DE3111337A1

DE3111337A1 - Spannfutter

Info

Publication number: DE3111337A1
Application number: DE19813111337
Authority: DE
Inventors: Eiichi Nagoya Aichi Morisaki
Original assignee: Howa Kogyo KK; Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Kogyo KK; Howa Machinery Ltd
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-01-28
Also published as: JPS56139809A; US4431201A; DE3111337C2; IT1137440B; JPS5858163B2; IT8120818A0

Description

J3{800u ^!ürichöa.80: Scjteitetraese

Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesest¹³³⁷

Telefon (089) 4 48 24 Telex 5 215

Telegramme patemus münchen Postscheck MQnchen 394 18-802 Reuschelbank München 2603007

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office -- Mandataire aflreä aupres Γ Office Europ6en dos Brevets

Spannfutter

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spannfutter mit Spannbacken zum Greifen und Halten von Werkstücken und zum Rotieren mit den so gehaltenen Werkstücken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein neues ausgeglichenes Spannfutter, bei weicher die Zentrifugalkraft, welche auf die Spannbacken wirkt (Kombinationen, von denen jede einen Hauptbacken und einen Aufsatzbacken umfassen und im folgenden als "Spannbacken" bezeichnet sind), kompensiert bzw. ausgeglichen wird.

Zum Verringern der Maschinenzeiten und Senken der Herstellkosten ist bei Werkzeugmaschinenarbeiten erwünscht, die Drehzahl der Spannfutter zu erhöhen. Wenn jedoch ein Spannfutter mit hoher Drehzahl rotiert, verringert die auf die Spannbacken wirkende Zentrifugalkraft die Greifwirkung auf das Werkstück. Zum Beispiel hat der Erfinder diese Abnahme der Greifkraft in Abhängigkeit von der Erhöhung der Spannfutter-Drehzahl an einem Spannfutter der Kei!bauart von 160 mm Außendurchmesser gemessen, das allgemein als 6-Zoll-Spannfutter bezeichnet wird. Als Ergebnis wurde gefunden, daß eine schnelle Abnahme der Greifkraft auftritt, wenn eine Drehzahl von 2000 U/min überschritten wird und daß bei Drehzahlen ab 4000 U/min die Greifkraft der Spannbacken in einem Ausmaß verringert wird, daß ihre Fähigkeit eines ordentlichen Haltens des zu bearbeitenden Werkstückes zweifelhaft wird.

Es wurden bereits zahlreiche Vorschläge betreffend Gegenmaßnahmen

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zum Lösen dieses Prob!ernes vorgeschlagen, das aus der Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Spannfutter resultiert. Zum Beispiel wurden bei einer Bauart, die als Spannfutter mit rückwärtigen Ausgleichsgewichten bezeichnet werden kann, Ausgleichsgewichte gleitend in solcher Weise angebracht, daß ihre Gleitbewegung in radialer Richtung in Gewichts-Montageschlitzen axial gesehen auf der Rückseite des Spannkörpers gegenüberstehend den Spannbacken ermöglicht ist (JA-GM 119581/1977, US-PS 2,729,459, 2,657,068 und 4,047,723). Bei einer anderen Bauart, welche als Spannfutter mit seitlichen Ausgleichsgewichten bezeichnet werden kann, sind Ausgleichsgewichte für die Hauptbacken jeweils auf einer Seite bezüglich der Umfangsrichtung oder auf beiden Seiten jeder Hauptbacke vorgesehen und mit Hebeln gekuppelt (JA-GM 45176/1976, US-PS 2,828,134 und . 2,982,558). Bei einer weiteren Bauart, die als Spannfutter mit Kurbelausgleichsgewichten bezeichnet werden kann, sind Ausgleichsgewichte an Enden von Kurbel hebeln zum Betätigen jeweils der Hauptbacken vorgesehen (JA-GM 118181/1976 gleich US-PS 3,984,114 und US-PS 3,370,859).

Bei allen diesen ausgeglichenen Spannfuttern des Standes der Technik werden die auf die Ausgleichsgewichte ausgeübten Zentrifugalkräfte dazu benutzt, in Richtung einwärts zur Spannfutter-Mittellinie gerichtete Kräfte auf die Spannbacken auszuüben, wobei diese Ausgleichskräfte im wesentlichen gleich den radial auswärts zu den Spannbacken gerichteten Zentrifugalkräften sind und diese somit ausgleichen, wodurch die auswärts gerichteten Zentrifugalkräfte, welche auf die Spannbacken wirken, im wesentlichen aufgehoben werden.

