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Schlüsselloses Schnellspannfutter
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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein schlüsselloses Schnellspannfutter
für ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Ein derartiges Schnellspannfutter ist Gegenstand der Hauptanmeldung
P34 34 112.9. Bei ihm laufen auf der kegelförmigen Keilfläche Kugeln, welche in
in radialen Bohrungen eines auf das Spannbackengehäuse arbeitenden Gewinderinges
geführt und mit einem von der Keilfläche abliegenden Oberflächenabschnitt an schräg
zur Spannfutterachse geneigten Rillen abgestützt sind, welche in einem am axial
feststehenden Spannzangenhalter abgestützten Reaktionsteil ausgebildet sind. Dieses
Reaktionsteil ist somit ein einen verhältnismäßig komplizierten Bau aufweisendes
Teil. Die Gesamtuntersetzung der Nachspanneinrichtung ist durch die Summe der Übersetzungsverhältnisse
der mechanisch hintereinander geschalteten Keilgetriebe gegeben.
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Durch die vorliegende Erfindung soll ein schlüsselloses Schnellspannfutter
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß bei mechanisch
einfacherem Aufbau der Nachspanneinrichtung eine noch höhere Nachspannkraft erhalten
wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Schnellspannfutter
gemäß Anspruch 1.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schnellspannfutter hat man aufgrund des
festen Abstandes zwischen den Mittelpunkten der beiden Nockenflächen die Kombination
aus einem Keilgetriebe
und einem Kniehebelgetriebe. Da durch die
erfindungsgemäße Abstimmung der Abmessungen der kegelförmigen Keilfläche der durch
die beiden Nockenflächen vorgegebene effektive Kniehebel bis in eine im wesentlichen
parallel zur Spannfutterachse verlaufende Stellung schwenkbar ist, erhält man gerade
am Ende des Nachstellweges ein besonders hohes Untersetzungsverhältnis. Dies bedeutet,
daß die Spannbacken den Werkzeugschaft sehr fest zwischen sich einspannen, obwohl
das Betätigungsglied der Nachspanneinrichtung nur direkt von Hand in Spannrichtung
betätigt wird.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Schnellspannfutter eine der beiden Nockenflächen
direkt am Spannbackenhalter bzw. am Spannbackengehäuse abgestützt ist, entfällt
der beim Schnellspannfutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 noch vorhandene
Abstützring mit seiner komplizierten Oberflächenkontur.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht,
daß das kombinierte Keil- und Kniehebel-Untersetzungsgetriebe unter Verwendung von
Standard-Kugeln realisiert werden kann, wie sie auch in Kugellagern Verwendung finden.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 läßt sich die
Bewegungsumform-Charakteristik des Kniehebelgetriebes einfach durch Anderung der
Länge und des Durchmessers der die Nockenflächen tragenden Kniehebelkörper vorgeben.
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Mit der Weiterbildung,der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht,
daß das Untersetzungsgetriebe bei geringen radialen
Abmessungen
verhältnismäßig großen Nachspannhub bei hoher Progressivität des Untersetzungsverhältnisses
aufweist, da das Untersetzungsgetriebe insgesamt aus der Reihenschaltung eines Keilgetriebes
und zwei parallel geschalteten Kniehebelgetrieben besteht.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht,
daß das Kniehebelgetriebe beim Lösen der Nachspanneinrichtung wieder in die geknickte
Konfiguration zurückkehrt und die getriebene der Nockenflächen auch bei gelöster
Nachspanneinrichtung in Anlage an der kegelförmigen Keilfläche gehalten wird.
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Bei einem Schnellspannfutter gemäß Anspruch 6 genügt ein einziger
elastischer Ring zum Vorspannen sämtlicher der getriebenen Nockenflächen in radialer
Auswärtsrichtung.
