DE2164388A1

DE2164388A1 - Hohlwellenspindel

Info

Publication number: DE2164388A1
Application number: DE19712164388
Authority: DE
Inventors: Kenji Tokio; Ozawa Fumihiro Matsudo Chiba; Nemoto (Japan)
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1970-12-26
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-27
Also published as: US3741572A; CH547682A; GB1376345A; JPS5040272B1; FR2119746A5

Description

Anmelder: Seiko Seiki Kabushiki Kaisha, Tokyo (Japan)

Hohlwellenspindel

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlwellenspindel für eine Werkzeugmaschine. Bisher wurde noch keine geeignete Hohlwellenspindel vorgeschlagen, mit der Stangenmaterial oder.ein Werkzeug, das in einer Spindel gehalten ist, durch öffnen und Schließen eines an dieser angebrachten Spannfutters durch Betätigen von außen während einer hohen Betriebsgeschwindigkeit einrückbar und ausrückbar ist. Die Entwicklung und Schaffung einer Hohlwellenspindel mit einem derartigen Aufbau ist besonders in jüngster Zeit für Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsbetrieb einer Maschine gefordert worden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Hohlwellenspindel, bei der ein Öffnen und Schließen des Spannfutters exakt sogar während Tourenzahlen von mehr als 20 000 UpM durchführbar sind. Weiterhin ist bei einem Drehautomaten zur Bearbeitung von langem Stangenmaterial in jüngster Zeit sehr stark eine Erhöhung der Drehzahl der Arbeitsspindel für einen Hochleistungsbetrieb benötigt worden; die vorliegende Erfindung kann daher besonders

-2-

209831/0567

2164389

vorteilhaft gerade auf diesem Gebiet verwendet werden; sie ist aber nicht auf die Verwendung bei Drehautomaten beschränkt 'und kann bei einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen beispielsweise als Spindel für Werkzeug- und Arbeitsmaterial verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, ist bisher noch keine Hohlwellenspindel mit einer bei hohen Drehgeschwindigkeiten einrückbaren und ausrückbaren Spannfutterausführung geschaffen worden; im folgenden werden daher die Funktions- und die Wirkungsweise der Erfindung im Vergleich mit einer herkömmlichen Arbeitsspindel eines Drehautomaten beschrieben, der als eine während der Drehung einrückbare und ausrückbare Spannfutterkonstruktion im allgemeinen genauso, aber ohne Hohlwelle ausgeführt ist.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden anhand der Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der Achse einer AusfUhrungsform einer Hohlwellenspindel gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II¹-II¹ der Figur 1; . , ■ ^

Fig. 3 einen Teil des Querschnitts des Spindelkopfes;

Fig. 1+ einen Teil eines Längsschnittes entlang der Achse einer Arbeitsspindel für einen Drehautomaten mit einer bisher verwendeten Spindel;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der Figur ^; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf denselben Teil, wobei die Abdeckung entfernt ist.

209831 /0ΒΘ7

2164385

In den Figuren k_t 5 und 6 ist die bekannte Ausführung einer Arbeitsspindel für einen Drehautomaten mit einem Spindelstockkasten 50 dargestellt, der an der Unterseite eine schwalbenschwanzförmige Führung aufweist, in axialer Richtung entlang der Spindel 56 verschiebbar ist, und mit der oberen Fläche des nicht dargestellten Maschinenunterbaus in Eingriff steht. Ein unter Federspannung stehender Bolzen 51 ist von unten in die vordere Bodenfläche des Spindelstockes geschraubt; eine auf einer Seite an dem Bolzen 51 gehaltene Spann- oder Zugfeder 52 ist parallel zu der Spindelachse gespannt; das andere Ende der Feder ist ebenfalls an einem nicht dargestellten, an dem Maschinenunterbau angebrachten Bolzen .'gehalten. Auf den Spindelstockkasten wirkt daher von rückwärts eine konstante Zugkraft. Andererseits ist eine Platte 3k mittels Halte- oder Sicherungsschrauben 55 einstellbar an der Seitenfläche des Spindelkastens angebracht; eine Auflagerplatte 5V ist auf der Rückseite der Platte 3k befestigt. Eine Walze, die drehbar an einem (nicht dargestellten) Steuerhebel angebracht ist, steht in Eingriff mit der Auflagerplatte·5V und überträgt eine Bewegung, wodurch ein bestimmter Hub des Spindelstocks entgegen der Zugkraft der Feder 32. durch einen entsprechenden (nicht dargestellten) Steuerhebel-Mechanismus geschaffen ist. Diese Ausführung ist allgemein als Drehautomat mit verschiebbarem Spindelstockkasten oder als Schweizer Automat bekannt. Mit 33 ist eine Spindelkastenabdeckung bezeichnet. Eine Arbeitsspindel 56 ist drehbar in zwei Lagern gelagert, die an der Vorder- und Rückseite des Spindelkastens 50 eingebaut sind.