Die Abnahme der Greif- bzw. Haltekraft der Spannbacken aufgrund der darauf wirkenden Zentrifugalkraft sei nun an einem Spannfutter betrachtet, bei dem die Spannbacken zum Gleiten nach einwärts in

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Richtung zur Spannfutterachse mittels einer Druckmittel-Kolben-Zylinderanordnung zum Greifen eines Werkstückes veranlaßt werden und wobei jeder Hauptbacken ein Passteil aufweist, das in einen Aufnahmeschlitz im Spannkörper gleitend paßt. Wenn aufgrund der Drehung des Spannfutters eine Zentrifugalkraft auf die Spannbacken wirkt, entsteht ein Drehmoment an jeder Spannbacke, das diese von der Spannfutterachse um den Mittelpunkt des genannten Passteiles weg zu drehen und das vordere innere Ende des Spannbackens von der Spannfutterachse weg zu verlagern bestrebt ist. Dies wird üblicherweise als "Schwimmphänomen" bezeichnet, das zu einer elastischen Verformung der Spannbacken führt, die ihrerseits eine entsprechende Verringerung der Spannbacken-Greifkraft verursacht. Da dieses Schwimmphänomen im Bereich der elastischen Verformung jedes Spannbackens auftritt, nimmt der Spannbacken seine ursprüngliche Gestalt wieder an,und die Greifkraft erreicht ihren ursprünglichen Anfangswert , wenn die Drehung des Spannfutters aufhört.

Jedoch werden die Spannbacken bei einem konventionell ausgeglichenen Spannfutter, bei welchem die Kraft jedes Ausgleichsgewichtes aufgrund der Zentrifugalkraft gegen die Spannfutterachse gerichtet ist, lediglich radial einwärts gegen die Spannfutterachse bei dem oben erwähnten Passteil des Hauptbackens verschoben. Aus diesem Grund wird der Spannbacken gegen die Spannfutterachse in einen Zustand zurückgeschoben, bei welchem das Schwimmphänomen aufrecht erhalten oder sogar vergrößert ist, und die auf die Spannbacken wirkende Zentrifugalkraft wird durch Vergrößern der anfänglich ausgeübten Greifkraft durch die Kraft des Ausgleichsgewichtes zu Null gemacht, um eine Greifkraft-Kompensation zu bewirken.

Wenn folglich die Spannfutter-Drehung angehalten wird, nimmt nur die der Abnahme der Greifkraft aufgrund des Schwimmphänomens

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erzeugte Greifkraft ihren ursprünglichen Wert an, und die endgültige Greifkraft ist gegenüber der ursprünglich erzeugten Anfangs-Greif kraft um denjenigen Kraftanteil erhöht, der durch die Kraft des Ausgleichsgewichts aufgebracht wurde. Wie im folgenden näher beschrieben ist, hat der Erfinder Versuche mit konventionell ausgeglichenen Spannfuttern durchgeführt und dabei gefunden, daß diese Zunahme der endgültigen Greifkraft gegenüber der Anfangsgreifkraft in Bereichen von 40 % bis 100 % oder sogar mehr liegt.
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Somit greifen die Spannbacken eines üblichen ausgeglichenen Spannfutters das Werkstück mit einer gewaltigen Greifkraft nach Durchführung einer Bearbeitung an dem Werkstück. Deshalb können ausgeglichene Spannfutter dieser Art nicht zum Greifen von Werkstücken verwendet werden, die ein hochgenaues Bearbeiten erfordern oder dünne Wandstärken haben. Die Verwendung solcher Spannfutter ist darüberhinaus wegen der Verformung der Werkstücke nach dem Bearbeiten insbesondere bezüglich Formguß- und Kupfer-Teilen und Gußstücken aus Leichtmetallegierungen wie aus Aluminium trotz der Tatsache begrenzt, daß solche Gegenstände bei Bearbeiten hohe Schneidgeschwindigkeiten erfordern. Wenn unter Berücksichtigung solcher Verformungen nach dem Bearbeiten anfänglich nur eine kleine Greifkraft auf das Werkstück ausgeübt wird, wird als natürliche Konsequenz die Greifkraft beim Drehen zu klein, so daß eine Bearbeitung mit großen Schnittkräften unmöglich wird.

