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Spannbacke
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Gattung Die Erfindung betrifft eine Spannbacke mit wechselbarem Spannereinsatz
für Spannfutter an Drehmaschinen.
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Stand der Technik Wenn auf einer Drehmaschine ein Werkstück fliegend
bearbeitet wird, d.h. ohne zusätzliche Abstützung durch einen Reitstock oder eine
Lünette, treten eine Vielzahl in unterschiedlichen Richtungen wirkende Kräfte auf.
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Bei einem Backengewicht von z.B. 20 Kg pro Satz, einer Drehzahl von
4000 U/min. und einem Schwerpunktradius von 100 mm entstehen allein Fliehkräfte
von 350 000 N oder etwa 35 Tonnen.
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Zusätzlich treten Hebelkräfte und Biegekräfte sowie Drehmomente auf,
wie sie in den VDI-Richtlinien "Ermittlung der zulässigen Drehzahl von Drehfuttern
(Backenfuttern)
c VDI 3106 März 1978 bzw. in RÖHM "Ermittlung der
erforderlichen Spannkraft des Kraftspannfutters zum Bearbeiten von Werkstücken und
der dazu notwendigen Betätigungskraft" dargestellt und beschrieben sind.
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Schon immer war es das Bestreben der Konstrukteure, die Gefahrenstelle
"Werkstückspannung" an Drehmaschinen so sicher wie möglich zu gestalten: Einerseits
sollen die Spannbacken - der Fliehkraft wegen - so leicht wie möglich sein. Andererseits
sollen diese Spannbacken aber so kräftig wie nur irgend möglich und außerdem schnell
und unverwechselbar zu wechseln sein.
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Diese an sich sich widersprechenden Forderungen haben zu einer Vielzahl
von verschiedenen Entwicklungen geführt.
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Das weltweit wohl am meisten eingesetzte Kraftspannfutter ist eine
Ausführung ähnlich oder gleich der in DIN 6353 beschriebenen Konstruktion.
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Zum Wechseln oder Versetzen der Spannbacken sind beim Drei-Backenfutter
sechs Schrauben teilweise oder ganz
zu lösen oder herauszuschrauben.
Die Spannbacken werden gewechselt oder versetzt. Alle sechs Schrauben müssen danach
wieder eingesetzt und/oder fest angezogen werden.
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Dieser Vorgang ist nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern birgt ein
erhebliches Sicherheitsrisiko in sich. Wenn nicht alle Schrauben sorgfältig und
fest angezogen sind, können sich schwere Unfälle ereignen, wie sie in der Vergangenheit
schon mehrfach vorgekommen sind.
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Aus der DE-AS 19 22 499 ist eine an sich schnell wechselbare Spannbacke
mit Schwalbenschwanzverbindung und Klemmung zur Grundbacke vorbekannt.
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Nachteile: a) Es ist ein spezielles Sonderspannfutter mit speziell
ausgebildeten Grundbacken erforderlich.
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Damit ist diese Ausführung nicht universell einsetzbar.
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b) Zum Wechseln der Spannbacken sind ebenfalls sechs Schrauben bei
einem Dreibackenfutter zu lösen und wieder festzuziehen.
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c) Es muß mindestens die gesamte Spannbacke gewechselt werden. Ein
Spanneinsatz ist nicht vorgesehen.
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Aus der DE-PS 22 48 403 ist eine um einen Drehpunkt pendelbare Spannbacke
vorbekannt.
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Nachteile: a) Hierzu wird auf die Ausführungen unter a) zur DE-AS
19 22 499 verwiesen.
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b) Die Spannbacke ist nicht ausreichend gegen Herausschleudern im
Leerlauf gesichert.
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c) Hierzu wird auf die Ausführung unter c) bei der DE-AS 19 22 499
verwiesen.
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Die DE-OS 31 50 966 beschreibt eine Spannbacke mit auswechselbarem
Spannereinsatz.
