DE3810854C2 - Spannkralleneinsätze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Spannkralleneinsätze für Spannbacken von Spannfuttern an Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Spannkralleneinsätze der Gattung sind beispielsweise bekannt durch den Prospekt "Universal-Greif-Einsätze" (UGE) der Firma Maier Spannzeuge GmbH, Friedrichshafen, DE, vom Sept. 1987 und die DE 37 17 433 A1.

Danach sollen in den Spannbacken auswechselbar befestigte, mit Spannzähnen versehene Einsätze das sichere Festhalten auf rauhen bzw. eventuell unregelmäßigen Werkstückoberflächen begünstigen und aus deutlich härterem Werkstoff als die Spannbacken selbst gefertigt und bei nachlassender Schärfe leicht austauschbar sein.

Bisher wurde dies erreicht durch Spanneinsätze mit plattenförmigem Grundkörper mit zentrischer Bohrung, in welche auf einer Stirnseite die Spannzähne angeformt sind und die in parallel zur Spannrichtung verlaufende Aufnahmebohrungen durch Halteschrauben eingeklemmt wurden.

Mit der Möglichkeit, die Anlage der plattenförmigen Grundkörper in der Aufnahmebohrung ballig zu gestalten, versuchte man zwar, eventuelle leichte Schrägstellungen der Halteschrauben zu kompensieren. Indessen ergab sich damit keine Entlastung der Schrauben bei größeren Oberflächenwelligkeiten bzw. schrägen Flächen. Es konnte damit noch nicht sichergestellt werden, daß beide Spannzähne gleichzeitig und gleich stark griffen. Vielmehr konnte es dann zu zusätzlichen Biegebeanspruchungen der Schrauben und ungleichmäßigem Einpreßdruck der Zähne kommen, wenn beispielsweise Werkstücke mit Gesenkschrägen zu spannen waren, deren Schräge nicht identisch war mit der der Spannbacken. Die den Grundkörper des Spannkralleneinsatzes haltende Schraube war zudem Querkräften beispielsweise aus dem Vorschub ungünstig ausgesetzt und erwies sich bei für Außenspannungen vorgesehener Anordnung und eingesetztem Werkstück als schwer zugänglich bzw. kontrollierbar. Durch die erhebliche Mitbelastung der Halteschrauben durch Axial- und Querkräfte besteht die Gefahr frühzeitigen Ausschlagens der Gewinde und damit häufiger Anlaß zur Auswechslung der gesamten Spannbacken. Schließlich erwiesen sich die scheibenförmigen Einsätze auch wegen ihres beträchtlichen Volumens aus teurem Schneidwerkstoff auch als sehr kostspielig sowohl wegen ihres relativ großen Volumens, als auch wegen der zu ihrer Anbringung erforderlichen hohen Präzision.

Die Aufgabe der Erfindung wird hiervon ausgehend im wesentlichen darin gesehen, preiswertere Spannkralleneinsätze mit einer Form und Anordnung vorzuschlagen, die ihre Schrauben unter Ermöglichung einer erweiterten Schwenkbeweglichkeit ihrer Zähne weitgehend gegen Axial- und Querkräfte entlastet sowie eine leichtere Auswechselbarkeit und billigere Grundkörper bei einfacherer Anbringung ermöglicht.

Die Lösung wird gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 insofern erreicht, indem die Spannkralleneinsätze aus kurzen Walzenkörpern hergestellt werden, welche in Achs- und Querrichtung zwar formschlüssig in die Aufnahmeöffnung passen, in der sie jedoch unter minimaler Flächenpressung auf dem größeren Teil ihrer Manteloberfläche gleitend um ihre Längsachse parallel zur Werkstückdrehachse drehbeweglich so gelagert sind, daß dabei ihre Schraube lediglich Rückhaltefunktionen zu erfüllen hat.