Dementsprechend können die ausgeglichenen Spannfutter nach dem Stand der Technik nur zum Halten solcher Werkstücke wie Stangen und Gegenständen benutzt werden, die eine grobe Bearbeitung erfordern, deren Verformung nach dem Bearbeitungsgang nicht ein Problem bildet. Folglich ist die Anwendung dieser bekannten Spannfutter begrenzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei ausgeglichenen Spannfuttern nach dem Stand der Technik zu überwinden. Hierzu ist gemäß der Erfindung bei einem Spannfutter mit einem Spannkörper und mehreren Spannbacken, die je einen im Spannkörper radial verschieblich zu dessen Drehachse geführten Hauptbacken und einen auf dessen Stirnseite befestigten Aufsatzbacken umfassn,sowie mit einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft, die für jeden Spannbacken ein Ausgleichsgewicht zum Ausgleichen von auf die Spannbacken bei Drehung des Spannfutters wirkenden Zentrifugalkräften aufweist, vorgesehen, daß dem Ausgleichsgewicht Kraftübertragungsmittel zum übertragen von durch das Ausgleichsgewicht erzeugten Zentrifugalkräften im wesentlichen parallel zur Rotationsachse auf die Rückseite des Hauptbackens nahe dessen äußeren Umfangs zugeordnet sind,um so die Spannbacken nach vorn zu drücken und ihnen dadurch ein Moment mitzuteilen, daß die Spannbacken nach innen gegen die Drehachse schwenkt.

Bei dem Spannfutter gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft so ausgebildet, daß bei Drehung des Spannfutters Kräfte aufgrund der Zentrifugalkraft auf die Ausgleichsgewichte ausgeübt werden, die nahe dem äußeren Umfang der Rückseiten auf die Hauptbacken wirken und diese dadurch axial vorwärts bewegen und die auf die Spannbacken wirkende Zentrifugalkraft ausgleichen, wobei beim Anhalten des Spannfutters die Greifkraft der Spannbacken auf ihren ursprünglichen Anfangswert zurückkehrt, so daß eine Verformung des Werkstückes vermieden ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 eine Stirnansicht eines ausgeglichenen Spannfutters gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in einem Zustand, in dem kein Werkstück eingespannt ist;

Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Ebene parallel zur Spannfutter-Mittellinie des Spannfutters nach Figur 1;

Figur 3 einen Teil schnitt längs der Linie III-III in

Figur 2;

Figur 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Figur 2;

Figur 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung

des Spannfutters gemäß der Erfindung;

Figur 6 einen Teilschnitt nach der Linie VI-VI in Figur 5;

Figur 7 einen schematisierten Schnitt in einem Zustand, bei

welchem ein Drehmoment aufgrund der Zentrifugalkraft auf eine Spannbacke ausgeübt wird, um das erwähnte Schwimmphänomen zu erzeugen;

Figur 8 ein Diagramm für die Beziehung zwischen Drehzahl

und Greifkraft eines 6-Zoll-Spannfutters gemäß den Figuren 1 bis 4 und

Figur 9 ein ähnliches Diagramm für die Beziehung zwischen Drehzahl und Greifkraft eines 6-Zoll-Spannfutters

nach dem Stand der Technik.

Als für ein volles Verständnis der Erfindung förderlich seien zu-

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nächst die Beziehungen zwischen der Greifkraft und der Drehzahl der Spannfutter anhand der Figuren 8 und 9 erläutert, welche die Ergebnisse von Versuchen wiedergeben. In beiden Diagrammen nach Figuren 8 und 9 gilt die Kurve a für das 6-Zoll-Spannfutter (160 mm) der Keilbauart wie oben erwähnt, das nicht ausgeglichen ist. Diese Kurve a macht deutlich, daß bei einer Drehzahl von mehr als 2000 U/min eine rapide Abnahme der Greifkraft stattfindet, und daß die Greifkraft bei 4000 U/min und mehr auf unpraktikabel kleine Werte abfällt. Bei diesem Spannfutter folgt die Beziehung zwischen der Greifkraft und der Drehzahl derselben Kurve a beim Erhöhen und Verringern der Drehzahl.

Wenn ein ausgeglichenes 6-Zoll-Spannfutter der Keilbauart mit rückwärtigen Ausgleichsgewichten der erwähnten Art (US-PS 4,047,723) in gleicher Weise getestet wurde, ergaben sich die Kurven b und c nach Figur 9. Die Kurve b zeigt das Abnehmen der Greifkraft mit zunehmender Drehzahl, während die Kurve c das Anwachsen der Greifkraft beim Verringern der Drehzahl bis auf die Drehzahl Null darstellt, wobei die End-Greifkraft etwa 50 % größer als die Anfangs-Greifkraft war.

Als Ergebnis ähnlicher Versuche mit einer großen Anzahl unterschiedlicher anderer ausgeglichener Spannfutter, die weithin angewendet werden, wurde gefunden, daß die End-Greifkräfte zwischen dem 1,4-fachen und dem 1,9-fachen der entsprechenden • Anfangs-Greifkräfte lagen. Bei ausgeglichenen Spannfuttern der Kurbel-Bauart (US-PS 3,370,859), bei welcher das Gewicht der Ausgleichsgewichte erhöht wird, um die Greifkraft bei zunehmender Drehzahl zu vergrößern, ist die End-Greifkraft in manchen Fällen mehr als doppelt so groß als die Anfangs-Greifkraft. Diese großen Verhältnisse zwischen der End-Greifkraft und der Anfangs-Greifkraft führen zu den erwähnten Schwierigkeiten, die bei einem ausgeglichenen Spannfutter nach der Erfindung wirksam vermieden werden,

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wie sich aus der folgenden Beschreibung erg.ibt.