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Nachteile: a) Der Spannereinsatz muß gegen Herausfallen, Herausschleudern
oder Herausreißen durch das Werkstück
mittels einer Schraube gesichert
werden.
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b) Zum Wechseln der Spannereinsätze müssen bei einem Dreibackenfutter
drei Anschlagstifte und drei Schrauben entfernt werden. Danach muß der andere Spannereinsatz
in umgekehrter Reihenfolge montiert werden. In dieser Zeit kann auch eine normale
Spannerbacke gewechselt werden.
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Bei der dargestellten Bauart ist eine Spannbacke für ein handbetätigtes
Spannfutter zu sehen, oder ein kraftbetätigtes Spezialfutter mit diesem Antriebskonzept.
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Zum Spannbackenwechseln müssen nicht nur die Schrauben und Spanneinsätze
abmontiert, sondern zusätzlich noch der normale Wechselaufwand betrieben werden.
Der Zeitaufwand und das Sicherheitsrisiko werden erheblich vergrößert.
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Die DE-OS 21 20 010 beschreibt ein Dreibackenfutter mit Spannbacken
und wechselbaren Spanneinsätzen. Zwar kann ein normales, universelles Spannfutter
eingesetzt werden und die Spanneinsätze sind relativ schnell zu
wechseln,
jedoch ergeben sich folgende Nachteile: a) Die Spanneinsätze sind gegen die Ausbrechkräfte
des Werkstückes bei fliegender Bearbeitung nur unzureichend gesichert. Die vorgesehene
Paßfeder kann ein Heraushebeln des Spanneinsatzes nach vorn nicht verhindern.
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Bei Einspanntiefen von 4 bis 6 mm, die relativ häufig vorkommen,
steigt die Unfallgefahr beängstigend an.
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b) Es handelt sich um eine überaus schwere und kostenaufwendige Konstuktion.
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c) Zum Wechseln der Spannbacke müssen jeweils die Federn abgeschraubt
und herausgenommen werden, was einen zusätzlichen Zeitaufwand darstellt.
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d) Da die Rastung mittels der Rastkugel eine Hauptfunktion in der
Sicherheit bei dieser Konstruktion einnimmt, ist bei Verschmutzung der aus vielen
Teilen bestehenden Rastvorrichtung die Sicherheit der Halterung stark in Frage gestellt,
zumal Bohrwasser, Späne und Metallstaub gerade in diesem Bereich anfallen und sich
die Rastungsbohrung nicht abdichten läßt.
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e) Diese Ausführung kann lediglich für das Spannen von außen eingesetzt
werden. Kehrt man die Spannbacke für Innenspannung um, würde dieselbe bei Leerlauf
herausgeschleudert werden. Damit ist die Einsatzmöglichkeit stark eingeschränkt.
Aus oben genannten Gründen hat sich diese Ausführung in der Praxis nicht durchsetzen
können.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannbacke
gemäß dem Gattungsbegriff dahingehend zu verbessern, daß sie sowohl auf einem universellen,
kraftbetätigbaren Spannfutter gleich oder ähnlich DIN 6353, als auch auf handbetätigten
Spannfuttern oder Sonderfuttern bzw.
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speziellen Futtern gleichermaßen einsetzbar ist. Dabei soll die Spannbacke
mit Spannereinsatz eine einfache Konstruktion aufweisen, kräftig in der Verbindung
zueinander und trotzdem leicht im Gewicht sein. Der Wechsel des Spannereinsatzes
soll schnell vorzunehmen sein, und zwar ohne daß die zusätzliche Schraubverbindungen
zu lösen sind. Außerdem soll das Verbindungssystem Spannbacke - Spannereinsatz sowohl
für Außen- als auch für Innenspannung verwendbar sein. Zusätzliche Schraubwerbindungen
zwischen
Spannbacke und Spannereinsatz sollen aus Wechsel- Zeit-und
Sicherheitsgründen nicht erforderlich sein. Der Spannereinsatz soll sich jedoch
formschlüssig gegen alle vom Werkstück und der Fliehkraft verursachten Kraft~ einwirkungen
abstützen können und damit ein Höchstmaß an Sicherheit gewährleisten.
