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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Maschinenbau, konkret ein Spannzangenfutter zum Spannen eines Werkstückes in einer CNC-Drehmaschine.
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Stand der Technik
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Zum Spannen eines Werkstücks in CNC-Drehmaschinen werden zwei Arten von Spannzangen verwendet, nämlich Druckspannzangen und Zugspannzangen. Diese Zangen werden in sog. Spannzangenfutter gespannt. Das Spannzangenfutter ist ein Hohlkörper zylindrischer Form, der mit einem Flansch mit Löchern zur Befestigung des Körpers an der Maschinenspindel versehen ist. Der Innendurchmesser des Hohlkörpers beträgt standardmäßig 96 mm. Teil des Spannzangenfutters ist auch ein Adapter zum Anschluss an das Gleitrohr der Maschine und andere Teile, die sich je nach Spannzangenart, wie z.B. Bajonettdeckel, Spannzangenhülse u.a. unterscheiden.
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Für Druckspannzangen werden Druckspannzangenfutter verwendet, die eine Spannzangenhülse mit Innenkegel aufweisen. Eine Druckspannzange mit Außenkegel wird in das Druckspannzangenfutter eingesetzt und eine bewegliche Spannzangenhülse mit Innenkegel wird im Druckspannzangenfutter mittels eines Gleitrohrs von der Drehmaschinenspindel nach vorne geschoben, wobei das Schieben mit dem Außenkegel der Spannzange erfolgt. Durch die Bewegung der aneinanderliegenden Kegelflächen wird die Druckspannzange und das Werkstück in der CNC-Drehmaschine gespannt. Druckspannzangen werden aus einem Materialstück hergestellt, das wärmebehandelt und anschließend präzise geschliffen wird. Sie sind abriebfest und verfügen über die für ihre Funktion erforderliche Flexibilität. Sie sind einfacher herzustellen als Zugspannzangen, sie sind auch preiswerter, aber sie sind weniger genau und haben eine geringere Spannkraft.
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Druckspannzangen werden auch aus einem Materialstück hergestellt, das wärmebehandelt und anschließend präzise geschliffen wird. Im Gegensatz zu Druckspannzangen wird die Zugspannzange nach der Bearbeitung in mehrere Spannsegmente unterteilt, in der Regel in drei oder sechs. Diese Spannsegmente werden in einen vulkanisierten Gummiring eingesetzt, der für ihre Flexibilität beim Spannen des Werkstücks sorgt. Für Zugspannzangen werden Zugspannzangenfutter verwendet, die eine feste Spannzangenhülse mit Innenkegel aufweisen, und die Zugspannzange mit Außenkegel wird mittels eines Gleitrohrs in Richtung nach hinten zu der Maschinenspindel gezogen. Das Spannen des Werkstücks erfolgt auch durch die Bewegung der aneinanderliegenden Kegelflächen, aber in entgegengesetzter Bewegungsrichtung als bei Druckspannzangen. Zugspannzangen sind robuster und präziser als Druckspannzangen und können Werkstücke auch mit größerer Spannkraft spannen. Sie sind auch teurer als Druckspannzangen.
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Der Nachteil des aktuellen Stands der Technik liegt darin, wenn Maschinenbaufirmen beide Arten von Spanzangen verwenden wollen, d.h. Druckspannzangen und Zugspannzangen, müssen sie beide Arten der Spannzangenfutter auf Lager haben, d.h. Druckspannzangenfutter und Zugspannzangenfutter. Dies führt nicht nur zu höheren Kosten und größeren Lagebeständen, sondern auch zu einem erheblichen Zeitverlust beim Austausch einer Art von Spannzangenfutter gegen eine andere und beim Einrichten der Maschine. Beim Austausch vom Spannzangenfutter ändert sich auch die Bewegungsrichtung des Gleitrohrs vom Schub auf Zug oder umgekehrt, was jedoch eine Funktion ist, mit der CNC-Drehmaschinen standardmäßig ausgestattet sind.
