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SPANNFUTTER FUR BOHR- UND FRÄSWERKZEUGE
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Spannfutter für Bohr- und Fräswerkzeuge Die Erfindung betrifft ein
Spannfutter für ein im wesentlichen zylindrisches Einsteckende aufweisende Bohr-
und Fräswerkzeuge, mit einer Aufnahmehülse zur Verbindung mit einer Spindel eines
Antriebsgerätes, mit in Längsschlitzen der Aufnahmehülse geführten, radial verschiebbaren
Klemmbacken und einer dem radialen Verstellen der Klemmbacken dienenden, gegenüber
der Aufnahmehülse verdrehbaren Betätigungshülse.
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Es sind verstellbare Spannfutter für Bohr- und Fräswerkzeuge bekannt,
bei denen die Klemmbacken radial verschoben werden.
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Zum Verstellen der Klemmbacken wird dabei eine Betätigungshülse oder
ein mit der Betätigungshülse in Verbindung stehendes, einen Innenkonus aufweisendes
Teil meist mit Hilfe eines Gewindes gegenüber der Aufnahmehülse axial verschoben.
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Solche Futter haben den Nachteil, dass die Klemmbacken meist nur über
einen Teil ihres Spannbereiches in radialer Richtung abgestützt sind. Beim Verstellen
der Klemmbacken wird dieser Auflagebereich ausserdem axial verschoben, so dass bei
einem
gewissen Durchmesserbereich die Verhältnisse sehr ungünstig
werden. Bei sehr hohen zu übertragenden Drehmomenten treten grosse Kräfte auf, bei
denen sich diese bekannten Spannfutter lösen können. Dadurch wird die Uebertragung
des Drehmomentes unterbrochen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Futter zum Spannen von
Bohr- und Fräswerkzeugen zu schaffen, das ein genaues Ausrichten des Werkzeuges
und die Uebertragung hoher Drehmomente auf das Werkzeug ermöglicht.
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Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Klemmbacken
zwischen zwei mit der Betätigungshülse über gegenläufige Gewinde verbundenen, die
Klemmbacken über Auflaufschrägen axial und radial abstützenden Zustellringen angeordnet
sind.
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Die Klemmbacken sind somit stets in beiden Endbereichen an den Zustellringen
abgestützt und werden daher über die gesamte Länge ihres Spannbereiches gegen das
Einsteckende des zu spannenden Werkzeuges gepresst. Dadurch wird das Werkzeug im
Futter genau zentriert. Selbst bei einer allfälligen Verformung der Klemmbacken
wird jede wenigstens an zwei Punkten radial gegen das Einsteckende gepresst. Durch
die gegenläufigen Gewinde der Zustellringe werden diese beim Verdrehen der Betätigungshülse
aufeinander zu oder voneinander wegbewegt. Die zwischen den Zustellringen angeordneten
Klemmbacken werden dabei gegenüber der Aufnahmehülse in axialer Richtung nicht verschoben
und nur in radialer Richtung verstellt.
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Die Zustellringe sind mit der Betätigungshülse über das Gewinde verbunden.
Damit die Zustellringe beim Verdrehen der Betätigungshülse nicht mitverdreht werden,
weisen zweckmässigerweise die Zustellringe die Längsschlitze der Aufnahmehülse radial
durchsetzende Führungsfinger auf. Im Prinzip genügt ein einziger Führungsfinger.
Für eine gleichmässige Verteilung der Kräfte und um ein Schiefstellen der Zustellringe
in der Aufnahmehülse zu vermeiden, können mehrere Führungsfinger vorgesehen werden.
Die Anzahl der Führungsfinger entspricht vorzugsweise
der Anzahl
der Klemmbacken, so dass die selben Längsschlitze an der Aufnahmehülse sowohl der
Führung der Klemmbacken als auch der Führungsfinger dienen. Für eine gute Zentrierung
des zu spannenden Einsteckendes sollten wenigstens drei Klemmbacken vorgesehen werden.
In der Praxis hat sich aufgrund der gleichmässigen Kraftverteilung insbesondere
die Anordnung von sechs Klemmbacken bewährt.
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Die Zustellringe können beispielsweise ausserhalb der Aufnahmehülse
liegend angeordnet und mit radial nach innen ragenden Führungsfingern versehen werden.
Eine solche Ausbildung ergäbe jedoch einen relativ grossen Aussendurchmesser des
Futters, was im allgemeinen unerwünscht ist. Für eine kompakte Bauweise des Futters
überragen daher vorteilhafterweise die Führungsfinger die Aufnahmehülse teilweise
radial und tragen umfangsseitig das mit der Betätigungshülse in Eingriff stehende
Gewinde. Der eigentliche Zustellring befindet sich somit im Innern der Aufnahmehülse
und die Führungsfinger ragen sternförmig radial nach aussen.
