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Die Erfindung betrifft eine Spannbacke mit wechselbarem Spanneinsatz für Spannfutter an Drehmaschinen, wobei die Spannbacke und der Spanneinsatz an parallel zur Futterachse oder in einem Winkel hierzu verlaufenden Anlage- bwz. Stützflächen formschlüssig miteinander verbunden sind.
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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)", 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 bekannten Dreibackenfutter 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. 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, die folgende Nachteile aufweist:
- a) Es ist ein spezielles Sonderspannfutter mit speziell ausgebildeten Grundbacken erforderlich.
Damit ist diese Ausführung nicht universell einsetzbar. - b) Zum Wechseln der Spannbacken sind ebenfalls sechs Schrauben bei einem Dreibackenfutter zu lösen und wieder festzuziehen.
- 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, wobei sich folgende Nachteile ergeben:
- a) Hierzu wird auf die Ausführungen unter a) zur DE-AS 19 22 499 verwiesen.
- b) Die Spannbacke ist nicht ausreichend gegen Herausschleudern im Leerlauf gesichert.
- 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, die hier gattungsbildend ist, beschreibt eine Spannbacke mit auswechselbarem Spanneinsatz. Als nachteilig ist anzusehen:
- a) Der Spanneinsatz muß gegen Herausfallen, Herausschleudern oder Herausreißen durch das Werkstück mittels einer Schraube gesichert werden.
- b) Zum Wechseln der Spanneinsätze müssen bei einem Dreibackenfutter drei Anschlagstifte und drei Schrauben entfernt werden. Danach muß der andere Spanneinsatz in umgekehrter Reihenfolge montiert werden. In dieser Zeit kann auch eine normale Spannbacke gewechselt werden.
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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 sind somit relativ groß.
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Die DE-OS 21 20 010 schließlich 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. Bei Einspanntiefen von 4 bis 6 mm, die relativ häufig vorkommen, steigt die Unfallgefahr beängstigend an.
- b) Es handelt sich um eine überaus schwere und kostenaufwendige Konstruktion.
- c) Zum Wechseln der Spannbacke müssen jeweils die Federn abgeschraubt und herausgenommen werden, was einen zusätzlichen Zeitaufwand darstellt.
- 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.
- 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 den genannten Gründen hat sich diese Ausführung in der Praxis nicht durchsetzen können.
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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. speziellen Futtern gleichermaßen einsetzbar ist, wobei der Wechsel des Spanneinsatzes schnell vorzunehmen sein soll, und zwar ohne daß zusätzliche Schraubverbindungen zu lösen sind. Zusätzliche Schraubverbindungen zwischen Spannbacke und Spanneinsatz sollen dabei aus Wechsel-Zeit- und Sicherheitsgründen nicht erforderlich sein.
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Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist eine rasche Montage und Demontage des Spanneinsatzes möglich, da hierzu lediglich der betreffende Spanneinsatz auf die T-nutförmige oder schwalbenschwanzförmige Führung aufgeschoben bzw. davon abgezogen zu werden braucht. Dabei läßt sich eine solche Spannbacke sowohl auf einem universellen, kraftbetätigten Spannfutter gleich oder ähnlich DIN 6353, als auch auf handbetätigten Spannfuttern oder Sonderfuttern verwenden.
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Der Wechsel des Spanneinsatzes ist schnell und ohne das Lösen und Wiederanziehen zusätzlicher Schraubenverbindungen 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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Neben der leichten Wechselmöglichkeit wird ein Herabfallen bzw. Herausfallen des Spanneinsatzes unter Verzicht auf jegliche Verwendung von Schrauben vermieden.
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Aus den Patentansprüchen 2 bis 5 ergeben sich vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch an Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt
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Fig. 1 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig. 3,
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Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 3,
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Fig. 3 eine Stirnansicht zu Fig. 4,
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Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3,
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Fig. 5 eine weitere Ausführungsform in der Stirnansicht,
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Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5,
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Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles Y in Fig. 8 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 8 eine Stirnansicht zu Fig. 9,
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Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8,
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Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X in Fig. 12,
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Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 12,
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Fig. 12 eine Seitenansicht zu Fig. 13 und
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Fig. 13 eine Seitenansicht zu Fig. 12.
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Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Zeichnung die Futterachse bezeichnet. Ein 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 α 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 miteinander materialmäßig einstückig verbunden sind und in der aus Fig. 1 ersichtlichen Darstellung etwa eine U-Form aufweisen. Dieser U-Form angepaßt ist die dem Spanneinsatz 3 zugekehrte Wand 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 einer diese Führungen verbindenden Wand 12 der Spannbacke 2 andererseits eine formschlüssige Verbindung ergibt. Der Spanneinsatz 3 schließt auch bündig mit den Seitenwänden 13 und 14 der Spannbacke 2 ab.
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Mit dem Bezugszeichen 15 ist eine Verzahnung bezeichnet, mittels welcher sich die Spannbacke 2 mit einer Treibbacke des im einzelnen nicht dargestellten Futters verbinden läßt.
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Die Bezugszeichen 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 Klauen 18 und 19 auf, die die T-förmig ausgebildete 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 Federelementes 21 gelagerter Schnäpper 22 form- und kraftschlüssig einrastet. Der Spanneinsatz 3 braucht somit bei dessen Anordnung lediglich auf die T-förmige Führung der Stützfläche 5 in Richtung des Neigungswinkels α aufgeschoben zu werden, bis der Schnäpper 22 einrastet. 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 Wände 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. 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. 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. demontiert werden, weil dabei lediglich die Rückstellkraft des Federelementes 21 überwunden zu werden braucht. Durch die schräge Anordnung der Stützfläche 5 und durch die formschlüssige Verbindung des Spanneinsatzes 3 in verschiedenen Ebenen mit der Spannbacke 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. 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) gesehenen 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 Ausführungsform 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 Ausführungsform nach den Fig. 10 bis 13 umgreift somit der Spanneinsatz 3 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Spannbacke, allerdings in anderer Richtung. Dargestellt ist wiederum eine Backe für Außenspannung.