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Die Erfindung betrifft eine kraftbetätigte Werkstückspannanordnung für Drehmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige bekannte Werkstückspannanordnung (US-PS 36 82 491) beinhaltet ein Spannfutter, mit dem ein Spannbackenwechsel oder ein Versetzen der Spannbacken mittels eines Schlüssels schnell und einfach durchzuführen ist, wenn die Mitnehmer in eine rückwärtige Stellung überführt sind. Es fehlt dort jedoch ein sinnvoller Unfallschutz. Wird versehentlich dem Schlüssel die zum Verriegeln notwendige Drehbewegung nicht vollständig erteilt, können infolge unzureichender Verzahnungsüberdeckung von Spannbacke und Mitnehmer Beschädigungen an der Verzahnung auftreten und die Spannbacken samt Werkstück aus dem Spannfutter herausfliegen. Wird die erforderliche Drehbewegung des Schlüssels ganz vergessen, können die Spannbacken infolge fehlender Verriegelung unmittelbar beim Anlaufen der Drehmaschine aus dem Spannfutter herausgeschleudert werden. Die Maschine kann auch versehentlich schon in Gang gesetzt werden, während noch Wechsel- oder Umsetzarbeiten am Spannfutter durchgeführt werden.
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Bei einer Werkstückspannanordnung mit im übrigen anders aufgebautem Spannfutter gemäß der US-PS 40 07 943, Fig. 3 ist eine teilweise Verbesserung dadurch gegeben, daß einem Außensechskantschlüssel ein Kugelgesperre zugeordnet ist, so daß der Schlüssel nur in der dem vollen gegenseitigen Eingriff der dortigen Keilhaken zwischen dem Spannkolben und der Treibbacke entsprechenden Drehstellung eingesteckt oder abgezogen werden kann. Es besteht dort jedoch die Möglichkeit, das Ausklinken des Keilhakens aushilfsweise auch mit jedem normalen passenden Sechskantschlüssel, also auch unter Umgehung des Kugelgesperres, durchzuführen, so daß die Sicherheitsfunktion dann entfällt. Auch dort kann die Maschine bei entriegelten Keilhaken mit steckendem Schlüssel versehentlich angefahren werden. Auch müssen dort anstelle der Spannbacken die Treibbacken ausgewechselt werden, und es ist ein gesonderter Sicherungsbolzen erforderlich, der über ein Werkzeug betätigt werden muß.
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Der in der US-PS 40 07 943, Fig. 1, 2 offenbarte schlüssellose Treibbackenwechsel erfüllt zwar über die elektrische Abtastung die Sicherheitswünsche, ist jedoch konstruktiv und steuerungstechnisch teuer und raumaufwendig. Der zusätzliche Hub des Spannkolbens, mit dem er in die Entriegelungsstellung fährt, kann zwar zu Abtast- und Prüfzwecken genutzt werden, erhöht jedoch insgesamt erheblich die Kolbenhubstrecke und damit den Raumbedarf. Das dortige Konzept ermöglicht nur einen vollständigen Treibbackenwechsel. Ein schnelles Umsetzen von Spannbacken auf den Treibbacken unter Ausnutzung der Entriegelung über einen Mitnehmer ist nicht möglich.
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Bei dem schlüssellosen Backenwechsel nach der DE- OS 27 49 626 wird der zwischen der Treibbacke und der Spannbacke befindliche Mitnehmer von Hand über einen Bolzen gegen die Kraft einer Feder außer Eingriff gebracht. Nach dem Backenwechsel drückt die Feder den Mitnehmer zurück in die verriegelte Stellung. Auch hier kann die Maschine versehentlich während des Bakkenwechsels in Gang gesetzt werden. Die Sicherheit hängt darüber hinaus von der einwandfreien Funktion der dem Bolzen zugeordneten Feder ab und dies ist im Hinblick auf Materialalterungserscheinungen und eine Verschmutzungsgefahr unzureichend.
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Aus dem DE-GM 74 24 502 ist die Verwendung eines Schlüsselschalters im Zusammenhang mit Spannfuttern bekannt. Der Schlüsselschalter ist mit dem Steuerstromkreis der Drehmaschine verknüpft. Die Drehmaschine kann nur in Gang gesetzt werden, wenn der Schlüssel im Schlüsselschalter steckt.
