DE4315612A1 - Spannwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannwerkzeug gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Die bekannten Spannzangen weisen im allgemeinen mindestens drei Spannbacken auf, deren radialer Querschnitt jeweils etwa die Form eines Kreisringsektors besitzt und deren Außenflächen Druckflächen bilden, die auf einer gemeinsamen Kegelfläche liegen. Die die Spannbacken umgebende Druckhülse weist an ihrer Innenseite eine zu den Außenflächen passende konische Druckfläche auf. Jede Spannbacke ist über eine Feder mit einem rückwärtigen Bund derart verbunden, daß durch die Federwirkung die Spannbacken senkrecht zur Dreh­ achse nach außen gedrückt werden. Die Druckhülse ist ihrer­ seits in axialer Richtung in der hohlen Drehspindel des Drehautomaten oder einer ähnlichen Bearbeitungsmaschine verschiebbar gelagert. Auf das vordere Ende der Spindel kann eine Überwurfmutter aufgeschraubt sein, welche im Bereich der Spannbacken eine entsprechende Ausnehmung besitzt. Zum Spannen der Spannzangen wird die Druckhülse axial verscho­ ben. Zum Öffnen der Spannzange wird die Druckhülse ent­ lastet, so daß die federbelasteten Spannbacken mit ihren konischen Außenflächen die Druckhülse nach hinten verschie­ ben können.

Bei den bisher bekannten Spannvorrichtungen weisen die konischen Außenflächen der Spannbacken gegenüber der Dreh­ achse einen steileren Winkel als die konischen Innenflächen der Druckhülse auf. Im allgemeinen liegt der Winkel etwa bei 30°. Dieser große Winkel ist notwendig, um ein sicheres selbsttätiges Öffnen der Spannzangen zu gewährleisten. Die Winkeldifferenz beträgt im allgemeinen 0,5°. Der Winkel­ unterschied ist notwendig, um ein Verklemmen von Druckhülse und Spannzange zu verhindern. Der Winkelunterschied führt jedoch dazu, daß sich die vorderen Enden der Druckhülse in die Druckfläche der Spannbacken eingraben. Dies hat nach längerer Benutzungsdauer, insbesondere bei häufigem Werk­ stückwechsel, erhebliche Funktionsstörungen zur Folge. Der sichere Sitz der Spannzange in der Druckhülse ist nicht mehr gewährleistet. Es können Unwuchten auftreten und die Spann­ kraft wird verringert. Die fast linienförmige Anlage der Druckhülse an den Spannbacken aufgrund des Winkelunter­ schieds führt zu einer Reduzierung der Spannkraft und außer­ dem dazu, daß das Werkstück nur in einem kleinen Bereich von den Spannbacken gehalten wird, was zu Schwingungen des Werkstückes bei Umlaufführen kann. Um diese Schwingungen zu vermeiden, werden Doppelspannzangen eingesetzt, bei denen zwei Spannzangen hintereinander angeordnet sind. Diese Doppelspannzangen sind aufwendiger im Aufbau und damit sehr teuer. Sie sind deshalb auch nicht sehr gebräuchlich. Die bekannten Spannzangen sind aus einem sehr hartem Material gefertigt, damit trotz der linienförmigen Anlage von Druck­ hülse und Spannzange eine genügend große Spannkraft erreicht werden kann. Die Feder als Teil der Spannzange besteht ebenfalls aus diesem harten wenig elastischen Material. Bei einer häufigen Belastung der Feder führt dies leicht zu Rissen, im Extremfall sogar zum Brechen der Feder.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Spannwerkzeug bestehend aus einer Druckhülse und Spannzange zu schaffen, das die o. g. Nachteile nicht besitzt, die insbesondere einfach herzustellen ist, die ein einwandfreies und selbst­ tätiges öffnen der Spannbacken gewährleistet und die ein schwingungsfreies Halten des Werkstückes ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die konischen Außen- bzw. Innenflächen durch ebene Druck­ flächen ersetzt werden und, daß der Neigungswinkel dieser Flächen zur Drehachse gleich und geringer als bei herkömmli­ chen Spannwerkzeugen ist. Durch den gleichen Neigungswinkel wird erreicht, daß die Druckflächen nicht linienförmig, sondern flächenmäßig aneinander anliegen. Damit ergibt sich eine gleichmäßige Druckverteilung und das Werkstück wird über einen längeren Bereich gehalten. Schwingungen des Werkstücks werden somit vermieden. Außerdem können weichere Materialen für die Spannzange verwendet werden, was die Lebensdauer der Feder erheblich erhöht. Durch den geringeren Neigungswinkel wird erreicht, daß bei gleichem Spanndruck mehr Spannkraft in die gewünschte axiale Richtung wirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 Druckhülse mit eingesetzter Spannzange in Längsan­ sicht, teilweise geschnitten,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 3 Druckhülse mit zurückgefahrener Spannzange in der Darstellung gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 Vorderansicht der Druckhülse mit vergrößertem Ausschnitt.

