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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannfutter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Spannfutter für das Einspannen von Werkstücken und/oder Werkzeugen sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere sind solche Spannfutter bekannt, bei denen sich die Spannbacken innerhalb einer Ebene auf ein gemeinsames Zentrum zu bzw. von diesem weg in radialer Richtung bewegen lassen, um damit ein Werkstück bzw. ein Werkzeug einzuspannen. Derartige Spannfutter werden häufig bei der Materialbearbeitung eingesetzt, z. B. in spanenden Bearbeitungsmaschinen, wie z. B. Drehmaschinen. Dabei gibt es für derartige mit in einer Ebene bewegbaren Spannbacken ausgestattete Spannfutter zwei grundsätzliche Bauarten. Eine erste Bauart betrifft die sogenannten Planspiralfutter. Bei diesem enthält ein Backenantrieb zum Antreiben der in dem Futterkörper in Radialführungen geführten Spannbacken ein Planflächenelement, häufig eine Planflächenscheibe bzw. einen Planflächenring, der auf einer den Spannbacken zugewandten Oberseite ein Planspiralgewinde bzw. einen Planspiralring aufweist. Dieser erstreckt sich über den gesamten Umfang des Planflächenelementes und steht mit auf der Unterseite der Spannbacken ausgebildeten Spiralgewindezähnen in Eingriff. Dabei sind die Spannbacken mit ihren Spiralgewindezähnen derart gebildet, dass sie bei einer Rotation des Planflächenelementes gleichmäßig sich in Richtung des gemeinsamen Zentrums bzw. von diesem weg bewegen, so dass ein dort angeordnetes Werkzeug bzw. ein dort angeordnetes Werkstück (in Innen- oder Außenaufspannung) gleichmäßig von den näher rückenden Spannbacken erfasst und unter Aufbringung einer Spannkraft eingespannt wird. Ein Beispiel für ein solches Planspiralfutter ist in der
DE 27 08 383 A1 offenbart und beschrieben. Das dort gezeigte Spannfutter steht in Übereinstimmung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Eine andere Bauart vergleichbarer Spannfutter, bei denen sich die Spannbacken in einer Ebene aufeinander zu bzw. auf ein gemeinsames Zentrum hin oder von diesem weg bewegen lassen, ist ein sogenanntes Keilstangenspannfutter. Dort sind auf einer Unterseite der Spannbacken Schrägverzahnungen ausgebildet, die mit entsprechend ausgebildeten Schrägverzahnungen an einer Oberseite jeweils einer zugeordneten und im Futterkörper verschiebbar angeordneten Keilstange in Eingriff stehen. Ein Beispiel für ein solches Keilstangenspannfutter ist in der
DE 298 04 333 U1 beschrieben.
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Beide Typen von Spannfuttern sind gleichermaßen verbreitet und werden in den verschiedensten technischen Bereichen, insbesondere auf dem Gebiet der Materialbearbeitung umfangreich eingesetzt. Beide Typen von Spannfuttern haben Vorzüge, weisen aber auch gewisse Nachteile auf. So erlaubt das Planspiralspannfutter ein kontinuierliches Zustellen der Spannbacken über vergleichsweise lange Spannwege, was eine aufwendige Vorjustarge der Spannbacken vor dem eigentlichen Einspannvorgang obsolet werden lässt. Allerdings kann in der Regel – bedingt durch die vergleichsweise große Steigung des Planspiralgewindes – ein großer Spannweg überbrückt werden, jedoch ist die mit den Spannbacken aufzubringende Spannkraft begrenzt. Darüber hinaus ist es nicht ohne weiteres möglich, ein Spannfutter dieser Bauart flexibel mit unterschiedlicher Anzahl von Spannbacken zu bestücken. Denn einerseits stehen die Spannbacken stets mit an ihrer Unterseite angeordneten Spiralgewindezähnen in Eingriff mit der Planspirale, können jedenfalls nicht in radialer Richtung entnommen werden, solange nicht die Planspirale insgesamt von den Spannbacken gelöst wird. Zum anderen ist aufgrund der an den unterschiedlichen Radialpositionen anders verlaufenden Gewindezüge der Planspirale (die Gewindezüge sind kontinuierlich auf das Zentrum zugeführt) an jedem Radius, an dem eine Spannbacke anzuordnen ist, ein anderes Muster für die Anordnung der Spiralgewindezähne auf der Unterseite der Spannbacke zu wählen, wenn diese auf ein Verdrehen des Planflächenelementes mit der Planspirale hin gleichmäßig und in gleichem Abstand zu dem gemeinsamen Zentrum auf dieses zu bewegt bzw. von diesem wieder fortbewegt werden sollen. Das bedeutet aber, dass für jede Spannbacke eine bestimmte Position in einer ihr genau zugewiesenen Radialführung vorgegeben ist, diese Spannbacke nicht ohne weiteres in eine Radialführung an anderer radialer Stelle eingebracht und dort verwendet werden kann, unterschiedliche Spannbacken insbesondere nicht gegeneinander ausgetauscht werden können.
