DE3222751A1 - Kraftbetaetigtes spannfutter fuer drehmaschinen - Google Patents
Kraftbetaetigtes spannfutter fuer drehmaschinenInfo
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Description
.;. :..: ' :..::.,: " ;..: .E)]PL-ING. ALEX STENG ER
Kaiser-Friedrich-Ring 70 ', DIPL-ING. WOLFRAM WATZKE
D-4000 DÜSSELDORF 11 * ^' DIPL-ING. HEINZ J. RING
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS
Unser Zeidien: 23 155 Datum: l6.Juni 1982
Paul Porkardt GmbH & Co.KG, Rosenstr.44-46,4000 Düsseldorf .30
Kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen
Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen
mit mindestens einer in einem Futterkörper radial beweglich geführten Spannbacke, die durch einen im Putterkörper beweglich
geführten Druckmittelkolben angetrieben ist, dessen Arbeitsraum über ein entsperrbares Rückschlagventil an eine Druckmittelquelle
angeschlossen ist.
Beim Drehen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten bewirkt die auf die
Spannbacken des Spannfutters einwirkende Fliehkraft einen Spannkraftverlust, der sich negativ auf das übertragbare Drehmoment
und damit auf die mögliche Zerspanungsleistung auswirkt. Dies gilt in erster Linie bei einem Anwendungsfall, bei welchem Werkstücke
von außen eingespannt werden, wobei die Spannbacken radial von außen nach innen auf das Werkstück einwirken. Im umgekehrten
Fall der Innenspannung, wobei die Spannbacken in einer Werkstückbohrung radial von innen nach außen auf das Werkstück einwirken,
hat die auf die Spannbacken ausgeübte Fliehkraft eine spannkraftunterstützende Wirkung, welche ebenso unerwünscht sein kann, weil
sie zu unzulässigen Deformationen des Werkstückes und als Folge zu unerwünschten Formabweichungen der bearbeiteten Fläche führen
kann.
Aus den vorastehenden Gründen werden Spannfutter für den Einsatz
mit hohen Drehzahlen vielfach mit Gegengewichten ausgestattet, deren Fliehkräfte über geeignete Umlenkmechanismen radial nach
Telefon (0211) 57 2131 · Telex: 85 88 429 pate d · Telegrammadresse: Rheinpatent · Postscheckkonto Köln (BLZ 370100 50) 227610 - 503
innen gerichtete Ausgleichkräfte auf jede Spannbacke ausüben und so die drehzahlbedingte Spannkraft-veränderung weitgehend
oder vollständig kompensieren.
Eine weitere Möglichkeit des Fliehkraftausgleichs besteht darin,
den Hydraulikdruck im zugehörigen Spannzylinder entsprechend der zu erwartenden Fliehkraft der Spannbacken zu regeln. Gemäß dem
DE-Patent 2 150 885 kann 1^u diesem Zweck eine drehzahlabhängige
elektronische Steuereinheit eingesetzt werden, die in geeigneter Weise über ein Druckregelventil den wirksamen Spanndruck nach
einer vorgegebenen Funktion beeinflußt.
Ein ähnlicher Effekt wird entsprechend dem DE-Patent 2 530 573 durch fliehkraftgesteuerte Druckkolben erreicht, die im hydraulischen
Spannzylinder einer Spanneinrichtung eingebaut sind und den wirksamen Hydraulikdruck drehzahlabhängig und ohne äußere
Steuerung erhöhen. In diesem Fall kommen wechselseitig entsperrbare
Rückschlagventile zum Einsatz, die in vielen gebräuchlichen Spannzylindern als Sicherheitselemente vorhanden sind.
Bei beiden bekannten Ausführungen wird der drehzahlabhängige Druckanstieg
als Erhöhung der Futterbetätigungskraft über ein Verbindungsglied,beispielsweise
eine Zugstange oder ein Zugrohr, vom Spannzylinder auf das Spannfutter übertragen. Die hieraus resultierende
zusätzliche Schließkraft der Spannbacken wird möglichst so bemessen, daß der drehzahlabhängige Spannkraftverlust der Spannbacken
ausgeglichen wird»
Neben der weit verbreiteten Bauweise von kraftbetätigten Spannfuttern,
die durch Zug- oder Druckkraft eines separaten Spannzylinders betätigt werden, sind Spannfutter bekannt, die durch direkte
oder indirekte Beaufschlagung der Spannbacken mit Hydraulikdruck betrieben werden.Bei solchen als Vorderendfutter bekannten Spannzeugen
sind die krafterzeugenden Elemente unmittelbar im Futterkörper untergebracht. Das zur Betätigung benötigte Druckmittel
wird meist über eine Drehdurehführung zum Spannfutter geleitet.
Als Absicherung gegen einen eventuellen Ausfall des Hydraulikdruckes
sind auch hier entsperrbare Rückschlagventile vorhanden.