Bei dem Beispiel des Spannfutters der Keilbauart gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mit einem hohlen Spannkörper, wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, ist die Stirnfläche (rechts in Figur 2) des hohlen, zylindrischen Spannkörpers 1 mit in gleichen Winkel abständen angeordneten,mehreren (3 bei dem gezeigten Beispiel) radial ausgerichteten Aufnahmeschlitzen 2 für Hauptbacken versehen. In den gegenüberliegenden Seitenwänden jeder dieser Aufnahmeschlitze 2 sind Führungsnuten 2a gemäß Figur 3 eingearbeitet. In entsprechenden Aufnahmeschlitzen 2 sind Hauptbacken 3 so eingepasst, daß sie in radialer Richtung eine Gleitbewegung machen können. Jeder Hauptbacken 3 hat Vorsprünge 3a, die in den Führungsnuten 2a aufgenommen und geführt sind. Die Vorsprünge 3a und Führungsnuten 2a arbeiten derart zusammen, daß sie Momente aufgrund von Zentrifugalkraft in Drehzustand der Spannbacken aufnehmen.

Jeder Hauptbacken 3 hat an seinem Vorderteil einen im Querschnitt T-förmigen Schlitz 3b, der durch spannendes. Bearbeiten geschaffen ist und in den eine Spannbacken-Mutter 6 beweglich eingepaßt ist. Eine Verzahnung 3c von Sägezahngestalt ist auf der Stirnfläche jedes Hauptbackens 3 ausgebildet und kämmt mit einer entsprechenden Verzahnung 4a auf der Rückseite eines zugehörigen Aufsatzbackens 4. Jeder Aufsatzbacken 4 ist an dem zugehörigen Hauptbacken 3 mittels zweier Schrauben 7 befestigt, die in die Spannbacken-Mutter 6 eingeschraubt sind und so eine einheitliche Spannbacke 5 bilden. Ferner ist ein abgeschrägtes Teil 3d mit einem Querschnitt von T-Form am radial innerem Ende jedes Hauptbackens 3 angeformt, wie Figur 4 zeigt.

In einem Hohlraum 1a des Spannkörpers 1 ist ein hohler Druckkeil 8 axial gleitend eingepaßt. Um den äußeren Umfang dieses Druck-

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keil es 8 herum sind Schrägnuten 8a von jeweils umgekehrt T-föraiigem Querschnitt zur Gleitpassung mit den T-förmigen Teilen 3d der Hauptbacken 3 vorgesehen. Der Druckkeil 8 hat eine axiale Bohrung von Kreisquerschnitt mit Innengewinde 8b, das mit Außengewinde des vorderen Endes eines Hubrohres 9 zusammenwirkt. Dieses Hubrohr 9 wird durch Betätigen eines Druckmittel-Zylinders (nicht gezeigt), der mit Druckluft oder hydraulisch arbeitet, axial vorwärts oder rückwärts bewegt.

Rückwärtig von den Aufnahmeschlitzen 2 (auf der linken Seite in Figur 2 gesehen) des Spannkörpers 1 sind Montageschlitze 1b für Gewichte mit den Aufnahmeschlitzen 2 kommunizierend angeordnet. Ferner sind Aufnahmekammern 1c vorgesehen, die mit.den Montageschlitzen 1b kommunizieren und in Umfangsrichtung nach außen ausgedehnt sind. Bei dem dargestelltem Beispiel sind die Aufnahmekammern für die Gewichte zur rückwärtigen Stirnfläche des Spannkörpers 1 innen offen. Eine Rückenplatte 11 hat drei Aussparungen 11a für die Gewichte in Positionen, welche den Aufnahmekammern 1c entsprechen, und ist in der rückwärtigen Stirnfläche des Spannkörpers 1 mittels Bolzen 2 befestigt, so daß geschlossene Aufnahmekammern für die Gewichte gebildet sind.

