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In der US-PS 36 51 739 ist eine Spannvorrichtung be-
schrieben,
bei der mehrere Spannbacken mit einer Zugstange verbunden sind, die von einem Federspeicher
in Spannrichtung belastet ist. Die Spannbacken haben an ihren freien Enden konische
Außenflächen, die ebenso wie ihre konischen Innenflächen zur Spindel divergieren.
Die Innenflächen sind unter einem Winkel von 300 zur Spindelachse geneigt, und ihre
Außenflächen sind unter einem Winkel von ungefähr 200 zur Spindelachse geneigt.
In der Spindel ist eine Hülse befestigt, die eine der konischen Außenfläche der
Spannbacken entsprechende konische Innenfläche aufweist, an der die Spannbacken
in der Spannstellung anliegen. Die vom Werkstückhalter auf die Spannbacken ausgeübten
Kräfte werden daher nicht über den Federspeicher, sondern unmittelbar über die Hülse
auf die Spindel übertragen.
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Die auf den Spannkopf des Werkstückhalters ausgeübte Zugkraft ist
aber zur Vorspannkraft des Federspeichers direkt proportional.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Spannvorrichtung
dahingehend weiterzubilden, daß die in den Spannbacken wirksame Zugkraft ohne Zwischenschaltung
von Federelementen unmittelbar in die Spindel eingeleitet wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Spannbacken-Lagerteil
in der Spindel ortsfest angeordnet ist, daß in der Spindel ein die Spannbacken umgebendes
Spannbacken-Betätigungsteil axial verschiebbar angeordnet ist, das am vorderen Ende
eine konische Innenfläche aufweist, daß die Spannbacken am vorderen Ende eine korrespondierende
konische Außenfläche aufweisen und daß in der Spindel ein zweiter Federspeicher
angeordnet ist, dessen eines Ende am Spindelgehäuse abgestützt ist und dessen anderes
Ende sich in der einen Endstellung der Zugstange an der Rückseite des Spannbacken-Betätigungsteils
abstützt und in der anderen Endstellung der Zugstange an einem radialen Vorsprung
derselben abstützt, wobei das Spannbacken-Betätigungsteil in der einen Endstellung
der Zugstange unter der Kraft des zweiten Federspeichers mit seiner konischen Innenfläche
an der konischen Außenfläche der Spannbacken anliegt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Spannvorrichtung wird erreicht,
daß die vom Werkstückhalter auf die Spannbacken ausgeübten Kräfte nicht über den
Federspeicher, sondern unmittelbar über das Spannbakken-Lagerteil auf die Spindel
übertragen werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung besteht
darin, daß die von den Spannbakken auf den Werkstückhalter ausgeübte Axialkraft
von der Vorspannkraft des zweiten Federspeichers weitgehend unabhängig und durch
entsprechende Wahl der Neigung der zusammenwirkenden konischen Flächen frei wählbar
ist. Um mit einer geringen Vorspannkraft des zweiten Federspeichers eine große Zugkraft
auf den Werkstückhalter ausüben zu können, ist vorgesehen, daß die konische Fläche
des am Werkstückhalter angeordneten Spannkopfes und die korrespondierenden Innenflächen
der Spannbacken unter einem Winkel von mehr als 350 zur Achse der Spindel geneigt
sind. Um eine Selbsthemmung zu erreichen, ist vorgesehen, daß die konische Innenfläche
des Spannbacken-Betätigungsteils und die korrespondierenden Außenflächen der Spannbacken
unter einem Winkel von weniger als 450 zur Achse der Spindel geneigt sind. Diese
Kraftverstärkung ermöglicht die Verwendung eines verhältnismäßig kleinen Federspeichers
und einer ebensolchen Antriebseinrichtung.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-
dung ist vorgesehen,
daß die konische Innenfläche des Spannbacken-Betätigungsteils und die konische Außenfläche
der Spannbacken zum Werkstückhalter hin divergieren und daß der zweite Federspeicher
das Spannbacken-Betätigungsteil zum Werkstückhalter hin belastet. In diesem Fall
kann der Werkstückhalter als Dehnspanneinrichtung ausgebildet sein und am Spannkopf
einen Druckbolzen aufweisen, so daß die Zugstange in einer über die Spannstellung
hinaus vorgeschobenen Axialstellung auf den Druckbolzen einwirken kann. Dies ermöglicht
ein vollautomatisches Spannen der Werkstückrohlinge und Abziehen der bearbeiteten
Werkstücke durch entsprechendes Verschieben der Zugstange zwischen der Spannstellung
und der vorgeschobenen Stellung. Wenn der Werkstückhalter ausgetauscht werden soll,
dann genügt es, die Zugstange aus der Spannstellung un die Freigabestellung nach
hinten zu ziehen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch eine Spindel mit einem daran befestigten Werkstückhalter, wobei ein Spannmechanismus
oberhalb der Längsachse in Spannstellung und unterhalb der Längsachse in Freigabestellung
dargestellt ist, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie ll-ll, F i g. 3 einen
Querschnitt nach der Linie 111-111 und F i g. 4 in größerem Maßstab einen Ausschnitt
aus Fig. 1.