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Nachstehend wird die Erfinuung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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In dieser zeigen: Fig. 1: eine seitliche, teilweise axial geschnittene
Ansicht eines schlüssellosen Schnellspannfutters; Fig. 2: einen transversalen Schnitt
durch das Schnellspannfutter nach Fig. 1 längs der dortigen Schnittlinie II-II;
Fig. 3: einen axialen Teilschnitt durch ein abgewandeltes Schnellspannfutter, ähnlich
zu Fig. 1; Fig. 4: einen axialen Teilschnitt durch ein weiter abgewandeltes Schnellspannfutter;
Fig. 5: einen transversalen Schnitt durch das Schnellspann-
futter
nach Fig. 4 längs der dortigen Schnittlinie V-V.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen ein schlüsselloses Schnellspannfutter,
welches drei in Umfangsrichtung unter gleichem Winkel verteilte Spannbacken 10,
ein letztere abstützendes und führendes Spannbackengehäuse 12, eine Betätigungshülse
14 für die Spannbacken-Grobverstellung sowie eine diese übergreifende Betätigungshülse
16 für das Nachspannen der Spannbacken aufweist.
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Das Spannbackengehäuse 12 ist auf der Innenseite mit rechteckigen
Querschnitt aufweisenden, schräg zur Spannfutterachse verlaufenden Führungsnuten
18 versehen, in welchen die im wesentlichen prismatische Form aufweisenden Spannbacken
10 im Gleitspiel laufen. Dabei bilden die Bodenflächen 20 der Führungsnuten 18 und
die entsprechend angestellten Stirnflächen 22 der Spannbacken 10 zusammenarbeitende
Keilflächen.
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In den Spannbacken 10 sind parallel zu den Stirnflächen 22 verlaufend
auf beiden Seitenflächen Federsitze bildende Nuten 24 eingestochen. In letztere
greifen die axial verlaufenden Ränder von kegelförmigen Blechfedern 26 ein, welche
über einen Teil ihrer axialen Erstreckung geschlitzt sind und jeweils unter Vorspannung
zwischen zwei benachbarten der Spannbacken 10 sitzen. Zur Aufrechterhaltung dieser
Vorspannung sind die in Fig. 1 rechts gelegenen Enden der Blechfedern 26 an einem
Ring 28 abgestützt, der seinerseits durch einen Sprengring 30 axial am Spannbackengehäuse
12 abgestützt ist.
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In den Spannbacken 10 sind ferner ebenfalls auf beiden Seitenflächen
radiale Haltenuten 32 eingestochen, in welche Haltefinger 33 eines zentralen Spannbackenhalters
34 ein-
greifen.
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Der Spannbackenhalter 34 ist über mehrere in Umfangsrichtung verteilte
Verbindungskugeln 36 fest mit einer Maschinenspindel 38 verbunden.
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Das Spannbackengehäuse 12 hat auf seinem Außenumfang ein Gewinde 40,
auf welchem ein Innengewinde 42 der Betätigungshülse 14 läuft. Die Betätigungshülse
14 hat ferner einen in Fig. 1 rechts gelegenen, radial nach innen verlaufenden Flansch
44. Vor dem Ende der Maschinenspindel 38 trägt der Spannbackenhalter 34 einen Sprengring
46.
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Die Betätigungshülse 16 ist auf der Innenseite mit nicht näher gezeigten
axialen Nuten versehen, in welchen axiale Rippen 48 einer Keilhülse 50 verschiebbar
Aufnahme finden.
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Auf diese Weise ist die Betätigungshülse 16 axial verschiebbar, jedoch
drehschlüssig mit der Keilhülse 50 verbunden.
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Die Keilhülse 50 hat ihrerseits auf dem in Fig. 1 rechts gelegenen
Teil ihrer Innenfläche ein Gewinde 52, welches auf einem Außengewinde 54 eines Reaktionsringes
26 läuft, der seinerseits unter Verwendung von Federringen 58, 60 axial und in Umfangsrichtung
auf der Außenfläche der Maschinenspindel 38 festgelegt ist.
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In ihrem in Fig. 1 links gelegenen Abschnitt ist die Keilhülse 50
mit einer sich nach links erweiternden, kegelförmigen Keilfläche 62 versehen.
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Mit der Keilfläche 62 stehen sechs in Umfangsrichtung unter gleichem
Winkel verteilte Kugeln 64 in Berührung, die in radialen Bohrungen 66 im in der
Zeichnung rechts gelegenen Abschnitt der Betätigungshülse 14 radial geführt sind.
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Die Kugeln 64 berühren ihrerseits weitere Kugeln 68, die zwischen
axialen Fingern 70 eines Käfigringes 72 Aufnahme
finden. Der Käfigring
72 ist an einer Schulter 74 des Spannbackenhalters 34 abgestützt und findet im Inneren
der Betätigungshülse 14 Aufnahme.