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Gleichzeitig kommt es in Maschinenbaubetrieben relativ häufig vor, dass eine große Anzahl von Druckspannzangen aus der Vergangenheit und die entsprechenden Druckspannzangenfutter auf Lager sind. In Fällen, in denen eine präzisere und festere Spannung eines Teils oder einer Stange erforderlich ist, muss zusätzlich zur Zugspannzange auch ein neues Zugspannzangenfutter angeschafft werden, was unnötig teurer ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein universelles Spannzangenfutter zu schaffen, in dem beide Arten der Spannzangen verwendet werden können, d.h. Zugspannzangen und Druckspannzangen, und somit die oben genannten Mängel des Stands der Technik zu beseitigen.
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Gegenstand der Erfindung
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Schaffung eines universellen Spannzangenfutters nach der vorliegenden Erfindung gelöst. Die Erfindung basiert auf der Idee, das bestehende Spannzangenfutter für Druckspannzangen so zu modifizieren, dass es auch für Zugspannzangen verwendet werden kann. Die bestehenden Spannzangenfutter bestehen aus einem Hohlkörper zylindrischer Form, der mit einem Flansch mit Löchern zur Befestigung des Körpers an der Spindel ausgestattet ist. Der Hohlkörper hat einen Innendurchmesser von D=96 mm. Darüber hinaus verfügen sie über einen Rohradapter mit einem Innengewinde zur lösbaren Verbindung mit dem Gleitrohr, das aus der Spindel der Maschine, z.B. einer CNC-Drehmaschine, kommt.
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Die Grundlage der Erfindung beruht darin, dass an dem Flansch gegenüberliegenden Ende des Hohlkörpers eine innenkonische Lagerung im Winkel α = 15° ± 15" in der Länge l von 10 mm bis 16 mm, vorzugsweise gerade 16 mm gebildet ist. Diese innenkonische Lagerung ist zur Lagerung der Zugspannzange in gleichem Spannzangenfutter vorgesehen, in dem auch die Druckspannzange gelagert werden kann. Da die Außendurchmesser der Spannzangen vorgegeben sind, war es notwendig, die Konstruktion des Hohlkörpers so anzupassen, dass dessen Innendurchmesser vom Standarddurchmesser D=96 mm auf den Durchmesser d = 90 mm ± 3 mm reduziert wurde, denn nur so kann die erforderliche Länge der aneinanderliegenden Kegelflächen des Hohlkörpers und der Zugspannzange und damit eine ausreichende Spannfestigkeit des Werkstücks erreicht und gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit des Hohlkörpers und des gesamten Spannzangenfutters für beide Arten von Spannzangen aufrechterhalten werden. In der vorteilhaften Ausführung beträgt der Durchmesser d = 90 mm und die Länge l = 16 mm.
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Das universelle Spannzangenfutter nach der vorliegenden Erfindung in der Ausführung für eine Druckspannzange umfasst weiterhin eine Spannzangenhülse für eine Druckspannzange, die die Form eines Zylinders aufweist, dessen Außendurchmesser der Innendurchmesser (d) des Hohlkörpers ist, reduziert um den Spielraum, der die Lagerung und Entfernung der Spannzangenhülse in den bzw. aus dem Hohlkörper ermöglicht. Es enthält außerdem einen Bajonettdeckel, der abnehmbar und mit einem innenkonischen Anschluss am Ende des Hohlkörpers befestigt werden kann. Ein Ende der Spannzangenhülse greift in den Rohradapter ein und das andere Ende ist für die Drucklagerung der Druckspannzange gegen den Bajonettdeckel angepasst.
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Das Spannzangenfutter nach der vorliegenden Erfindung in der Ausführung für eine Zugspannzange verfügt über keine Spannzangenhülse, sondern eine Spannhülse für eine Zugspannzange, die die Form eines Zylinders aufweist, dessen Außendurchmesser der Innendurchmesser (d) des Hohlkörpers ist, reduziert um den Spielraum, der die Lagerung und Entfernung der Spannhülse in den bzw. aus dem Hohlkörper ermöglicht. Ein Ende der Spannhülse greift in den Rohradapter ein und das andere Ende ist für die Zuglagerung der Zugspannzange gegen die innenkonische Lagerung des Hohlraumes angepasst.
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In einer bevorzugten Ausführung des Spannzangenfutters für eine Zugspannzange ist der Rohradapter mit einem Außengewinde und die Spannhülse an einem Ende mit einem entsprechenden Innengewinde zum Aufschrauben der Spannhülse auf den Rohradapter versehen.