Das vordere Lager weist eine Konusbuchse 37 mit einer koni-, sehen Bohrung, die gegen die Vorderseite hin aufgeweitet ist und mit Preßsitz in den Spindelstock eingesetzt ist, und eine Lagerschale 58 mit einer konischen Oberfläche auf, die mit

209831/0587

_k. _ 2164383

der konischen Bohrung in Eingriff steht; das vordere Lager ist mittels Spannmuttern 59 und 60, die in Gewindeteile auf beiden Seiten der Lagerschale 58 eingeschraubt sind, gegen die Konusbuchse 57 fest verschraubt. Das rückwärtige Lager weist zwei nebeneinander angeordnete Schrägkugellager 61 auf, die vorne und hinten durch zwei gegeneinander gerichtete Axialdruckkräfte gehalten sind; die äu-ßeren Ringteile der Lager 61 sind durch Spannschrauben 62 und 6k fest verschraubt, die in Gewindeteilen des Spindelkastens 50 über Ringe 63 und · 65 eingeschraubt sind. Die inneren Ringteile sind ebenfalls fc durch eine Spannschraube 67 festgespannt, die über einen Zwischenring 66 auf das Gewinde auf der Arbeitsspindel gegen eine Schulter der Spindel 56 geschraubt sind.

Mittels eines Flansches 68, der durch einen Keil an der Rückseite der Arbeitsspindel gesichert ist und eine Bohrung zur Aufnahme eines Mitnehmers (Klaue) 69 aufweist, die an der (nicht dargestellten) Antriebswelle befestigt ist, kann die Drehung auf die Spindel übertragen werden, wodurch sie frei von dem Einfluß der Riemenspannung wird.

Der herkömmliche Mechanismus zum Öffnen und Schließen des Spannfutters während der Spindeldrehung, der mit der Erfindung ver-P glichen werden soll, wird nunmehr beschrieben. Die Arbeitsspindel 56 weist eine Bohrung 56', die entlang der Spindelachse über die gesamte Länge verläuft, und zwei in Längsrichtung verlaufende Nuten 56" auf, die in der Mitte der Spindel zwischen den vorderen und hinteren Lagern einander gegenüber liegen; in den Nuten sind zwei schwenkbare Kipphebel 72 mit jeweils einer kurzen Klaue 72· eingesetzt. Eine Kipphebelhalterung 70, die an dem Teil der Spindel, wo sich die Nuten 56" befinden, mittels eines (nicht dargestellten) Keils und einer Stellmutter 7Zf fest und in axialer Richtung einstellbar eingebaut ist, weist zwei den Nuten 56" entsprechende Nuten 7O¹ auf, in denen der Hauptteil der beiden Kipphebel 72 um Bolzen

209831/0587

2164383

71 schwenkbar angeordnet sind, die in den Nuten 70' vertikal zu der Spindelachse fest eingesetzt sind. Jeder Kipphebel weist eine weitere lange Klaue 72" auf, wie in Figur i+. dargestellt, die an der Außenfläche, einer inneren, nach vorne verlängerten Gleitbuchse 77 anliegt, wie unten noch ausgeführt wird. Ein Sicherheitsring 73 ist auf der Außenfläche der Kipphebelhalterung 70 fest verschraubt, um den Schwenkausschlag der Kipphebel zu begrenzen. Eine Kipphebel-Spannmutter 7h ist auf dem mit Gewinde versehenen Teil der Spindel auf der Rückseite der Halterung 70 verschraubt; hierdurch kann die Spannkraft entsprechend den Abmessungen des Stangenmaterials durch Verstellen der Lage zwischen der Halterung 70 und der Spindel 56 reguliert werden, wie weiter unten ausgeführt ist. Die innere Gleitbuchse 77 steht verschiebbar mit der Spindel in Eingriff und an ihrer Außenfläche liegen lange Klauen 72" an; die Gleitbuchse weist auf der Rückseite eine abgeschrägte Stirnfläche 77' auf. Weiterhin weist die Gleitbuchse 77 an ihrem Umfang auch eine tiefe Rille für Stahlkugeln 76 auf und liegt über diese Stahlkugeln an einer ähnlich tiefen Rille an, die in einer Bohrung einer äußeren Gleitbuchse 75 ausgebildet ist. Diese Teile, nämlich die Buchsen 77t 75 und die Stahlkugeln 76, stellen ein spezielles Rillenkugellager dar; die innere Gleitbuchse 77 wird bei der Drehung der Spindel mitgenommen, während eine Drehung der äußeren Gleitbuchse 75 durch Bolzen 79 unterbunden ist, die mit oberen und unteren Einschnitten am Umfang der äußeren Buchse 75 in Eingriff stehen. Die Bolzen 79 sind auf gegenüberliegenden Seiten innen in einem in vertikaler Richtung gegabelten Spannhebel 78 fest eingesetzt, der um einen Bolzen 80 schwenkbar ist, der wiederum vertikal durch das Hauptteil des Spindelstocks 50 hindurchgeht und an diesem befestigt ist; zwischen den Stiften 79 ist die äußere Gleitbuchse 75 festgeklemmt. Der Spannhebel 78 ist auf der anderen Seite 78· mit einem (nicht dargestellten) SteuermechanismuG verbunden und kann bei Drehung des Stellermechanismus

