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Kraftbetätigtes Spannfutter
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Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter mit in einem
Futterkörper radial verstellbar geführten Spannbacken und mit zum Ausgleich der
auf die Spannbakken wirkenden Fliehkräfte im Futterkörper radial verstellbaren Fliehgewichten,
die in Richtung zur Futterachse auf die Spannbacken wirkende Kraftglieder betätigen,
welche als hydraulische Kraftzylinder mit einem von der Fliehkraft der Fliehgewichte
beaufschlagten hydraulischen Druckmedium ausgebildet sind.
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Derartige kraftbetätigte Spannfutter sind grundsätzlich aus der DT-OS
2 132 150 bekannt. Jedoch wird in dieser Offenlegungssohrift die Möglichkeit der
hydraulischen
Kraftübertragung zwischen den Fliehgewichten und den
Spannbacken lediglich erwähnt, ohne daß weitere Hinweise auf eine konkrete Verwirklichung
einer solchen Kraftübertragung gegeben werden. Die im einzelnen in der Offenlegungsschrift
beschriebene tatsächliche Ausführungsform besitzt wie andere bekannte Spamifutter
dieser Art (vgl. beispielsweise DT-OS 2 236 651) als Kraf#ied einen die Kräfte zwischen
den Fliehgewichten und den Spannbacken übertragenden Hebelmechanismus, beispielsweise
in Form zweiarmiger Hebel, die mit dem einen Hebelarm jeweils an einem der Fliehgewichte
und mit dem anderen Hebelarm an einer der Spannbacken angreifen. Derartige Hebelmechanismen
verhalten sich aber unter den unter Umständen sehr hohen Beanspruchungen durch die
Fliehkräfte nicht ausreichend starr. Sie erfahren vielmehr elastische Verformungen,
die durch ein entsprechendes, wenn audk nur geringes Bewegnngsspiel im Kraftübertragungsmechanismus
aufgefangen werden müssen. Dieses Bewegungsspiel aber unterliegt Reibungakräften,
die entsprechend den vom Mechanismus zu übertragenden Kräften anwachsen und die
Kraftübertrugung zunehmend behindern, so daß ein immer gF ringerer Teil der Fliehkraft
der Fliebgewichte an den Spannbacken &ur fliehkraftkompensation wirksam wird.
Diese Ubertragungirerlust e durch größere ße re Fliehgewichte auszugleichen,
ist
in der Praxis nicht möglich, da im Futterkörper nur beschrankter Raum für die Anordnung
der Fliehgewichte und der Kraftglieder zur Verfügung steht und außerdem mit größeren;
Fliehgewichten immer größere Kraftbelastungen vom Futterkörper aufgenommen werden
müßten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kraftbetätigtes Spannfutter
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei konstruktiv einfacher und betriebssicherer
Gestaltung die Kraftübertragung zwischen den Fliehgewichten und den Spannbacken
möglichst "steif" ist d. h. ohne nennenswerte elastische Verformungen und ohne entsprechendes
Rewegungs spiel im Kraftübertragungsweg arbeitet, so daß mangels größerer Reibungekräfte
die Fliehkräfte der Fliehgewichte mit hohem Wirkungsgrad zur Fliehkraft kompensation
an den Spannbacken zur Verfügung stehen. Darüber hinaus soll ein möglichst syimmetrischer
Futteraufbau erreicht werden, , so daß Unwuchten in einfacher Weise vermieden werden
können und an den Spannbacken sowie den Fliehgewichten die Fliehkräfte bzw. Kompensationskräfte
möglichst symmetrisch argreifen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen
Je zwei Spannbacken eines eines derFliehgewichte angeordnet
ist,
daß die Fliehgewichte im Futterkörper radial verschiebbar geführt sind und einen
radial nach außen gerichteten Kolbenteil besitzen, der koaxial in einen im Futterkörper
festen Zylinderraum greift und gegen dessen Innenwand abgedichtet ist, daß der mit
dem Druckmedium gefüllte Zylinderraum über Kanäle mit den Zylinderräumen von zwei
der Kraft zylinder verbunden ist, und daß diese beiden Kraftzylinder beidseits des
Fliehgewichtes neben den benachbarten Spannbacken angeordnet sind.