In jeder dieser Aufnahmekammern ist ein Gegen- oder Ausgleichsgewicht 10 schwenkbar von einem Schwenkstift 13 am Spannkörper unterstützt. Das Ausgleichsgewicht 10 hat einen Gewichtskörper 10b, der sich rückwärts vom Schwenkstift 13 erstreckt, und einen nach vorn weisenden Druckvorsprung mit Endstück 10a aufweist. Das Ausgleichsgewicht 10 hat ferner einen Abschnitt von recht- , eckigem Querschnitt, der im erwähnten Montageschlitz 1b des Spannkörpers 1 eingepasst ist, und es kann frei um den Schwenkstift in einerdurch die Drehachse des Spannfutters verlaufende Ebene schwenken. Eine vorgespannte Druckfeder 14 ist zwischen

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einem Spannkörperteil und dem Gewichtskörper 10b angeordnet und übt ständig eine Kraft auf das Ausgleichsgewicht aus, welche den Druckvorsprung 10a in Druckkontakt mit der Rückseite 3e des entsprechenden Hauptbackens 3 nahe dessen äußeren Umfang hält.

Da jedes Ausgleichsgewicht 10 ständig in diesem Zustand gehalten ist und im wesentlichen keine Verlagerung erfährt, bedarf der Gewichtskörper 10b, der in der Aufnahmekammer 1c aufgenommen ist, nur eines sehr kleinen Spieles um ihn herum, so daß eine stabile Zentrifugalkraft erhalten wird. Wenngleich die Feder zum Zwecke des Andrückens des Druckvorsprungs 10a des Ausgleichgewichts 10 in ständigen Kontakt mit der Rückseite 3e des Hauptbackens 3 vorgesehen ist, kann diese Feder auch weggelassen werden.

Um die auf jeden Gewichtskörper 10b wirkende Zentrifugalkraft effektvoll auszunutzen, wird das Ausgleichsgewicht 10 von dem Schwenkstift 13 derart unterstützt, daß es in einer Ebene parallel zur Mittellinie des Spannkörpers 1 wie oben gesagt und wie in Figur 2 gezeigt geschwenkt wird, und das Ausgleichsgewicht ist so gestaltet, daß der Abstand vom Schwerpunkt des Gewichtskörpers 10b zur Mitte des Schwenkstiftes im wesentlichen zweimal dem Abstand von der Mitte des Schwenkstiftes 13 zur äußeren Spitze des Druckvorsprunges 10a beträgt. Somit wird die auf das Ausgangsgewicht 10 wirkende Zentrifugalkraft im wesentlichen verdoppelt und so zum Vorwärtsdrücken der Rückseite 3e des Hauptbackens 3 eingesetzt.

Um ferner die Richtung dieser nach vorne wirkenden Druckkraft soweit als möglich parallel zur Mittellinie des Spannkörpers 1 auszurichten, ist der Mittelteil 3f der Rückseite jedes Haupt-

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backens 3 ausgespart, um dadurch den Schwenkstift 13 nahe dem Hauptbacken anordnen zu können. Jeder Schwenkstift 13 wird durch eine Einstellschraube 15 gemäß Figur 3 in montiertem Zustand gehalten. An der zentralen Stirnfläche des Spannkörpers 1 ist ein hohler Abdeckflansch 16 fixiert. 6 Montageschrauben erstrecken sich rückwärts durch den Spannkörper 1 und die Rückenplatte 11 hindurch in entsprechende Gewindelöcher in einer Spindel (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine, um somit das Spannfutter an der Spindel zu befestigen.

Wenn wie oben erwähnt das Hubrohr 9 durch Betätigen des Druckmittel-Zylinders vorwärts oder rückwärts bewegt wird, findet eine gegenseitige Gleitbewegung zwischen der T-förmigen Schrägnut 8a jedes Druckkeils 8 und dem T-förmigen, abgeschrägten Teil 3d des entsprechenden Hauptbackens 3 statt. Dies führt zu einer Keilwirkung, aufgrund welcher der Hauptbacken 3 radial auswärts oder einwärts bewegt wird, wobei sich der am Hauptbacken 3 befestigte Aufsatzbacken 4 ebenfalls radial auswärts oder einwärts bewegt und dadurch ein Werkstück freigibt oder greift.

Wenn somit der Hauptbacken 3 sich radial bewegt, bleibt das Ausgleichsgewicht 10, dessen Druckvorsprung 10a in Druckkontakt mit der Rückseite 3e des Hauptbackens steht, unverändert in seinem Zustand nach Figur 2, weil die Rückseite 3e eine glatte Fläche ist. Wenn der Hauptbacken 3 sich einwärts bewegt und der Aufsatzbacken 4 das Werkstück greift, ist der Druckvorsprung 10a des Gewichts 10 in Druckkontakt mit der Rückseite 3e an einer Stelle, welche um den Abschnitt der Bewegung aus seinem Zustand nach Figur 2 dem äußeren Umfang des Hauptbackens 3 näherliegt.

