DE4138974A1 - Spannvorrichtung fuer ein mit einem hohlschaft versehenes werkzeug, werkstueck oder maschinenteil - Google Patents
Spannvorrichtung fuer ein mit einem hohlschaft versehenes werkzeug, werkstueck oder maschinenteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
ersten Patentanspruches.
Es sind bereits Kupplungsvorrichtungen zwischen Werkstück- oder Werkzeug
trägerteilen, z. B. dem Hohlschaft eines Werkzeuges, und Handhabungs
einrichtungen, z. B. der Hauptspindel einer Werkzeugmaschine, bekannt
(DE-PS 38 07 140), die sich dadurch kennzeichnen, daß sie mindestens
drei klammerartige Spannklauen aufweisen, die im angekuppelten Zustand
unter Einleitung einer hohen Spannkraft radial in eine nutartige
Ausnehmung drückbar sind.
Nachteilig wirkt sich beim vorbekannten Stand der Technik allerdings aus,
daß bereits während des Schwenkvorganges der Spannklauen eine hohe Spann
kraft einerseits auf die nutartige Ausnehmung des Hohlschaftes und
andererseits auf die Planfläche der hauptspindelseitig festgelegten
Klauen übertragen wird. Da die kraftaufnehmenden Flächen der Spannklauen
allerdings erst bei Beendigung des Schwenkvorganges großflächig an den
entsprechenden Gegenflächen des Hohlschaftes und der Hauptspindel an
liegen, ergeben sich während des Schwenkvorganges nur Punktberührungen,
obwohl bereits hohe Kräfte übertragen werden. Die Folge sind kaum
beherrschbare Flächenpressungen, die im Hinblick auf eine dauerhafte
Funktion äußerst nachteilig sind.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten müßten entweder bessere Werkstoffe
oder bekannte Verfahren zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften Anwen
dung finden. Selbst wenn es entsprechend behandelte Werkstoffe gäbe, die
dieser Beanspruchung dauerhaft standhielten, würde das einen nicht
unerheblichen Aufwand bedeuten. Während die höheren Fertigungskosten
für die Spannvorrichtung und die Hauptspindel nur einmal pro Maschine
anfielen, verteuerte sich jedes einzelne Werkzeug wesentlich. So ist zu
erklären, daß die die Hohlschaftwerkzeuge beschreibende Norm keine
besonderen Vorschriften oder Hinweise enthält, die aus spannkraft
bedingten Anforderungen der Spannvorrichtung an das Werkzeug herrühren.
Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Vorrichtung ist die, wenn auch
geringe, Relativbewegung in der Kontaktstelle zwischen der Klaue und der
nutartigen Ausnehmung im Hohlschaft. Da die Spannklauen wie schon erwähnt,
während des Schwenkvorganges bereits hohe Kräfte übertragen, werden die
bereits im Eingriff befindlichen Kontaktstellen hohen Reibungskräften und
damit erhöhtem Verschleiß ausgesetzt. Die Maßtoleranzen werden mit
zunehmendem Verschleiß überschritten, was im Endeffekt dazu führen kann,
daß trotz konstanter Betätigungskraft der Spannstange die Spannkraft bis
auf null abfällt, ohne daß dieser gefährliche Zustand frühzeitig erkannt
werden kann.
Ein weiterer Nachteil neben der bereits angesprochenen hohen Flächenpressung und
der Verschleißempfindlichkeit ist die Empfindlichkeit der Kupplungs
vorrichtung gegenüber den Toleranzen des Hohlschaftes des Werkzeuges, die
von der vorbekannten Vorrichtung nur begrenzt aufgefangen werden können.
Als letzter Nachteil sei erwähnt, daß es beim Ein- und Ausbau dieser
bekannten Vorrichtung jeweils erforderlich ist, diese in ihre Bestandteile
zu zerlegen und die Bestandteile jeweils nacheinander zu montieren bzw.
zu demontieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Spann
vorrichtung für ein mit einem Hohlschaft versehenen Werkzeug, Werkstück
oder Maschinenteil zu schaffen, die verschleißbehaftete Relativbewegungen
und Punktberührungen zwischen den an der Einspannung beteiligten Bau
teilen unter Zulassung größerer Längentoleranzen des Hohlschaftes
vermeidet und einfach ein- und ausbaubar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerk
malen erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patent
anspruches 1 angegebene technische Lehre vermittelt.