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In der Nachbarschaft ihrer freien Enden sind die Finger 70 des Käfigringes
72 jeweils mit einer Ausnehmung 76 versehen, und durch die Ausnehmungen 76 erstreckt
sich ein elastischer O-Ring 78, welcher die Kugeln 64 in radialer Auswärtsrichtung
und in Anlage an die Keilfläche 62 vorspannt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat der rechts gelegene Teil der Betätigungshülse
14 eine kegelstumpfförmige Außenfläche, welche der Form der Keilfläche 62 angepaßt
ist, so daß die Keilfläche 62 beim Verschrauben der Keilhülse 50 auf dem Außengewinde
54 des Reaktionsringes 56 über das rechts gelegene Ende der Betätigungshülse 14
hinweglaufen kann.
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Die Betätigungshülse 14 ist auf ihrer Außenseite mit axialen Rippen
80 versehen, welche eine Doppelfunktion erfüllen: Zum einen dienen sie genauso wie
außenliegende Rippen 82 der Betätigungshülse 16 dazu, dem Benutzer das Aufbringen
des Drehmomentes zum Verdrehen der Hülse zu erleichtern.
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Darüber hinaus arbeiten die Rippen 80 mit axialen Nuten 84 zusammen,
welche in einem in Fig. 2 rechts gelegenen, geringfügig verminderten Durchmesser
aufweisenden Abschnitt der Innenwand der Betätigungshülse 14 ausgebildet sind, um
durch axiales Verschieben der Betätigungshülse 16 auf der Keilhülse 50 die gesamte
Mechanik zum Verstellen der Spannbacken 10 zu verriegeln.
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Zum Verrasten der Betätigungshülse 16 in zwei verschiedenen axialen
Stellungen ist ein vom rechts gelegenen Ende der Betätigungshülse 16 getragener
Federring 86 vorgesehen, der mit zwei unter entsprechendem axialen Abstand angeordneten
in Umfangsrichtung verlaufenden Positioniernuten 88,
90 zusammenarbeiten
kann.
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Das oben beschriebene Schnellspannfutter arbeitet folgendermaßen:
Zum Einsetzen eines neuen Werkzeuges wird die Betätigungshülse 16 in die in Fig.
1 gezeigte axiale Stellung gebracht, in welcher die Rippen 80 nicht in Eingriff
mit den Nuten 84 stehen. Durch Drehen der Betätigungshülse 14 wird nun das Spannbackengehäuse
12 in axialer Richtung nach links bewegt, wobei die durch die Finger des Spannbackenhalters
34 axial festgelegten, durch die Ränder der Blechfedern 26 zugleich schräg zur Futterachse
zwangsgeführten Spannbacken 10 auseinandergefahren werden.
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Nach Einsetzen eines Bohrers mit dem gewünschten Durchmesser werden
die Spannbacken 10 durch Drehen der Betätigungshülse 14 im entgegengesetzten Drehsinne
bis in Anlage an die Außenfläche des Bohrerschaftes gefahren. Sowohl das Auseinanderfahren
als auch das Zusammenfahren der Spannbacken erfolgt verhältnismäßig rasch mit dem
durch die Steigung der Gewinde 40, 42 und dem Anstellwinkel der Nuten 24 und der
Blechfedern 26 bzw. der Führungsnuten 18 und der Stirnflächen 22 vorgegebenen Übersetzungsverhältnis.
Bei dieser Grobverstellung der Spannbacken 10 ist die Betätigungshülse 14 in der
einen Richtung durch die Kugeln 64 und die Keilhülse 50, in der anderen Richtung
durch die Kugeln 64, die Kugeln 68 und den Käfigring 72 axial abgestützt.
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Nach dem Anziehen der Betätigungshülse 14 in Schiießrichtung der Spannbacken
10 wird vom Benutzer die Betätigungshülse 16 so gedreht, daß die Keilhülse 50 auf
dem Reaktionsring 56 in Fig. 1 nach links vorgeschoben wird. Hierbei drückt die
Keilfläche 62 die Kugeln 64 radial nach innen, und die Kugeln 64 werden bei diesem
Nach-Innen-Bewegen durch
die am Käfigring 72 abgestützten Kugeln
68 zugleich in Fig.