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Um ein Drehen der Spannhülse oder der Spannzangenhülse zu vermeiden, sind am Außenumfang der Spannhülse oder der Spannzangenhülse mindestens zwei Sicherungsnuten ausgebildet und im Hohlkörper eine erste Gewindeöffnung mit der ersten Sicherungsschraube ausgebildet, die vom Hohlkörper in eine der Sicherungsnuten der Spannhülse oder Spannzangenhülse führt, um eine Drehung um die Längsachse zu vermeiden.
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In einer bevorzugten Ausführung haben die Sicherungsnuten eine ovale Form und verlaufen parallel zur Längsachse des Hohlkörpers und des Spannzangenfutters oder der Spannhülse, so dass die Spannhülse oder Spannzangenhülse nach vorne und nach hinten bewegt werden kann, wobei die Sicherungsnut mit der ersten Sicherungsschraube diese Schiebebewegung ausführen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden die Bereiche der innenkonischen Lagerung im Hohlkörper durch zweite Gewindeöffnungen mit zweiten Sicherungsschrauben für die Sicherung der Zugspannzange gebildet.
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Für eine einfache Montage der Spannhülse im Hohlkörper ist es vorteilhaft, dass die Spannhülse an ihrem anderen Ende mit einem innenliegenden zylindrischen Anschlussstück mit über den Innenumfang der Spannhülse verteilten Montagenuten versehen ist.
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Um die Montage zu erleichtern, umfasst das universelle Spannzangenfutter vorzugsweise auch ein Montagemittel zur Montage der Spannhülse in den Hohlkörper am Rohradapter, wobei das Montagemittel einen zylindrischen Kopf aufweist, der in die innere zylindrische Lagerung passt, mit darin passenden Montagevorsprüngen der Spannhülse.
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Der Vorteil des universellen Spannzangenfutters nach der vorliegenden Erfindung beruht darin, dass ein einziges Spannzangenfutter sowohl für Druckspannzangen als auch für Zugspannzangen verwendet werden kann, was eine erhebliche Ersparnis beim Kauf von Spannzangenfutter sowie die Lagerbestandreduzierung mit sich bringt. Der Austausch einer Art von Spannzangen gegen eine andere kann schnell und einfach erfolgen, ohne dass das universelle Spannzangenfutter von der Spindel einer CNC-Drehmaschine oder einer anderen Maschine demontiert werden muss.
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Übersicht der Bilder in Zeichnungen
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 zeigt eine Ansicht auf das Spannzangenfutter für eine Druckspannzange, bekannt aus dem Stand der Technik,
- 2 zeigt einen Schnitt durch die Ebene A-A von 1,
- 3 zeigt eine Ansicht auf das universelle Spannzangenfutter in der Ausführung für eine Druckspannzange gemäß der Erfindung,
- 4 zeigt einen Schnitt durch die Ebene A-A von 3,
- 5 zeigt eine Ansicht auf das Spannzangenfutter in der Ausführung für eine Zugspannzange gemäß der Erfindung,
- 6 zeigt einen Schnitt durch die Ebene A-A vom 5,
- 7 zeigt einen Schnitt durch das universelle Spannzangenfutter in der Ausführung für eine Zugspannzange gemäß der Erfindung, im Set mit einem Montagemittel zur Montage der Spannhülse.
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Beispiele der Erfindung
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Es versteht sich, dass die weiter beschriebenen und gezeigten konkreten Beispiele der Erfindung der Veranschaulichung dienen und keine Beschränkung der Erfindung auf die genannten Beispiele darstellen. Fachexperten, die den Stand der Technik kennen, werden durch Routineexperimente eine größere oder geringere Anzahl von Äquivalenten zu der spezifischen Umsetzung der hier beschriebenen Erfindung finden oder herausfinden. Diese Äquivalente werden auch in den Umfang der folgenden Schutzansprüche einbezogen.