Als vorteilhaft ist hier zunächst hervorzuheben, daß die Spannklauen,
bevor sie mit einer axialen Kraft beaufschlagt werden, in eine mit
Axialspiel behaftete Eingriffslage gebracht und während des Spann
vorganges darin gehalten werden, so daß nach Überwindung des Axial
spieles und bei einsetzendem Kraftaufbau alle beteiligten Flächen
vollflächig aufeinander aufliegen und keine Relativbewegungen zwischen
Spannklauen, Werkzeug und Hauptspindel stattfinden. Das zu Beginn des
Spannvorganges noch bestehende Spiel erlaubt es, größere Längentoleranzen
des Hohlschaftes noch funktionssicher zu überbrücken. Besondere Maßnahmen
betreffend Werkstoff, Warmbehandlung oder Oberflächengüte in bezug auf
das Werkzeug, die Spannvorrichtung oder die Hauptspindel können gänzlich
entfallen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 obere Hälfte: die Vorrichtung in Spannstellung,
untere Hälfte: die Vorrichtung in Lösestellung,
Fig. 2 die Vorrichtung vor Beginn des Spannkraftaufbaus,
Fig. 3 die Vorrichtung in Montage- bzw. Demontagestellung,
Fig. 4 eine Spannklauenversion mit in Durchgangsausnehmung angeordnetem
Teilgetriebe,
Fig. 5 eine Spannklauenversion mit in seitlichen Ausnehmungen ange
ordneten Keilgetrieben.
Die Spannvorrichtung setzt sich in ihren Hauptbestandteilen aus einem
Gehäuse 2, das hier dem einer Hauptspindel entspricht und einer Spann
stange 3 zusammen, die aus der Betätigungsstange 23 und dem Spanndorn 4
besteht, weiterhin aus einer oder mehreren radial um den Spanndorn 4 ange
ordneten Spannklauen 5, einem oder mehreren durch die Spannklauen 5 durch
greifenden Keilgetrieben, die jeweils aus einem Keilstück 8 und einem
Druckstück 9 bestehen, sowie aus einer durch eine Feder 22 belasteten
Kegelhülse 10 und aus einem auf der Betätigungsstange 23 angeordneten,
als Kraftspeicher 6 dienenden Tellerfederpaket.
Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform des Gegenstandes der
Erfindung wird in der Fig. 3 in einer Montage- bzw. Demontagestellung
gezeigt. Um den Ein- und Ausbau der Vorrichtung zu erleichtern, ist im
Spanndorn 4 eine Ausdrehung 17 vorhanden, in die alle Druckstücke 9 und
alle Keilstücke 8 unter Wirkung der die Druckstücke umfassenden ring
förmigen Zugfeder 18 radial nach innen ausweichen können, wenn der Spann
dorn 4 von der Betätigungsstange 3 gelöst ist und sich in der entspre
chenden axialen Position befindet. Weiterhin sind in jeder Spannklaue 5
Bohrungen 19 vorhanden, in die eine einfache Montagehilfe eingreifen kann.
Diese nicht dargestellte Montagehilfe richtet die Spannklauen 5 achs
parallel aus und gewährleistet zusammen mit dem Federelement 18 den
Zusammenhalt aller Bauteile um den in der Mitte liegenden Spanndorn 4.
Auf diese Weise ist der einfache Ein- und Ausbau der kompletten Vorrichtung
möglich, ohne die Vorrichtung in ihre Bestandteile zu zerlegen und diese
umständlich nacheinander montieren bzw. demontieren zu müssen.
Unabhängig von Spanndorn, Spannklauen und Keilgetrieben wird die von
einer Feder 22 kraftbeaufschlagte Kegelhülse 10 montiert, sie weist zu
diesem Zweck ein Hilfsgewinde in der Bohrung auf.