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Wenn kein Werkzeug in das Futter eingesetzt ist, besteht an sich die
Möglichkeit, dass die beispielsweise durch eine Ringfeder radial nach aussen gegen
die Zustellringe gedrückten Klemmbacken um eine quer zur Längsachse des Futters
verlaufende Achse kippen können. Dadurch könnte das Einführen eines Werkzeuges in
das Spannfutter erschwert werden. Um dies zu vermeiden, besitzen zweckmässigerweise
die Klemmbacken und die Aufnahmehülse in radialer Richtung verlaufende, miteinander
zusammenwirkende Führungselemente. Solche Führungselemente können beispielsweise
als vorspringender Keil und entsprechende Nut am anderen Teil ausgebildet werden.
Weist die Führung genügend Spiel auf, so ist die Lage der Klemmbacken nicht überbestimmt
und es ist ein Einpendeln der Spannbacken zwischen den Zustellringen möglich.
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Bei Bohrgeräten mit hoher Abbauleistung, wie beispielsweise Diamantbohrgeräten,
wird durch die hohl ausgebildete Spindel des Antriebsgerätes und das ebenfalls hohl
ausgebildete Werkzeug
Kühl- bzw Spülmittel zugeführt. Dieses Kühl-
bzw Spülmittel dient einerseits der Kühlung des Werkzeuges und andererseits der
Abfuhr des Bohrmehls bzw Bohrkleins aus dem Bohrloch. Das Kühl- bzw Spülmittel wird
unter relativ hohem Druck zugeführt.
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Um Leckverluste und damit ein Austreten des Kühl- bzw Spülmittels
in das Futter zu verhindern, ist es vorteilhaft, dass die Aufnahmehülse an ihrer
Stützschulter für das Einsteckende des zu spannenden Werkzeuges eine Dichtscheibe
für das geräteseitige Stirnende des Einsteckendes aufweist. Eine solche Dichtscheibe
kann beispielsweise aus Hartgummi oder elastischem Kunststoff bestehen.
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Bei der Verwendung eines Kühl- bzw Spülmittels besteht insbesondere
bei Arbeiten an Decken oder Wänden die Gefahr, dass aus dem Bohrloch austretendes,
verschmutztes Spülmittel entlang dem Werkzeug gegen das Antriebsgerät fliesst und
somit in das Spannfutter eindringt. Um dieses Eindringen von Spülmittel in das Spannfutter
und daraus entstehende Schäden zu vermeiden, ist es daher zweckmässig, am werkzeugseitigen
Ende des Futters eine Abdichtung zur elastischen Umschliessung des Einsteckendes
vorzusehen. Eine solche Abdichtung kann beispielsweise aus mehreren axial hintereinander
angeordneten, elastisch aufweitbare Schlitze aufweisenden Membranen gebildet werden.
Diese Membranen können gegeneinander verdreht angeordnet werden. Sie umschliessen
das Einsteckende und passen sich ähnlich einer optischen verstellbaren Blende dem
Durchmesser des Einsteckendes an.
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Die Dichtung ist an sich ein Verschleissteil und muss gelegentlich
ausgewechselt werden. Um dieses Auswechseln zu vereinfachen, ist die Dichtung zweckmässigerweise
in einem mit der Aufnahmehülse verbundenen Verschlussring angeordnet. Der Verschlussring
dient gleichzeitig auch dem axialen Abschluss des Futters, dh nach Entfernen des
Verschlussringes kann das Futter auf einfache Weise und rasch demontiert werden.
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Für eine gute Auflage der Klemmbacken am Einsteckende des zu spannenden
Werkzeuges ist es vorteilhaft, dass die Klemmbacken im Spannbereich einen in axialer
Richtung verlaufenden Vorsprung aufweisen. Ein solcher Vorsprung kann im Querschnitt
beispielsweise V-förmig oder U-förmig ausgebildet werden. Um den Verschleiss an
den Klemmbacken in Grenzen zu halten, können die Klemmbacken im Bereich der Vorsprünge
gehärtet oder beispielsweise mit Hartmetalleinlagen versehen werden.