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Keilstangenspannfutter erlauben aufgrund ihrer Bauweise das Aufbringen besonders hoher Spannkräfte, haben jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der typischerweise geringeren Steigungen die Spannbacken im Zuge eines maximalen Stellweges, wie er mit der Keilstange erreicht werden kann, nur einen geringeren Zustellweg bzw. Spannweg zurücklegen können. So erfordern derartige Spannfutter in der Regel zunächst ein manuelles Vorjustieren der Spannbacken, bevor dann mit einer Spannbewegung der Keilstangen die Spannbacken den verbleibenden Spannweg verfahren werden können und mit den Spannbacken die gewünschte Spannkraft aufgebracht werden kann. Darüber hinaus ist der mechanische Aufbau von Keilstangenspannfuttern häufig komplexer als derjenige von Spanspiralspannfuttern, was sie in der Herstellung kostspielig macht.
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Hier ist es nun Aufgabe der Erfindung, eine alternative Gestaltung eines Spannfutters mit in einer Ebene in Radialführungen bewegbaren Spannbacken anzugeben, die bei einfachem mechanischen Aufbau ein zuverlässiges und einfach zu bedienendes Aufspannen von Werkstücken ermöglicht, wobei eine flexible Gestaltung des Spannfutters und Ausrüstung mit unterschiedlichen Spanngeometrien möglich sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Spannfutter mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen Spannfutters sind in den abhängigen Ansprüche 2 bis 12 angegeben.
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Das erfindungsgemäße Spannfutter zum Einspannen von Werkstücken und/oder Werkstücken verfügt, wie auch der Stand der Technik, zunächst einmal über einen Futterkörper, ein Spannbackensatz mit mehreren Spannbacken sowie einen Backenantrieb. Der Futterkörper weist an mehreren Backenpositionen daran ausgebildete Radialführungen auf, die auf ein gemeinsames Zentrum zu weisen und für die Führung der Spannbacken eines Spannbackensatzes beim Aufeinanderzubewegen für einen Einspannvorgang bzw. beim Auseinanderfahren für das Lösen eines eingespannten Gegenstandes (bei einer Innenaufspannung umgekehrt) verantwortlich sind. Wie bereits erwähnt weist der Spannbackensatz mehrere Spannbacken auf, die – in aufgebautem Zustand des Spannfutters – an vorgegebenen Backenpositionen in den Radialführungen des Futterkörpers sitzen und darin in radialer Richtung relativ zu dem Futterkörper verschiebbar sind. Bei der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Spannbackensatz mehr Spannbacken umfassen kann, als aktuell in dem Futterkörper in den Radialführungen aufgenommen sind. Denn mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter sollen ja gerade mehrere Spanngeometrien, d. h. unterschiedliche Verteilungen von Spannbacken in unterschiedlicher Anzahl, realisiert werden können und dies nach Möglichkeit flexibel. Der Backenantrieb weist, wie von den oben beschriebenen Planspiralspannfuttern bekannt, ein um das gemeinsame Zentrum verdrehbares Planflächenelement auf. Dieses Planflächenelement hat auf einer den in den Radialführungen angeordneten Spannbacken zugewandten Oberseite ausgebildete Planspiralgewindezüge. Der Backenantrieb beinhaltet ferner an den Spannbacken auf ihrer jeweiligen Unterseite, welches die Seite ist, die bei in den Radialführungen eingesetzten Spannbacken der Oberseite des Planflächenelementes zugewandt ist, ausgebildete Spiralgewindezähne. Diese Spiralgewindezähne greifen in Planspiralgewindezüge des Planflächenelementes ein, um die Spannbacken in der radialen Richtung zu bewegen, wenn das Planflächenelement um das gemeinsame Zentrum verdreht wird. Insoweit finden sich diese Merkmale, wie bereits erwähnt, auch bei einem aus dem Stand der Technik bekannt üblichen Planspiralspannfutter.
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Das Neue und Andere, das nun mit der Erfindung bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter unternommen wird, besteht darin, dass – anders als bei den bekannten Planspiralspannfuttern, bei denen die Planspirale auf der Oberseite des Planflächenelementes durchgehend gebildet ist – die Oberseite des Planflächenelementes in Radialsegmente unterteilt ist. Dabei gibt es erste Radialsegmente, in denen Planspiralgewindezüge vorgesehen sind. Die ersten Radialsegmente sind in der Ebene jeweils unterbrochen durch und begrenzt von zweiten Radialsegmenten, die ohne Planspiralgewindezüge gebildet sind.
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Das Besondere an der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist jedoch nicht allein die Segmentierung der Oberseite des Planflächenelementes. Vielmehr gibt die Erfindung auch vor, dass die Planspiralgewindezüge in den ersten Radialsegmenten nicht nur gleiche Gewindesteigung aufweisen, sondern auch in gleicher Ausrichtung zum gemeinsamen Zentrum angeordnet sind. Diese gleiche Ausrichtung bedeutet dabei, dass der Abstand entsprechender Gewindezüge vom Zentrum in den jeweiligen Segmenten gleich ist bzw. gleich verläuft. D. h. ein dem Zentrum nächstgelegener erster Gewindezug ist, sofern er in einem anderen der ersten Radialsegmente eine Entsprechung findet, mit gleichem Abstand zum Zentrum angeordnet. Es ist also nicht etwa so, dass die ersten Segmente, in denen Planspiralgewindezüge vorgesehen sind, erhalten werden können durch zunächst Ausbilden einer durchgehenden Planspirale und sodann Entfernen der Gewindezüge in denjenigen Abschnitten, in denen keine Gewindezüge verbleiben sollen, d. h. in den zweiten Radialsegmenten. Vielmehr sind gegenüber einem solchermaßen erhaltenen Bild die Gewindezüge in den ersten Radialsegmenten in radialer Richtung verschoben, so dass sie jeweils in der wie vorstehend genannten Weise in gleicher Ausrichtung zum Zentrum liegen.