schwingen. Die innere Gleitbuchse 77 kann daher über die Außenbuehse 75 und die Stahlkugeln 76 bei einer Schwingbewegung des Hebels 78 in axialer Richtung gleiten; die Auflagerpunkte der langen Klauen 72" auf dem Buchsenumfang bewegen sich auf den parallelen Teilen oder dem abgeschrägten Teil 7?" > so daß die Schwingbewegung der Kipphebel 72.' in einer der beiden Lagen der erwähnten Auflagerpunkte eingestellt werden kann. An der vorderen Seite der Nuten 56" weist die Bohrung 56^! zur Halterung der Spannfutter-Betätigungsteile einen größeren Durchmesser als auf der Rückseite der Nuten 56" auf; am vorderen Ende der Bohrung 56' ist ein Spannfutterring 8*f zusam-' men mit einer Spannfutterbuchse 83 eingesetzt, wird durch eine becherförmige Mutter 86 gehalten, die auf die Spindelspitze aufgeschraubt ist, und weist eine konisch ausgebildete, zur Stirnseite erweiterte Außenfläche auf, die an der abgeschrägten Bohrung 83' der Spannfutterbuchse 83 anliegt.· Eine Druckfeder 85 ist zwischen dem Spannfutter 8^ und der in der Bohrung der Spannfutterbuchse 83 ausgebildeten Schulter 83' eingesetzt. Die Buchse 83 gleitet in der Bohrung 86' und dreht sich mit der Spindel 86 mittels eines eingreifenden Stiftes 87j der an der Spindelbohrung an einer in Längsrichtung verlaufenden Nut an der Buchse 83 gesichert ist. Die vorbeschriebenen Ausführungen sind als der übliche Spannfuttermechanismus allgemein bekannt. , _v

Hinter der Spannfutterbuchse sind weiterhin zwei Buchsen 82 ■ und 81 hintereinander angeordnet, die an der Spindelbohrung %^x anliegen; die rückwärtige Stirnseite der hinteren Buchse 81 ist in den langen Nuten 56" angeordnet und liegt an den kurzen Klauen 72' an.

Wenn bei der bekannten Ausführung die laugen Klauen 72" der Kipphebel in Eingriff mit den parallel verlaufenden Umfangsteilen der Gleitbuchse 77 durch die Schwingbewegung des von dem Steuermechanismus betätigten Spannhebels 7&

kommen, drücken die kurzen Klauen 72' auf die Stirnfläche der Buchse 81; die Druckkraft wird über die.Buchse 82 auf die Spannfutterbuchse 83 übertragen und das Spannfutter 8if wird entgegen der Feder 85 an die konische Fläche an der Unterseite der Überwurfmutter 86 gedrückt. Wie bekannt, weist das Spannfutter 8^- eine Anzahl Schlitze auf, die in axialer Richtung verlaufen und in dem vorderen Teil gleichmäßig verteilt sind_t so daß es sich elastisch verformt, wodurch sein Innendurchmesser kleiner wird; mittels des Spannfutters 8^· kann Stangenmaterial eingespannt und fest in dem Futter gehalten werden. Wenn umgekehrt die langen Klauen 72" der Kipphebel mit der abgeschrägten Fläche 77' der Gleitbuchse 77 durch die entgegengesetzte Bewegung des von dem Steuermechanismus betätigten Hebels 78 in Eingriff gekommen sind, dann werden die kurzen Klauen durch die über die Buchsen 83_f 82 und 81 übertragene Federkraft 85 zurückgeschwenkt, so daß der auf die konische Fläche des Spannfutters ausgeübte Druck gelöst wird und die elastische Verformung des Spannfutters wieder zurückgewonnen und sein Durchmesser erweitert wird; hierdurch wird dann ein Stangenmaterial aus dem Spannfutter gelöst. Die vorbeschriebene Ausführung kann daher zum Öffnen und Schließen des Spannfutters verwendet werden, ohne daß die Spindeldrehung angehalten werden muß.

Die vorbeschriebene, herkömmliche Ausführung weist aber grundsätzliche Mängel und Fehler auf; insbesondere wenn die Drehzahl der Arbeitsspindel hoch wird, ergeben sich verschiedene nachteilige Vorgänge und es kann aufgrund der Unwucht der sich drehenden Teile kein normaler und betriebssicherer Ablauf aufrechterhalten werden; dies führt aber zu einem großen Verschleiß, •Beschädigungen und Störungen in verschiedenen Teilen der Einrichtung, was wiederum zu erheblich größeren Totzeiten der Maschine führt, in der die schadhaften Teile repariert oder ersetzt werden, so daß bei dieser Ausfuhrungsform kein Hochleistungsbetrieb erwartet werden kann,