Wenn das ein Werkstück greifende Spannfutter rotiert, wird ge-

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maß Figur 7 ein Moment M aufgrund der Zentrifugalkraft jedem Spannbacken 5,umfassend den Hauptbacken 3 und den Aufsatzbacken 4,mitgeteilt, wodurch das oben beschriebene sogenannte Schwimm-Phänomen auftritt, bei dem das äußere Ende des Spannbackens radial auswärts zu schwimmen sucht. Wie oben erwähnt drängt dieses Moment M den Spannbacken 5 zu einem Schwenken nach auswärts (in Figur 7 gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn) um einen Mittelpunkt 0, der als Mittelpunkt des Vorspungs 3a des Hauptbackens 3 betrachtet werden kann. (Es sei erwähnt, daß die erläuternde Ansicht nach Figur 7 den Zustand darstellt, in welchen ein Moment B des Ausgleichsgewichts 10 wie unten beschrieben nicht wirksam ist, d. h. der Zustand, in welchem das Schwimm-Phänomen des Spannbackens 5 auftritt).

Gleichzeitig wirkt jedoch eine Zentrifugalkraft aufgrund der Drehung auf den Gewichtskörper 10b des Ausgleichsgewichts 10. Infolgedessen wirkt ein Moment auf das Ausgleichsgewicht 10, das dieses in Figur 2 gesehen zu einer Schwenkung um den Schwenkstift im Uhrzeigersinn veranlaßt, wodurch die auf das Ausgleichsgewicht wirkende Zentrifugalkraft verdoppelt wird und auf die Rückseite 3e des Hauptbackens 3 wirkt. Somit wird das Moment aufgrund der Zentrifugalkraft, welche auf das Ausgleichsgewicht 10 wirkt, in Richtung entgegen dem Moment aufgrund der Zentrifugalkraft auf den Spannbacken 5 ausgeübt.

Aus diesem Grunde wird das Schwimm-Phänomen vermieden und eine Abnahme der Spannbacken-Greifkraft, welche die Spannfutter-Rotation begleitet, wird kompensiert. Da das Schwimm-Phänomen somit vermieden ist und jeder Spannbacken 5 das Werkstück in seinem ursprünglichen, unverändertem Greifzustand greift, wird die Greifkraft auf ihren ursprünglichen Wert zurückgebracht, wenn die Drehung gestoppt wird, und es besteht keine Möglichkeit, daß das Werkstück nach dem Bearbeitungsvorgang deformiert wird.

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In einem Versuch wurde ein 6-Zoll-Spannfutter gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hergestellt, und die Abnahme der Greifkraft mit der Drehzahl sowie die End-Greifkraft wurden gemessen. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß die Greifkraft mit zunehmender Drehzahl geringfügig abnimmt, wie dies die Kurve d in Figur 8 zeigt, und mit abnehmender Drehzahl längs der Kurve e nahezu zusammenfallend mit der Kurve d auf die End-Greifkraft zurückgeführt, die mit der Anfangs-Greifkraft zusammenfiel. Wie aus einem Vergleich der Kurve d in Figur 8 und der vorher erläuterten Kurve b in Figur 9 deutlich wird, kann die Kompensation der durch die Vorrichtung nach der Erfindung zum Kompensieren der Zentrifugalkraft erzeugte Greifkraft vergleichbar zu derjenigen von bekannten ausgeglichenen Spannfuttern dadurch bestimmt werden, daß die Masse der Ausgleichsgewichte entsprechend gewählt wird.

Eine andere Ausführungsform eines Spannfutters nach der Erfindung von der Kurbel-Bauart wird nun anhand der Figuren 5 und 6 beschrieben. Wie bekannt sind bei einem Spannfutter der Kurbel-Bauart jeder von mehreren Kurbel hebel η 22 mit seinem zentralen Scheitelteil an einem Schwenkstift 21 schwenkbar abgestützt, der mit dem Spannkörper 1 verbunden ist. Das Ende 22a (Betätigungsende) eines Armes dieses Kurbelhebels 22 wirkt mit einer Aussparung 23 in der Rückseite jedes Hauptbackens 3 zusammen, während das andere Ende 22b (betätigtes Ende) des anderen Arms des Kurbel hebeis in eine Aussparung 24a einer Hubhülse 24 eingreift. Diese Hubhülse 24 ist mittels eines Schraubbolzens mit einem Hubrohr 26 verbunden.

Wenn die Hubhülse 24 axial bewegt wird, wird der Kurbel hebel um den Schwenkstift 21 gedreht, wodurch der Hauptbacken 3 in dem Spannfutter radial einwärts oder auswärts verlagert wird. Wenn jeder Kurbel hebel 22 auf diese Weise im Spannkörper 1 mit der Rückseite des Hauptbackens 3 in Verbindung steht, wird es

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schwierig, die Ausgleichsgewichte wie bei der Ausführung nach den Figuren 1 bis 4 schwenkbar zu unterstützen.