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Die Spannbacken eines Spannbackensatzes weisen nun auf ihren jeweiligen Unterseiten je eine identische Anordnung der dort vorgesehenen Spiralgewindezähne auf. Dies ist deshalb möglich, da die Spiralgewindezüge in den ersten Radialsegmenten ebenfalls in gleicher Anordnung und, nicht wie bei einem normalen Verlauf einer durchgehenden Planspirale üblich, mit jeweils anderer Distanz zum gemeinsamen Zentrum angeordnet sind. Diese Art der Ausgestaltung des Planflächenelementes und der Spiralgewindezähne auf den Unterseiten der Spannbacken, also insgesamt des Backenantriebes, erlaubt nun verschiedene Freiheiten und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Spannfutters im Vergleich zu den vorbekannten Spannfuttertypen (Planspiralspannfutter bzw. Keilstangenspannfutter). Zunächst einmal können unter Aufrechterhaltung des Grundprinzips des Planspiralspannfutters, insbesondere der vergleichsweise großen Spannwege bzw. Zustellwege der Spannbacken, diese Spannbacken dennoch einfach auswechselbar gestaltet werden, dabei insbesondere austauschbar im Hinblick auf die Positionierung der jeweiligen Spannbacke in einer bestimmten Radialführung des Futterkörpers. Denn dadurch, dass ein jeweils zugeordnetes erstes Radialsegment mit den darin ausgebildeten Planspiralgewindezügen an den unterschiedlichen Stellen mit identischer Ausrichtung an den identisch gebildeten Spiralgewindezähnen der Spannbacken angreift, muss – anders als bei den herkömmlichen Planspiralspannfuttern – die Spannbacke nicht abgestimmt auf eine bestimmte Radialführungsbahn eingesetzt werden, sondern kann universell an den verschiedenen möglichen Radialführungspositionen zum Einsatz kommen.
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Ferner ist es dadurch, dass die ersten mit den Planspiralgewindezügen versehenen Radialsegmente unterbrochen sind durch solche ohne Planspiralgewindezüge, in einer entsprechenden Winkelstellung, in der eines der zweiten Radialsegmente ohne die Planspiralgewindezüge den auf der Unterseite einer Spannbacke angeordneten Spiralgewindezähnen gegenüberliegt, möglich, das Planflächenelement und die Spannbacke außer Eingriff zu bringen. Insbesondere dann, wenn dabei die zweiten Radialsegmente in Umfangsrichtung eine Breite aufweisen, die gleich oder größer ist als die in Umfangsrichtung gesehene Breite der mit den Spiralgewindezähnen versehenen Bereiche der Spannbacken, und wenn ferner zwischen der Oberfläche in den zweiten Radialsegmenten und der Unterseite der Spannbacken mit den daran angeordneten Spiralgewindezähnen ein ausreichendes Spiel verbleibt, kann in einer solchen Position die Spannbacke manuell verschoben, insbesondere auch aus der Radialführung genommen und z. B. durch eine andere Spannbacke ersetzt oder aber in eine andere Radialführung, unter der zuvor ein zweites Radialsegment der Oberseite des Planflächenelementes durch Verdrehen des letzteren positioniert worden ist, eingeschoben werden. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Spannfutter ein flexibles Bestücken des Futterkörpers mit Spannbacken an unterschiedlichen Positionen, insbesondere dann, wenn in dem Futterkörper in ganz unterschiedlichen Ausrichtungen Radialführungen für die mögliche Bestückung mit Spannbacken vorgesehen sind, z. B. alternativ für die Anordnung von Spannbacken in drei in jeweils 120° versetzt angeordneten Radialführungen, in vier jeweils um 90° versetzt angeordneten Radialführungen bzw. in sechs, jeweils um 60° versetzt angeordneten Radialführungen. Durch die Beibehaltung des Antriebsmusters einer Planspirale als Bestandteil eines Antriebsgetriebes bleiben die Vorteile des herkömmlich bekannten Planspiralspannfutters, nämlich die langen erreichbaren Zustellwege der Spannbacken sowie der einfache mechanische Aufbau und die mögliche kostengünstige Herstellung weitestgehend erhalten. Hinsichtlich des Spannweges ist natürlich eine Beschränkung dahingehend gegeben, als dass nicht mehr durch weitwinklige Rotation, bis hin zu vollen und mehreren Drehungen des Planflächenelementes die Spannbacken vorangetrieben werden können, dass ein entsprechender Weg auf die Winkelerstreckung der ersten Radialsegmente beschränkt ist. Dies kann jedoch ausgeglichen werden, indem die Steigung der Planspiralgewindezüge in den ersten Radialsegmenten (und natürlich korrespondierend die Steigung der an der Unterseite der Spannbacken angeordneten Spiralgewindezähne) entsprechend jedenfalls so groß gewählt wird, dass mit dem maximal möglichen in Umfangsrichtung gesehenen Stellweg (d. h. dem Winkelbereich, über den sich das erste Radialsegment erstreckt) ein Vorschub der Spannbacke zumindest so weit erfolgt, dass die Spiralgewindezähne um eine Zahnteilung weiter verschoben werden. Mit anderen Worten wird hier die Kombination aus a) Winkelerstreckung der ersten Radialsegmente, b) Steigung der Planspiralgewindezüge und c) damit verbundene Teilung der Spiralgewindezähne entsprechend gewählt, dass sichergestellt ist, dass bei durch Verdrehen des Planflächenelements maximal möglichem Spannweg im Eingriff zwischen den Planspiralgewindezügen und den Spiralgewindezähnen die Spiralgewindezähne um wenigstens ein Teilungsmaß der Zahnteilung verschoben werden. Um dann einen weiteren Spannweg zu erhalten, kann die Spannbacke unter Ausnutzung der manuellen Verschiebbarkeit in dem zweiten Radialsegment verschoben und in anderer radialer Ausgangsposition wieder mit ihren Spiralgewindezähnen in Eingriff zu den Planspiralgewindezügen gebracht werden.