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Wie dies aus F i g. 1 hervorgeht, ist in einem Spindelgehäuse 10
eine hohle Spindel 12 drehbar, aber axial fest gelagert. Die Spindel 12 ist am hinteren
Ende mit einer Außenverzahnung 14 versehen, die mit einem (nicht gezeigten) Antriebszahnrad
kämmt. Am vorderen Ende ist die Spindel 12 mit einem zylindrischen Zentrieransatz
16 versehen, den eine zur Drehachse der Spindel rechtwinklige Ringfläche 18 umgibt.
Ein Werkstückhalter 20 hat eine entsprechende Zentrierausnehmung 22, die eine Ringfläche
24 umgibt. Der Werkstückhalter 20 wird auf die Spindel 12 aufgeschoben, bis seine
Ringfläche 24 an der Ringfläche 18 der Spindel anliegt. In dieser Stellung fluchten
die Achsen der Spindel 12 und des Werkstückhalters 20. Der Werkstückhalter 20 hat
auf seiner von der Spindel 12 abgekehrten Seite einen zylindrischen Fortsatz 26,
der zum Spannen eines ringförmigen Werkstücks, beispielsweise eines Zahnradrohlings
21 dient.
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Zum drehschlüssigen Verbinden des Werkstückhalters 20 mit der Spindel
12 dient ein Spannmechanismus.
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Dieser Spannmechanismus besteht aus vier Spannbakken 28, die mit einem
in der Zentrierausnehmung 22 des Werkstückhalters 20 konzentrisch angeordneten Spannkopf
30 in Eingriff bringbar sind. Die Spannbakken 28 sind mit ihren vom Werkstückhalter
20 abgekehrten hinteren Ende in einer Ringnut eines Lagerteils 32 kippbar, aber
axial fest gelagert und durch Stifte 29 gegen Drehung gesichert. Das Lagerteil 32
besteht aus einer Nabe mit vier Armen, die in der Bohrung der Spindel 12 axial fest
angeordnet sind. In die Bohrung der Spindel 12 ist ferner ein verschiebbares Spannbacken-Betätigungsteil
34 eingesetzt. Dieses Betätigungsteil 34 besteht aus einem Ring, von dem vier Stege
nach hinten ragen, die mit einem gesonderten Ring verschraubt sind.
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Wie aus F i g. 2 hervorgeht. sind die axialen Stege des Betätigungsteils
34 durch die radialen Arme des Lagerteils 32 geführt.
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In der Bohrung der Spindel 12 erstreckt sich eine koaxiale Zugstange
36, deren vorderes Ende in der Nabe
des Lagerteils 32 und deren
hinteres Ende in einem mit der Spindel 12 verschraubten Ring 38 axial verschiebbar
geführt ist. Die Zugstange 36 ist mit einem vorderen und einem hinteren Bund 40
bzw. 42 versehen.
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In die Bohrung der Spindel 12 ist ein zweiter Ring 44 eingesetzt und
gegen axiale Verschiebung gesichert. Ein erstes Tellerfederpaket 46 stützt sich
an dem endseitigen Ring 38 der Spindel 12 und an dem hinteren Bund 42 der Zugstange
36 ab. Ein zweites Tellerfederpaket 48 stützt sich mit einem Ende an dem in die
Spindel 12 eingesetzen zweiten Ring 44 ab, während es sich mit seinem anderen Ende
in Abhängigkeit von der Axialstellung der Zugstange 36 entweder an deren vorderem
Bund 40 oder aber am Spannbacken-Betätigungsteil 34 abstützt. Das aus der Spindel
12 herausragende Ende der Zugstange 36 ist über ein Axialdrucklager 50 mit dem beweglichen
Teil 52 eines Hydraulikaggregates verbunden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird im folgenden die Ausbildung des
Spannmechanismus näher erläutert. Die vier Spannbacken 28, die an ihrem hinteren
Ende mit einem nach innen ragenden Vorsprung in die Ringnut des Lagerteils 32 eingreifen,
weisen an ihrem vorderen Ende eine innere und eine äußere konische Fläche auf.