Grundsätzlich ist auch bei diesen Vorderendfuttern ein Ausgleich der auf die Spannbacken ausgeübten Fliehkraft durch jeder Spannbacke
zugeordnete Gegengewichte oder durch von außen her gesteuerten Druckanstieg denkbar. Bei Bauformen, bei denen sehr große
Bohrungen im Vergleich zum Außendurchmesser und/oder trotz Vorderendbauweise sehr niedrige Bauhöhen gefordert werden, steht für
die erforderlichen Gegengewichte nicht genügend Einbauraum zur . Verfügung. Diese Spannfutter werden daher zwangsläufig mit niedrigeren
Drehzahlen betrieben, so daß die an sich zur Verfügung stehende Maschinenleistung im hohen Drehzahlbereich nicht genutzt werden
kann.
Ausgehend von einem kraftbetätigten Spannfutter für Drehmaschinen
der eingang beschriebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und raumsparendes System zu schaffen,das
die auf die Spannbacken von hydraulisch betätigten Spannfuttern ausgeübte Fliehkraft wirksam ausgleicht, wobei sowohl der beträchtliche
Aufwand für eine elektronische Steuerung des Hydraulikdruckes als auch der mechanische Bauaufwand für Gegengewichte und Kraftumlenkmechanismen
vermieden werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum des Druckmittelzylinders mit dem Druckraum eines Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders verbunden ist,
dessen als Fliehkraftgewicht ausgebildeter Ausgleichkolben radial beweglich im Futterkörper geführt ist und mit seinem radial außen
liegenden Ende in den Druckraum hineinragt.
Mit diesem Vorschlag der Erfindung ergibt sich ein kraftbetätigtes
Spannfutter mit Fliehkraftausgleich, welches gegenüber den
bekannten Konstruktionen den Vorteil hat, daß einerseits ein externer Steuerungsaufwand für die dre.hzahlabhängige Veränderung
des Druckmitteldruckes vermieden wird und andererseits ein unabhängig vom jeweils vorgesehenen Arbeitsdruck wirksamer Fliehkraftausgleich
durch einen als Fliehkraftgewicht ausgebildeten Ausgleichkolben erzielt wird, der gegenüber den bekannten Gegengewichten
bei kleinem Bauaufwand einen geringen Platzbedarf besitzt, so daß er auch bei Spannfuttern mit großen Durchgangsbohrungen
oder niedrigen Bauhöhen eingesetzt werden kann.
Um eine sichere Rückführung des Ausgleichkolbens beim Stillstand des Spannfutters zu erzielen, ist der Ausgleichkolben gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung durch eine entgegen der Fliehkraft wirkende Rückstellfeder belastet*
Das radial innenliegende Ende des Ausgleichkolbens ragt erfindungsgemäß
in einen Entlastungsraum hinein, der über eine Verbindungsleitung mit der Druckmittelquelle unmittelbar, d.h. unter Umgehung
des Rückschlagventils verbunden ist. Hierdurch wird der Ausgleichkolben vom Arbeitsdruck entlastet, so daß der als Fliehkraftgewicht
wirkende Ausgleichkolben unabhängig' von dar .Höhe des
Arbeitsdruckes wirksam wird.
Der erfindungsgemäße Vorschlag läßt sich sowohl bei kraftbetätigten
Spannfuttern mit nur einer Spannbacke als auch bei Spannfuttern mit mehreren radial beweglich im Futterkörper geführten
Spannbacken anwenden. Im letztgenannten Fall ist gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung jede Spannbacke durch einen eigenen
Druckmittelkolben angetrieben. Erfindungsgemäß sind hierbei die Arbeitsräume sämtlicher Druckmittelkolben miteinander und
mit dem Druckraum eines gemeinsamen Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders verbunden. Es ist somit nur ein als Fliehkraftgewicht wirkender
Ausgleichkolben erforderlich, auch wenn es sich um ein Spannfutter
mit mehreren Spannbacken handelt.
Da es bei vielen SpanrfUttern üblich ist, die Spannbacken in
Grundbacken und auswechselbar auf den Grundbacken befestigte Aufsatzbacken aufzuteilen, ändert sich in Abhängigkeit von dem
einzuspannenden Werkstück auch das Gewicht der Aufsatzbacken. Um diese Änderung des Backengewichts berücksichtigen zu können,
wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Ausgleichkolben des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders mit einer
aus dem Futterkörper herausgeführten Kolbenstange zu versehen, an der ein Ausgleichgewicht auswechselbar befestigt ist. Durch
Auswechseln dieses Ausgleichgewichtes kann der Fliehkraftausgleich
an die jeweils verwendeten Aufsatzbacken angepaßt werden.
Um die Gefahr, von Verletzungen der Bedienungsperson durch aus der
Kontur des Spannfutters herausragende Ausgleichgewichte zu vermeiden, wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, das Aus~
gleichgewicht in einer Aussparung des Futterkörpers anzuordnen.