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Beispiel 1 - Universelles Spannzangenfutter in der Ausführung für eine Druckspannzange 10
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Das universelle Spannzangenfutter 1 nach 3 und 4 besteht aus mehreren präzise bearbeiteten Stahlteilen. Es handelt sich um einen Hohlkörper 2 mit einem Flansch, der Öffnungen 4 zur Befestigung mit nicht dargestellten Schrauben an der Spindel 3 der CNC-Drehmaschine aufweist. Weiterhin handelt es sich um eine Spannzangenhülse 11 für eine Druckspannzange 10, die mit minimalem Spielraum im inneren des Hohlkörpers 2 verschiebbar gelagert ist. Gegen Drehen um die Längsachse ist sie mit der ersten Sicherungsschraube 19 gesichert, die in die erste Gewindeöffnung 18 eingeschraubt ist und ihr Ende greift in eine der drei Sicherungsnuten 17 am Umfang der Spannzangenhülse 11ein. Die Sicherungsnuten 17 sind oval und ermöglichen eine axiale Verschiebung der Spannzangenhülse 11. Ein Ende der Spannzangenhülse 11 (es versteht sich das flanschnähere Ende) greift in den Rohradapter 6 ein, der auf das Gleitrohr 5 aufgeschraubt ist. Es ist wie die Spindel 3 Teil der CNC-Drehmaschine und führt beim Spannen des Werkstücks eine Gleitbewegung in Richtung von der Spindel 3, wobei es den Rohradapter 6 und die mit ihm verbundene Spannzangenhülse 11 auf die Druckspannzange 10 drückt. Das zweite Ende der Spannzangenhülse 11 (es versteht sich das flanschferne Ende) verschiebt sich mit seiner konischen Innenfläche auf die äußere konische Fläche die Druckspannzange 10. Diese stützt sich auf dem Bajonettdeckel 12 und ihre Innenbacken spannen das nicht dargestellte Werkstück. Der Hohlkörper 2 hat einen Innendurchmesser d = 90 mm ± 3 mm, und an seinem dem Flansch gegenüberliegenden Ende eine innenkonische Lagerung 9, im Winkel α = 15° ± 15" in der Länge l = 16 mm. Der Wert des Winkels α ändert sich nicht, aber der Durchmesser d und der Winkel α können innerhalb der angegebenen Bereiche variieren, während sich l mit abnehmendem Durchmesser d ändert, deren Obergrenze jedoch durch die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit der Spannzangenhülse 11 begrenzt ist. Eine vorteilhafte Kombination aus ausreichender Genauigkeit und Festigkeit der Werkstückspannung und ausreichender Festigkeit und Steifigkeit der Spannzangenhülse 11wurde experimentell im Bereich von l = 10 bis 16 mm nachgewiesen. Die vorteilhafteste Ausführung liegt dann bei Werten von d = 90 mm und l = 16 mm.
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Beispiel 2 - Universelles Spannzangenfutter in der Ausführung für eine Zugspannzange 14
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Das universelle Spannzangenfutter 1 nach 5 und 6 besteht ebenso wie das universelle Spanzangenfutter 1 nach Beispiel 1 aus einem Hohlkörper 2 mit einem Flansch und einem Rohradapter 6 zur Verbindung mit einem Gleitrohr 5, das sich in diesem Fall beim Spannen des Werkstücks in Richtung Spindel 3 bewegt. Der Hohlkörper 2 weist an dem dem Flansch gegenüberliegendem Ende eine innenkonische Lagerung 9 aus, die in gleicher Weise wie im Beispiel 1 ausgeführt ist. Anstelle einer Spannzangenhülse 11weist dieses Spannzangenfutter 1 eine Spannhülse 13 für eine Zugspannzange 14 aus, die mit minimalem Spielraum im Hohlkörper 2 verschiebbar gelagert ist. Ein Ende der Spannhülse 13 (es versteht sich das flanschnähere Ende) ist auf den Rohradapter 6 aufgeschraubt, der für diesen Zweck mit einem Außengewinde 8 versehen ist. Die Spannhülse 13 verfügt über ihren Umfang über drei ovale Sicherungsnuten 17, wobei in eine von ihnen wie im Beispiel 1 eine erste Sicherungsschraube 19 eingreift, die wie im Beispiel 1 durch die erste Gewindeöffnung 18 führt. Das zweite Ende der Spannhülse 13 (es versteht sich das flanschferne Ende) ist mit dem Ende der Zugspannzange 14 verbunden, die bei der Montage mit einem speziellen Spannzangenmittel so gedrückt wird, dass ihr Ende in die Spannhülse 13 einrastet. Die Kegelfläche der Zugspannzange 14 liegt direkt auf der innenkonischen Lagerung 9 des Hohlkörpers 2 auf und wird durch die zweiten Sicherungsschrauben 21 in den zweiten Gewindeöffnungen 20 gesichert. Der Bajonettdeckel 12 wird bei dieser Ausführung nicht verwendet. Das Gleitrohr 5 bewegt sich beim Spannen des Werkstücks in Richtung der Spindel 3 und zieht über den Rohradapter 6 und die Spannhülse 13 die Zugspannzange 14 in das Innere des Hohlkörpers 2, wobei durch Druck auf die innenkonische Lagerung 9 das Spannen der Backen der Zugspannzange 14 erfolgt.
