DE3439668C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schlüsselloses Schnellspannfut­ ter für ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Schnellspannfutter ist Gegenstand des Patents 34 34 112. Bei ihm laufen auf der kegelförmigen Keilfläche Kugeln, welches in in radialen Bohrungen eines auf das Spannbackengehäuse arbeitenden Gewinderinges ge­ führt und mit einem von der Keilfläche abliegenden Ober­ flächenabschnitt an schräg zur Spannfutterachse geneigten Rillen abgestützt sind, welche in einem am axial festste­ henden Spannzangenhalter abgestützten Reaktionsteil ausge­ bildet sind. Dieses Reaktionsteil ist somit ein einen ver­ hältnismäßig komplizierten Bau aufweisendes Teil. Die Ge­ samtuntersetzung der Nachspanneinrichtung ist durch die Summe der Übersetzungsverhältnisse der mechanisch hinter­ einander geschalteten Keilgetriebe gegeben.

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 Nachspann­ kraft erhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Schnell­ spannfutter gemäß Anspruch 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Schnellspannfutter hat man auf­ grund des festen Abstandes zwischen den Mittelpunkten der beiden Nockenflächen die Kombination aus einem Keilgetriebe und einem Kniehebelgetriebe. Ds durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Abmessungen der kegelförmigen Keilfläche der durch die beiden Nockenflächen vorgegebene effektive Knie­ hebel bis in eine im wesentlichen parallel zur Spannfutter­ achse verlaufende Stellung schwenkbar ist, erhält man ge­ rade am Ende des Nachstellweges ein besonders hohes Unter­ setzungsverhältnis. 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.

Da bei dem erfindungsgemäßen Schnellspannfutter eine der beiden Nockenflächen direkt am Spannbackenhalter bzw. am Spannbackengehäuse abgestützt ist, entfällt der beim Schnell­ spannfutter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 noch vor­ handene Abstützring mit seiner komplizierten Oberflächen­ kontur.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß das kombinierte Keil- und Kniehebel-Unterset­ zungsgetriebe unter Verwendung von Standard-Kugeln reali­ siert werden kann, wie sie such in Kugellagern Verwendung finden.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 läßt sich die Bewegungsumform-Charakteristik des Kniehebelge­ triebes einfach durch Änderung der Länge und des Durchmes­ sers der die Nockenflächen tragenden Kniehebelkörper vor­ geben.

Mit der Weiterbildung, der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß das Untersetzungsgetriebe bei geringen radia­ len Abmessungen verhältnismäßig großen Nachspannhub bei hoher Progressivität des Untersetzungsverhältnisses auf­ weist, da das Untersetzungsgetriebe insgesamt aus der Rei­ henschaltung eines Keilgetriebes und zwei parallel geschal­ teten Kniehebelgetrieben besteht.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht, daß das Kniehebelgetriebe beim Lösen der Nach­ spanneinrichtung wieder in die geknickte Konfiguration zu­ rückkehrt und die getriebene der Nockenflächen auch bei gelöster Nachspanneinrichtung in Anlage an der kegelförmi­ gen Keilfläche gehalten wird.

Bei einem Schnellspannfutter gemäß Anspruch 6 genügt ein einziger elastischer Ring zum Vorspannen sämtlicher der getriebenen Nockenflächen in radialer Auswärtsrichtung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine seitliche, teilweise axial geschnittene An­ sicht eines schlüssellosen Schnellspannfutters;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch das Schnellspann­ futter 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 abge­ wandeltes Schnellspannfutter;

Fig. 5 einen transversalen Schnitt durch das Schnellspann­ futter nach Fig. 4 längs der dortigen Schnittlinie V-V.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein schlüsselloses Schnellspann­ futter, 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 über­ greifende Betätigungshülse 16 für das Nachspannen der Spann­ backen aufweist.

Das Spannbackengehäuse 12 ist auf der Innenseite mit recht­ eckigen Querschnitt aufweisenden, schräg zur Spannfutter­ achse verlaufenden Führungsnuten 18 versehen, in welchen die im wesentlichen prismatische Form aufweisenden Spann­ backen 10 im Gleitspiel laufen. Dabei bilden die Bodenflä­ chen 20 der Führungsnuten 18 und die entsprechend angestell­ ten Stirnflächen 22 der Spannbacken 10 zusammenarbeitende Keilflächen.

In den Spannbacken 10 sind parallel zu den Stirnflächen 22 verlaufend auf beiden Seitenflächen Federsitze bildende Nuten 24 eingestochen. In letztere greifen die axial ver­ laufenden Ränder von kegelförmigen Blechfedern 26 ein, wel­ che über einen Teil ihrer axialen Erstreckung geschlitzt sind und jeweils unter Vorspannung zwischen zwei benachbar­ ten der Spannbacken 10 sitzen. Zur Aufrechterhaltung dieser Vorapannung 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.

In den Spannbacken 10 sind ferner ebenfalls auf beiden Sei­ tenflächen radiale Haltenuten 32 eingestochen, in welche Haltefinger 33 eines zentralen Spannbackenhalters 34 ein­ greifen.