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die mit den Spiralgewindezügen versehenen ersten Radialsegmente in ihrer Ausdehnung und Geometrie der Spiralgewindezüge gleich gebildet und rotationssymmetrisch zu dem gemeinsamen Zentrum sind. Dies umschließt insbesondere auch eine gleich große Winkelstreckung dieser Segmente. Eine entsprechende Winkelerstreckung kann z. B. bei 20° bis 35° Öffnungswinkel liegen. Insbesondere liegt die Winkelerstreckung von einem Paar aus einem ersten Radialsegment und einem angrenzenden minimal ausgedehnten zweiten Radialsegment in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 30°, einem Wert, der die oben beschriebene Freiheit der Anordnung von Spannbacken in einem gleichmäßig um 60° versetzten Muster (sechs Spannbacken), in einem gleichmäßig um 90° versetzten Muster (vier Spannbacken) und in einem gleichmäßig um 120° versetzten Muster (drei Spannbacken) erlaubt. Natürlich sind auch andere Winkelteilungen möglich, um andere Anordnungen von Spannbacken erreichen zu können. Insbesondere sind die ersten Radialsegmente mit den Spiralgewindezügen in ihren Winkeln jedenfalls so verteilt, dass sie zu der Verteilung der Radialführungen in dem Futterkörper korrespondieren. Insbesondere lassen sich die ersten Radialsegmente in einer vorbestimmten Rotationsstellung des Planflächenelementes relativ zu dem Futterkörper so einstellen, dass sie mit jeweiligen Mittelachsen im Wesentlichen unterhalb einer Mittellinie der jeweiligen Radialführungen für die Spannbacken liegen.
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Wie bereits erwähnt, wird ein Spannfutter bevorzugt, welches sich mit den Spannbacken eines Spannbackensatzes in unterschiedlicher Aufteilung und Anzahl bestücken lässt, insbesondere mit drei Spannbacken in einem Winkelabstand von jeweils 120°, mit alternativ vier Spannbacken mit einem Winkelabstand von jeweils 90°, sowie mit sechs Spannbacken mit einem Winkelabstand von jeweils 60°. Um dies bewerkstelligen zu können, ist es von Vorteil, wenn ein Spannbackensatz insgesamt sechs, vorzugsweise identisch gebildete, Spannbacken umfasst. Dabei können für eine Erhöhung der Flexibilität des erfindungsgemäßen Spannfutters mehrere Spannbackensätze vorhanden sein mit unterschiedlichen Spannflächengeometrien, unterschiedlichen Längenerstreckungen und dgl., um hier je nach Einsatzzweck entsprechend angepasste Spannbacken verwenden zu können (z. B. für alternative Außen- oder Innenaufspannung).
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Da, wie bereits erwähnt, die Spannbacken bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter nicht mehr durch beliebiges Weiterdrehen des Planflächenelementes verschoben werden können, vielmehr die Spiralgewindezähne an den Spannbacken dann außer Eingriff mit den Planspiralgewindezügen geraten, wenn die Ränder der ersten Radialsegmente erreicht werden und sich die zweiten Radialsegmente in einen Bereich unterhalb der Spiralgewindezähne bewegen, kann es sinnvoll sein, einen Drehwinkelbegrenzer vorsehen, der einen relativen Drehwinkel zwischen dem Futterkörper und dem Planflächenelement begrenzt, dies insbesondere auf einen Winkel, der der Winkelausdehnung einer Paarung aus einem ersten Planflächensegment und einem angrenzenden zweiten Planflächensegment entspricht. Soweit insbesondere die zweiten Planflächensegmente unterschiedliche Winkelausdehnungen haben können, so ist eine Begrenzung auf einen Winkelbereich zu bevorzugen, der einer Kombination eines ersten Planflächensegmentes und eines schmalsten zweiten Planflächensegmentes auf der Oberfläche des Planflächenelementes entspricht. So wird verhindert, dass ein Bediener des Spannfutters dieses versehentlich überdreht, dabei Spannbacken, die möglicherweise unkontrolliert außer Eingriff mit den Spiralgewindezügen geraten sind, in nicht definierter Position wiederum in Eingriff mit den Spiralgewindezügen eines nachfolgenden ersten Radialsegmentes bringt und so zu einer unsymmetrischen Einspannung gelangt mit den möglichen und negativen Auswirkungen für ein entsprechend eingespanntes Werkstück bzw. Werkzeug.
