuse (8) abgestützt ist.
Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Luftzuführung für die Staub- und Schmutzentfernung nach Beendigung eines Spannvorgangs.
Spannfutter nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine pneumatische Betätigungsvorrichtung (5) mit einem Zylinder (24), einem doppelseitig beaufschlagbaren Kolben (26), der den Zylinder (24) in zwei Zylinderkammern (25) unterteilt, und einer Innenführung (27) mit einer Bohrung, in der ein druckabhängig schaltendes Schieberventil angeordnet ist, das bei Beaufschlagung des Kolbens (26) in Richtung der Entspannungsbewegung des Spannfutters öffnet und die mit Druckluft beaufschlagte Zylinderkammer (25) mit einem inneren Luftkanal (30) verbindet, der an Blasöffnungen (31) im Spannbereich des Spannfutters angeschlossen ist.