Daher sind Nuten 27 zur Montage der Ausgleichsgewichte radial in gleichen Winkelabständen auf der Vorderseite einer Rückenplatte 11 angeordnet, die bezüglich der Rückseite des Spannkörpers 1 so plaziert ist, daß die Nuten an entsprechenden Stellen wie die zugehörigen Aufnahmeschlitze 2 für die Hauptbacken liegen. Diese Rückenplatte 11 ist mit dem Spannkörper 1 durch Schrauben verbunden. In jede Nut 27 ist ein Ausgleichsgewicht 28 eingesetzt, das darin frei in radialer Richtung gleiten kann. Jedes Ausgleichsgewicht 28 hat eine Schrägfläche 28a einer Neigung von 45 ° auf seiner Vorderseite am äußeren Umfang.

Im Spannkörper 1 ist eine Stiftbohrung 29 vorgesehen, die jeden Aufnahmeschlitz 2 und die entsprechende Nut 27 für das Gewicht an einer Stelle nahe dem äußeren Umfang des Spannkörpers 1 verbindet. In dieser Stiftbohrung 29 sitzt axial, d. h. parallel zur Spannfutterachse, frei gleitbar ein Schubstift .30, wobei das vordere Ende und das abgeschrägte hintere Ende des Stiftes 30 jeweils an der Rückseite 3e des Hauptbackens 3 nahe dessen äußeren Umfang bzw. der Schrägfläche 28a des Ausgleichsgewichts 28 anliegen. Dieser Schubstift überträgt eine Kraft aufgrund der auf das Ausgleichsgewicht 28 wirkenden Zentrifugalkraft auf die Rückseite 3e des Hauptbackens 3.

Bei der vorliegenden Ausführung der Erfindung sind die Nuten für die Ausgleichsgewichte auf der Vorderseite der Rückenplatte angeordnet, so daß sie die Umwandlung eines bereits installierten Spannfutters der Kurbel-Bauart in ein Spannfutter nach der Erfindung gestatten; jedoch kann auch eine Anordnung verwendet werden, bei der die Nutenfür die Gewichte durch spanendes Be-

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arbeiten in der Rückseite des Spannkörpers 1 ausgebildet und durch die Rückenplatte 11 abgedeckt werden. Wenn ein Gewichtsmechanismus mit gleitenden Ausgleichsgewichten dieser Bauart verwendet wird, wird unter der Wirkung von Zentrifugalkraft der Schubstift 30 von dem Ausgleichsgewicht 28 axial vorwärts verschoben und drückt seinerseits die Rückseite 3e des Hauptbackens 3 nahe dessen äußeren Umfang vorwärts, wobei diese Kraft parallel zur Achse des Spannkörpers wirkt. Dies ist ein erwünschter Vorgang.

Wenn es gewünscht ist, diese vorwärts wirkende Kraft zu vergrößern, wird die Neigung der Schrägfläche 28a (in Figur 5 gesehen) steiler gemacht, um die Keilwirkung zu vergrößern. Ferner wird das Ausgleichsgewicht 28 am radialen Herausgleiten aus dem Spannfutter unter der Wirkung der Zentrifugalkraft allein durch sein Zusammenwirken mit dem Schubstift 30 gehindert. Wenn dies aus Sicherheitsgründen unerwünscht ist, wird ein Vorsprung einstückig an dem Ausgleichsgewicht 28 vorgesehen, der in eine Sicherheitsnut eingepaßt ist, um ein Auswandern des entweder im Spannkörper 1 oder der Rückenplatte 11 untergebrachten Ausgleichsgewichtes zu vermeiden.

Bei der Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft wie oben beschrieben wird die auf jedes Ausgleichsgewicht wirkende Zentrifugalkraft auf die Rückseite des entsprechenden Hauptbackens nahe dessen äußerem Umfang übertragen, wodurch der Hauptbacken vorwärts verlagert wird und dadurch ein Moment ausübt, welches den Spannbacken einwärts gegen die Spannfutterachse schwenkt. Dadurch werden das oben erläuterte Schwimm-Phänomen vermieden und gleichzeitig die Abnahme der Greifkraft des Spannfutters bei dessen Drehung kompensiert. Darüberhinaus kehrt nach Anhalten des Spannfutters die Greifkraft auf ihren Anfangs-Wert zurück, mit welchem das Werkstück anfänglich

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gegriffen wurde, und es findet keine Verformung des Werkstückes nach der Bearbeitung statt.