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Aufgrund ähnlicher Erwägungen kann es ferner von Vorteil sein, wenn das Spannfutter Mittel zum Anzeigen einer Relativposition zwischen dem Futterkörper und dem Planflächenelement aufweist, in der die Spiralgewindezähne der Spannbacken jeweils einem zweiten Spiralsegment ohne Spiralgewindezüge gegenüberliegen. So kann ein Bediener des Spannfutters erkennen, dass die beiden Verzahnungselemente des Backenantriebes, nämlich Planspiralgewindezüge und die Spiralgewindezähne außer Eingriff geraten sind, so dass ein vorsichtiges Nachjustieren und erneutes Ansetzen des Spannvorganges erforderlich ist.
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Wie auch schon beim Stand der Technik grundsätzlich bekannt, können auch bei dem erfindungsgemäßen Spannfutter die Radialführungen Führungsnuten aufweisen, in denen entsprechend zu diesen korrespondierende, in diese eingreifende Vorsprünge an den Spannbacken geführt sind.
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Das Planflächenelement kann insbesondere eine Planflächenscheibe sein, wie dies auch beim Stand der Technik häufig der Fall ist.
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Für das eigentliche Aufspannen, d. h. für ein Verdrehen des Planflächenelementes um darüber die Spannbacken zu bewegen, kann mit Vorteil ein Spindelantrieb vorgesehen sein. Dieser Spindelantrieb kann insbesondere selbsthemmend sein, so dass das Spannfutter eine einmal erreichte Spannposition aufgrund der Selbsthemmung dieses Spindelantriebes hält, die Spannkraft aufrechterhalten bleibt. Das erfindungsgemäße Spannfutter kann dabei sowohl für eine manuelle Betätigung als auch für einen automatisierten Aufspannvorgang eingerichtet sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Spannfutters aus einer ersten Blickrichtung;
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2 eine Explosionsdarstellung des Spannfutters gemäß 1 aus einer zweiten Blickrichtung;
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3 eine dreidimensionale Ansicht des Futterkörpers des Spannfutters gemäß 1;
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4 eine Aufsicht auf den Futterkörper aus 3;
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5 eine dreidimensionale Ansicht der ringförmigen Planflächenscheibe des Spannfutters gemäß 1 mit auf einer Oberseite angeordneten Ringabschnittsegmenten mit darin ausgebildeten Planspiralgewindezügen;
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6 eine Aufsicht auf die Planflächenscheibe aus 5;
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7 in drei verschiedenen Ansichten, a) von unten, b) von der Seite und c) von oben, eine Spannbacke des Spannfutter gemäß 1;
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8 eine dreidimensionale Ansicht eines Basiselements des Spannfutters gemäß 1; und
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9 eine Aufsicht auf das Basiselement aus 8.
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In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannfutters dargestellt, welches anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf diese Figuren näher erläutert wird. Die Figuren sind dabei keine exakten Konstruktionszeichnungen und nicht zwingend maßstabgerecht. Sie sind vielmehr als skizzenhafte Erläuterungen der wesentlichen und wichtigen Merkmale und Elemente des erfindungsgemäßen Spannfutters zu verstehen.
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In den Figuren ist das Spannfutter mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Es weist einen Satz aus in T-Nuten 2, die in einem Futterkörper 3 ausgebildet sind, einsetzbaren und in eingesetztem Zustand darin radial geführten Spannbacken 4 auf. Diese Spannbacken 4 haben in einem Führungsabschnitt 5 einen Doppel-T-förmigen Querschnitt, der in die T-Nuten 2 passt und im Zusammenspiel mit diesen die radiale Führung der Spannbacken 4 sicherstellt. Auf ihren Unterseiten weisen die Spannbacken 4 Spiralgewindezähne 6 auf.
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Unterhalb des Futterkörpers 3, also auf dessen den Spannbacken 4 gegenüberliegenden Seite, ist eine kreisringförmige Planflächenscheibe 7 angeordnet, die auf einer den Unterseiten der Spannbacken 4 zugewandten Oberseite 8 Radialsegmente 9 mit Planspiralgewindezügen 10 und weitere Radialsegmente 11, in denen die Oberfläche 8 glatt und ohne Planspiralgewindezüge 10 gebildet ist, aufweist. Die Planspiralgewindezüge 10 kämmen, wenn ein Radialsegment 9 mit solchen Planspiralgewindezügen 10 in einem Bereich unterhalb einer in einer der T-Nuten 2 des Futterkörpers 3 angeordneten Spannbacken 4 liegt, mit den an der Unterseite dieser Spannbacken 4 vorgesehenen Spiralgewindezähnen 6. An der Unterseite der Planflächenscheibe 7 ist mit dieser fest verbunden ein mit einer Außenumfangsverzahnung 12 versehener Zahnring 13 angeordnet (vergleiche 2).
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In der Anordnung unterhalb der Planflächenscheibe 7 befindet sich noch eine Basis 14, auf der der weitere Aufbau ruht und an der insbesondere ein mit einer Antriebswelle 15 verbundenes Schneckenrad 16 fest angeordnet ist. Dieses Schneckenrad 16 kämmt mit der Außenumfangsverzahnung 12, so dass durch Rotation der Antriebswelle 15 die Planflächenscheibe 7 relativ zu der Basis 14 verdreht werden kann. An einem dem Schneckenrad 16 gegenüberliegenden freien Ende der Antriebswelle 15 ist ein mit einem Innensechskant versehener Werkzeugangriff 17 ausgebildet. An diesem kann zum Drehen der Antriebswelle 15 mit einem entsprechenden Sechskantschlüssel angesetzt werden. Im zusammengesetzten Zustand des Spannfutters 1 ist das Schneckenrad 16 in einer in der Basis 14 ausgebildeten Tasche 18 aufgenommen, die Antriebswelle 15 ist durch eine Bohrung 19 geführt und ruht mit einem freien Ende in einer Bohrung 20, die mit der Bohrung 19 fluchtet. Die Bohrungen 19 und 20 bilden dabei zugleich ein Drehlager für die Antriebswelle 15.