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Dies allein ergibt noch keinen vollständigen Unfallschutz, weil Maßnahmen fehlen, die dafür Sorge tragen, daß beim Anlaufen der Maschine die Spannbacken mit Sicherheit mit den Treibbacken verriegelt sind. Bei der dortigen Ausgestaltung kann auch anstelle des Schlüssels ein beliebiger durchmessergleicher Körper in den Schlüsselschalter gesetzt werden, so daß in einfacher Weise die Schutzfunktion umgangen werden kann.
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Die DE-OS 27 26 505 zeigt ein mit Hilfe eines Schlüssels in seiner Spannfunktion zu betätigendes Handspannfutter, bei dem Keilstangen mit ihrer Verzahnung direkt mit der rückwärtigen Verzahnung der Spannbakken in Eingriff stehen. Um Unfälle beim Wechseln oder Umsetzen der Spannbacken zu vermeiden, ist dafür Sorge getragen, daß der Spannschlüssel abgezogen werden kann, solange sich die Keilhaken und Spannbacken vollständig außer Eingriff befinden. Es ist aber auch ein Stellungsbereich vorhanden, in dem zwar der Spannschlüssel durchaus abgezogen werden kann, andererseits aber noch keine vernünftige und ausreichende Überdeckung der Verzahnungen vorhanden ist. Insoweit besteht wiederum die Gefahr der Beschädigung der Verzahnung sowie auch die Gefahr des Herausschleuderns der Spannbacken. Auch der Spannschlüssel selbst bildet dort eine Gefahrenquelle, wenn vergessen wird, ihn abzuziehen. Selbst in seiner Verriegelungsphase bildet der relativ voluminöse Spannschlüssel dort bei unbeabsichtigtem Anlauf der Maschine eine Gefahrenquelle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kraftbetätigte Werkstückspannanordnung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß Unfälle beim Wechseln oder Umsetzen der Spannbacken, seien sie durch Unachtsamkeit oder Fahrlässigkeit bedingt, nach menschlichem Ermessen auszuschließen sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.
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Die Verwendung des dort aus einer Hülse und eines in ihr verdreh- und axial verschiebbar geführten Zylinders gebildeten Schlosses im Stelltrieb zum Mitnehmer derart, daß der Zylinder in seiner einen Drehstellung gegen ein Verschieben verriegelt ist und dabei der Schlüssel ausschließlich in dieser einen Stellung eingesteckt und wieder herausgezogen werden kann, der Schlüssel im übrigen aber in der eingesteckten Stellung verriegelt ist, stellt sicher, daß dann, wenn der Schlüssel abgezogen werden kann, in jedem Fall die vollständige Verriegelung der Spannbacken mit dem Mitnehmer gewährleistet ist. Da dieser speziell gestaltete und mit dem Kugelgesperre zusammenwirkende Schlüssel im zugeordneten, mit dem Steuerstromkreis der Drehmaschine mittels eines elektrischen Ein- und Ausschalters verknüpften Schlüsselschalter sitzen muß, um die Maschine überhaupt anlassen zu können, kann die Maschine auch nicht während der Zeit der Handhabung beim Spannbackenwechsel oder beim Umsetzen der Spannbacken zum Anlaufen gebracht werden. Der speziell ausgestaltete Schlüssel ist auch nicht durch ein anderes leicht greifbares Wirkelement im Sinne der Ausschaltung der Sicherheitsfunktion des Kugelgesperres zu ersetzen, da hier das Kugelgesperre vor demjenigen Abschnitt liegt, der überhaupt nur in Drehmitnahme mit dem Schlüssel gerät. Genau die gleiche Ausgestaltung, die eine einfache Schutzfunktionsumgehung durch normalerweise schnell greifbare, einfache Hilfsgegenstände ausschließt, findet sich auch am Schlüsselschalter wieder, so daß auch hier eine Umgehung kaum möglich ist. Die erfindungsgemäße Werkstückspannanordnung bietet somit bei der Möglichkeit eines schnellen Spannbackenwechsels oder einer schnellen Spannbackenumsetzung einen praktisch vollständigen Unfallschutz für die Fälle mangelnder Aufmerksamkeit bis hin zur groben Fahrlässigkeit und befreit von den sonst ständig zu wiederholenden sicherheitstechnischen Überlegungen und Überprüfungen. Dabei sind eine leichte Handhabung des Spannfutters sowie sein maximal möglicher Verwendungsbereich erhalten geblieben.