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Beispiel 3 - Austausch der Druckspannzange 10 durch eine Zugspannzange 14
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Das universelle Spannzangenfutter 1 mit einer Druckspannzange 10 ist auf der Spindel 3 einer CNC-Drehmaschine oder einer anderen Maschine montiert. Es wird der Bajonettdeckel 12 demontiert, die Druckspannzange 10 entnommen, wobei zunächst die ersten Sicherungsschrauben 19 aus den Sicherungsnuten 17 gelöst werden. Mit Hilfe von Montageöffnungen 16 in der Vorderseite der Spannzangenhülse 11 wird die Spannzangenhülse 11 mit dem Rohradapter 6 abgeschraubt und aus dem Hohlkörper 2 entfernt. Die Montage der Spannhülse 13 für die Zugspannzange 14 mit dem Rohradapter 6 wird vorbereitet und mit einem Montagemittel 24 wird diese gesamte Baugruppe auf das Gleitrohr 5 aufgeschraubt, wie im 7 dargestellt. Der Zylinderkopf 26 passt dabei in die innere zylindrische Lagerung 22 und die Montagevorsprünge 25 in die Montagenuten 23. Die ersten Sicherungsschrauben 19 werden in die Sicherungsnuten 17 eingeschraubt. Mit einem nicht dargestellten Spannzangenmittel mit Dornen, die in die vorderen Öffnungen 15 an der Front der Zugspannzange 14 einrasten, wird die Zugspannzange 14 in den Hohlkörper 2 so eingeführt, dass sie auf der innenkonischen Lagerung 9 aufliegt und gleichzeitig mit der Spannhülse 13 eingreift und wird mit der zweiten Sicherungsschraube 21 arretiert. Nun ist das Spannzangenfutter 1 mit der Zugspannzange 14 einsatzbereit. Beim Austausch durch eine Druckspannzange 10 wird in umgekehrter Reihenfolge vorgegangen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das universelle Spannzangenfutter nach der vorliegenden Erfindung kann im Maschinenbau, insbesondere bei CNC-Drehmaschinen oder speziellen Einzweckmaschinen mit pneumatischen oder hydraulischen Spannzylindern eingesetzt werden.
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Liste der Zeichen
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- 1
- Spannzangenfutter
- 2
- Hohlkörper
- 3
- Spindel
- 4
- Öffnung zur Befestigung des Flansches des Hohlkörpers an der Spindel
- 5
- Gleitrohr
- 6
- Rohradapter
- 7
- Innengewinde des Rohradapters
- 8
- Außengewinde des Rohradapters
- 9
- innenkonische Lagerung des Hohlkörpers
- 10
- Druckspannzange
- 11
- Spannzangenhülse für Druckspannzange
- 12
- Bajonettdeckel
- 13
- Spannhülse für Zugspannzange
- 14
- Zugspannzange
- 15
- vordere Öffnung der Zugspannzange
- 16
- Montageöffnung des Spannzangengehäuses
- 17
- Sicherungsnut
- 18
- erste Gewindeöffnung
- 19
- erste Sicherungsschraube
- 20
- zweite Gewindeöffnung
- 21
- zweite Sicherungsschraube
- 22
- innere zylindrische Lagerung
- 23
- Montagenut
- 24
- Montagemittel
- 25
- Montagevorsprung
- 26
- Zylinderkopf
- ød
- Innendurchmesser des Hohlkörpers
- l
- Länge der innenkonischen Lagerung des Hohlkörpers
- α
- Winkel der innenkonischen Lagerung des Hohlkörpers