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Zum radialen Verlagern der Spannbacken 4, die in dem Spannkörper 3 eingesetzt sind, wird die Planflächenscheibe 7 gedreht. Befinden sich die Radialsegmente 9, in denen Planspiralgewindezüge 10 ausgebildet sind, unterhalb der jeweiligen Spannbacken 4 wird durch den Eingriff der Spiralgewindezähne 6 an den Spannbacken 4 in die Planspiralgewindezüge 10 und aufgrund der radialen Zwangsführung der mit ihren Führungsabschnitten 5 in die T-Nuten 2 eingesetzten Spannbacken 4 eine radiale Verlagerung dieser Spannbacken 4 erreicht, je nach Drehrichtung der Planflächenscheibe 7 radial einwärts auf ein gemeinsames Zentrum Z zu oder radial auswärts von diesem gemeinsamen Zentrum Z weg.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Winkelerstreckung der Radialsegmente 9, in denen Planspiralgewindezüge 10 ausgebildet sind, mit etwas weniger als 30° bemessen. Genau genommen erstrecken sich ein Radialsegment 9 und ein in der Umfangsausdehnung kleineres der Radialsgemente 11 zusammen in einem Winkel von 30°. Entsprechend wird durch eine maximale Verstellung der Planflächenscheibe 7 um einen solchen Drehwinkel eine maximale radiale Verlagerung der Spannbacken 4 erreicht. Wird ein der Winkelerstreckung der Radialsegmente 9 entsprechender Drehwinkel (also der etwas unterhalb von 30° liegende Winkel) überschritten und die Planflächenscheibe 7 weitergedreht, so gerät ein Radialsegment 11 ohne Planspiralgewindezüge 10 unter die jeweilige Spannbacken 4, so dass deren auf ihrer Unterseite ausgebildeten Spiralgewindezähne 6 frei liegen, die Spannbacken 4 in radialer Richtung frei verschoben werden kann. Genügt also zum Beispiel der maximal für ein Zustellen der Spannbacken 4 in die Spannposition mögliche Drehwinkel der Planflächenscheibe 7 von 30° nicht, um eine ausreichende Spannkraft auf die Spannbacken 4 aufzubringen, so kann in einer solchen Stellung, in der die nicht mit Planspiralgewindezügen 10 versehenen Radialabschnitte 11 unterhalb der Spannbacken 4 und der auf ihrer Unterseite ausgebildeten Spiralgewindezähne 6 liegen, eine Korrektur der Ausgangsstellung der Spannbacken 4 vorgenommen, können diese weiter in Richtung der Spannstellung verschoben werden, so dass bei einem anschließenden Spannvorgang durch erneutes Verdrehen der Planflächenscheibe 7 der Stellweg genügt, um die Spannbacken 4 in eine richtige Spannposition zu verbringen und dabei eine ausreichende Spannkraft auf das einzuspannende Werkstück bzw. Werkzeug auszuüben.
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Um auch bei einem für das Einspannen vergleichsweise geringen Stellweg der Planflächenscheibe 7 von hier nur etwas weniger als 30° einen ausreichenden Zustellweg der Spannbacken 4 zu erreichen, ist für die Steigung der Planspiralgewindezüge 10 ein entsprechend hoher Wert vorgesehen, der jedenfalls so groß gewählt ist, dass mit dem maximalen Stellweg die Spannbacke 4 um einen Weg verlagert wird, der gleich oder größer ist als das Teilungsmaß der Spiralgewindezähne. In einem möglichen Ausführungsbeispiel, in der das Spannfutter einen Durchmesser von etwa 50 mm hat, kann diese Steigung z. B. 48 mm betragen. Zwar ist in einem solchen Fall aufgrund der vergleichsweise großen Steigung das Aufbringen einer hohen Spannkraft nicht oder nur vergleichsweise schwer möglich, allerdings genügt die mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter aufzubringende Spannkraft, um in den meisten Anwendungen ein sicheres Einspannen von Werkstücken bzw. Werkzeugen zu ermöglichen. Ausgestaltungen, bei denen besonders hohe Spannkräfte aufzubringen sind, können beispielsweise erreicht werden, indem der Verstellweg durch Verringerung der Gewindesteigung verkürzt, oder aber indem die Winkelausdehnung der mit Planspiralgewindezügen 10 versehenen Radialsegmente 9 vergrößert wird (zu Lasten der Flexibilität des Spannfutters, vergleiche hierzu später).