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Weitere bauliche Ausgestaltungen einer derartigen Werkstückspanneinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Werkstückspannanordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 das Spannfutter einer Werkstückspannanordnung gemäß der Erfindung im Längsschnitt,
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Fig. 2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II der Fig. 1,
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Fig. 3 einen Teilschnitt durch das Spannfutter mit Darstellung des Schlosses des Stelltriebes in der verriegelten Drehstellung,
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Fig. 4 einen Schnitt gemäß Schnitt IV-IV der Fig. 2,
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Fig. 5 einen Teilschnitt entsprechend Fig. 3 in der der Entriegelung der Spannbacken entsprechenden Drehstellung des Schlosses,
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Fig. 6 einen Schnitt gemäß Schnittlinie VI-VI der Fig. 5,
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Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Schlüsselschalter der Werkstückspannanordnung bei eingestecktem Schlüssel.
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Die kraftbetätigte Werkstückspannanordnung für Drehmaschinen weist ein Spannfutter auf, in dessen Futterkörper 1 ein Spannkolben 2 axial verschieblich geführt ist. Der Spannkolben 2 ist über ein Gewinde 2 a mit einer Kolbenstange verbunden, die den Hub eines Spannzylinders oder Elektrospanners überträgt. Der Spannkolben leitet diesen Spannhub über Keilflächen 2 b auf die Treibbacken 3. jede der Treibbacken 3 führt in radial angeordneten Führungen im Futterkörper 1 Radialbewegungen im Sinne des Spannhubes der ihr zugeordneten Spannbacke 5 aus. Die Treibbacken 3 sind dabei jeweils mit ihren zugeordneten Spannbacken 5 über einen Mitnehmer 4 verbunden, und zwar in Spannrichtung gesehen formschlüssig. Der Mitnehmer ist in einer Nut 3 a der Spannbacke 3 angeordnet und trägt andererseits eine Verzahnung 4 a, die mit einer Verzahnung 5 a auf der Hinterseite der Spannbacke 5 im Eingriff steht. Die Spannbacken 5 sind formschlüssig in radialen Führungen 1 b im Futterkörper 1 geführt. Die Führungen lb sind nach außen offen, so daß beim Bakkenwechsel die Spannbacken 5, wenn sie von den Mitnehmern 4 freigegeben sind, nach außen aus dem Futterkörper herausgezogen werden können.
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Sollen die Spannbacken 5 ausgewechselt oder in Anpassung an andere Durchmesserbereiche eines neuen Werkstückes in anderer Raumlage mit den Mitnehmern 4 verriegelt werden, müssen die Mitnehmer 4 in eine zurückgezogene, entriegelte Stellung überführt werden, wozu ein schlüsselbetätigter Stelltrieb vorgesehen ist. Im einzelnen ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Treibbacke 3 und dem zugehörigen Mitnehmer 4 ein Schieber 6 angeordnet, der in einer Nut 3 b der Treibbacke 3 senkrecht zur Futterachse und zur Spann- und Bewegungsrichtung der Treibbacke 3 formschlüssig geführt ist. Der Schieber 6 weist einen Haken 6 a auf, der in eine Nut 7 a eines Zylinders 7 hineinragt und damit eine Mitnahmeverbindung zu dem Zylinder 7, und zwar in Bewegungsrichtung des Schiebers 6, herstellt. Der Zylinder 7 ist seinerseits in einer ortsfesten Hülse 8, mit der er ein Schloß definiert, sowohl axial verschiebbar wie auch drehbeweglich geführt. Bewegt sich beispielsweise (Fig. 2) der Zylinder 7 in der Hülse 8 auf die Treibbacke zu, nimmt er den Schieber 6 mit. Der Schieber 6 hat an seinem mit dem Mitnehmer 4 zusammenwirkenden Ende unterschiedlich hohe Abschnitte, die durch einen Schrägflächenabschnitt 6 b ineinander übergehen. An dem Mitnehmer 4 befindet sich eine Gegenfläche 4 b. Bei entsprechender Verschiebung des Schiebers 6 gibt dieser somit entlang der Schrägfläche 6 b und der Gegenfläche 4 b den Mitnehmer 4 in Achsrichtung des Futters frei. In dem dann noch vorgesehenen Resthub des Zylinders 7 drückt dieser mit einer an ihm vorgesehenen Schrägfläche 7 c, die sich an einem Vorsprung des Zylinders 7 befindet, über eine entsprechende Gegenfläche 4 c am Mitnehmer 4 diesen in Achsrichtung so weit zur Treibbacke hin, bis die Verzahnungen 4 a und 5 a des Mitnehmers 4 und der Spannbacke 5 außer Eingriff stehen.