Der Spannbackenhalter 34 ist über mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungskugeln 36 fest mit einer Maschinen­ spindel 38 verbunden.

Das Spannbackengehäuae 12 hat auf einem Außenumfang ein Gewinde 40, auf welchem ein Innengewinde 42 der Betätigungs­ hülse 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.

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. Auf diese Weise ist die Betätigungshülse 16 axial verschieb­ bar, jedoch drehschlüssig mit der Keilhülse 50 verbunden. 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 Maschi­ nenspindel 38 festgelegt ist.

In ihrem in Fig. 1 links gelegenen Abschnitt ist die Keil­ hülse 50 mit einer sich nach links erweiternden, kegelför­ migen Keilfläche 62 versehen.

Mit der Keilfläche 62 stehen sechs in Umfangsrichtung un­ ter gleichem Winkel verteilte Kugeln 64 in Berührung, die in radialen Bohrungen 66 im in der Zeichnung rechts gelege­ nen Abschnitt der Betätigungshülse 14 radial geführt sind. 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 Spann­ backenhalters 34 abgestützt und findet im Inneren der Betä­ tigungshülse 14 Aufnahme.

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 Auswärtsrich­ tung und in Anlage an die Keilfläche 62 vorspannt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, hat der rechts gelegene Teil der Betätigungshülse 14 eine kegelstumpfförmige Außenflä­ che, 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.

Die Betätigungshülse 14 ist auf ihrer Außenseite mit axia­ len 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. Darüber hinaus arbeiten die Rippen 80 mit axialen Nuten 84 zusammen, welche in einem in Fig. 2 rechts gelegenen, ge­ ringfügig 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.

Zum Verrasten der Betätigungshülse 16 in zwei verschiede­ nen axialen Stellungen ist ein vom rechts gelegenen Ende der Betätigungshülse 16 getragener Federring 86 vorgesehen, der mit zwei unter entsprechendem axialen Abstand angeord­ neten in Umfangsrichtung verlaufenden Positioniernuten 88, 90 zusammenarbeiten kann.

Das oben beschriebene Schnellspannfutter arbeitet folgender­ maßen:

Zum Einsetzen eines neuen Werkzeuges wird die Betätigungs­ hülse 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 be­ wegt, 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.

Nach Einsetzen eines Bohrers mit dem gewünschten Durchmes­ ser werden die Spannbacken 10 durch Drehen der Betätigungs­ hülse 14 im entgegengesetzten Drehsinne bis in Anlage an die Außenfläche des Bohrerschaftes gefahren. Sowohl das Auseinanderfahren als auch das Zusammenfahren der Spann­ backen erfolgt verhältnismäßig rasch mit dem durch die Stei­ gung 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 Betäti­ gungshülse 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.

Nach dem Anziehen der Betätigungshülse 14 in Schließrich­ tung der Spannbacken 10 wird vom Benutzer die Betätigungs­ hülse 16 so gedreht, daß die Keilhülse 50 auf dem Reaktions­ ring 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. 1 nach rechts gedrückt. Diese Bewegung nach rechts wird über die Bohrungen 66 auf die Betätigungshülse 16 übertra­ gen, 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 dea Kurbelarmes zwischen den Mittelpunkten der Kugeln 64 und 68 zunehmend weniger ändert, ähnlich wie bei einem Kniehebelgetriebe. Die Dreh­ bewegung der Betätigungshülse 16 wird somit sehr hoch unter­ setzt: Zunächst durch die Gewinde 52, 54, dann durch das durch die Keilfläche 62 und die Kugeln 64 gebildete Keilge­ triebe und schließlich durch das hierzu mechanisch in Reihe geschaltete Kniehebelgetriebe, welches durch die Kugeln 64 und 68 gebildet ist.

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 Positionier­ nut 90 einrastet. In dieser Axialstellung der Betätigungs­ hülse 16 befinden sich dann die Rippen 80 im Eingriff mit den Nuten 84, so daß die geaamte Betätigungsmechanik für die Spannbacken 10 verblockt ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind Teile des Schnell­ spannfutters, welche obenstehend schon unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurden, wieder mit densel­ ben Bezugszeichen versehen. Sie brauchen nachstehend nicht noch einmal im einzelnen beschrieben zu werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schnellspannfutter sind anstel­ le der Kugelpaare 64, 68 jeweils Kniehebelkörper 92 vorge­ sehen, deren Enden als Kugelflächen 64′ bzw. 68′ ausgebil­ det sind.

Anstelle der radiale Führungen für die Kugeln 64 bildenden Bohrungen 66 sind im hinteren Abschnitt der Betätigungshül­ se 14 Schlitze 66′ vorgesehen, durch welche sich die getrie­ benen Abschnitte der Kniehebelkörper 92 erstrecken.

Die Funktion des in Fig. 3 gezeigten Schnellspannfutters ist der des Schnellspannfutters nach den Fig. 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.