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Insbesondere in 1 zu erkennen ist noch ein über eine Feder 21 gegen einen in dem Seitenrand der Planflächenscheibe 7 ausgebildeten Rücksprung 22 gedrücktes Druckstück 23. Dieses Druckstück 23 geleitet in dem Rücksprung 22 und wird – über abgeflachte Übergänge des Rücksprungs 22 auf den sonstigen Durchmesser des Außenrandes der Planflächenscheibe 7 geleitet – nach außen gedrückt, sobald die Planflächenscheibe 7 über einen durch die Umfangserstreckung des Rücksprungs 22 definierte Wegstrecke hinaus verdreht wird. Dabei ist der Rücksprung 22 exakt entlang der Winkelerstreckung eines Radialsegmentes 9 mit darin ausgebildeten Planspiralgewindezügen 10 angeordnet. So wird das Druckstück 23 nach außen gedrückt, zeigt mit einer stiftförmigen Verlängerung, die nach außen durch eine Bohrung 24 in dem Futterkörper 3 vorsteht, einem Bediener an, dass die Radialsegmente 9 mit den darin ausgebildeten Planspiralgewindezügen 10 den Bereich unterhalb der Spannbacken 4 verlassen, dass also die Spiralgewindezähne 6 auf der Unterseite der Spannbacken 4 außer Eingriff mit den Planspiralgewindezügen 10 geraten. Mit dieser Anzeige wird verhindert, dass ein Bediener des Spannfutters 1 unbemerkt den Stellweg der Planflächenscheibe 7 „überdreht” und somit irrtümlich im Glauben ist, ein Werkstück oder Werkzeug sicher in dem Spannfutter 1 eingespannt zu haben, obwohl dieses aufgrund der Entkopplung zwischen den Spannbacken 4 und der Planflächenscheibe 7 ohne aufgebrachte Spannkraft gelöst ist.
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Aufgrund des Umstandes, dass für den Gebrauch des Spannfutters 1 ein umfangsmäßiger Stellweg der Planflächenscheibe 7 genügt, der der Winkelerstreckung eines mit Planspiralgewindezügen 10 versehenen Radialsegmentes 9 zuzüglich der Umfangserstreckung eines sich anschließenden Radialsegmentes 11 ohne Planspiralgewindezüge 10 entspricht (hier also z. B. 30°), ist hier die entsprechende Relativbewegung zwischen dem Futterkörper 3, bzw. der mit Letzterem drehfest verbundenen Basis 14, und der Planflächenscheibe 7 in ihrer Ausdehnung durch einen Anschlag beschränkt. Dieser Anschlag wird gebildet durch einen in Umfangsrichtung der Basis 14 verlaufenden Führungsschlitz 25, in den ein in den Figuren nicht näher dargestellter, auf der Unterseite der Planflächenscheibe 7 angeordneter, mit Letzterer fest verbundener Anschlagstift hineinragt. Durch die winkelmäßige Beschränkung des Stellweges ist es dabei auch nicht erforderlich, dass die in 2 entlang des vollen Umfanges vorgesehene Außenumfangsverzahnung 12 sich über die vollen 360° erstreckt. Vielmehr kann auch diese – zur Vereinfachung der Fertigung etwa – beschränkt werden auf einen maximalen Stellweg, wie er durch den Anschlag bestimmt ist, hier also auf ein Segment von etwa 30° (ggf. zur Sicherheit etwas weiter, z. B. über 35°). Wie insbesondere die Darstellung in 4 erkennen lässt, sind T-Nuten 2 in den Futterkörper 3 an unterschiedlichen Positionen, hier insgesamt acht Positionen, angeordnet bzw. in diesen eingebracht. In 4 sind diese Positionen jeweils mit den Bezifferung Pos. 1 bis Pos. 8 betitelt. Da das erfindungsgemäße Spannfutter 1 für eine variable Bestückung mit Spannbacken 4 vorgesehen ist, sind die einzelnen T-Nuten 2 in einer wie in 4 gezeigten Weise angeordnet. Diese Anordnung gestattet die Konfiguration des Spannfutters 1 mit unterschiedlichen Spannbackengeometrien: Neben einer Bestückung mit nur zwei einander gegenüberliegenden Spannbacken 4, bei der Spannbacken 4 an den Positionen 1 und 5 oder 2 und 6 oder 3 und 7 oder 4 und 8 angeordnet sind, sind Bestückungen mit drei Spannbacken 4, vier Spannbacken 4 und sechs Spannbacken 4 möglich. Für eine Bestückung mit drei Spannbacken 4 werden entsprechend die T-Nuten 2 an den Positionen 1, 4 und 6 mit Spannbacken 4 bestückt. Alternativ kann eine Bestückung auch der T-Nuten 2 an den Positionen 2, 5 und 8 erfolgen. Denn die genannten Paarungen aus jeweils an drei unterschiedlichen Positionen angeordneten T-Nuten 2 sind solche, die jeweils untereinander einen Winkelabstand von 120° aufweisen. Eine Bestückung mit vier Spannbacken 4 ist insbesondere möglich, wenn die T-Nuten 2 an den Positionen 1, 3, 5 und 7 mit Spannbacken 4 versehen werden. So ergibt sich eine Spannbackenverteilung mit Spannbacken 4 in einem Winkelabstand von jeweils 90°. Für eine gleichmäßige Bestückung mit sechs, in gleichem Winkelabstand angeordneten Spannbacken werden die T-Nuten 2 an den Positionen 1, 2, 4, 5, 6 und 8 belegt. Die T-Nuten 2 an diesen Positionen haben jeweils einen Winkelabstand von 60° zueinander.