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Für gewisse Anwendungen genügt eine rein reibschlüssige Verbindung
zwischen den Klemmbacken und dem Einsteckende des zu spannenden Werkzeuges. Um jedoch
auch höhere Drehmomente schlupffrei übertragen zu können, weist nach einem weiteren
Vorschlag der Erfindung das zylindrische Einsteckende des Werkzeuges der axialen
Länge des Spannbereiches der Klemmbacken entsprechende Längsnuten auf. Die Längsnuten
am Werkzeug können im Querschnitt beliebig ausgebildet werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn der Grund der Längsnuten eine konkav gewölbte Spannfläche für die Klemmbacken
aufweist.
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Die gegenseitige Abstimmung von Futter und Werkzeug besteht zweckmässigerweise
darin, dass die Klemmbacken zwischen zwei mit der Betätigungshülse über gegenläufige
Gewinde verbundenen, die Klemmbacken über Auflaufschrägen axial und radial abstützenden
Zustellringen angeordnet sind und das zylindrische Einsteckende der axialen Länge
des Spannbereiches der Klemmbacken entsprechende Längsnuten aufweist. Die Uebertragung
des Drehmomentes von den Klemmbacken auf das Einsteckende erfolgt dadurch formschlüssig.
Somit ist auch bei relativ geringen Spannkräften die Uebertragung hoher Drehmomente
gesichert.
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Zur Sicherstellung einer ausreichenden Zentrierung des Werkzeuges
weisen die Klemmbacken mit Vorteil im Spannbereich einen in axialer Richtung verlaufenden,
im Querschnitt konvexen Vorsprung und der Grund der Längsnuten eine entsprechend
konkave Spannfläche für die Klemmbacken auf. Das Spannen des Einsteckendes erfolgt
dann am Grund der Längsnuten mit einer vertretbaren Flächenpressung. An die Genauigkeit
und Oberflächengüte der
Mantelfläche des Einsteckendes werden somit
nur geringe Anforderungen gestellt. Allfällige Beschädigungen am Umfang des Einsteckendes
haben keinen Einfluss auf die Zentrierung des Werkzeuges im Futter.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein
erfindungsgemässes Spannfutter, Fig. 2 einen Ausschnitt des Spannfutters gemäss
Fig. 1 entsprechend der Linie II-II, Fig. 3 einen Querschnitt durch das Spannfutter
gemäss Fig. 1, entlang der Linie III-III, Fig. 4 einen Querschnitt durch das Einsteckende
des im Futter zu spannenden Werkzeuges, in vergrössertem Massstab.
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Das aus den Figuren 1 bis 3 ersichtliche Spannfutter besteht aus einer
insgesamt mit 1 bezeichneten Aufnahmehülse, die maschinenseitig mit einer Spindel
2 eines Antriebsgerätes verbunden ist. Zur Verbindung mit der Spindel 2 weist die
Aufnahmehülse eine Spindelbohrung la auf. Ausserdem ist die Aufnahmehülse 1 mit
einem vom maschinenseitigen Ende ausgehenden Schlitz lb versehen, wodurch mittels
einer Klemmschraube 3 ein Festklemmen der Aufnahmehülse 1 auf der Spindel 2 möglich
ist.
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Zur Uebertragung des Drehmomentes von der Spindel 2 auf die Aufnahmehülse
1 ist ein Keil 4 vorgesehen. Ein Dichtring 5 dient der Abdichtung der Spindel 2
gegenüber der Aufnahmehülse 1. Im vorderen Bereich ist die Aufnahmehülse 1 von einer
insgesamt mit 6 bezeichneten Betätigungshülse umgeben. Die Betätigungshülse 6 ist
auf der Aufnahmehülse 1 drehbar gelagert und wird durch einen Verschlussring 7 axial
gesichert. Der Verschlussring 7 ist mit der Aufnahmehülse 1 über ein an deren vorderem
Ende angeordnetes Gewinde lg verschraubt. Die Aufnahmehülse
1
ist in ihrem vorderen Bereich mit einer Aufnahmebohrung lc sowie mit vom vorderen
Ende ausgehenden, sich wenigstens über einen Teil der Länge der Aufnahmebohrung
lc erstreckenden Längsschlitzen ld versehen. Die auf der Aufnahmehülse 1 drehbar
gelagerte Betätigungshülse 6 wird durch zwei Dichtringe 8, 9 abgedichtet und weist
an ihrem rückwärtigen Ende einen Zahnkranz 6c auf. Der Zahnkranz 6c dient dem Ansetzen
eines an sich bekannten, nicht dargestellten Zahnkranz-Schlüssels, welcher zum Festziehen
des Futters verwendet wird. Die Aufnahmehülse 1 ist zum Einstecken des Zahnkranzschlüssels
mit Sacklochbohrungen le versehen.