-8-209831/0567

Die Gründe hierfür werden im einzelnen angeführt; der Übertragungsweg der Spannkraft ist so ausgelegt, daß die Kraft . von dem Hebel 78 auf die innere und äußere Buchse 75 und 77 einschließlich der Stahlkugeln 76 übertragen wird, und von dort auf die Buchsen 81 und 82 über di,e langen und kurzen Klauen 72" und 72' des Kipphebels schließlich auf die Spannfutterbuchse 83 übertragen wird; alle Kraftübertragungsteile bestehen aus massiven festen Teilen, ohne daß dazwischen elastische Teile vorgesehen sind, die als Dämpfer für die großen Spannkräfte wirken können. Wenn der Nenndurchmesser des Stangenmaterials geändert wird und die richtige Spannfuttergröße ausgewechselt worden ist, kann die Nachstellung der Spannkraft dadurch durchgeführt werden, daß die relative Lage zwischen der Kipphebelhalterung 70 und der Arbeitsspindel 56 durch Drehen der Einstell- und Spannmutter 7k geändert wird; eine feine Nachstellung der Spannkraft zum Ausgleich unvermeidlicher Abweichungen und Schwankungen bei der Herstellung des Stangenmaterials innerhalb deren Nennmaß kann automatisch nicht entsprechend den Abweichungen des Stangenmaterials durchgeführt werden. Wenn daher der Durchmesser des Stangenmaterials in positiver Richtung abweicht, dann wird eine ungewöhnlich hohe Spannkraft erzeugt, da in dem Übertragungsweg keine elastischen Teile vorhanden sind; hierdurch können verschiedenartige Verformungen und Deformationen an jedem der Teile infolge der großen Belastung durch die ungewöhnlich hohe Spannkraft auftreten, so daß kein gleichförmiger ruhiger Lauf erwartet werden kann. Wenn der Durchmesser des Stangenmaterials in negativer Richtung abweicht, kann sich die Einstellung des Stangenmaterials in dem Spannfutter während der maschinellen Bearbeitung verändern, da die Spannkraft zu klein ist; auf diese Weise werden dann fehlerhafte Produkte erzeugt.

Als nächstes muß bei der bekannten Ausführung die Unterseite der Überwurfmutter 86, die auf den mit Gewinde versehenen Teil

—9— 209831/0567

2164389

der Spindelspitze geschraubt ist und den Spannfutterring hält, so hergestellt werden, daß die Fläche rechtwinklig zu der zylindrischen Fläche ist, die aus dem Teilkreis des Gewindes in der Überwurfmutter besteht; diese maschinelle Bearbeitung kann aber nicht in einem einzigen Bearbeitungsvorgang mit einem einzigen Werkzeug durchgeführt werden, so daß es sehr schwierig ist, Muttern mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Selbst wenn die beiden Gewinde in der Überwurfmutter und auf der Spindelspitze, die zueinander passen müssen, mit großer Genauigkeit hergestellt sind, ist es darüber hinaus sehr schwierig, sie genau derart zusammenzusetzen, daß die Unterseite der Überwurfmutter genau rechtwinklig zu der Achse der Arbeitsspindel % ausgerichtet ist; bei einer Fehlausrichtung verteilt sich die Haltekraft des Spannfutters ungleich auf den Umfang und das Stangenmaterial wird außermittig erfaßt, wodurch es von der Achse der Arbeitsspindel abweicht; weiterhin kann auch die Spannfuttereinstellung bezüglich des Stangenmaterials nicht gesteuert werden, so daß bei der Drehung dieser Teile Schüttel- und Rüttelbewegungen erzeugt werden.

Wenn drittens die Arbeitsspindel dieser herkömmlichen Ausführungsform mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, dann wird die Masse der sich drehenden Teile sehr groß im Vergleich zu der Hohlwelle der (unten beschriebenen) Erfindung; die Größe der hierdurch erzeugten Zentrifugalkräfte nimmt progressiv zu und eine Korrektur der Unwucht der sich drehenden Teile einschließlich einer langen Stange wird so schwierig, daß die statische und dynamische Unwucht starke Schwingungen und Vibrationen erzeugt. Diese Unwuchten, die neben den vorher aufgeführten Fehlermöglichkeiten vorhanden sind, führen zu Temperatursteigerungen, ungewöhnlich hohen Abnützungen und vielen Störungen und Beschädigungen an den Verbindungsstellen der die Kraft übertragenden Teile; weiterhin treten Fehlbedienungen auf, so daß kein gleichmäßiger Betriebsablauf sichergestellt werden kann,

-10-

209 831/0567

- ίο -

Insbesondere erzeugt das spezielle Rillenkugellager, das aus den zwei Buchsen und den Kugeln besteht, starke Stoß- und Schwingbewegungen an den Auflagerpunkten der Stahlkugeln und der Buchsen infolge der Schwingung und Vibration der Teile; das Auftreten von Rost oder einer ungewöhnlich hohen Abnützung an diesen Stellen wird durch eine elektrische Korrosionsreaktion erzeugt, wodurch die Lebensdauer der Teile erheblich verkürzt und ein gleichmäßiger Betrieb nicht möglich ist.