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Ein Vergleich der 4 nun mit der Darstellung der Planflächenscheibe 7 in 6 zeigt, dass die Winkelverteilung der mit Planspiralgewindezügen 10 versehenen Radialsegmente 9 der Winkelverteilung der T-Nuten 2 in dem Spannkörper 3 entspricht. Die Verteilung der jeweiligen Radialsegmente 9 ist dabei dergestalt, dass entsprechende durch die Radialsegmente 9 geführte Winkelhalbierende bei entsprechender Ausrichtung der Planflächenscheibe 7 exakt unterhalb die T-Nuten 2 fallen. Zu erkennen ist insbesondere in der 6 auch, dass bei einer entsprechenden Verdrehung der Planflächenscheibe 7 relativ zu dem Spannkörper 3 unterhalb sämtlicher T-Nuten 2 zugleich Radialsegmente 11 ohne Planspiralgewindezüge 10 gebracht werden können, so dass für sämtliche T-Nuten 2 Spannbacken 4 in diese eingeführt bzw. aus diesen entnommen werden können, ohne dass die an der jeweiligen Unterseite der Spannbacken 4 ausgebildeten Spiralgewindezähne 6 gegen die Planspiralgewindezüge 10 der Planflächenscheibe 7 stoßen.
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Insbesondere in 6 ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die in den Radialsegmenten 9 ausgebildeten Planspiralgewindezüge 10 nicht etwa, wenn sie gedanklich miteinander verbunden werden, eine durchgehende Planspirale ergeben, sondern stattdessen jeweils gleich gebildet sind, dass also die Planspiralgewindezüge 10 eines Radialsegmentes 9 gedanklich durch entsprechende Drehung um ein gedachtes Zentrum Z deckungsgleich mit den Planspiralgewindezügen 10 eines weiteren Radialsegmentes 9 übereinandergelegt werden können. Dieser Umstand bedingt, zusammen mit der Tatsache, dass die Spannbacken 4 des erfindungsgemäßen Spannfutters 1 innerhalb eines Satzes identisch, insbesondere mit identisch angeordneten und ausgerichteten Spiralgewindezähnen 6 gebildet sind, dass die Spannbacken 4 an beliebiger Position in eine dort angeordnete T-Nut 2 eingesetzt werden können, ohne dass durch den spezifischen Verlauf der Planspiralgewindezüge 10 an der jeweiligen Position eine bestimmte und durch eine individuelle Anordnung der Spiralgewindezähne 6 auf den Verlauf der Planspiralgewindezüge 10 angepasste Spannbacken 4 verwendet werden müsste.
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Insbesondere aus der obigen Beschreibung zu der flexiblen Bestückungsmöglichkeit des Futterkörper 3 des erfindungsgemäßen Spannfutters 1 mit variabel verwendbaren Spannbacken 4 ist noch einmal deutlich geworden, dass das erfindungsgemäße Spannfutter 1 in seiner Spanngeometrie nicht vorgegeben ist, dass vielmehr mit einem festen Unterbau bestehend aus dem Spannkörper 3, der Planflächenscheibe 7 und der Basis 14 und einem Satz von identisch gebildeten Spannbacken 4 je nach Anforderung ein mit unterschiedlicher Bestückung an Spannbacken 4 und variabler Spanngeometrie gebildetes Spannfutter 1 aufgebaut werden kann. Insoweit gehören zu dem erfindungsgemäßen Spannfutter 1 auch nicht lediglich die in einer konkreten geometrischen Anordnung in dem Futterkörper 3, dort in die T-Nuten 2, eingesetzten Spannbacken 4, sondern gehört ein entsprechender Satz aus Spannbacken 4, mit dem eine zu wählende Geometrie der Spannbackenverteilung aufgebaut werden kann bzw. aufzubauen ist.
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Wie eine Betrachtung der 7, aber auch zum Beispiel der 1 zeigt, weisen die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Spannbacken 4 mehrere, hier jeweils insgesamt drei, Anlagekanten 26 auf für eine Außen- bzw. eine Innenaufspannung auf und tragen so auch zu einer hohen Flexibilität des Spannfutters 1 bei.
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Aus der obigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ist noch einmal der große Vorteil, insbesondere hinsichtlich der Variabilität und Flexibilität, des erfindungsgemäßen Spannfutters deutlich geworden. An dieser Stelle gilt es allerdings noch einmal zu betonen, dass das vorstehende Ausführungsbeispiel zwar eine mögliche Umsetzung der erfinderischen Idee und der allgemein in den Schutzansprüchen beschriebenen Erfindung ist, die Erfindung allerdings nicht auf dieses konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannfutter
- 2
- T-Nuten
- 3
- Futterkörper
- 4
- Spannbacke
- 5
- Führungsabschnitt
- 6
- Spiralgewindezähne
- 7
- Planflächenscheibe
- 8
- Oberseite
- 9
- Radialsegment
- 10
- Planspiralgewindezug
- 11
- Radialsegment
- 12
- Außenumfangsverzahnung
- 13
- Zahnring
- 14
- Basis
- 15
- Antriebswelle
- 16
- Schneckenrad
- 17
- Werkzeugangriff
- 18
- Tasche
- 19
- Bohrung
- 20
- Bohrung
- 21
- Feder
- 22
- Rücksprung
- 23
- Druckstück
- 24
- Bohrung
- 25
- Führungsschlitz
- 26
- Anlagekante
- Z
- gedachtes Zentrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2708383 A1 [0002]
- DE 29804333 [0003]