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1 nach rechts gedrückt. Diese Bewegung nach rechts wird über die Bohrungen
66 auf die Betätigungshülse 16 übertragen, welche sich somit zusammen mit dem Spannbackengehäuse
12 in Fig. 1 nach rechts bewegt und bei dieser Bewegung die Spannbacken 10 noch
weiter radial nach innen drückt. Dieses Nach-Innen-Drücken erfolgt mit sehr großer
Kraft, da sich die Länge der axialen Komponente des Kurbelarmes zwischen den Mittelpunkten
der Kugeln 64 und 68 zunehmend weniger ändert, ähnlich wie bei einem Kniehebelgetriebe.
Die Drehbewegung der Betätigungshülse 16 wird somit sehr hoch untersetzt: Zunächst
durch die Gewinde 52, 54, dann durch das durch die Keilfläche 62 und die Kugeln
64 gebildete Keilgetriebe und schließlich durch das hierzu mechanisch in Reihe geschaltete
Kniehebelgetriebe, welches durch die Kugeln 64 und 68 gebildet ist.
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Nach Beendigung des Nachspannens wird die Betätigungshülse 16 in der
dann erhaltenen Winkelstellung in axialer Richtung nach links bewegt, bis der Federring
86 in die Positioniernut 90 einrastet. In dieser Axialstellung der Betätigungshülse
16 befinden sich dann die Rippen 80 im Eingriff mit den Nuten 84, so daß die gesamte
Betätigungsmechanik für die Spannbacken 10 verblockt ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind Teile des Schnellspannfutters,
welche obenstehend schon unter Bezugnahme auf die Fign. 1 und 2 erläutert wurden,
wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Sie brauchen nachstehend nicht noch
einmal im einzelnen beschrieben zu werden.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schnellspannfutter sind anstelle der Kugelpaare
64, 68 jeweils Kniehebelkörper 92 vorgesehen, deren Enden als Kugelflächen 64' bzw.
68 ~ ausgebildet sind.
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Anstelle der radiale Führungen für die Kugeln 64 bildenden Bohrungen
66 sind im hinteren Abschnitt der Betätigungshülse 14 Schlitze 66' vorgesehen, durch
welche sich die getriebenen Abschnitte der Kniehebelkörper 92 erstrecken.
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Die Funktion des in Fig. 3 gezeigten Schnellspannfutters ist der des
Schnellspannfutters nach den Fign. 1 und 2 sehr ähnlich, nur dient nunmehr die Kugelfläche
68' als mit dem Käfigring 72 und der Mantelfläche des Spannbackenhalters 34 zusammenarbeitende
Wälzfläche für den Kniehebelkörper 92.
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Das Schnellspannfutter nach Fig. 4 ähnelt ebenfalls dem in den Fign.
1 und 2 gezeigten Schnellspannfutter, hat jedoch keine Einrichtung zum Verblocken
der Spannfutterteile nach Fig. 1. Betätigungshülse 16 und Keilhülse 50 können somit
als ein Teil hergestellt werden, welches mit dem Bezugszeichen 16 ~ versehen ist.
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In den radialen Bohrungen 66 der Betätigungshülse 14 sitzt ein zylindrischer
Druckkörper 94 mit einer außenliegenden kugelkalottenförmigen Stirnfläche 96, welche
auf der Keilfläche 62 läuft.
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Eine untere ebene Stirnfläche 98 des Druckkörpers 94 liegt über den
beiden getriebenen Enden von zwei Kniehebelkörpern 92a, 92b, von denen jeder genauso
ausgebildet ist wie ein Kniehebelkörper 92 nach Fig. 3.
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Das Schnellspannfutter nach Fig. 4 und 5 arbeitet ganz ähnlich wie
das Schnellspannfutter nach Fig. 3, man erhält jedoch bei gleicher Progressivität
des Ansteigens der Spannkraft bzw. der Untersetzung den doppelten Spannhub. Die
beiden Kniehebelkörper 92a und 92b sind symetrisch zu einer transversal auf der
Spannfutterachse stehenden Ebene angeordnet, welche mit der Schnittebene V-V von
Fig. 4 zusammenfällt.