Dazu sind die Aufnahmeöffnungen als radiale Einfräsungen mittels entsprechender Prisma-Form-Fräser jeweils in Längsrichtung parallel zur Werkstückdrehachse so eingearbeitet, daß sich die Spannkralleneinsätze auf mindestens ihrer halben Manteloberfläche beim Spannen rüttelsicher radial in die Öffnung einpressen und dank ihrer allseitigen Anlage weder in Axial- noch in Querrichtung beansprucht sind, so daß auch keine Belastung der hier parallel zur Drehachse des Werkstückes eingesetzten Halteschraube entsteht. Auf einer zum Werkstück hin etwa mit der Breite des Durchmessers des walzenförmigen Spanneinsatzes freigefrästen offenen Fläche in einer Kante des Spannbackens stehen aus dem Spanneinsatz jeweils zwei Spannzähne über die Außenkontur des Spannbackens hervor. Diese zwei gleich großen und symmetrisch zur Drehachse des Spanneinsatzes zueinander beabstandeten Spannzähne werden dem Walzenkörper des Spanneinsatzes auf einfache Weise dadurch angeformt, daß ihm durch je einen vorderen und rückseitigen Anschliff ein Kerbwinkel von etwa 75 bis 120° angearbeitet und die dadurch entstandene stumpfwinklige Schneide quer zur Drehachse des jeweiligen Einsatzes mittels eines einfachen radialen Ausschliffes längs zur Drehachse und schmaler als die Schneide zu zwei gleich großen Spitzen weiterverarbeitet wird.

Der Spanneinsatz dieser Bauart ist mit Ausnahme dieser letzterwähnten drei Anschliffe ein einfaches kleines Drehteil, das sich deshalb ausgezeichnet zur Herstellung aus Schneidwerkstoff oder dergleichen eignet. Auch die Einarbeitung der Aufnahmeöffnungen in dem Spannbacken ist in einer einzigen Bearbeitungsebene durchführbar. Da durch die Spannkräfte praktisch keine Belastungen der Schrauben stattfinden, sondern ein direkter Kraftfluß in die Spannbacken stattfindet, besteht auch keine Gefahr des Ausschlagens der Schrauben, und es bleiben daher die Spannkralleneinsätze nach der Erfindung jederzeit leicht auswechselbar zum Nachschärfen bzw. Austauschen. Auch ist der Zugriff zum Schraubenkopf in der Stirnseite der Spannbacken günstiger als an deren Innenumfang. Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäße Ausführung und Anordnung der Spannkralleneinsätze sich gleichermaßen gut für Innen- und Außenspannung eignet, indem an beiden Kanten der Spannbacken entsprechende identische Aufnahmeöffnungen vorgesehen und die Einsätze gedreht werden.

Die kurzen Abstände der Spannzähne zur Anlagefläche am Werkstück ergeben sehr kurze Spannlängen, so daß sowohl größere Werkstücke gespannt als auch höhere Spannkräfte hysteresefrei übergeleitet werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich anhand der in den Unteransprüchen angegebenen besonderen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung.

• - Dadurch, daß die Spannkralleneinsätze von einer sie mit Bewegungsspiel durchgreifenden Schraube, welche in einer parallel zur Längsachse des Einsatzes, aber exzentrisch dazu in Richtung des tragenden Umfanges versetzt angeordneten Bohrung arretiert werden, wird eine unbeabsichtigte Verdrehung der Anschliffe bzw. der Spannzähne, sobald das Werkstück ausgespannt wird, vermieden. Bei Innenspannung würde sinngemäß der Spannkralleneinsatz an der Außenkante des Spannbackens und die Schraube exzentrisch zu den Anschliffen versetzt angebracht werden können.
• - Wenn man die Einsätze als Walzenkörper in einer Kegelstumpfform gestaltet, deren kleine Durchmesser etwa bündig mit der äußeren Stirnseite der Spannbacken abschließen und man dazu an der werkstückzugewandten Manteloberfläche der Spanneinsätze die Anschliffe vornimmt, gewinnt der Spannkralleneinsatz in der Aufnahmeöffnung noch eine günstigere Abstützung in der von den Spannbacken wegweisenden Längsrichtung und man kann mit etwas weniger rückseitigem Anschliff für die Zähne und somit noch etwas geringerem Materialaufwand auskommen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen für den Fall einer Außenspannung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Spannbacken für die Außenspannung eines Werkstückes an der äußeren Innenstirnkante,

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht dieses Spannbackens mit zwei symmetrisch zu seiner Vertikalachse angeordneten Spannkrallensätzen,

Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines aus einem Kegelstumpf hergestellten Spannkralleneinsatzes,

Fig. 4 zeigt hierzu die Vorderansicht.