In der Lösestellung der Vorrichtung sind, wie in der unteren Hälfte der
Fig. 1 dargestellt, die Spannklauen 5 unter Wirkung der federbetätigten
Kegelhülse 10 in Richtung der Mittelachse in einen kegelig ausgedrehten
Abschnitt 24 des Spanndornes 4 eingeschwenkt und erlauben so das Aus
wechseln des zu spannenden Teiles 1. Um in diese Stellung zu gelangen,
muß die Betätigungsstange 23 und der mit ihr verbundene Spanndorn 4 von
außen gegen die Schulter 11 in dem Gehäuse 2 der Hauptspindel bewegt
werden. Der Spanndorn 4 bleibt in dieser Stellung, bis ein anderes Werkzeug
in die Hauptspindel eingewechselt worden ist. Darauf bewegt sich unter der
Wirkung des Kraftspeichers 6 der Spanndorn 4 in entgegengesetzter Richtung,
wobei zunächst die Spannklauen 5, geführt durch den Kegelabschnitt 12 des
Spanndorns 4 ausschwenken, bis sie auf dem Zylinderabschnitt 13 des Spann
dorns 4 aufliegen.
In dieser Phase des Spannvorganges, die in der Fig. 2 dargestellt ist,
weisen die Wirkflächen 14 der Spannklauen 5 ein deutlich zu erkennendes
axiales Spiel gegenüber den Wirkflächen 15 des Hohlschaftes 1 auf. Erst
wenn im weiteren Verlauf des Spannvorganges dieser Abstand überwunden ist
und die Spannklauen 5 mit ihren Flächen 14 axial spiel frei an den
Flächen 15 des Hohlschaftes 1 und mit ihren Flächen 25 radial spielfrei
am Zylinderabschnitt 13 des Spanndornes 4 anliegen, beginnt der Kraftaufbau
durch die Kraftverstärkung im Keilgetriebe. Dabei drückt der Kegel
abschnitt 7 des Spanndorns 4 das Keilstück 8 in den Keilspalt zwischen
Druckstück 9 und Spannklaue 5. Die axialen Reaktionskräfte des Keil
stückes 8 stützen sich einerseits über das Druckstück 9 an einer haupt
spindelseitigen Schulter 16 und andererseits über die Spannklaue 5 am
Hohlschaft 1 des zu spannenden Teiles ab. Damit ist der Kraftfluß
zwischen dem Hohlschaft 1 des zu spannenden Teiles und dem Gehäuse 2
der Arbeitsspindel über die Spannklauen 5 geschlossen und das zu
spannende Teil mit hoher Spannkraft sicher gespannt. Diese Phase ist in
der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt.
Die Anzahl der verwendeten Spannklauen wird üblicherweise drei oder mehr
betragen, jedoch sind auch Ausführungsbeispiele mit nur zwei Spannklauen
denkbar.
Zur Erzeugung der axialen Spannkraft besteht zum einen die Möglichkeit,
die Spannstange mit nicht in den Figuren dargestellten Wirkflächen
auszurüsten, die unmittelbar mit den Spannklauen zusammenwirken, oder
rum anderen ein oder mehrere Keilgetriebe zwischenzuschalten, um eine
Kraftverstärkung zu erzielen. Ein solches kann, wie in der Fig. 4 darge
stellt, in einer langlochförmigen Ausnehmung 20 einer Spannklaue 5 beweg
lich angeordnet sein oder aber, wie in der Fig. 5 dargestellt, in seit
lichen, beiderseits angeordneten Aussparungen 12 einer Spannklaue 5 ein
greifen.
An der Erzeugung der axialen Spannkräfte sind also keine Flächen des zu
spannenden Teiles und der Hauptspindel unmittelbar beteiligt. Das Werkzeug
unterliegt daher keinem aus der Krafteinleitung resultierenden Verschleiß,
da es von der Spannkraft nur axial belastet wird. Die Schwenkbewegung der
Spannklauen beim Spannen ist vollständig abgeschlossen, bevor die Kraft
verstärkung beginnt. Beim Entstehen der hohen Spannkraft infolge der Kraft
verstärkung stehen, im Gegensatz zur Punktberührung der vorbekannten
Ausführungen, ausreichend große Flächen zur Verfügung, die eine geringe
Flächenpressung gewährleisten. Geringe Flächenpressung bedeutet geringe
Verschleißempfindlichkeit und sichere dauerfeste Funktion. Außerdem er
laubt es das vor Beginn der Krafteinleitung vorhandene und aus Fig. 2
zu ersehende axiale Spiel größere Längentoleranzen des Hohlschaftes
funktionssicher zu überbrücken. Werkstoff, Warmbehandlung und
Oberflächengüte von Werkzeug und Hauptspindel haben keinen Einfluß auf
die Kraftverstärkung und deren Wirkungsgrad und können somit rein auf
die technologischen Bedürfnisse von zu spannendem Teil und Hauptspindel
abgestimmt werden. Der Ein- und Ausbau der Vorrichtung ist einfach, da
die Vorrichtung zu diesem Zweck nicht in ihre Bestandteile zerlegt
werden muß.