Hieraus ist zu ersehen, daß die herkömmliche Ausführung für einen Betrieb mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit nicht geeignet ist. Die Erfindung beseitigt viele der oben aufgeführten Mangel der herkömmlichen Ausfuhrungsform; der Aufbau und die Arbeitsweise der Erfindung wird anhand einer Ausführungsform in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben. Eine Spindel 10 ist drehbar in zwei Lagern gelagert, die vorne und hinten an einer Hohlwelle 11 angebracht sind. Das hintere Kugellager weist zwei Schrägkugellager 12, die mit ihren Rückseiten aneinanderliegen, und einen Abstandsring 15 auf, der zwischen ihren Außenringen und Abstandsringen 1^+, 16 eingeklemmt ist, die wiederum zwischen der Schulter der Spindel 10 und der Außenfläche des Innenringes bzw. zwischen ihren Innenringen eingeklemmt sind; an der Rückseite des Innenringes ist eine Sicherungsmutter 17 auf das Umfangsgewinde der Spindel geschraubt, wodurch das hintere Lager auf der Spindel 10 fest eingebaut ist.' Die Sicherungsmutter 17 weist einen sich nicht lösenden Mechanismus auf, der durch eine Schraube 18 durch einen axialen Schlitz angezogen wird. Die relative Lage zwischen dem hinteren Lager und der Hohlwelle 11 kann etwas durch Verschieben des Lagers auf der Bohrung der Hohlwelle geändert werden, so daß die Spindelverschiebung aufgrund einer Erwärmung während des Betriebs nur nach hinten und nicht nach vorne erfolgen kann, da das vordere Lager fest auf der Spindel und der Hohlwelle eingebaut ist, wie im folgenden noch ausgeführt wird. Das vordere Lager weist folgende Teile auf: zwei

-11-209831/0567

Schrägkugellager 13ι die mit ihren Stirnseiten aufeinander ausgerichtet sind, Abstandsringe El, EO, die zwischen der an der Bohrung der Hohlwelle ausgebildeten Schulter und der Seitenfläche des äußeren Rings bzw. zwischen ihren äußeren Ringen eingespannt sind, eine Sicherungsmutter 19, die auf dem Gewinde auf der Bohrung der Hohlwelle aufgeschraubt ist, wodurch das vordere Lager auf der Hohlwelle an dem äußeren Ringteil fest eingebaut ist, einen Abstandsring ZZ_t der zwischen den inneren Ringen eingespannt ist, und eine Sicherungsmutter E3, die auf das Umfangsgewinde der Spindel geschraubt ist, wodurch das vordere Lager auf der Spindel 10 befestigt ist. Die Kugellager 13 werden auf der Spindel und der Hohlwelle an den inneren und äußeren Ringteilen fest angezogen, so daß die relative Lage der Spindel und der Hohlwelle gesichert ist; das vordere Lager kann wirksam die zwei axial ausgerichteten Druck- bzw. Schubkräfte aufnehmen, da die zwei La-" ger 13 Stirnseite gegen Stirnseite eingebaut sind. Federnutschlitze 10", die gleichmäßig verteilt am Umfang der Spindel 10 auf der Rückseite angeordnet sind, stehen über eine Federnutverbindung mit der Ausgangs-Wellenseite eines (nicht dargestellten) Hochfrequenzmotors in Eingriff, so daß der Motor eine Drehbewegung auf die Spindel ohne Rücksicht auf die Vorschubbewegung der Hohlwelle übertragen kann; die Erfindung ist allerdings nicht auf die Verwendung einer derartigen Federnutverbindung beschränkt, sondern es können auch andere äquivalente Pufferverbindungen verwendet werden.

Weiterhin weist der Vorderteil der Spindel 10 einen größeren Durchmesser und einen Paßsitz 10'" auf, an dem senkrecht zu der Spindelachse ein Flansch Zk angebracht ist. An der vor-, dersten Stirnseite der Spindel ist über den Paßsitz 10'" hinaus eine überwurfmutter E5 mittels eines Umfanggewindes angebracht, mit der der am meisten vorstehende Teil des Spannfutters E6 nachstellbar ist. Die Unterseite 25* der überwurfmutter, die an der vorderen Seitenschulter des Spannfutters E6 anliegt,

209831 /0567

ist maschinell hergestellt und verläuft genau senkrecht zu dem Umfang 25" der Mutter; durch die Schraubverbindung zwischen der Spindel und der Mutter ist ein lockerer Paßsitz hergestellt. Der Umfang 25" steht fest und genau mit der Bohrung des Flansches 2.1+ in Eingriff, der mit sehr wenig Spiel auf dem Spindelpaßsitz 10'" angebracht ist, so daß die zylindrische Fläche der Bohrung genau parallel zu der Spindelachse gearbeitet sein sollte. Die relative Lage dieser Teile ist in der vorbestimmten Lage durch eine Feststell-r schraube 1+5 gesichert, die in dem Flansch, wie in Figur 3 dargestellt, angebracht ist. Die über das Spannfutter auf das Werkstück übertragene Spannkraft ist daher gleichmäßig am Umfang verteilt und das eingespannte Werkstück ist automatisch zu der Spindelachse zentralisiert; die richtige Einspannlage ist dann infolge der Schraubverbindung vollkommen frei von schädlichen Einwirkungen gehalten.

