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Keilstangen-Spannfutter
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Die Erfindung betrifft ein Keilstangen-Spannfutter mit radial beweglichen
Spannbacken, bei welchem eine durch einen entfernbaren Spannschlüssel betätigbare
Gewindespindel auf die Keilstangen einwirkt, um diese zwischen einem Bereich, wo
sie mit den Spannbacken in Eingriff sind und deren radiale Bewegung bewirken, und
einer Lage, wo sie mit den Spannbacken ausser Eingriff sind, zu verschieben.
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Aus der CH-PS 356.975 sind Einrichtungen für eine optische Anzeige
bekannt, welche durch einen aus dem Futterkörper heraustretenden Stift signalisieren,
dass sich die Keilstangen ausserhalb ihres Arbeitsbereiches befinden. Dies erfolgt,
wenn z. B. die Eingriffsbreite der Verzahnungen von Spannbacke und dazugehöriger
Keilstange in bezug auf die Spann- und Fliehkräfte festigkeitsmässig zu gering ist,
oder wenn die Spannbacken von den Keilstangen vollständig freigegeben
sind
und das Spannfutter nicht in Drehung versetzt werden darf.
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Es sind auch Sicherheitseinrichtungen zur zwangsläufigen Verhütung
des Herausschleuderns der Spannbacken bei einem unbeabsichtigten Laufenlassen des
Spannfutters, in welchem die Spannbacken von den Keilstangen zwecks Versetzen oder
Auswechseln freigegeben sind, bekannt.
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Bei diesen bekannten Sicherheitseinrichtungen wird in der Keilstangenstellung,
in welcher eine Freigabe der Spannbacken durch die Keilstangen erfolgt, eine automatische
Sperrung der Spannbacken durch den zwangsläufigen Eingriff eines Haltegliedes, welches
in die Verzahnung der dazugehörigen Spannbacke eingreift, gewährleistet. Um die
Spannbacken versetzen oder auswechseln zu können, muss jeweils das der betreffenden
Spannbacke zugeordnete Halteglied durch Drücken eines Knopfes von Hand ausser Eingriff
gebracht werden. Beim Loslassen des Druckknopfes wird das unter Federdruck stehende
Halteglied automatisch wieder in Eingriff mit der Spannbacke zurückgebracht. Das
Halteglied kann dabei im Spannfutterkörper gelagert und geführt sein, wie z. B.
aus den Patentschriften CH-PS 534.560, DT-AS 2.004.889 und DT-AS 2.240.871 hervorgeht.
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Gemäss der DT-PS 2.347.561 kann aber das Halteglied auch in der Keilstange
angeordnet sein. Bei einer weiteren bekannten Ausführung (DT-PS 1.808.465) wird
die Freigabe der Spannbacke durch ein axiales Eindrücken der Antriebsspindel des
Spannfutters mit Hilfe seines Spannschlüssels ausgelöst.
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Die Einrichtung für optische Anzeigen bieten vor einem unbeabsichtigten
Laufenlassen des Spannfutters nur Schutz, wenn die Beachtung des Anzeigebolzens
durch den Maschinenbediener konsequent durchgeführt
wird. Die Erfahrung
hat aber gezeigt, dass eine optische Anzeige allein keine genügende Sicherheit gewährleistet,
da solche Anzeigen von der Bedienungsperson übersehen werden können.
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Die eingangs erwähnten, bekannten Sicherheitseinrichtungen weisen
verhältnismässig viele Einzelteile auf, weil die Anzahl der Sperrelemente der Anzahl
der Spannbacken am Spannfutter entsprechen muss. Zum Beispiel sind beim Dreibacken-Spannfutter
drei Sperreinrichtungen erforderlich. Einzelne Teile dieser Sperrelemente weisen
eine komplizierte, teuer zu fertigende Form auf.
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Die in der DT-PS 1.808.465 beschriebene Sicherheitseinrichtung benötigt
nur eine einzige Druckfeder, deren Aufgabe es ist, neben der Keilstange mit der
eingeschraubten Antriebsspindel, auch noch die anderen Keilstangen des Spannfutters,
welche mit einer Treibscheibe oder einem anders gearteten Uebertragungselement mit
der ersteren verbunden sind, zu verschieben. Die von der Druckfeder auszuführende
Rückverschiebung, welche den Eingriff der Keilstangen mit den Spannbacken und dadurch
die Verhütung des Herausschleuderns der letzteren aus dem laufenden Spannfutter
bewirkt, muss auch bei vollständig verschmutztem Spannfutter unbedingt gewährleistet
sein.