In Fig. 1 sind in einem Spannbacken 1, welcher über Halteschrauben 2 an einem Werkzeugmaschinenfutter befestigbar ist, Aufnahmeöffnungen 3 an einer vorderen Stirnkante 4 eingearbeitet, welche in Richtung zur Oberfläche eines Werkstückes 5 und in der Stirnkante offen sind. In diese Aufnahmeöffnung 3 ist jeweils ein walzenförmiger Spannkralleneinsatz 6 eingesetzt und mit einer Befestigungsschraube 7 parallel zur Drehachse des Werkstückes 5 gegen Herausfallen gesichert. Die Außenkontur der Spannkralleneinsätze 6 entspricht weitgehend der Innenkontur der Aufnahmeöffnung 3, so daß sich, mit Ausnahme eines offenen Bereiches auf der Werkstückseite und an der vom Spannfutter wegweisenden Stirnseite eine formschlüssige Anlage des Spannkralleneinsatzes 6 in der Aufnahmeöffnung 3 ergibt, sobald die Spannkräfte wirksam werden. Die Aufnahmeöffnungen 3 sind etwa gleich groß wie der Außendurchmesser des walzenförmigen Spannkralleneinsatzes 6 und lassen sich mit einfachem Scheiben­ bzw. Winkelfräser herstellen. Die Spannkralleneinsätze 6 können somit radial zur Werkstückdrehachse eingesetzt werden und die Schraube 7 hat sie lediglich am Herunterfallen zu hindern, da für deren Bohrung im Spannkralleneinsatz 6 vorzugsweise Bewegungsspiel vorgesehen ist. Die Spannkralleneinsätze 6 enden stirnseitig auf der Höhe der Frontseite des Spannbackens 1 und die Schraube 7 ist mit einem in den Einsatz 6 eingelassenen Kopf versehen. Bei der im Beispiel dargestellten konusförmigen Lagergestaltung sind die Einsätze 6 sowohl in axialer Richtung parallel zu ihrer Längsachse 8 als auch hauptsächlich in Querrichtung auf dem gesamten spannbackenseitigen Mantel bei relativ niedrigen Flächenpressungen in unmittelbarer Anlage. Dadurch, daß der größere Durchmesser des kegelstumpfförmigen Walzenkörpers sich im Inneren des Spannbackens 1 und der kleinere Durchmesser auf Höhe seiner Stirnwand befindet, wird auch ein großer Teil eventueller Zugbelastungen auf die Schraube 7 noch vom Spannbacken 1 mitgetragen. Anstelle eines Kegelstumpfes wäre hier auch die sinngemäße Verwendung eines Doppelzylinders mit einem kleineren Durchmesser im stirnkantenbereich und eine angepaßte hinterschnittene Bohrung 10 anwendbar. Parallel zur Werkstückdrehachse ist in die Stirnseite des Spannbackens 1 eine mit Innengewinde versehene Bohrung 11 eingearbeitet, die die Schraube 7 beim Montieren der Einsätze 6 aufnimmt.