Eine entlang der Spindelachse durch die Spindel hindurchgehende Bohrung 10' weist in der vorderen Hälfte einen größeren Durchmesser als in der hinteren Hälfte auf, um das Spannfutter und das Spannfutter-Betätigungsteil einzusetzen. Ein bekanntes Zangenspannfutter 26, das an der Unterseite 25' der Überwurfmutter 25 an deren vorderen Schulter anliegt, ist an der Stirnseite der Bohrung 10· zusammen mit einer Spannfutterbuchse 27 eingesetzt, die an der konischen Umfangsfläche 27' des Spannfutters an dessen abgeschrägten Innenfläche anliegt; eine Druckfeder 28 ist zwischen der inneren Schulter 27" der Spannfutterbuchse und der hinteren Stirnfläche des Spannfutters 26 eingespannt. Mittels der Federkraft ist dann ein Lösen oder Ausrücken des Spannfutters 26 durch Verschieben der Buchse in Längsrichtung.nach rückwärts, wenn eine Schubkraft von der hinteren Stirnseite der Buchse 27 ausgeschlossen ist, gegeben, wie später erläutert wird. Die Buchse Z] kann in der Bohrung 10' gleiten und wird zusammen mit der Spindel 10 mittels eines Mitnehmerstiftes 26 gedreht, der an dieser gesi-

-13-209831 /0567

₁₃ - 2164383

chert ist und mit einem in Längsrichtung verlaufenden Schlitz am Umfang der Buchse 27 in Eingriff steht. Ferner ist in die Bohrung 10' auch eine Spannfutter-Betätigungsbuchse 29 eingesetzt, die an der hinteren Stirnfläche der Buchse anliegt; eine Druckfeder 33 ist zwischen der inneren Schulter-der Spindelbohrung 10· und der Rückseite der Buchse 29 über zwei ringförmige Federsitze 31» 32 auf beiden Seiten der Feder eingespannt. Die Rückschlagkraft der Feder 33 kann dann die notwendige Spannkraft auf das Spannfutter 26 übertragen, indem die Spannfutterbuchse 27 durch die Buchse 29 geschoben wird; die Rückschlagkraft der Feder 33 schafft eine ausreichende Spannkraft durch Überwinden der Federkraft 28. Darüber hinaus gewährleistet die Rückschlagkraft der Feder 33> daß die Spannkraft in einem konstanten Bereich bleibt, ohne daß infolge von Abweichungen des Stangenmaterials eine ungewöhnlich hohe Kraft auftritt, wenn der Durchmesser des Stangenmaterials zur positiven Seite hin abweicht (d.h. der Durchmesser größer ist), da die Federkraft 33 vorher so eingestellt ist, daß sie zu dem kleinstmöglichen Durchmesser des Stangenmaterials paßt.

Vier abgeschrägte, durchgehende Bohrungen 29'ι die nach außen erweitert sind und gleichmäßig am Umfang der Spannfutter-Betätigungsbuchse 29 verteilt sind, sind in derselben zu der Spindelachse vertikalen Ebene angeordnet; an den den schrägen Bohrungen 29' in der Buchse 29 entsprechenden Stellen der Spindel sind an dieser dieselbe Anzahl gerader, durchgehender Bohrungen angeordnet, in die jeweils eine Stahlkugel 30 mit einem etwas kleineren Durchmesser als der Durchmesser der geraden Bohrungen eingesetzt ist. Jede der Stahlkugeln 30 berührt den Umfang der hinteren abgeschrägten Fläche der schrägen Bohrung 29', wenn das Spannfutter geschlossen ist oder Stangenmaterial eingespannt ist; weiterhin steht jede Kugel an dem von der Mittellinie der Spindel am weitesten entfernten Punkt mit dem Innenumfang einer Gleitbuchse 3k in Berührung, wie später ausge-

209831/0587

führt wird. Die Gleitbuchse 3k ist drehbar durch zwei Kugellager 35 gelagert, die in dem vorderen Teil einer Spannfutter-Betätigungsbuchse If 1 mit einem größeren Durchmesser untergebracht sind, die in der Hohlwelle 11 verschiebbar gehalten ist. Die Kugellager 35 sind an dem inneren Laufring über einen Abstandsring 38 zwischen der Schulter der Buchse 3*f und einer Sicherungsmutter ZfO, die auf deren Gewinde geschraubt ist, und an dem äußeren Laufring über zwei Abstandsringe 36 und 37 zwischen der Schulter an der inneren Umfangsfläche der Betätigungsbuchse Zf 1 und einem Sprengring Zf 7 so eingestellt,

fc daß die Gleitbewegungen der Betätigungsbuchse ifI unmittelbar, so wie sie sind, auf die Bewegungen der Gleitbuchse 3h übertragbar sind. Andererseits weist die innere Umfangsfläche der Buchse 3k an der Stirnseite einen größeren Durchmesser als an der Rückseite auf; dazwischen ist eine leicht abgeschrägte Fläche ausgebildet. Obendrein ist der kleinere Durchmesser des inneren Umfangs an der Rückseite der Buchse 3Zf etwas größer als der Spindeldurchmesser, so daß die Buchse 3k drehbar auf der Spindel 10 gelagert ist, ohne diese außer an den vier Berührungspunkten der Stahlkugeln aufgrund der durch die Spindeldrehung erzeugten Zentrifugalkraft zu berühren. Die Drehung der Buchse 34-» die bei einer Drehung der Spindel 10 stattfindet, ist daher beinahe vernachlässigbar klein und ruft da-

" her auch keine ungewöhnlich größe Kraft hervor; hierdurch ist dann ein gleichmäßiger, stoßfreier Betrieb gesichert.