Das Schnellspannfutter nach Fig. 4 ähnelt ebenfalls dem in den Fig. 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 Bezugs­ zeichen 16′ versehen ist.

In den radialen Bohrungen 66 der Betätigungshülse 14 sitzt ein zylindrischer Druckkörper 94 mit einer außenliegenden kugelkalottenförmigen Stirnfläche 96, welche auf der Keil­ fläche 62 läuft.

Eine untere ebene Stirnfläche 98 des Druckkörpers 94 liegt über den beiden getriebenen Enden von zwei Kniehebelkör­ pern 92a, 92b, von denen jeder genauso ausgebildet ist wie ein Kniehebelkörper 92 nach Fig. 3.

Das Schnellspannfutter nach Fig. 4 und 5 arbeitet ganz ähn­ lich wie das Schnellspannfutter nach Fig. 3, man erhält jedoch bei gleicher Progressivität des Ansteigens der Spann­ kraft bzw. der Untersetzung den doppelten Spannhub. Die beiden Kniehebelkörper 92a und 92b sind symetrisch zu einer transversal auf der Spannfutterachse stehenden Ebene ange­ ordnet, welche mit der Schnittebene V-V von Fig. 4 zusammen­ fällt.

Claims (7)

1. Schlüsselloses Schnellspannfutter für ein Werkzeug, insbesondere einen Bohrer, mit.

• a) einer Mehrzahl um die Futterachse verteilter Spannbacken, welche durch einen Spannbackenhalter in gleicher axialer Stellung sind;
• b) einem die Spannbacken umgebenden und diese jeweils auf einer zur Futterachse geneigten Bahn führenden Spannbackengehäuse;
• c) einer Grobverstelleinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Spannbackenhalter und Spannbackengehäuse ausgehend von der Bewegung eines von Hand betätigten Grobverstellgliedes unter geringer Bewegungsuntersetzung; und
• d) einer Nachspanneinrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Spannbackenhalter und Spannbackengehäuse ausgehend von der Bewegung eines von Hand betätigten Nachspanngliedes unter hoher Bewegungsuntersetzung, welche aufweist:
  • da) eine in axialer Richtung verlagerbare Keilhülse mit einer kegelförmigen Keilfläche und
  • db) eine Mehrzahl in Umfangsrichtung verteilter Nockenfolgeeinrichtungen, die jeweils eine erste, mit der kegelförmigen Keilfläche zusammenarbeitende Nockenfläche und eine zweite Nockenfläche aufweisen, welche am Spannbacken­ gehäuse oder am Spannbackenhalter angreift, je nachdem, welchea dieser Spannfutterteile axial bewegbar ausgebildet ist, wobei die beweglichen Teile der Folgeeinrichtungen jeweils 5in einer zugeordneten radialen Ebene geführt sind, nach Patent 34 34 112.

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) beide Nockenflächen ((64, 68) in Umfangsrichtung gesehen konvex-balligen Querschnitt haben;
• f) die mit der kegelförmigen Keilfläche (62) zusammenarbeitende (64) der Nockenflächen (64, 68), die am Spannbackengehäuse (12, 14) bzw. Spannbackenhalter (34) angreifende Nockenfläche ist;
• g) die andere (68) der Nockenfläche (64, 68) am Spannbackenhalter (34) bzw. am Spannbackengehäuse (12, 14) sowohl axial als auch radial abgestützt angreift;
• h) Mittel zum Aufrechterhalten eines festen Abstandes zwischen den Mittelpunkten der konvex-balligen Nockenflächen (64, 68) vorgesehen sind; und
• i) die Neigung und die radiale Lage der kegelförmigen Keilfläche (62) so gewählt sind, daß die Verbindungslinie zwischen den Krümmungsmittelpunkten der beiden Nockenflächen (64, 68) beim axialen Verlagern der Keilhülse (50) in eine im wesentlichen parallel zur Futterachse verlaufende Richtung schwenkbar ist.

2. Schnellspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenflächen von zwei miteinander in Berührung stehenden Kugeln (64, 68) getragen sind.

3. Schnellspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenflächen (64′, 68′) jeweils durch die beiden kugelförmigen Stirnflächen eines starren Kniehebelkörpers (92) gebildet sind.

4. Schnellspannfutter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen der getriebenen Nockenfläche (64′) und der kegelförmigen Keilfläche (62) angeordneten Druck­ körper (94), der eine treibende Stirnfläche (98) aufweist, welche mit zwei getriebenen Nockenflächen (64′) zweier Kniehebelkörper (92a, 92b) gleichermaßen zusammenarbeitet, und durch eine Anordnung der beiden Kniehebelkörper (92a, 92b) symetrisch zu einer senkrecht auf der Futterachse ste­ henden Ebene.

5. Schnellspannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch elastische Mittel (78) zum Vor­ spannen der getriebenen Nockenfläche (64) in radialer Aus­ wärtsrichtung.

6. Schnellspannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastiachen Mittel durch einen in Umfangsrichtung durchlaufenden elastischen Ring (78) gebil­ det sind.