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Losung Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wieder~ gegebenen
Merkmale gelöst.
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Einige Vorteile Eine erfindungsgemäße Spannbacke läßt sich sowohl
für Innen- als auch für Außenspannung verwenden. Sie ermöglicht eine außerordentlich
einfache Konstruktion, wobei weder beim Einspannen eines Werkstückes noch im Leerlauf
die Gefahr eines Herausschleuderns oder Herausbrechens besteht, da die nutförmige
oder schwalbenschwanzförmige, formschlüssige Verbindung mit den Anlageflächen die
Übertragung großer Kräfte oder Momente ermöglicht.
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Außerdem ist eine rasche Montage und Demontage möglich, da hierzu
lediglich der betreffende Spanneinsatz auf die T nutförmige oder schwalbenschwanzförmige
Führung aufgeschoben zu werden braucht. Damit läßt sich eine solche Spannbacke sowohl
auf einem universellen, kraftbetätigten Spannfutter gleich oder ähnlich DIN 6353,
als auch auf handbetätigten Spannfuttern oder Sonderfuttern bzw. speziellen Spannfuttern
verwenden.
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Der Wechsel des Spanneinsatzes ist schnell und ohne das Lösen und
wieder Anziehen zusätzlicher Schraubverbindungen vorzunehmen, wobei dieses Wechseln
gegebenenfalls ohne Werkzeuge erfolgen kann.
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Alles in allem bietet eine erfindungsgemäße Spannbacke ein Höchstmaß
an Sicherheit.
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heitere Ausführungsforuen In den Patentanspruchen 2 bis 5 sind vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch -an Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 Eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig.
3; Fig. 2 minen Schnitt nach der Linie II - II der Fig. 3;
Fig.
3 Eine Stirnansicht zu Fig. 4; Fig. 4 Eine Seitenansicht zu Fig. 3; Fig. 5 Eine
weitere Ausführungsform in der Stirnansicht; Fig. 6 Einen Schnitt nach der Linie
VI - VI der Fig. 5; Fig. 7 Eine Ansicht in Richtung des Pfeiles Y in Fig.
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8 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 8 Eine Stirnansicht
zu Fig. 9; Fig. 9 Einen Schnitt nach der Linie IX - IX der Fig. 8; Fig. 10 Eine
Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig. 12; Fig. 11 Einen Schnitt nach der Linie
XI-XI der Fig. 12; Fig. 12 Eine Stirnansicht zu Fig. 13 und Fig. 13 eine Seitenansicht
zu Fig. 12.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Zeichnung die Futterachse bezeichnet.
Ein erfindungsgemäßes Spannfutter besteht aus mehreren, beispielsweise drei Spannbacken
2, die über den Umfang des Futters in üblicher Weise gleichmäßig verteilt zueinander
angeordnet sind. Jede SpannbacKe 2 weist einen Spanneinsatz 3 auf, der an der
Spannoberfläche
mit einer geeigneten Riffelung 4 versehen sein kann. Der Spanneinsatz 3 ist gegen
eine Stützfläche 5 abgestützt, die bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis
4 unter einem spitzen Winkel zu der rechtwinklig zur Futterachse 1 verlaufenden
Längsmittenachse 6 der Spannbacke 2 verläuft.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 ist der Spanneinsatz
3 an seiner der Spannbacke 2 zugekehrten Seite mit zwei mit Abstand zueinander angeordneten,
sowie parallel zueinander verlaufenden Vorsprüngen 7 bzw. 8 (Fig. 1) versehen, die
durch einen Steg 9 miteinan der materialmäßig einstückig verbunden sind und in der
aus Fig. 1 ersichtlichen Darstellung eine etwa U-Form aufweisen. Dieser U-Form angepaßt
ist die dem Spanneinsatz 3 zugekehrte Wandung der Spannbacke 2, d.h., die Spannbacke
2 weist zwei Führungen 10 und 11 auf, so daß sich zwischen den Vorsprüngen 7 und
8 und dem Steg 9 des Spanneinsatzes 3 einerseits und den Führungen 10, 11 und der
diese Führung verbindenden Wandung 12 andererseits eine formschlüssige Verbindung
ergibt. Die Spannbacke 2 schließt auch bündig mit den Seitenwänden 13 und 14 der
Spannbacke 2 ab.