Im folgenden wird ein Mechanismus zur Verschiebung der Betätigungsbuchse /f1 von außen beschrieben. Die Betätigungsbuchse Zf1 ist gegenüber der inneren Umfangsfläche der Hohlwelle 11 verschiebbar und verdrehbar und an deren inneren Umfangsfläche gelagert, ohne die Umfangsfläche der Spindel 10 zu berühren; die Buchse ZfI ist auf das Gewinde geschraubt, das an der inneren Umfangsfläche der Hohlwelle am hinteren Gewindeteil der Buchse in der Nähe des hinteren Lagers 12 der Spindel ausgebildet ist. In der Mitte der Buchse k1 sind Zähne ausgebil-

-15-209831/0567

det, die über eine Öffnung 11' mit den Zähnen eines Zahnrads Zf2 in Eingriff stehen, das drehbar auf einem Bolzen 2+3 angebracht ist, der an einem Block ZfZ+ befestigt ist, der wiederum fest am Umfang der Hohlwelle 11 angebracht ist. Das Zahnrad l\2. kann mittels eines fest eingebauten (nicht dargestellten) Getriebes in umgekehrter Richtung gedreht werden, das mit dem Zahnrad in Eingriff steht und an einem fest eingebauten Teil drehbar gelagert ist; die Breite des Zahnrads ist so ausreichend, daß die Zähne auch infolge der Vorschubbewegung der Hohlwelle 11 nicht außer Eingriff kommen-o Die Breite der Zahnradzähne am Umfang der Buchse Zj-I reicht ebenfalls aus, so daß sie nicht außer Eingriff kommen, selbst wenn die Buchse if 1 verschiebbar ist. Der Buchsenkörper Zf 1 kann dann entsprechend der Schraubensteigung durch Drehen des Zahnrades Z+2 in dem Schraubverbindungteil entsprechend dessen Drehung gleiten. Diese Gleitbewegung der Buchse Zfi wird unmittelbar auf ' " die Gleitbuchse 3^f übertragen, so daß die Auflagerpunkte der Stahlkugeln 30 an der inneren Umfangsfläche der Buchse 3^f relativ hierzu bewegt werden. Wenn dann die Auflagerpunkte· von dem Teil mit dem größeren Durchmesser zu dem Teil mit dem kleineren Durchmesser der inneren Umfangsfläche der Buchse 3*t bewegt werden, werden die Stahlkugeln 30 gegen die Mittellinie der Spindel 10 hin entgegen der durch die Spindeldrehung hervorgerufenen Zentrifugalkraft gedrückt, können durch ihre Zentrierbewegungen an den hinteren Abschrägungen der abgeschrägten Bohrungen 29' mit der Feder 33 in Berührung kommen und die Buchse 29 etwas nach rückwärts bewegen. Demzufolge iett die übertragung der Rückschlagkraft der Feder J)J> auf die Spannfutterbuchse 27 ausgeschlossen; das Spannfutter 26 kann dann mittels der anderen Feder 28 gelöst werden. In diesem Fall sind die vorderen, abgeschrägten Seitenflächen der Bohrungen 29 ausreichend groß, um die Bewegungen der Stahlkugeln 30 aufzunehmen, wenn diese verschoben werden. Die Zahnradzähne, die an der vorderen umfangsfläche des Flansches 2Zf ausgebildet sind, wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt, sind für eine synchro-

-16-209831/0667

nisierte Drehung der Spindel 10 vorgesehen und betreffen nicht die Erfindung. Wenn eine starke Spannkraft gefordert \vird, · sollte die Druckfeder 33 aus der vorbeschriebenen Konstruktion entfernt werden. In einem solchen Fall wird die Spannfutterbuchse Z] durch den Rückschlag der Feder 28 nach hinten zurückverschoben und das Spannfutter 26 bleibt in normaler geöffneter Lage; darüber hinaus wird gleichzeitig die Betätigungsbuchse 29 nach hinten zurückverschoben, so daß die vorderen, abgeschrägten Seitenflächen der Bohrung 29' mit den Stahlkugeln 30 in Berührung kommen können. Wenn in diesem Fall die Gleitbuchse 3k durch Drehen des Zahnrades Zf2 nach vorne verschoben wird und die Stahlkugeln 30 in die Löcher 29 entlang der vorderen Seitenabschrägungen gegen die Mittellinie der Spindel 10 hin gedrückt werden, kann an dem Spannfutter 26 die Spannkraft über die Spannfutterbuchse 2.7 und deren abgeschrägte Bohrung Z]^x entgegen der Federkraft geschaffen werden. Da dieser übertragungsweg der Spannkraft keine elastischen Teile aufweist, sondern nur aus massiven festen Teilen besteht, kann das Drehmoment des Zahnrades l\2. als Spannkraft auf das Spannfutter übertragen werden; dadurch ist die positive starke Spannfunktion gesichert.