Durch Exzentrizität 9 zwischen der Längsachse 8 des Einsatzes 6 und seiner ihn durchdringenden Befestigungsbohrung 10 wird das Einsetzen der Werkstücke 5 erleichtert. Auch kann mittels der Exzentrizität 9 einem unfreiwilligen Verdrehen der Einsätze 6 beim Lockern der Einspannung entgegengewirkt werden. Auf einer Seite ihres Kegelmantels, welcher in Einbaulage dem Werkstück 5 zugewandt wird, erhalten die Einsätze 6 sowohl einen frontseitigen 12 als auch einen rückseitigen Anschliff 13 der Art, daß sich zwischen ihnen eine vorzugsweise etwa 75 bis 125° Keilwinkel aufweisende Schneidkante ergibt, die in Einbaulage dann der offenen Seite der Aufnahmeöffnung 3 zugewandt ist. Durch diese Ausgestaltung wird das Werkstück zwangsläufig in Richtung der Anlagefläche gepreßt. In die Kante zwischen den Anschliffen 12 und 13 ist eine radiale Längsausnehmung 14 parallel zur Längsachse 8 des Einsatzes 6 mit einer Tiefe von etwa 1/4 bis 1/3 des größeren Durchmessers des Einsatzes 6 und einer kleineren Breite als dem Zahnabstand entspricht eingearbeitet, so daß sich in Frontansicht (gemäß Fig. 2) gesehen zwei symmetrisch zur Längsachse 8 liegende, etwa gleich große und beabstandete Spannzähne 15 pro Spannkralleneinsatz 6 ergeben.

In Fig. 3 und 4 ist ein Spannkralleneinsatz 6 außerhalb des Spannbackens 1 im Detail dargestellt. Am unteren Rand der Fig. 3 ist die Ausgangskontur 16 zu sehen und angedeutet, wie die Anschliffe 12 und 13 den ursprünglichen Drehkörper des Spanneinsatzes 6 mit einer Schneide bzw. nach Einarbeitung der radialen Längsnut 14 mit den Spannzähnen 15 versehen. Anschliffe dieser Art lassen sich selbstverständlich auch umgehen, wenn beispielsweise durch Sintern, Feinschmieden etc. derartige Spannkralleneinsätze 6 bereits in Fertigform hergestellt werden.

Claims (4)

1. Spannkralleneinsätze

• - für Spannbacken (1) von Spannfuttern an Werkzeugmaschinen,
• - bei denen in den Spannbacken (1) Aufnahmeöffnungen (3) vorhanden sind,
• - in welchen die Spannkralleneinsätze (6) mittels sie durchgreifender, lösbarer Befestigungselemente (7) auswechselbar gehaltert sind,
• - wobei die Spannkralleneinsätze (6) aus in die Aufnahmeöffnungen (3) eingesetzten Grundkörpern bestehen,
• - aus deren im Einbauzustand in Richtung der Oberfläche eines Werkstückes (5) weisenden Außenflächen Spannzähne (15) unmittelbar herausgeformt sind,

dadurch gekennzeichnet

• - daß die Spannkralleneinsätze (6) aus Walzenkörpern bestehen, die mit ihrer Längsachse (8) parallel zur Drehachse des Werkstückes (5) in an werkstückzugewandten Kanten (4) der Spannbacken (1) vorgesehene Aufnahmeöffnungen (3) radial einschiebbar und darin drehbeweglich gelagert, aber in ihren Achs- und Querrichtungen formschlüssig abgestützt sind und
• - daß je zwei Spannzähne (15) durch eine zur Längsachse (8) der Einsätze (16) parallele radiale Ausnehmung (14) in ihrer werkstückzugewandten Mantelfläche hergestellt sind.

2. Einsätze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente aus je einer den Spannkralleneinsätzen (6) Bewegungsspiel belassenden, parallel zu ihrer Längsachse (8), aber exzentrisch dazu versetzt angeordneten Befestigungsschraube (7) bestehen,

• - wobei Exzentrizität (9) und Passung so gewählt ist, daß der Einsatz (6) beim Schließen des Spannfutters sich stets mit den Spannzähnen (15) in Richtung zur Oberfläche des Werkstückes (5) selbsttätig einstellt.

3. Einsätze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Einsätze (6) als Walzenkörper mit Kegelstumpfform gestaltet sind, deren kleine Durchmesser (18) etwa bündig mit der Stirnseite der Spannbacken (1) abschließen und
• - daß an deren werkstückzugewandter Manteloberfläche zwei zueinander im Winkel stehende Anschliffflächen (12, 13) quer zur Längsachse (8) angearbeitet sind,
• - in deren Mitte sich die die Spannzähne (15) bildende radiale Längsausnehmung (14) befindet.