Claims (10)
1. Spannvorrichtung für ein mit einem Hohlschaft versehenes Werkzeug,
Werkstück oder Maschinenteil, bestehend aus einem Gehäuse mit einer in
diesem axial beweglich geführten Spannstange und radial zu dieser
angeordneten Spannelementen, wobei als Spannklauen gestaltete Spann
elemente in den Hohlschaft eingreifen und dort auf Wirkflächen auf
liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann
stange (3) mindestens eine Funktionsfläche (12) aufweist, mit der
die in der Lösestellung eingeschwenkten Spannklauen (5) in einen zur
Wirkfläche (15) des Hohlschaftes (1) axialspielbehaftete Eingriffs
lage bringbar sind und daß die Spannstange (3) eine oder mehrere
weitere Funktionsflächen aufweist, mit denen die von der Spann
stange (3) in der Eingriffslage gehaltenen und nach Überwindung des
Axialspiels großflächig und relativbewegungsfrei auf der Wirkfläche
(15) des Hohlschaftes (1) aufliegenden Spannklauen (5) unmittelbar
oder unter Zwischenschaltung kraftverstärkender Mittel in axialer
Richtung spannbar sind.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
Bereich der weiteren Funktionsflächen der Spannstange (3) kraft
verstärkende Keilgetriebe (8, 9) angeordnet sind, die von einer
Funktionsfläche (7) der Spannstange (3) mit Kraft beaufschlagbar
sind und die sich am Gehäuse (2) und in axialer Spannrichtung an den
Spannklauen (5) abstützen.
3. Spannvorrichtung nach einem oder beiden der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannklauen (5) sich diametral
gegenüberliegend um die Spannstange (3) angeordnet sind.
4. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (3) zweiteilig ausgeführt
ist und sich aus einem, dem zu spannenden Teil zugewandten und die
Funktionsflächen (7, 12, 13) aufweisenden Spanndorn (4) und einer
Betätigungsstange (23) zusammensetzt.
5. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannklauen (5) in Eingriffslage
bringende und darin haltende Teil der Spannstange an deren, dem zu
spannenden Teil zugewandten Ende angeordnet ist und zunächst einen
zylindrischen Abschnitt (13) aufweist, dem ein durchmesservermindernder
Abschnitt (12) folgt, dem sich wiederum ein durchmesservergrößernder
Abschnitt (24) anschließt.
6. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsfläche (7) der Spannstange für
das Keilgetriebe aus einem sich in Spannrichtung durchmesserver
mindernden Kegelabschnitt (7) besteht, dem ein oder mehrere Keilstücke
(8) des Keilgetriebes zugeordnet ist bzw. sind.
7. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannklauen (5) radial durchgängige
Ausnehmungen (20) oder seitliche Ausnehmungen (21) aufweisen, in die
die kraftverstärkenden Mittel eingreifen.
8. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannklauen (5) an ihren, dem zu
spannenden Teil zugewandten Seiten auf der Innenseite einen zylindri
schen Abschnitt (25) mit einem dem Zylinderabschnitt (13) der Spann
stange entsprechenden Durchmesser aufweisen.
9. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (9) des Keilgetriebes durch
eine ringförmige Zugfeder (18) auf dem Spanndorn zusammengehalten
werden.
10. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spanndorn (4) zur Montage und
Demontage der Spannvorrichtung über eine die Druckstücke (9) und die
Keilstücke (8) aufnehmende Ausdrehung (17) verfügt und die Spannklauen
(5) axiale Bohrungen (19) aufweisen.
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