Auf .der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Spannfutters dargestellt, und zwar zeigen:
Fig» 1 einen Längsschnitt durch ein Spannfutter mit
einer festen und einer beweglichen Spannbacke, die durch einen radial beweglich geführten Druckmittelkolben
betätigt wird,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel anhand eines
Längsschnittes durch ein Spannfutter mit mehreren
radial beweglichen Spannbacken, die gemeinsam über ein Keilgetriebe von einem axial im Futterkörper
beweglichen Druekmittelkolben betätigt werden,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines
Spannfutters mit drei Spannbacken, die über einen verdrehbar im Futterkörper gelagerten Treibring
von.einem tangential im Futterkörper beweglichen Druekmittelkolben betätigt werden,
Pig. 4 einen Längsschnitt durchlas Spannfutter gemäß der ;'
Schnittlinie IV-IV in Fig.3, j
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines i
vierten Ausführungsbeispxels mit drei Spannbacken, die jeweils von einem eigenen Druckmittelkolben ange-i
trieben sind, wobei die Bewegungen der Spannbacken j durch einen Synchronring gleichgeschaltet werden, j
I Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Spannfutter gemäß ,:
der Schnittlinie VI-VI in Fig.5 und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbei- ,-spiel
mit mehreren Spannbacken, die jeweils von einem ; eigenen Druckmittelkolben betätigt werden und mit J
einem eingebauten Ausgleichkolben versehen sind. ;
Bei allen Ausführungsbeispxelen ist das vordere Ende der Spindel 1 einer im übrigen nicht dargestellten Werkzeugmaschine zu j
erkennen, an deren Flansch der Futterkörper 2 des jeweiligen Spannjfutters
befestigt ist. Die Befestigung erfolgt durch eine :auf der !
Zeichnung der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassene Futter-jbefestigungsschraube.
Die Drehachse des Spannfutters ist mit einer! strichpunktierten Linie eingezeichnet. :
Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l handelt es sich um
ein kraftbetätigtes Zweibackenfutter mit einer feststehenden Spannbacke 3, die unter Zwischenfügen eines Keiles 4 durch zwei
Backenschrauben 5 am Futterkörper 2 befestigt ist. Die bewegliche Spannbacke 6 ist in radialen Führungen des Futterkörpers 2
geführt. Sie wird durch einen Druckmittelkolben 7 betätigt, dessen Kolbenstange 8 mittels einer Schraube 9 mit einer Verlängerung
6a der Spannbacke 6 verbunden ist, die zu diesem Zweck nach hinten in den Futterkörper 2 hineinragt. Die Schnittdarstellung
in Fig.l zeigt die Spannbacke 6 nahe'ihrer radial außenliegenden
Endstellung.
Der Druckmittelkolben 7 ist in einer zylindrischen Bohrung 2a
geführt, die radial ausgerichtet im Futterkörper 2 ausgebildet und durch einen Deckel 10 verschlossen ist. Der abgedichtet
in den Futterkörper 2 eingesetzte Deckel 10 besitzt außerdem einen im Durchmesser verkleinerten Anschlag, an welchem der Druckmittelkolben
7 in seiner äußersten radialen Endstellung anliegt.
Der für eine Außenspannung eines Werkstückes deckelseitig liegende
Arbeitsraum A des Druckmittelkolbens 7 ist über eine im Futterkörper 2 ausgebildete Verbindungsleitung 11 mit einem entsperrbaren
Rückschlagventil 12 verbunden, welches in den Futterkörper 2 eingesetzt ist. Obwohl beim dargestellten Ausführungsbeispiel das Rückschlagventil 12 in radialer Richtung in den
Futterkörper 2 eingesetzt ist, kann es auch tangential im Futterkörper 2 liegen, um seine Bauteile von Fliehkrafteinflüssen
freizuhalten. Das Rückschlagventil 12 steht auf der Zuströmseite seiner durch eine Ventilfeder 12a belasteten Ventilkugel 12b
über eine Zuflußleitung 13 mit einer auf der Zeichnung nicht dargestellten Druckmittelquelle in. Verbindung. Hierzu wird in bekannter
Weise ein Druckmittelüberleitungsgehäuse verwendet, das auf der Spindel 1 der Werkzeugmaschine angeordnet ist und die
sich drehende Spindel 1 mit der stillstehenden Druckmittelquelle verbindet.
Der Arbeitsraum A des Druckmittelkolbens 7 ist weiterhin mit
dem Druckraum D eines Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 verbunden,
dessen als Fliehkraftgewicht ausgebildeter Ausgleichkolben 15 radial beweglich im Futterkörper 2 geführt ist und mit seinem
radial außenliegenden Ende in den Druckraum D hineinragt. Die den Druckräjim D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 mit der
Verbindungsleitung 11. verbindende Leitung trägt die Bezugsziffer 16.