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Die Betätigungshülse 6 weist auf ihrer Innenseite ein Linksgewinde
6a sowie ein Rechtsgewinde 6b auf. In der Aufnahmebohrung lc der Aufnahmehülse 1
sind zwei insgesamt mit 10 bzw 11 bezeichnete Zustellringe angeordnet. Die Zustellringe
10, 11 weisen eine konische Auflagefläche 10a, lla für zwischen den Zustellringen
10, 11 angeordnete, insgesamt mit 12 bezeichnete Klemmbacken auf. Die Zustellringe
10, 11 weisen die Längsschlitze ld der Aufnahmehülse 1 durchragende Führungsfinger
lOb, llb auf. An ihren die Aufnahmehülse 1 radial überragenden Ende sind die Führungsfinger
lOb, llb mit dem Linksgewinde 6a bzw dem Rechtsgewinde 6b entsprechenden Gewinden
l0c, llc versehen. Die Zustellringe 10, 11 sind somit in der Aufnahmehülse 1 unverdrehbar,
jedoch axial verschiebbar gelagert. Durch die gegenläufigen Gewinde 10c, llc werden
die Zustellringe 10, 11 beim Verdrehen der Betätigungshülse 6 gegeneinander oder
voneinander weg verschoben. Infolge der geneigten Auflageflächen 10a, Ila werden
die Klemmbacken 12 dabei radial nach innen oder aussen verstellt. Eine in eine Nut
12a eingelegte Ringfeder 13 presst die Klemmbacken 12 radial nach aussen, so dass
diese stets an den Zustellringen 10, 11 anliegen.
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Am rückwärtigen Ende der Aufnahmebohrung lc bzw an einer Stützschulter
lh für das Werkzeug ist eine Dichtscheibe 14 in die Aufnahmehülse 1 eingelegt. Die
Dichtscheibe 14 dient dem axialen Anschlag eines im Futter zu spannenden, insgesamt
mit 15 bezeichneten Einsteckendes, das eine Axialbohrung 15a zum Zuführen
eines
Kühl- bzw Spülmittels aufweist. Das Kühl- bzw Spülmittel gelangt somit durch die
hohl ausgebildete Spindel 2 über die Aufnahmehülse 1 und die Dichtscheibe 14 in
das Einsteckende 15 des zu spannenden Werkzeuges. Die Dichtscheibe 14 dient dabei
der Abdichtung des Ueberganges von der Aufnahmehülse 1 zum Einsteckende 15 und verhindert
ein Austreten von Kühl- bzw Spülmittel ins Innere des Futters. Das Einsteckende
15 ist am Umfang mit der Anordnung der Klemmbacken 12 entsprechend angeordneten
Längsnuten 15d versehen. Die Länge der Längsnuten 15b entspricht wenigstens der
Länge des Spannbereiches der Klemmbacken 12. Die Klemmbacken 12 sind mit Vorsprüngen
12b versehen, die formschlüssig in die Längsnuten 15b eingreifen. Das Spannen des
Einsteckendes 15 erfolgt somit am Grund der Längsnuten 15b.
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Um ein Schiefstellen der Klemmbacken 12 bei nicht eingesetztem Einsteckende
15 zu verhindern, sind die Klemmbacken 12 seitlich mit einer Führungsleiste 12c
versehen, die in einer Führungsnut lf der Aufnahmehülse 1 geführt wird. Um eine
Ueberbestimmung der Lage der Klemmbacken 12 zu vermeiden, weist die Führungsleiste
12c gegenüber der Führungsnut lf Spiel auf. Zum Spannen des Futters kann die Betätigungshülse
6 zunächst von Hand solange gedreht werden, bis die Vorsprünge 12b an den Klemmbacken
12 in die Längsnuten 15d des Einsteckendes 15 eingreifen. Hierauf kann durch Ansetzen
eines Zahnkranzschlüssels am Zahnkranz 6c der Betätigungshülse 6 ein höheres Anzugsmoment
aufgebracht werden.
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Um ein Eindringen des verschmutzten, aus dem Bohrloch austretenden
Spülmittels in das Futter zu vermeiden, ist am werkzeugseitigen Ende eine Dichtung
16 vorgesehen. Die Dichtung 16 ist im Verschlussring 7 angeordnet und kann zusammen
mit diesem entfernt bzw ausgewechselt werden. Die Dichtung 16 besteht beispielsweise
aus mehreren übereinander gelegten Membranen, die je einen Schlitz aufweisen und
gegeneinander verdreht angeordnet sind. Die Schlitze in den Membranen passen sich
automatisch dem Durchmesser des Einsteckendes an.