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Im Ergebnis wird die Fliehkraft Jedes einzelnen Fliehgelichtes voll
auf das Druckmedium übertragen. Dieses arbeitet auf die Kolben der dem Fliehgewicht
jeweils zugeordneten beiden Kraftzylinder, wobei eine Kraftübersetzung entsprechend
dem Verhältnis der auf das Druckmedium wirkenden Stirnflächen des Kolbenteils des
Fliehgewichtes einerseits und der Kolben beider Kraftzylinder andererseits erreicht
werden kann. Die Kraftübertragung ist im oben erläuterten Sinne sehr "steif", da
das Druckmedium bei geeigneter Auswahl der Hydrawlikflüa eigkeit keine nennenswerte
Kompressibilität zeigt, ebensowenig aber auch die Kolben der Kraftzylinder und der
Kolbenteil des Fliehgewichtes elastisch verformbar sind. Die Kolben der Kraftzylinder
können
ihrerseits auf sehr direktem Wege an den ihnen zugeordneten Spannbacken angreifen,
so daß auch hier die Gefahr störender elastischer Verformungen ohne Schwierigkeiten
vermieden werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse der Kraftzylinder mit der Verstellrichtung der Jeweils benachbarten
Spannbacke einen sich nach außen öffnenden spitzen Winkel bildet, und daß der Kolben
der Kraftzylinder unter diesem Winkel in seitliche Spannbackenausnehmungen mit einer
Anschlagfläche für die Kolbenstirn eingreift. Kraftübertragungsglid er zwischen
den Kolben der Kraftzylinder und den ihnen zugeordneten Spannbacken entfallen somit.
Darüber hinaus bleibt ein genügender konstruktiver Spielraum für die Ausrichtung
der Kraftzylinder, die mit ihrer Achse keineswegs exakt radial im Futterkörper ausgerichtet
sein müssen, sondern Je nach den Platzverhältnissen unter einem geeigneten Winkel
geneigt zwischen der einerseits benachbarten Spannbacke und dem andererseits benachbarten
Fliehgewicht angeordnet sein können.
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Die die Kolbenteile der Fliehgewichte aufnehmenden Zylinderräume können
unmittelbar im Putterkörper ausgebildet sein.
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Jedoch empfiehlt sich eine solche Ausführungsform nur dann, wenn die
auf das Druckmedium arbeitende Stirnfläche des Kolbenteils querschnittsgleich mit
dem übrigen Teil des Fliehgewichtes ist. Ist diese Voraussetzung, wie in der Regel,
nicht erfüllt, so wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Fliehgewichte
in Bohrungen des Futterkörpers geführt und die Bohrungen außen durch Deckel verschlossen
sind, in welchen der Zylinderraum zur Aufnahme des Kolbenteiles vorgesehen ist.
In diesem Fall kann der Querschnitt des Kolbenteiles wesentlich kleiner als die
das Fliehgewicht führende Bohrung sein, was zur Einstellung des Kraftübersetzungsverhältnisses
in der Kraftübertragung zwischen Fliehgewicht und Eraftzylinder von Bedeutung sein
kann.
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Auch die Kolben der Kraft zylinder sind zweckmäßigerweise in Bohrungen
des Futterkörpers geführt, die zwischen dem Kolben und einem die Bohrung nach außen
verschließenden Deckel zugleich die vom Druckmedium geführten Zylinderräume der
EraftzS inder bilden. Die Kolben der Kraft zylinder sind aus Gründen der Massenersparnis
hohl ausgebildet.
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Weiter ist nach der Erfindung als besonders vorteilhaft vorgesehen,
daß der Kolbenteil der Fliehgewichte durch eine zu seiner Achse koaxiale Ringnut
vom übrigen Körper des Fliehgewichtes abgesetzt ist und daß der den Kolbenteil aufnehmende
Zylinderraum zumindest teilweise durch einen in die Ringnut passenden Kragen gebildet
ist. Der Kolbenteil des Fliehgewichtes ist dadurch gleichsam zum Kolbeninnern hin
verlegt, wodurch in radialer Richtung trotz verhältnismäßig großer Kolbenhöhe und
großem Verstellweg eine vergleichsweise niedrige Bauform erreicht wird. Im übrigen
besteht die Möglichkeit, daß die Fliehgewichte an ihrem zur Futterachse zeigenden
Teil eine im wesentlichen konische Verjüngung aufweisen, wobei der Eonuswinkel etwa
gleich dem Winkel zwischen den Achsen der dem Pliehgewicht beidseits benachbarten
Kraftzylinder ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, das Fliehgewicht und die beidseits
benachbarten Kolben in Kraft zyl inder dicht aneinanderzurücken, also im Futterkörper
den Raum Jeweils zwischen zwei Spannbacken möglichst vollständig für die Unterbringung
des Fliehgewichtes auszunutzen und dadurch die Verwendung großer Fliehgewichte zu
ermöglichen, die auch bei sehr hohen Drehzahlen des Spannfutters noch eine ausreichende
Fliehkraftkompensation an den Spannbacken bewirken.