Beim Ausführungsbeipiel in Fig.l wird der Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder
14 durch den Ausgleichkolben 15 und eine zylindrische Bohrung 2b gebildet, die radial ausgerichtet wiederum im Futter-
körper 2 ausgebildet ist. Der Zylinderraum wird wiederum durch einen Verschlußdeckel 17 verschlossen, der in den Futterkörper
2 eingesetzt wird. Durch diesen Verschlußdeckel 17 ist der Ausgleichkolben 15 mittels einer Kolbenstange 15a hindurchgeführte
Am außenliegenden Ende ist an dieser Kolbenstange 15a ein Ausgleichgewicht 18 mittels einer Schraube 19 auswechselbar befestigt
Wie die Pig.l weiterhin erkennen läßt, ist der Ausgleichkolben entgegen der Fliehkraft durch eine Rückstellfeder 20 belastet.
Das Ausgleichgewicht 18 liegt in einer Aussparung des Verschlußdeckels 17, so daß es nicht aus der zylindrischen Kontur des
Futterkörpers 2 herausragt.
Zum Einspannen eines Werkstückes zwischen der feststehenden Spannbacke 3 und der beweglichen Spannbacke 6 wird über die Zuflußleitung
13 dem Futterkörper 2 Druckmittel zugeführt. Dieses Druckmittel hebt entgegen der Kraft der Ventilfeder 12a die
Ventilkugel 12b von ihrem Sitz innerhalb des Rückschlagventiles 12 ab, so daß das Druckmittel über die Verbindungsleitung 11 in
den Arbeitsraum A des zum Antrieb der Spannbacke 6 bestimmten Druckmittelzylinders gelangen kann. Entsprechend dem Druck des
Druckmittels wird auf diese Weise die Spannbacke 6 gegen das Werkstück gedrückt, das hierdurch zwischen den Spannbacken 3
und 6 eingespannt wird, über die Leitung 16 steht das Druckmittel
mit dem Zuführdruck auch im Druckraum D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14. Dessen Ausgleichkolben 15 befindet sich demgemäß in seiner radial .innenliegenden Endstellung.
Sobald das Spannfutter nach dem Einspannen des Werkstückes zur Ausführung der Bearbeitungsoperation in Umdrehungen versetzt wird,
werden auf die bewegliche Spannbacke 6, den sie antreibenden Druckmittelkolben 7 und den Ausgleichkolben 15 Fliehkräfte ausgeübt.
Die auf die Spannbacke 6 und den Druckmittelkolben 7 ausgeübten Fliehkräfte würden zu einer Reduzierung der Spannkraft
führen, die durch das im Arbeitsraum A befindliche Druckmittel erzeugt wird, wenn nicht durch den Ausgleichkolben 15 eine Kompen-
■/I/I-
sation erfolgen würde. Diese Kompensation geschieht dadurch, daß die Fliehkraft den Ausgleichkolben 15 radial nach außen belastet
3 wodurch der Druck im Druckraum D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14 ansteigt. Dieser Druckanstieg wird über die Leitung 16 und die Verbindungsleitung 11 in den Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders
übertragen. Da die Leitung 16 hinter dem Ventilkörper 12b des Rückschlagventils 12 an die zum Arbeitsraum A
des Druckmittelzylinders führende Verbindungsleitung 11 angeschlossen ist, bleibt die fliehkraftbedingte Druckerhöhung im
Futterkörper 2 gefangen. Sie wirkt demgemäß dem Spannkraftverlust durch die auf die Spannbacke 6 und den Druckmittelkolben
wirkende Fliehkraft entgegen. Eine vollständige Kompensation kann dadurch erzielt werden, daß das auswechselbare Ausgleichgewicht
18 exakt den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann.
Damit die Fliehkraftkompensation unabhängig von der Höhe des Arbeitsdruckes wirksam wird, ist der radial innenliegende Ent~
lastungsraum E des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 über eine Kurzschlußleitung 21 unmittelbar, d„h. unter Umgehung des Rückschlagventils
12 mit der von der Druckmittelquelle kommenden Zuflußleitung 13 verbunden. Durch diese zusätzliche Verbindung
ist der Ausgleichkolben 15 bei Rotationsbeginn des Spannfutters beidseitig mit dem Betriebsdruck des Druckmittels belastet, so
daß bereits eine geringe, auf den Ausgleichkolben 15 ausgeübte Fliehkraft zu einer Druckerhöhung im Druckraum D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14 und damit im Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders führt. Vor Beginn der Drehbewegung sorgt die Rückstellfeder
20 dafür, daß sich der Ausgleichkolben 15 beim Stillstand des Spannfutters in seiner radial innenliegenden
Endstellung befindet.
Zum Entspannen des Werkstückes wird der Gegenraum 6 des Druckmittelzylinders
mit Druckmittel beaufschlagt, welches durch eine
Löseleitung 22 zugeführt wird. Durch eine Leitung 23 wird gleichzeitig
dem Rückschlagventil 12 Druckmittel zugeführt» Dieses Druckmittel betätigt einen Entsperrkolben 12c, der die Ventilkugel
12b von ihrem Ventilsitz entgegen der Kraft der Ventilfeder 12a abhebt, so daß aus dem Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders
Druckmittel über die Verbindungsleitung 11, das Rückschlagventil
12 und die Zuflußleitung 13 abströmen kann«.
Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind identische bzw. vergleichbare Teile des Spannfutters mit den voranstehend
bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels verwendeten Bezugsziffern versehen.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Pig.2 sind in einem Futterkörper
2 mehrere Spannbacken 6 beweglich geführt. Obwohl die Zeichnung lediglich zwei derartige bewegliche Spannbacken
zeigt, kann das Spannfutter auch mit drei oder mehr derartiger Spannbacken 6 versehen sein. Diese bestehen beim dargestellten
Ausführungsbeispiel jeweils aus einer Grundbacke 6b und einer Aufsatzbacke 6c» Die Backenteile 6b und 6c sind über eine Verzahnung
miteinander verbunden, so daß die Aufsatzbacke 6c relativ zur Grundbacke 6b in radialer Richtung versetzt werden kann.
Außerdem ist es möglich, Aufsatzbacken 6c auszutauschen.
Der Antrieb der Grundbacken 6b sämtlicher Spannbacken 6 erfolgt gemeinsam über jeweils ein Keilgetriebe von einem Druckmittelkolben
7, der im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel jedoch in axialer Richtung beweglich im Futterkörper 2 geführt ist.
Dieser Druckmittelkolben 7 steht über Keilstangen 24 mit entsprechenden Keilnuten der Grundbacken 6b derart in Verbindung,daß
bei einer Bewegung des Druckmittelkolbens 7 in Fig.2 nach links
eine Bewegung der Spannbacken 6 radial nach innen erfolgt.Zur Bildung des Druckmittelz/linders und zum Schutz der Keilgetriebe
ist in der zentralen öffnung des Futterkörpers 2 eine Buchse angeordnet.
-tf -/13-
Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Pig .2- ist im Futterkörper
2 ein entsperrbares Rückschlagventil 12 angeordnet,dessen
durch eine Ventilfeder 12a belastete Ventilkugel 12b zwischen die Zuflußleitung 13 und die Verbindungsleitung 11 geschaltet
ist* Ein Teil dieser Verbindungsleitung 11 dient gleichzeitig
als Leitung 16, welche den Arbeitsraum A des Druckmittelkolbens
7 mit dem Druckraum D eines in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel im Futterkörper 2 angeordneten Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14. verbindet. Der Entlastungsraum E dieses Zylinders ist weiterhin über die Kurzschlußleitung 21 unter
Umgehung des Rückschlagventils 12 mit der Zuflußleitung 13 verbunden. Fig.2 zeigt schließlich die zum Gegenraum G des Druckmittelkplbens
7 führende Löseleitung 22, die zur Betätigung des Entsperrkolbens 12c über eine Leitung 23 auch mit dem Rückschlagventil
12 verbunden ist.
Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Einspannen eines
auf der Zeichnung nicht dargestellten Werkstückes durch Zufuhr von Druckmittel über die Zuflußleitung 13.. Das unter einem bestimmten
Druck stehende Druckmittel hebt die Ventilkugel 12b des Rückschlagventils 12 entgegen der Kraft der Ventilfeder 12a von
ihrem Ventilsitz ab und gelangt über den ersten Teil der Verbindungsleitung 11 zum Druckraum D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14. über den zweiten Teil der Verbindungsleitung 11 fließt das Druckmittel sodann in den Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders,
So daß dessen Druckmittelkolben 7 in Fig.2 nach links verschoben wird« Die mit dem Druckmittelkolben 7 verbundenen Keilhaken .
2K ziehen hierbei die Spannbacken 6 radial nach innen, so daß
das Werkstück eingespannt wird. Sobald der Arbeitsdruck im Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders erreicht ist,scEießt die
Ventilfeder 12a das Rückschlagventil 12. Das Spannfutter kann nunmehr in Rotation versetzt werden und die Bearbeitung des
Werkstückes beginnen. Da mit zunehmender Drehzahl die Gewichte der Spannbacken 6 der Fliehkraft unterliegen, würde sich die
Spannkraft verringern, wenn nicht durch den Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder
14 eine Kompensation erfolgen würde. Diese Kompensation geschieht dadurch, daß auch der Ausgleichkolben 15 durch
die Fliehkraft radial nach außen gezogen wird. Hierdurch steigt der Druck im Druckraum D. Dieser Druckanstieg wird über die Leitung
16 in den Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders weitergeleitet, so daß der infolge der Fliehkraftbeaufschlagung der Spannbacken
6 bedingte Spannkraftverlust durch eine Erhöhung des
wirksamen Druckes des den Druckmittelkolben 7 beaufschlagenden Druckmittelzylinders ausgeglichen wird. Um die durch den Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder
14 wirksame Kompensationskraft den jeweiligen Gewichten der Spannbacken 6 angleichen zu können, insbesondere,
wenn die Aufsatzbacken 6c ausgewechselt werden, ist das
mit dem Ausgleichkolben 15 verbundene Ausgleichgewicht 18 auswechselbar.