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Daher muss diese Druckfeder ausserordentlich kräftig sein. Es hat
sich gezeigt, dass die Ueberwindung einer so grossen Spannkraft, ohne jegliche Uebersetzung,
von Hand kaum durchzuführen ist.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Keilstangen-Spannfutter mit einer
solchen Einrichtung zu schaffen, welche einfach und billig ist, und welche ohne
grossen Aufwand auch an bestehenden Keilstangen-Handspannfuttern nachträglich noch
eingebaut werden kann.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe so gelöst, dass ein Sperrelement
vorgesehen ist, welches bei Freigabe der Spannbacken oder bei nur
teilweisem,
einen ungenügenden Kraftfluss übertragenden Eingriff der Keilstangen in die Spannbacken
den Spannschlüssel festhält und diesen bei unbeabsichtigter Inbetriebnahme des Spannfutters
vor dem Herausschleudern sichert, und dass der Spannschlüssel in der gesicherten
Stellung frei drehbar ist.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine stirnseitige
Ansicht eines Keilstangen-Handspannfutters, Fig. 2 den hinteren Teil des zweiteiligen
Futterkörpers gemäss einem Schnitt nach der Linie II-II aus der Fig. 3, Fig. 3 einen
Schnitt nach der Linie III-III gemäss Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch das Keilstangen-Handspannfutter,
senkrecht zu seiner Achse, wobei sich die Keilstangen bzw. die mit den Keilstangen
mit laufenden Auswuchtgewichte am Ende ihres Verschiebebereiches befinden, d. h.
in jener Stellung, in welcher die Spannbacken versetzt oder ausgewechselt werden
können und der Spannschlüssel, ohne Beeinträchtigung seiner Drehbarkeit, axial festgehalten
wird, Fig. 5 einen Schnitt V-V gemäss Fig. 4 durch die Lagerung des als Sperrglied
wirkenden Bolzens und Fig. 6 einen Teilschnitt durch das Keilstangen-Handspannfutter,
wobei der Anzeigebolzen in seiner Stellung "nicht in Betrieb setzen" gezeigt ist.
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Das in den Zeichnungen dargestellte Dreibacken-Keilstangen-Handspannfutter
wird nur soweit in die Beschreibung miteinbezogen, als es zum Verständnis der Sicherheitseinrichtung
notwendig ist. In bezug auf die Wirkungsweise und Ausbildung von Keilstangen-Handspannfuttern
im allgemeinen sei u. a. auf den eingangs erwähnten Stand der Technik hingewiesen.
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Die Verschiebebewegung der Spannbacken wird, wie bei allen Keilstangen-Handspannfuttern,
mit Hilfe einer Gewindespindel 1, welche von Hand mit einem Spannschlüssel 18 gedreht
wird, bewirkt.
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Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, wird die Drehbewegung der
Gewindespindel 1 in eine Längsverschiebung der Spindelmutter 2 umgewandelt, wobei
die letztere über einen Gleitstein 3 einen Treibring 4, welcher im Futterkörper
5 zentrisch und drehbar gelagert ist, antreibt bzw. ihm eine Drehbewegung mitteilt.
Der Treibring 4 treibt seinerseits über die Gleitsteine 6 die Keilstangen 7, 8,
9 an, welche sich in den tangential im Futterkörper 5 eingearbeiteten Nuten 10,
11, 12 längsverschieben. Die Keilstangen 7, 8, 9 besitzen eine Zahnstangenverzahnung
14, welche mit einer entsprechenden Verzahnung 15 an den Spannbacken 16 in Eingriff
stehen. Infolge der Schrägverzahnung an mindestens einem der beiden verzahnten Elemente
- Spannbacke oder Keilstange - werden bei einer Längsverschiebung der Keilstangen
die Spannbacken 16 in bekannter Art und Weise radial verschoben.
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Der Verschiebeweg der Keilstangen 7, 8, 9 unterteilt sich, ebenfalls
in bekannter Art und Weise, in einen Arbeitsbereich A und in einen Zwischenbereich
B mit ungenügender Eingriffsbreite der beiden einander zugeordneten Verzahnungen
14, 15 von Keilstange und Spannbacke (Fig. 4). Der Zwischenbereich B wird durch
eine an vielen bekannten Keilstangen-Handspannfuttern vorhandene Anzeigeeinrichtung,
auf welche später noch einmal Bezug genommen wird, optisch angezeigt.