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Mit dem Bezugszeichen 15 ist eine Zahnung bezeichnet, mittels welcher
sich die Spannbacke 2 in dem im einzelnen nicht dargestellten Futter verbinden läßt.
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Die Bezugszeic..en 16 und 17 bezeichnen Bohrungen zum Aufnehmen nicht
dargestellter Befestigungsschrauben für die Spannbacke 2.
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Der Spanneinsatz 3 weist an seiner der Stützfläche 5 zugekehrten Seitenwand
2 Klauen 18 und 19 auf, die die T-förmig ausgestaltete Stützfläche 5 hintergreifen,
so daß sich auch in dieser Ebene ein großflächiger Formschluß zwischen Spannbacke
2 und Spanneinsatz 3 ergibt.
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Der Spanneinsatz 3 besitzt im mittleren Bereich eine Vertiefung 20,
in die ein gegen die Rückstellkraft eines Federelerrentes 21 gelagerter Schnäpper
22 form- und kraftschlüssig einrastet. Der Spanneinsatz 3 braucht somit bei dessen
Anordnung lediglich auf die T-förmige Führung cer Stützfläche 5 in Richtung des
Neigungswinkels t aufgeschoben zu werden, bis der Schnäpper 22 einrastet.
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Ein Auswechseln geschieht ebenfalls vorzugsweise ohne Werkzeuge, indem
der Spanneinsatz 3 abgezogen wird.
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Das Federelement 21 ist in einer arretierbaren Hülse 23 angeordnet.
Erforderlichenfalls kann auch mittels eines geeigneten Werkzeuges hinter die Nase
24 gegriffen werden, um den Spanneinsatz 3 abzuziehen.
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Die Stützfläche 5 kann statt T-förmig auch schwalbenschwanzförmig
gestaltet sein, wobei die Klauen 18 und 19 entsprechend gestaltet werden, so daß
sich ebenfalls ein Formschluß ergibt. Der Spanneinsatz 3 umgreift die Spannbacke
2 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 in gewisser Weise, weil die Stützfläche
5 und deren einstückige Wandungen von den Klauen 18 und 19 umgriffen sind.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 sind für Teile gleicher
Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet worden wie bei der vorbeschriebenen
Ausführungsform.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der
in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform zunächst dadurch, daß der Spanneinsatz
3 von der Spannbacke 2 gewissermaßen umgriffen ist. Zu diesem Zweck weist die Spannbacke
2 eine in Richtung der Längsmittenachse 6 verlaufende Nut 25 auf, die an ihrem in
der
Zeichnungsebene dargestellten oberen Ende etwa T-förmig erweitert
ist und auf gegenüberliegenden Seiten je eine diese T-förmige Erweiterung bildende
Ausbuchtung 26 bzw. 27 aufweist, die die Funktion der T-förmigen Stützfläche 5 der
Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 übernehmen.
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Die gegenüberliegenden Wände 28 und 29 der Nut 25 übernehmen die Funktion
der Führungen 10 und 11 der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4, während die Ausbuchtungen
26 und 27 gewissermaßen die Funktion der T-förmigen Ausgestaltung der Stützfläche
bei der vorbeschriebenen Ausführungsform übernehmen.