Durch Drehen des Werkstückes mit hoher Geschwindigkeit wird die Maschinenzeit reduziert, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden, und gleichzeitig wird die Genauigkeit der Werkstück-Bearbeitung erhöht. Vor allem ermöglicht das Spannfutter nach der Erfindung ein Bearbeiten mit hoher Drehzahl von empfindlichen Werkstücken wie Werkstücken mit dünnen Wandstärken und Leichtmetall-Gußstücken^!e leicht verformt oder durch übermäßige Greifkraft zerbrochen werden können. Demgemäß ist das Spannfutter nach der Erfindung optimal als Spannfutter für Hochgeschwindigkeitsdrehung für verschiedene Werkstückarten einsetzbar.

Selbstverständlich bezieht sich die vorstehende Figurenbeschreibung nur auf zwei bevorzugte Ausführungen der Erfindung. Die Ansprüche sollen jedoch auch Abwandlungen und Änderungen mit umfassen, ohne vom Kerngedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Z. B. kann die Erfindung bei allen bekannten Spannfuttern angewendet werden, bei welchen die Spannbacken durch Betätigungsmittel wie Druckmittel zylinder zum radialen Gleiten veranlaßt werden, wobei die Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft gemäß der Erfindung mit radial beweglichen Ausgleichsgewichten gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung bei einem Spannfutter der Keilbauart gemäß den Figuren 1 bis 4 eingesetzt werden kann.

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Leerseite

Claims

D-8000 »MQniiiön.80: Sckellstraese 1

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Patentanwalt Dr.-lng. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt — admitted to the European Patent Office — Mandataire agr66 aupres I' Office Europeen des Brevets

HOWA KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Nagoya, Japan
P 127 01

Spannfutter

Patentansprüche

jSpannfutter mit einem Spannkörper und mehreren Spannbacken, die je einen im Spannkörper radial verschieb!ich zu dessen Drehachse geführten Hauptbacken und einen auf dessen Stirnseite befestigten Aufsatzbacken umfaßt, sowie mit einer Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft, die für jeden Spannbacken ein Ausgleichsgewicht zum Ausgleichen von auf die Spannbacken bei Drehung des Spannfutters wirkenden Zentrifugalkräften aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgleichsgewicht (10;28) Kraftübertragungsmittel (10a;30) zum übertragen von durch das Ausgleichsgewicht erzeugten Zentrifugalkräften im wesentlichen parallel zur Rotationsachse auf die Rückseite (3e) des Hauptbackens (3) nahe dessen äußeren Umfangs zugeordnet sind, um so die Spannbacken (5) nach vorn zu drücken und ihnen dadurch ein Moment mitzuteilen, daß die Spannbacken nach innen gegen die Drehachse schwenkt.
2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Spannbacken (5) ein Aufnahmeschlitz (2) für den

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Hauptbacken (3), ein damit kommunizierender Montageschlitz (1b) für das Ausgleichsgewicht (10) und eine Aufnahmekammer (1c) für das Ausgleichsgewicht (10), die mit dem Montageschlitz (1b) im Spannkörper (1) kommuniziert, zugeordnet ist, wobei das Ausgleichsgewicht (10) in der Aufnahmekammer (1c) mit einem Ansatz auf einem Schwenkstift (13) im Montageschlitz (1b) des Spannkörpers schwenkbar gelagert ist und ein Endstück (10a) des Ansatzes an der Rückseite (3e) des Hauptbackens (3) anliegt und die Kraftübertragungsmittel bildet.
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3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ausgleichen von Zentrifugalkraft Mittel zum Vervielfachen der auf jedes Ausgleichsgewicht.(10) wirkenden Zentrifugalkraft aufweist, wodurch ein Vielfaches der auf jedes Ausgleichsgewicht (10) wirkenden Zentrifugalkraft auf die Rückseite (3e) des Hauptbackens (3) übertragen wird.
4. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichsgewicht (28) radial gleitend in einer Nut (27) auf der Rückseite des Spannkörpers (1) ausgerichtet auf den Aufnahmeschlitz (2) für den Hauptbacken aufgenommen ist und vorn am äußeren Umfang eine Schrägfläche (28a) aufweist, und daß ein Schubstift (30) mit einer Schrägfläche an seinem hinteren Ende so im Spannkörper (1) aufgenommen ist, daß seine Schrägfläche mit der Schrägfläche (28a) das Ausgleichsgewicht (28) zusammenwirkt, während die vordere Stirnfläche des Schubstiftes an der Rückseite (3e) des Hauptbackens (3) nahe dessen äußeren Umfang anliegt, um dadurch die Kraftübertragungsmittel zu bilden.

1300S4/069S