Die voranstehende Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2 zeigt, daß ein Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder 14 für
mehrere Spannbacken 6 verwendet werden kann, wobei diese Spannbacken 6 bei der beschriebenen Ausführung durch einen gemeinsamen,
axial im Futterkörper 2 beweglichen Druckmittelkolben 7 betätigt werden. Das öffnen der Spannbacken 6 geschieht in der voranstehend
bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Weise.
Bei der dritten Ausführungsform nach Fig.3 und 4 ist der Futterkörper
2 mit drei Spannbacken 6 versehen, die wiederum jeweils durch eine Grundbacke 6b und eine Aufsatzbacke 6c gebildet sind.
Die Betätigung dieser radial im Futterkörper 2 geführten Spannbacken β erfolgt gemeinsam durch einen Druckmittelkolben J3 der
tangential beweglich im Futterkörper 2 angeordnet ist. Dieser Druckmittelkolben 7 trägt auf einem Bolzen 26 einen Gleitstein 27,
der in eine Aussparung eines Treibringes 28 eingreift. Der Treibring 28 ist verdrehbar im zweiteiligen Futterkörper 2 geführt. Er
ist mit Keilflächen 28a für drei Keilsteine 29 versehen, die jeweils in einer Spannbacke 6 angeordnet sind. Eine Verdrehung des
Treibringes 28 hat somit eine radiale Verstellung der Spannbacken
6 zur Folge, wie insbesondere aus Fig.3 hervorgeht. Auch bei
diesem Ausfuhrungsbeispiel ist die Zuflußleitung 13 über ein entsperrbares Rückschlagventil 12 und eine Verbindungsleitung
11 mit dem Arbeitsraum A des DruckmittelZylinders verbunden, wogegen
die Löseleitung 22 zum Entsperrkolben 12c des Rückschlagventils
12 führt. Die Verbindungsleitung 11 steht weiterhin mit dem Druckraum D eines Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 in
Verbindung, und zwar über eine Leitung 16. Eine Kurzschlußleitung 21 verbindet schließlich unter Umgehung des Rückschlagventils
12 die Zuflußleitung 13 mit dem Entlastungsraum E dieses Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14.
Wie insbesondere aus Fig.3 hervorgeht, erfolgt bei einer Druckbelastung
des Druckmittelkolbens 7 durch dem Arbeitsraum A zugeführtes Druckmittel eine Verschiebung dieses Druckmittelkolbens
7 in der Zeichnung nach links. Hierdurch wird über den Bolzen 26 und den .(Seit st ein 27 der Treibring 28 zu einer Drehung im
Uhrzeigersinn mitgenommen. Eine derartige Drehung des Treibringes 28 bewirkt über die Keilsteine 29 eine Radialverschiebung der
Spannbacken 6 nach innen, so daß ein Werkstück zwischen den Aufsat
zbacken 6c eingespannt wird. Bei Erreichen der erforderlichen Spannkraft;, d.h. des vorgesehenen Druckes im Arbeitsraum A des
Druckmittelkolbens 7 schließt das Rückschlagventil 12.
Bei einer anschließenden Drehbewegung des Spannfutters unterliegen
Ausgleichkolben 15 und Ausgleichgewicht 18 des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 der Fliehkraft, wodurch sich im Druckraum
D der Druck des Druckmittels erhöht. Durch Weiterleitung dieser Druckerhöhung über die Leitung 16 in den Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders
erfolgt eine Kompensation der auf die Spannbacken 6 ausgeübten Fliehkraft.
Wenn das zwischen den Spannbacken 6 eingespannte Werkstück nach
dem Stillstand des Spannfutters freigegeben werden soll, wird
Druckmittel über die Löseleitung 22 zugeführt, das auf den Entsperrkolben
12c wirkt, der die Ventilkugel "12b vom Ventilsitz abhebt, so daß das Rückschlagventil 12 geöffnet wird. Somit
kann das Druckmittel aus dem Arbeitsraum A des Druckmittelzylinders
ausfließen, dessen Druckmittelkolben 7 durch über die Leitung 22 in den Gegenraum G fließendes Druckmittel in Fig.3
nach rechts verschoben wird. Hierdurch wird der Treibring 28 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Diese Drehbewegung führt
über die Keilsteine 29 zu einer Verschiebung der Spannbacken 6 radial nach außen und damit zu einer Freigabe des Werkstückes.
Das vierte Ausführungsbeispiel nach Fig.5 und 6 zeigt wiederum
ein Dreibackenfutter, dessen radial nach innen in eine zentrische Bohrung des Futterkörpers 2 ragende Spannbacken 6 jeweils durch
einen eigenen Druckmittelkolben 7 betätigt werden» Jeder dieser Druckmittelkolben 7 ist radial beweglich in einer zylindrischen
Bohrung 2a des Futterkörpers 2 geführt und mit einer Kolbenstange 8 versehen, an der die jeweilige Spannbacke 6 mittels einer
Schraube 9 befestigt ist. In soweit gleicht der Aufbau des Druckmittelzylinders dem im ersten Ausführungsbeispiel.