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Im Zwischenbereich B der Keilstangen 7, 8, 9 darf das Spannfutter
nicht in Betrieb genommen werden, da die Eingriffsbreite der Verzahnungen 14, 15,
über welche die Einspannkraft die Bearbeitungskraft und die Fliehkräfte von Spannbacken
und Werkstück aufgenommen werden muss, festigkeitsmässig nicht mit der erforderlichen
Sicherheit gewährleistet ist.
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Gegen die Endstellung des Zwischenbereichs B hin wird die Eingriffsbreite
der Verzahnungen 14, 15 immer kleiner und sinkt in den Endstellung auf Null ab.
In dieser Stellung sind die Spannbacken 16 ausser Eingriff mit den dazugehörigen
Keilstangen 7, 8, 9 und können nun von Hand um eine oder mehrere Zahnteilungen radial
versetzt oder durch andere Spannbacken ersetzt werden.
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Die Sicherheitseinrichtung besteht aus einem als Sperrglied wirkenden
Bolzen 17, welcher am Ende 13 der schräg gegen den Mitnahmeteil 19 des eingesteckten
Spannschlüssels 18 gerichteten Keilstangennut 12 in einer Bohrung 21 im Futterkörper
5 axial verschiebbar gelagert ist. Der Bolzen 17 ist mit einer Längsnut 22 versehen,
in welche eine im Futterkörper 5 eingelassene Zapfenschraube 20 eingreift (Fig.
5), wobei die Längsnut 22 so bemessen sein muss, dass der Bolzen 17 nur den für
die Erfüllung seiner Aufgabe notwendigen Hub C ausführen kann. Dieser Hub C soll
zweckmässigerweise, wenn es die Abmessungen der Aussenrille 28 am Spannschlüssel
18 zulassen, möglichst dem Zwischenbereich B entsprechen. Auf keinen Fall dar der
Hub C grösser als der Zwischenbereich B sein, weil sonst der Arbeitshub A der Keilstangen
bzw. der Arbeitsbereich D der Spannbacken 16 vermindert würde. Im Normalfall wird
der Bolzenhub C kleiner sein als der Zwischenbereich B. Die Grösse des Hubes C ist
durch die maximal zulässige Tiefe der Aussenrille 28 begrenzt, welche aufgrund der
Mindestverdrehfestigkeit des Spannschlüssels 18 berechnet wird. Der Bolzen 17 besitzt
einen Kopf 23, welcher in den Innenraum der Keilstangennut 12 hineinragt und als
Anschlag für die im Futterkörper
5 in der Ansenkung 24 abgestützte
Druckfeder 25 dient. Die Druckfeder 25 drückt den Bolzen 17 ständig gegen den Innenraum
der Keilstangennut 12. Als Hubbegrenzung des Bolzens dienen die Zapfenschraube 20
und die Enden der Längsnut 22 im Bolzen 17.
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Bei einem beabsichtigten Versetzen oder Auswechseln der Spannbacken
16 müssen die Keilstangen 7, 8, 9 aus ihrem Arbeitsbereich A, welcher unter Berücksichtigung
des Uebersetzungsverhältnisses der Schrägverzahnung 14, 15 an den Keilstangen 7,
8, 9 und der Spannbacken 16 dem Arbeitsbereich D der Spannbacken 16 in der jeweiligen
Spannbackenlage entspricht, herausgeführt werden. Nachdem die Keilstangen 7, 8,
9 ihren Arbeitsbereich A verlassen haben, tritt die Keilstange 9 bzw. in der vorliegenden
Spannfutter-Ausführung das Auswuchtgewicht 26, welches mit der Keilstange 9 in der
Keilstangennut 12 mitläuft, nach einem Verschiebeweg von B - C, mit dem in die Keilstangennut
12 hineinragenden Kopf 23 des Bolzens 17 in Berührung.
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Bei der weiteren Verschiebung der Keilstangen 7, 8, 9 im Zwischenbereich
B mit ungenügender Eingriffsbreite, welche bis zur vollständigen Freigabe der Spannbacken
16 durch die Keilstangen 7, 8, 9 führt, wird der Bolzen 17 vom erwähnten, mit der
Keilstange 9 mitlaufenden Auswuchtgewicht 26 in der Bohrung 21 im Futterkörper 5
entgegen der Kraft der Feder 25 verschoben, und dadurch mit seinem Ende 27 in die
am Schaft des Spannschlüssels 18 eingearbeitete, V-förmige Aussenrille 28 hineingeführt.