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Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht im
wesentlichen darin, daß eine sehr direkte, verformungsarme und damit elastisch steife
Kraftübertragung zwischen den Fliehgewichten und den Spannbacken mit sehr geringen
Reibungsverlusten erreicht wird, so daß die Fliehkraft der Fliehgewichte voll an
den Spannbacken zur Fliehkraftkompensation zur Verfügung steht. Die Anordnung der
Fliehgewichte und Kraftzylinder ist in Umfangsrichtung des Spannfutters mit sehr
hohem Symmetriegrad möglich, so daß nicht nur Unwuchten auf einfache Weise vermieden
werden, sondern auch ein sehr symmetrischer Kraftangriff sowohl an den Fliehgewichten
als auch an den Spannbacken erreicht wird.
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Im folgenden wird #die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungebeispiel naher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Axialachnitt durch
ein Spannfutter nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II - II durch
das Spannfutter nach Fig. 1.
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In der Zeichnung ist der Futterkörper des kraftbetätigten Spannfutters
mit 1 bezeichnet. Im Futterkörper 1 sind radial verstellbare Spannbacken 2 geführt,
wobei in der Zeichnung nur die Grundbacken dargestellt sind. An den Grundbacken
können mittels Schrauben 3 in bekannter Weise Aufsatzbacken befestigt werden. Die
Spannbacken 2 sind über zur Futterachse 4 geneigt verlaufende Keilaufnahmen 5 und
darin eingreifende Keilstücke 6 an ein Stellglied 7 angeschlossen, das im Ausführungsbeispiel
als im Futterkörper 1 axial verschiebbare Spannhülse ausgebildet ist, in die in
üblicher und daher hier nicht dargestellter und weiter zu beschreibender Weise eine
von einem Kraftspannzylinder betätigbare Spannwelle eingeschraubt werden kann. Die
Keilstücke 6 sind im Ausführungsbeispiel als Bolzen gestaltet, können aber auch
in bekannter Weite Keilhaken sein.
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Zum Ausgleich der auf die Spannbacken 2 wirkenden Fliehkräfte dienen
Fliehgewichte 8, wobei Jeweils ein Fliehgewicht zwischen zwei Spannbacken 2 angeordnet
ist, Diese Fliehgewichte 8 sind im Futterkörper 1 radial verschiebbar geführt und
besitzen einen radial nach außen gerichteten Kolbenteil 9. Dieser Kolbenteil 9 greift
koaxial in einen im Futterkörper 1 festen Zylinderraum 10 und ist gegen
dessen
Innenwand durch eine Dichtung 11 abgedichtet. Dieser Zylinderraum 10 steht über
Kanäle 12a, 12b, 12c mit den Zylinderräumen 13 zweier Kraftzylinder 14 in Verbindung,
die beidseits des Fliehgewichtes 8 neben den benachbarten Spannbacken 2, also jeweils
zwischen dem Fliehgewicht 8 und einer dieser beiden Spannbacken 2 angeordnet sind.
Die Zylinderräume 10, 13 und die sie verbindenden Kanäle 12a, 12b, 12c sind mit
einem hydraulischen Druckmedium, in der Regel einem Hydrauliköl, gefüllt. Unter
der Kraft dieses Druckmediums arbeiten die Kolben 15 der Kraft#ylinder 14 nach innen
in Richtung zur Futterachse 4 auf die Spannbacken 2, wobei im Zylinderraum 10 der
Kolbenteil 9 des Fliehgewichtes 8 das Druckmedium mit der Fliehkraft des Fliehgewichtes
8 beaufschlagt.
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Die Achse 16 der Kraftzylinder 14 bildet mit der radialen Verstellrichtung
der jeweils benachbarten Spannbacke 2 einen sich nach außen öffnenden spitzen Winkel,
der im Ausführungsbeispiel mit 17 bezeichnet ist. Der Kolben 15 der Kraftzylinder
14 greift unter diesem Winkel 17 in seitliche Spannbackenausnehmungen 18 ein, die
mit einer Anschlagfläche 19 für die Kolbenstirn 20 versehen sind. Im Ergebnis drücken
die Kolben 15 der Kraftzylinder 14 unmittelbar auf
die Spannbacken
2. Die Kolben 15 selbst sind hohl ausgeführt, damit sie eine möglichst geringe Masse
besitzen und zur Kompensation ihrer Fliehkraft im Vergleich zu den Spannbacken 2
nur geringe Gegenkräfte erforderlich sind. Der Hohlraum dient gleichzeitig zur Aufnahme
einer Rückstellfeder.