Um trotz der Verwendung separater Druckmittelkolben 7 eine zentrische
Spannung der Spannbacken 6 zu bewirken, sind an den Kolbenstangen 8 der Druckmittelkolben 7 mittels eines Bolzens 30
Gleitsteine 31 angeordnet, die in entsprechende Aussparungen
eines Synchronringes 32 eingreifen. Dieser Synchronring 32 ist
drehbar in einer ringförmigen Aussparung des Futterkörpers 2 gelagert und durch einen Verschlußdeckel 33 gegen Herausfallen gesichert.
Der Synchronring 32 sorgt durch seine formschlüssige Verbindung der einzelnen Spannbacken 6 über die Kolbenstangen 8
der Druckmittelkolben 7 für eine synchrone Bewegung aller drei Spannbacken 6.
Auch beim vierten Ausführungsbeispiel ist am Ende der Zuflußleitung
13 ein entsperrbares Rückschlagventil 12 angeordnet·? Der
Raum hinter der Ventilkugel 12b dieses Rückschlagventils 12 steht
über Verbindungsleitungen 11 mit den Arbeitsräumen A aller drei Druckmittelkolben 7 in. Verbindung, über eine Leitung 16 sind
die Arbeitsräume A aller Druckmittelzylinder weiterhin mit dem Druckraum eines Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 verbunden, der
trotz des Vorhandenseins dreier Druckmittelkolben 7 nur einmal
im Futterkörper 2 angeordnet ist. Der Entlastungsraum E dieses Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 ist über eine Kurzschlußleitung
21 wiederum unter Umgehung des Rückschlagventils 12 mit der Zuflußleitung 13 verbunden. Die Gegenräume G aller drei
Druckmittelzylinder sind mit der Löseleitung 22 verbunden, die über eine Leitung 23 außerdem mit dem Entsperrkolben 12c des
Rückschlagventils 12 in Verbindung steht.
Auch bei dieser Ausführungsform wird die durch die Fliehkraft der Spannbacken 6, der Kolbenstangen 8 und der Druckmittelkolben
7 bewirkte Spannkraftverringerung durch eine Erhöhung des wirksamen Druckes in den Arbeitsräumen A der Druckmittelzylinder
ausgeglichen, die sich aufgrund einer Fliehkraftbeaufschlagung
des Ausgleichkolbens 15 und seines Ausgleichgewichts 18 ergibt. Die Wirkung dieses Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders 14 ist somit
auch bei einer Mehrzahl von DruckmitteLzylindern gegeben, die jeweils
eine eigene Spannbacke 6 antreiben.
Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß Fig.7 zeigt eine alternative
Ausführung zum Spannfutter nach Fig.5· Bei der Ausführung nach Fig.7 ist jedem Druckmittelkolben 7 ein Ausgleichkolben 15 zugeordnet,
der zur Vereinfachung unmittelbar in den Druckmittelkolben 7 eingebaut ist. Der mit einem auswechselbaren Ausgleichgewicht
18, das durch eine Schraube 19 befestigt ist, versehene Ausgleichkolben 15 ist in einer kopfseitigen Aussparung des
Druckmittelkolbens'7 geführt, und zwar an seinem radial außen—
liegenden Ende durch einen zusätzlich eingebauten Verschlußdeckel 17« Um trotz dieses Einbaues des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14 in jedem der Druckmittelkolben 7 das Ausgleichgewicht 18 auswechseln
zu können, ist der die zylindrische Bohrung 2a im Futter·
körper 2 für den Druckmittelkolben 7 verschließende Deckel 10 mit einem mittigen Schraubverschluß 34 versehen, der herausgedreht
werden kann, wenn das Ausgleichgewicht 18 ausgewechselt
werden soll.
Auch beim fünften Ausführungsbeispiel bewirkt die auf den Ausgleichkolben
15 und sein Ausgleichgewicht 18 ausgeübte Fliehkraft eine Druckerhöhung im Druckraum D des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14, wobei dieser Druckraum D zugleich der Arbeitsraum A des Druckmittelkolbens 7 ist. Damit auch in diesem Fall der
Fliehkraftausgleich unabhängig von der Höhe des Arbeitsdruckes stattfindet, steht der Entlastungsraum E des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders
14 wiederum über eine Kurzschlußleitung 21 mit der Zuflußleitung 13 unter Umgehung des Rückschlagventils 12 in
Verbindung. Hierdurch herrscht auf den gegenüberliegenden Druck-
15 ■
flächen des AusgleichkolbensVbeim Stillstand des Spannfutters derselbe Druck, so daß bereits beim Anlaufen des Spannfutters eine Druckerhöhung im Druckraum D und damit im Arbeitsraum A sämtlicher Druckmittelkolben 7 stattfindet.
flächen des AusgleichkolbensVbeim Stillstand des Spannfutters derselbe Druck, so daß bereits beim Anlaufen des Spannfutters eine Druckerhöhung im Druckraum D und damit im Arbeitsraum A sämtlicher Druckmittelkolben 7 stattfindet.