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Während die äußere konische Fläche unter einem Winkel von näherungsweise
100 zum Werkstückhalter 20 hin divergiert, konvergiert die innere konische Lagerfläche
unter einem Winkel von näherungsweise 500 zum Werkstückhalter 20 hin. Der Spannkopf
30 des Werkstückhalters 20 ist mit einer zu der inneren konischen Fläche der Spannbacken
28 korrespondierenden äußeren konischen Fläche versehen, und das Spannbacken-Betätigungsteil
34 ist mit einer zu der äußeren konischen Fläche der Spannbacken 28 korrespondierenden
inneren konischen Fläche versehen. Das Spannbacken-Betätigungsteil 34 weist eine
Einschnürung 54 auf, die in der zurückgezogenen Stellung des Betätigungsteils mit
einem im hinteren Bereich der Spannbacken 28 angeordneten äußeren Vorsprung in Eingriff
gelangen kann, um die Spannbacken radial nach außen zu verschwenken.
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Wenn die Zugstange 36 durch entsprechende Beaufschlagung des Hydraulikaggregates
52 aus ihrer in der oberen Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 gezeigten Spannstellung in
ihre in der unteren Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 gezeigte Freigabestellung nach hinten
bzw. nach rechts verschoben wird, dann nimmt ihr hinterer Bund 42 das erste Tellerfederpaket
46 mit, während ihr vorderer Bund 40 das Spannbacken-Betätigungsteil 34 und damit
das zweite Tellerfederpaket 48 mitnimmt. Das hat zur Folge, daß das erste und zweite
Tellerfederpaket 46 und 48 komprimiert werden. Wenn das Spannbacken-Betätigungsteil
34 nach hinten bzw. nach rechts bewegt wird, dann gelangt sein nach innen ragender
Bund 54 mit dem äußeren Vorsprung 56 der Spannbacken 28 in Eingriff, wodurch diese
nach außen verschwenkt werden und den Spannkopf 30 des Werkstückhalters 20 freigeben.
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Der Werkstückhalter 20 kann jetzt von der Spindel 12 abgezogen und
gegen einen anderen Werkstückhalter, der für ein Werkstück 21 mit anderen Abmessungen
bestimmt ist, vertauscht werden. Nachdem der neue Werkstückhalter 20 auf den Zentrieransatz
16 der Spindel 12 aufgesteckt wurde, wird das Hydraulikaggregat 52 umgesteuert,
so daß die Zugstange 36 unter der Vorspannkraft des ersten und zweiten Tellerfederpaketes
46 und 48 nach links bewegt wird, bis sich deren vorderer Bund 40 im Abstand von
dem mit dem Spannbakken-Betätigungsteil 34 verschraubten Ring befindet. In dieser
Stellung des vorderen Bundes 40 der Zugstange 36, die in F i g. 1 mit unterbrochenen
Linien dargestellt ist, kann das Spannbacken-Betätigungsteil 34 vom zweiten Tellerfederpaket
48 unbehindert nach links verschoben werden, bis seine innere konische Fläche an
der äußeren konischen Fläche der Spannbacken zur Anlage gelant, wodurch diese radial
nach innen gedrückt werden, bis sie mit ihren inneren konischen Flächen an der äußeren
konischen Ringfläche des Spannkopfes 30 zur Anlage gelangen. Die von dem Betätigungsteil
34 auf die Spannbacken 28 ausgeübte Radialkraft wird durch die unterschiedliche
Neigung der konischen Flächen in eine Axialkraft umgewandelt, die den Spannkopf
30 nach rechts zieht, so daß der Werkstückhalter 20 mit seiner Ringfläche 24 an
die Ringfläche 18 der Spindel 12 angepreßt wird. Wenn jetzt auf den Werkstückhalter
20 eine von der Spindel 12 weg gerichtete Kraft ausgeübt wird, dann wird diese Kraft
von den Spannbacken 28 über das mit diesen formschlüssig verbundene Lagerteil 32
eingeleitet, das sich mit seinen Armen an einem Bund der Spindel 12 abstützt.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Fortsatz 26 des Werkstückhalters
10 als Dehnspannelement ausgebildet, d. h. der Werkstückhalter 20 ist hohl und mit
einer Flüssigkeit gefüllt. Wenn die Zugstange 36 auf einen vom Spannkopf 30 abstehenden
Druckbolzen 58 eine Druckkraft ausübt, dann wird die im Inneren des Werkstückhalters
20 enthaltene Flüssigkeit komprimiert und der Fortsatz 26 gedehnt, wodurch ein darauf
angeordnetes ringförmiges Werkstück 21 gegen Verdrehen oder Verrutschen gesichert
ist. Zum Festlegen des Werkstücks wird die Zugstange 36 über die Spannstellung hinaus
nach vorne bewegt, bis sie die in der oberen Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 dargestellte
Lage einnimmt.
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Um einen automatischen Betrieb der Spannvorrichtung zu ermöglichen,
sind an dem mit der Zugstange 36 verbundenen beweglichen Teil des Hydraulikaggregates
52 ein oder mehrere Steuervorsprünge 60 befestigt.
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Diesen Steuervorsprüngen ist ein Mikroschalter 62 zugeordnet, der
ein die Beaufschlagung des Hydraulikaggregates kontrollierendes (nicht gezeigtes)
Ventil steuert.