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Die Hülse 8 besitzt eine Aussparung 8 b, die winkelförmig ausgebildet ist. Der eine Teil der Aussparung 8 b verläuft in Achsrichtung der Hülse, der andere Teil verläuft senkrecht dazu. Der zur Hülse 8 achsparallele Teil der Aussparung 8 b ist so lang wie der zum Entriegeln des Mitnehmers 4 benötigte Hub des Schiebers 6, für dessen Haken6a sich ferner ein Schlitz 8 ein der Hülse 8 befindet. Die Hülse 8 weist ferner Aussparungen 8 a in Form von Anbohrungen auf, in die die Kugeln 11 eines Kugelgesperres ausweichen können. Die Kugeln 11 sind ferner in je einer radialen Bohrung 7 f des Zylinders 7 geführt. Sie wirken mit einer Ringnut 10 a des für die Betätigung vorgesehenen Sechskantschlüssels 10 zusammen, und zwar im Sinne einer Sperre für den Schlüssel und einer Mitnahme für den Zylinder 7, gesehen in Zugrichtung des Schlüssels 10.
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Der Zylinder 7 besitzt ferner in seinem äußeren, in Einsteckrichtung des Schlüssels 10 gesehen vor den Kugeln 11 liegenden Bereich in einer zentrischen Bohrung einen Abschnitt 7 d, der im Durchmesser größer ist als der Eckdurchmesser des Außensechskantschlüssels 10. Lediglich, gesehen in Einsteckrichtung des Schlüssels, hinter den Kugeln 11 hat der Zylinder 7 einen dem Schlüssel 10 entsprechenden Innensechskant, der die Drehmitnahme 7 e bildet. An seinem Außenumfang trägt der Zylinder 7 ferner einen Stift 7 b, der mit der Aussparung 8 b der Hülse 8 in Eingriff steht.
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Durch eine Federraste 9 wird die Hülse 8 formschlüssig gegen Verschieben und Verdrehen festgesetzt. Die Kugel der Federraste 8 hält dabei ferner den Zylinder 7 kraftschlüssig gegen selbsttätiges Verdrehen.
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Zu der Werkstückspannanordnung gehört ferner der in Fig. 7 dargestellte Schlüsselschalter. Dieser hat einen elektrischen Ein- und Ausschalter 14. In dem Schaltergehäuse 12 befindet sich ein Zylinder 13, der dem Zylinder 7 im Spannfutter in seiner Gestaltung bezüglich der Aufnahme und Sperrung des Schlüssels 10 entspricht. Er weist also ebenfalls ausschließlich hinter den Kugeln 15 des Kugelgesperres einen Innensechskant als Drehmitnahme für den Schlüssel 10 auf, und er hat entsprechende Radialbohrungen für die Kugeln 15, vor denen ein einen größeren Durchmesser als der Schlüssel aufweisender Abschnitt 13 c liegt. Das Schaltergehäuse 12 hat Aussparungen 12 a, die das Ausweichen der Kugeln 15 in den Bohrungen 13 d ermöglichen. ln dem Zylinder 13 ist ein Stift 13 a befestigt, der in eine Umfangsnut 12 b des Schaltergehäuses 12 ragt und damit den notwendigen Drehwinkel begrenzt, wie er zur Betätigung des elektrischen Ein- und Ausschalters 14 mittels eines in dem Zylinder 13 befestigten Drehnockens 13 b erforderlich ist.
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Um einen Spannbackenwechsel oder ein Umsetzen der Spannbacken auf den Mitnehmern durchführen zu können, muß der Schlüssel 10 so weit wie möglich in den Zylinder 7 des Schlosses eingesteckt werden, um dort mit dem die Drehmitnahme bildenden Innensechskant 7 e in Eingriff zu geraten und damit die Wirkverbindung zwischen dem Schlüssel 10 und dem Zylinder 7 im Sinne einer Drehung des Zylinders herbeizuführen. Hierbei können in dieser Lage des Zylinders 7, in der er mittels des Stiftes 7 b gegen ein Verschieben verriegelt ist (Fig. 3) die Kugeln 11 des Kugelgesperres in die Aussparungen 8 a ausweichen. Mit Beginn der anschließenden Linksdrehung des Schlüssels 10 - vergleichbar einem Aufschließen - werden aber die Kugeln 11 in die Ringnut 10 a des Schlüssels 10 gedrückt und sperren diesen, so daß er jetzt nicht mehr abgezogen werden kann.