Der Spannschlüssel 18 wird auf diese Weise während des ganzen Wegbereiches C der
Keilstangen 7, 8, 9 am Futterkörper 5 axial festgehalten, wobei der festgehaltene
Spannschlüssel frei drehbar ist. Ein unbeabsichtigtes Inbetriebsetzen der Maschine
bei eingestecktem Spannschlüssel 18 ist nicht zu erwarten, da der Schlüssel im Gegensatz
zur kleinen optischen Anzeigeeinrichtung durch die Bedienungsperson kaum übersehen
werden kann. Solange der Spannschlüssel 18 am Futterkörper 5 festgehalten wird,
würde er beim Laufenlassen des Spannfutters nicht weggeschleudert, sondern höchstens
verklemmt und Schäden an der betreffenden
Maschine verursachen.
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Der Spannschlüssel 18 kann erst wieder vom Spannfutter abgenommen
werden, nachdem der Bolzen 17 voll eingefahren ist und die Keilstangen sich wieder
ausserhalb des Bereiches C befinden. Bei ihrer Rückverschiebung in ihren Arbeitsbereich
A folgt der unter Federdruck stehende Bolzen 17 der Keilstange 9 bzw. dem mit der
Keilstange 9 mitlaufenden Auswuchtgewicht 26 und wird dadurch aus der Aussenrille
28 am Schaft des Spannschlüssels 18 herausgeführt.
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Der Spannschlüssel 18 lässt sich danach wieder vom Futterkörper 5
abnehmen. Die eigentliche Betriebsbereitschaft des Spannfutters ist jedoch erst
dann wieder hergestellt, wenn sich die Keilstangen 7, 8, 9 wieder in ihrem Arbeitsbereich
A befinden, was durch die bereits erwähnte Anzeigevorrichtung signalisiert wird.
Ein unbeabsichtigtes Laufenlassen des Spannfutters bei einer Keilstangenlage zwischen
den Bereichen C und A wäre aber nicht gefährlich und würde zu keinem Wegschleudern
der Spannbacken führen, sondern höchstens zu Beschädigungen an den Verzahnungen
14, 15.
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Die handelsüblichen Keilstangen-Ilandspannfutter sind durchwegs mit
einer Anzeigeeinrichtung ausgerüstet, welche über die Lage der Keilstangen 7, 8,
9 orientiert, sobald die letzteren sich ausserhalb ihres Arbeitsbereiches A, d.
h. sich im Zwischenbereich B befinden. Solche Anzeigeeinrichtungen wirken optisch,
indem ein runder oder vierkantiger Stift 29 (Fig. 6) solange aus dem Futterkörper
5 heraustritt, wie sich die Keilstangen im Zwischenbereich B befinden, in welchem
die Maschine nicht in Betrieb gesetzt werden darf. Da der Bolzenhub C nur in sehr
wenigen Fällen so gross gewählt werden kann, dass er den vollständigen Zwischenbereich
B überdeckt, kann auf diese Einrichtung nicht verzichtet werden.
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Eine solche Anzeigeeinrichtung wirkt aber auch in der anderen Endlage
der Keilstangen 7, 8, 9, indem der Anzeigebolzen 29 kurz vor dem Erreichen des anderen
Hubendes durch die Keilstangen 7, 8, 9 ebenfalls aus dem Futterkörper 5 hervortritt.
Diese Anzeige gewährleistet, dass das Werkstück tatsächlich eingespannt ist und
nicht ein Auflaufen der Keilstangen 7, 8, 9 am anderen Ende der Keilstangennuten
10, 11, 12 vorliegt bzw. das Werkstück nur vermeintlich eingespannt ist. Im letzteren
Fall würde das Werkstück beim Laufenlassen des Spannfutters unweigerlich weggeschleudert,
was zu einem Unfall führen könnte. Auch aus diesem Grunde kann auf eine Anzeigeeinrichtung
in der bekannten Art nicht verzichtet werden.
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Die an sich bekannten Rastbolzen 30, welche im Grunde der Spannbackennut
31 im Futterkörper 5 eingelassen sind und unter Federdruck in die Verzahnung 15
der Spannbacken 16 eingreifen, verhüten ein Herausfallen der Spannbacken 16 aus
den Spannbackennuten 31 bei ihrem Versetzen oder Auswechseln. Im weiteren bieten
sie eine Erleichterung beim Verstellen der Spannbacken auf einen anderen Spanndurchmesserbereich.