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Im einzelnen sind die Fliehgewichte 8 in Bohrungen 21 des Futterkörpers
1 geführt und die Bohrungen 21 außen durch Deckel 22 verschlossen, in welchen sich
der Zylinderraum 10 zur Aufnahme des Kolbenteiles 9 befindet. Am Deckelrand ist
eine umlaufende Ringnut 12c vorgesehen, die über den Kanalabschnitt 12b mit dem
Zylinderraum 10 in Verbindung steht. Die Ringnut 12c ihrerseits steht in Verbindung
mit den im Futterkörper 1 zu den Zylinderräumen 13 der Kraftzylinder 14 verlaufenden
Kanalabschnitten 12a. Zur Abdichtung der Ringnut 12c dienen zwei zwischen dem Deckel
22 und dem Futtergehäuse 1 eingelegte O-Ringe 23.
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Der Deckel 22.ist mit einem Gewinde 24 in den Putterkörper 1 eingeschraubt.
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Auch die Kolben 15 der Kraftzylinder 14 sind in Bohrungen 25 des Futterkörpers
1 geführt. Diese Bohrungen 25 bilden jeweils zwischen dem Kolben 15 und einem die
Bohrung nach
außen verschließende Deckel 26 zugleich die Zylinderräume
13 der Kraftzylinder 14, wobei die Kolben 15 gegen die Innenwand der Bohrung 25
durch Dichtungen 27 abgeschlossen sind. Zur Abdichtung der in den Futterkörper 1
eingeschraubten Deckel 26 dienen wiederum O-Ringe 28.
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Der Kolbenteil 9 der Fliehgewichte 8 ist durch eine zu seiner Achse
koaxiale Ringnut 29 vom übrigen Körper des Fliehgewichtes 8 abgesetzt. Verstellt
sich das Fliehgewicht, so kann in diese Ringnut 29 ein am Deckel 22 befindlicher
Kragen 30 greifen, der zumindest teilweise den den Kolbenteil 9 aufnehmenden Zylinderraum
10 bildet. Das ermöglicht in radialer Richtung ein verhältnismäßig hohes Fliehgewicht
8 bei gleichzeitig großem Verstellweg, trotzdem aber die Einhaltung einer vergleichsweise
niedrigen Bauhöhe. Außerdem sind die Fliehgewichte 8 an ihrem zur Putterachse 4
zeigenden Teil mit einer im wesentlichen konischen Verdüngung 31 versehen, wobei
der Konuswinkel im wesentlichen gleich dem Winkel ist, den die Achsen 16 der dem
Fliehgewicht 8 beidseits benachbarten Kraftzylinder 14 einschließen. Diese Kraftzylinder
14 können daher, wie die Fig. 2 unmittelbar erkennen läßt, dicht neben dem
Fliehgewicht
8 angeordnet werden, so daß im Futterkörper der Raum zwischen den Spannbacken 2
weitgehend für die Unterbringung des Fliehgewichtes 8 zur Verfügung steht.
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Die Fig. 2 läßt erkennen, daß das Spannfutter in Umfangsrichtung bezüglich
der Anordnung der Spannbacken 2, der Fliehgewichte 8 und der Kraftzylinder 14 einen
außerordentlich symmetrischen Aufbau besitzt. Dadurch lassen sich nicht nur Unwuchten
in einfacher Weise vermeiden, sondern es wird auch eine sehr symmetrische Kraftbeanspruchung
der Spannbacken 2 durch die Kolben 15 der Kraftzylinder 14 erreicht, da diese Kolben
15 von beiden Seiten her auf die Spannbacke 2 drücken. Darüber hinaus erfolgt die
Verstellung der Fliehgewichte 8 exakt und die der Kolben 15 der Kraftzylinder 14
nahezu in radialer Richtung, so daß im Kraftübertragungsweg zwischen den Fliehgewichten
8 und den Spannbacken 2 im wesentlichen nur die Reibungskräfte an den Dichtungen
11, 27 der Kolben 15 bzw des Kolbenteiles 9 auftreten.