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Im weiteren Verlauf dieser Linksdrehung, an der auch der Zylinder 7 teilnimmt, gelangt dessen Stift 7 b aus dem achssenkrechten Abschnitt der Aussparung 8 b in den achsparallelen Abschnitt dieser Aussparung. jetzt kann der Zylinder 7 über den über das Kugelgesperre in Zugrichtung mit ihm verbundenen Schlüssel 10 zusammen mit dem Schieber 6 so weit nach innen geschoben werden, bis in der vorstehend beschriebenen Weise die Verzahnungen 4 a und 5 a der Spannbacken außer Eingriff geraten. Die entriegelten Spannbacken können somit nach außen aus ihren Führungen 1 b aus dem Futterkörper herausgezogen werden. Der erneute Verriegelungsvorgang vollzieht sich in umgekehrter Reihenfolge. Hat beim Zurückziehen der Stift 7 b des Zylinders 7 wieder den achssenkrechten Teil der Aussparung 8 b erreicht, ist der Mitnehmer 4 über die Schrägflächen 4 b, 6 b wieder in vollen Verzahnungseingriff gerückt und die Spannbacke 5 verriegelt. Der Schlüssel 10 ist jedoch in dieser Stellung noch nicht abziehbar. Erst nach Vollendung der Rechtsdrehung - vergleichbar einem Zuschließen - haben die Kugeln 11 wieder die Möglichkeit, in die Aussparungen 8 a der Hülse 8 auszuweichen, so daß der Schlüssel dann freigegeben ist.
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Aus Vorstehendem ergibt sich, daß das Ent- und Verriegeln der Mitnehmer in den Spannbacken ausschließlich durch die Schiebebewegung geschieht. Die zusätzliche Drehbewegung in Kombination mit dem Kugelgesperre und der speziellen Ausgestaltung des Zylinders in bezug auf seine Schlüsselaufnahme verhindern, daß man auf einfache Weise mit Hilfe zur Verfügung stehender ausreichend dünner Gegenstände die Sicherheitsfunktion des Kugelgesperres überbrücken kann. Diese kann auch nicht mit einem vergleichbaren Sechskant ohne die Ringnut lOa überbrückt werden, weil die Drehmitnahme zwischen dem Schlüssel 10 und dem die Drehmitnahme bildenden Innensechskant 7 e in Einsteckrichtung gesehen hinter dem Kugelgesperre liegt, vor dem Kugelgesperre jedoch keinerlei Mitnahmeverbindung moglich ist. Ein Einstecken eines Gegenstandes bis hin zur Kugelsperre ergibt keine Funktion.
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Ein vollständiges Einstecken eines Sechskantes ohne Ringnut in den Zylinder würde verhindern, daß die Kugeln 11 aus der Aussparung 8 a zurückgelangen, so daß insoweit ein Drehen des Zylinders 7 dann nicht möglich wäre.
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In vergleichbarer Weise ist die Schutzfunktion des Schlüssels und des Schlüsselschalters aufgrund einer entsprechenden Ausgestaltung bezüglich des Kugelgesperres und des die Drehmitnahme bildenden Innensechskantes in Einsteckrichtung gesehen hinter dem Kugelgesperre nicht mit einfachen Gegenständen zu umgehen. Die Drehmaschine kann nur dann in Gang gesetzt werden, wenn der Schlüssel 10 ganz in den Zylinder 13 des Schlüsselschalters eingesteckt ist und eine entsprechende Linksdrehung - vergleichbar einem Aufschließen - erfolgt ist, wonach der Steuerstromkreis der Maschine geschlossen ist. In dieser Schalterstellung verhindert dann das Kugelgesperre, daß der Schlüssel 10 abgezogen werden kann, so daß er zur Betätigung des Spannfutters dann nicht zur Verfügung steht. Ein Abziehen des Schlüssels ist erst dann möglich, wenn der Steuerstromkreis der Maschine durch ein entsprechendes Rechtsdrehen des Schlüssels 10 unterbrochen ist. Erst dann steht somit der eine vorhandene Spezialschlüssel wieder zur Betätigung des Spannfutters zur Verfügung.