Durch die Erfindung sind somit die drei in Verbindung mit dem Stand der Technik aufgezeigten Mängel beseitigt. Der erste Mangel ist insbesondere dadurch beseitigt, daß die Spannkraft des Spannfutters nur durch den Rückschlag einer Feder derart beseitigt wird, daß durch keine Einrichtung eine ungewöhnlich hohe Kraft infolge einer Abweichung des Durchmessers des Stangenmaterials auftritt. Der zweite Mangel ist folgendermaßen beseitigt; wenn die Umangsflache und die Unterseite der überwurfmutter genau hergestellt sind, so daß sie in rechtem Winkel zueinander liegen, und wenn die Umfangsfläche weiterhin fest und genau mit der inneren Umfangsfläche des Flansches in Eingriff steht, der an der Stirnseite der Spindel gesichert ist, dann kann die Einspannstellung für das Stangenmaterial genau gesteuert werden, und zwar unabhängig von dor nachtei-

209831/0567 -IV

— I ( —

ligen Wirkung durch die Schraubgewindeverbindung; auch kann
die Schiittelbewegung des Stangenmaterials ausgeschaltet werden.

Der dritte Mangel der bekannten Einrichtung ist folgendermaßen beseitigt; da die Spindel gemäß der Erfindung als
Hohlwellenspindel ausgelegt ist, ist die Masse der sich drehenden Teile sehr viel kleiner, die Teile sind kompakter und besser ausgeglichen als die entsprechenden Teile bei der herkömmlichen Einrichtung; dadurch ist dann ein gleichmäßiger,
sicherer, fortwährender Betrieb ohne Störung sichergestellt, da die während hoher Drehzahlen der Spindel hervorgerufene Zentrifugalkraft ausreichend klein ist und das Beharrungsvermögen gegenüber Schwingungen und Vibrationen groß ist. Ein weiterer Vorteil der Hohlwellenausführung besteht in der guten
Auswechselbarkeit, da der ganze Hohlwellenaufbau als Einheit in sehr kurzer Zeit ersetzt werden kann, wenn eine Reparatur erforderlich ist. Die Erfindung schafft also Vorteile, die
beim Stand der Technik niehν ovreichbar sind, da das Einspannen und Freigeben des in der Spindel gehaltenen Stangenmaterials während hoher Drehzahlen der Spindel fest, sicher und
wirksam mittels bestimmter Einrichtungen, beispielsweise eines Zahnrades, durchgeführt werden kann.

-18-

209831 /0587

Claims

- Io -

Patentansprüche

Hohlwellenspindel, gekennzeichnet urch eine Hohlwelle (11), durch eine Spannfutter-Betätigungsbuchse (41)» die mittels eines Schraubgewindes auf die innere Umfangsflache der Hohlwelle (11) geschraubt ist, die mit einem außerhalb der Hohlwelle angeordneten Zahnrad (42) über an ihrem Umfang ausgebildete Zähne in Eingriff steht und verschieb- und drehbar in der Hohlwelle untergebracht ist, durch eine drehbar an der inneren Umfangsflache der Spannfutter-Betätigungsbuchse (41) gelagerte Gleitbuchse (34)» deren Durchmesser an der Stirnseite größer als an der Rückseite ist, durch eine Anzahl Stahlkugeln (30)» von denen jede in Bohrungen eingesetzt ist, die in radialer Richtung verlaufen und gleichmäßig an einer Spindel (10) angeordnet sind, die drehbar in der Mitte der Hohlwelle (11) gelagert ist und an der inneren Umfangsf lache der Gleitbuchse (34) anliegt, durch eine in die Bohrung (10¹) der Spindel (10) eingesetzte Spannfutter-Betätigungsbuchse (29), die an den Stahlkugeln (30) an den abgeschrägten Flächen (29¹) der abgeschrägten Bohrungen anliegt, die entsprechend den Bohrungen in der Spindel angeordnet und entsprechend der Zentripetalbewegungen der Stahlkugeln (30) entgegen einem Rückstoß eines Federteils (33) verschiebbar angebracht sind, das im übertragungsweg der Spannkraft zur Betätigung eines an der Spindelspitze angeordneten Spannfutters (26) liegt, und durch die Spindel (10), die einen kleineren Durchmesser als die Spannfutter-Betätigungsbuchse (29) und die Gleitbuchse (34) aufweist.
2. Hohlwellenspindel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine überwurfmutter (25) mittels des Schraubgewindes lose auf der stirnseitigen Ümfangsflache der Spindel (10) verschraubt ist, die an der Schulter der Ümfangsflache des Spannfutters (26) anliegt, in die Spindelnase an deren Unterseite (25¹) eingesetzt ist, fest und genau mit der

-19-209831/0567

inneren Umfangs fläche (25") eines Flansches {Zl\) in Eingriff steht, der an der Stirnseite der Spindel (10) an deren Umfangsflache mit sehr kleinem Spiel befestigt ist, und deren Unterseite (25^f) genau senkrecht zu der Umfangsfläche (25") ausgebildet ist.

209831/0567

Leerseite