Bei den für eine Innenspannung geeigneten Ausführungsformen der
voranstehend beschriebenen Spannfutter, nämlich bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 bzw» 3 und 4, bewirkt
die Anordnung der Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder 14 eine Reduzierung der Spannkraft, wenn die in einer Bohrung des Werkstückes
angreifenden Spannbacken infolge der Fliehkraft zusätzlich radial nach außen gezogen werden. Dies ergibt sich dadurch, daß bei einer
Innenspannung eines Werkstückes der Aufbau der Spannkraft durch Druckbelastung des Gegenraumes G der Druckmittelkolben 7 geschieht.
Da die Ausgleichkolben 15 der Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder l4 mit steigender Drehzahl eine Druckerhöhung im Arbeitsraum
A bewirken, wirkt diese Druckerhöhung der bei einer Innenspannung im Gegenraum G erzeugten Spannkraft entgegen. Auf diese
Weise wird eine überbeanspruchung von Werkstücken vermieden, die
beispielsweise bei Terformungsempfindlichen Werkstücken zu
einer unerwünschten Aufweitung der Werkstücke und damit zu einer fehlerhaften Bearbeitung führen kann«
■•it-
Bezugsziffernliste
A Arbeitsraum
D Druckraum
E Entlastungsraum
G Gegenraum
1 | Spindel | 21 | Kurzschlußleitung |
2 | Futterkörper | 22 | Löseleitung |
2a | Bohrung | 23 | Leitung |
2b | Bohrung | 24 | Keilhaken |
3 | Spannbacke | 25 | Buchse |
4 | Keil | 26 | Bolzen |
5 | Backenschraube | 27 | Gleitstein |
6 | Spannbacke | 28 | Treibring |
6a | Verlängerung | 28a | Keilfläche |
6b | Grundbacke | 29 | Keilstein |
6c | Aufsatzbacke | 30 | Bolzen |
7 | Druckmittelkolben | 31 | Gleitstein |
8 | Kolbenstange | 32 | Synchronring |
9 | Schraube | 33 | Verschlußdeckel |
10 | Deckel | 34 | Schraubverschluß |
11 | Verbindungsleitung | ||
12 | Rückschlagventil | ||
12a | Ventilfeder | ||
12b | Ventilkugel | ||
12c | Entsperrkolben | ||
13 | Zuflußleitung | ||
14 | Fliehkraft-Ausgleich-Zylinder | ||
15 | Ausgleichkolben | ||
15a | Kolbenstange | ||
16 | Leitung | ||
17 | Verschlußdeckel | ||
18 | Ausgleichgewicht | ||
19 | Schraube | ||
20 | Rückstellfeder |
Claims (6)
- Patentansprüche:ij Kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen mit mindestens einer in einem Futterkörper radial beweglich geführten Spannbacke, die durch einen im Putterkörper beweglich geführten Druckmittelkolben angetrieben ist, dessen Arbeitsraum über ein entsperrbares Rückschlagventil an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist,dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (A) des Druckmittelzylinders mit dem Druckraum (D) eines Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders (l4) . verbunden ist, dessen als Fliehkraftgewicht ausgebildeter Ausgleichkolben (15) radial beweglich im Futterkörper (2) geführt ist und mit sinem radial außenliegenden Ende in den Druckraum (D) hineinragt.
- 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichkolben (15) durch eine entgegen der Fliehkraft wirkende Rückstellfeder (20) belastet ist.
- 3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das radial innenliegende Ende des Ausgleichkolbens (15) in einen Entlastungsraum (E) hineinragt, der über eine Kurzschlußleitung (21) mit der Druckmittelquelle unmittelbar, d.h. unter Umgehung des Rückschlagventils (12) verbunden ist,
- 4. Spannfutter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3.mit mehreren radial beweglich im Futterkörper geführten Spannbakken, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (6) durch einen eigenen Druckmittelkolben (7) angetrieben ist und daß die Arbeitsräume (A) sämtlicher Druckmittelkolben (7) miteinander und mit dem Druckraum (D) eines gemeinsamen Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders -(14) verbunden sind.
- 5. Spannfutter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet } daß der Ausgleichkolben (15) des Fliehkraft-Ausgleich-Zylinders (14) mit einer aus dem Putterkörper (2) herausgeführten Kolbenstange (15a) versehen ist3 an der ein Ausgleichgewicht (18) auswechselbar befestigt ist.
- 6. Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichgewicht (18) in einer Aussparung des Putterkörpers (2) angeordnet ist.
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