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Der Schnäpper 22 und dessen Federelement 21 sind in einer Sackbohrung
30 des Spanneinsatzes 3 angeordnet.
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Mit dem Bezugszeichen 31 ist eine nach außen mündende Bohrung bezeichnet,
deren Öffnung als Widerlager für den kugelförmigen Schnäpper 22 dient.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann der Spanneinsatz 3 durch bloßes
Aufschieben oder Abziehen montiert bzw.
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demontiert werden, weil dabei lediglich die Rückstellkraft des Federelementes
21 überwunden zu werden braucht.
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Durch die schräge Anordnung der Stützfläche 5 und durch
die
formschlüssige Verbindung des Spanneinsatzes 3 in verschiedenen Ebenen mit der Spannerbacke
2 ergibt sich eine gute Kraftübertragung und eine vollkommen sichere Verbindung,
und zwar auch im Leerlauf.
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Auch der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 9 wird der Spanneinsatz
3 von der Spannbacke 2 umgriffen. Auch bei der letztgenannten Ausführungsform sind
wiederum für Teile gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
Die Ausführungsform nach den Fig.
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7 bis 9 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. 5
bis 6 dadurch, daß die Nut 25 über ihre Länge eine unterschiedliche Breite aufweist.
Im Bereich der Bohrungen 16 und 17 ist diese Breite größer als in dem in der Zeichnungsebene
(Fig. 8) gesehen oberen Bereich, in dem sich der Spanneinsatz 3 befindet. In diesem
Bereich besitzen die Wände 28 und 29 gewissermaßen eine Hinterschneidung 32 bzw.
33, in die die Spannbacke 3 mit einem T-förmigen Kopf 34 formschlüssig und passend
eingreift.
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Des weiteren unterscheidet sich diese Ausführungsform von den beiden
vorbeschriebenen Ausführungsformen dadurch,
daß die Stützfläche
5 nicht unter einem spitzen Winkel, sondern senkrecht zur Längsmittenachse 6, also
parallel zur Futterachse 1, verläuft. Die Arretierung erfolgt ebenfalls über einen
Schnäpper 22, der bei der Ausführungs# form nach den Fig. 7 bis 9 als vorn abgerundeter
Bolzen ausgebildet ist, der gegen die Rückstellkraft des Federelementes 21 längsverschieblich
ist.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 bis 13 sind wiederum die
gleichen Bezugszeichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 verwendet worden.
Die Stützfläche 5 läuft bei dieser Ausführungsform im rechten Winkel zur Längsmittenachse
6; sie verläuft damit ebenfalls parallel zur Futterachse 1. Der Spanneinsatz 3 ist
wiederum durch einen Schnäpper 22 kraftschlüssig gehaltert. Bei der Ausführunqsform
nach den Fig. 10 bis 13 umgreift somit der Spanneinsatz 3 wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 die Spannbacke, allerdings in anderer Richtung.
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Dargestellt ist wiederum eine Backe für Außenspannung.
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Die in der Beschreibung, in der Zusammenfassung und in den Patentansprüchen
beschriebenen sowie in der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich
sein.
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Bezugszeiehenlisee 1 Futterachse 2 Spannbacke 3 Spanneinsatz 4 Riffelung
5 Stützfläche, Anlagefläche 6 Längsmittenachse 7 Vorsprung 8 9 Steg 10 Führung 11
12 Wandung 13 Seitenwand 14 15 Zahnung 16 Bohrung 17 18 Klaue 19 20 Vertiefung 21
Federelement
22 Schnäpper 23 Hülse 24 Nase 25 Nut 26 Ausbuchtung
27 28 Wand 29 30 Sackbohrung 31 Bohrung 32 Hinterschneidung 33 34 T-förmiger Kopf
Neigungswinkel der Stützfläche 5 X Ansichtsrichtung Y
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