Die Druckhülse 1 besteht im wesentlichen aus einem zylinder­ förmigen Hohlkörper mit einem Kopfteil 2. Im Bereich des Kopfteils 2 erweitert sich der Innenraum der Druckhülse 1 konusförmig. Diese konusförmige Erweiterung weist drei ebene Führungs- und Druckflächen 24 auf (Fig. 4), welche in einem Winkelabstand von 120° symmetrisch zur Längsachse der Druck­ hülse 1 angeordnet sind.

Der Winkel α zwischen der Drehachse und der Mittellinie 24a bzw. jeder Fläche 24 beträgt 20°. Die Druckhülse 1 ist spiegelsymmetrisch zu jeder Ebene, die eine der Mittellinien 24a und die Drehachse enthält. Zwischen den Druckflächen 24 liegen jeweils konusförmige Abschnitte 22. Die Druckflächen 24 ragen geringfügig in den Innenraum des Kopfes 2 der Druckhülse 1 hinein (Ausschnitt Fig. 4), so daß die Seiten­ begrenzungslinien 32 der Druckflächen 24 nicht exakt auf den angrenzenden Abschnitten 22 verlaufen. So entsteht bei eingesetzter Spannzange im Bereich der konusförmigen Ab­ schnitte 22 ein kleiner Spalt zwischen Druckhülse und Spann­ zange.

Fig. 1 zeigt eine aus der Druckhülse 1 ausgefahrene Spann­ zange 5. Die Spannzange 5 weist ebenfalls eine 120° Spiegel­ symmetrie auf. Die Spannzange 5 weist an ihrem hinteren Ende einen Bund 15 auf, welche der Führung der Spannzange inner­ halb der Druckhülse 1 dient. Die äußere Wandfläche des Bundes 15 liegt an der Innenwand der Druckhülse 1 an. An den Bund 15 schließt sich ein Zylinder 17 an, der in den Spann­ zangenkopf 40 übergeht. Der Zylinder 17 weist drei ovale Ausnehmungen 20 auf, an welche sich Schlitze 16 anschließen, die den Spannzangenkopf 40 radial durchsetzen. Der Spannzan­ genkopf 40 wird durch die Schlitze 16 in drei Spannbacken 10 geteilt, welche über die von den Ausnehmungen 20 und die Schlitze 16 begrenzte äußerst starke, in radialer Richtung wirkende Federn mit dem Bund 15 elastisch federnd verbunden sind.

Die Innenflächen 26 (Fig. 2) des Spannenzangenkopfs 40 bilden eine zylinderförmige Aufnahme für das zu bearbeitende Werkstück, in der Regel Rundmaterial. Sie weisen ein gitter­ förmiges Raster auf und liegen im gespannten Zustand der Spannzange über den gesamten Bereich des Spannzangenkopf es am Werkstück an.

Die Außenflächen des Spannzangenkopfs 40 weisen konusförmige Abschnitte 23 auf, an welche sich ebene Außenflächen 18 anschließen, die als Gleit- und Druckflächen dienen. Der Neigungswinkel α der Mittelinien 18a bzw. der Flächen 18 gegenüber der Drehachse entspricht dem Neigungswinkel α der Führungs- und Druckfläche 24 des Druckhülsenkopfteils 2. In den Schlitzen 16 sitzen in zylinderförmigen Erweiterungen Gummistopfen 12, welche einerseits verhindern, daß Schmutz­ teile in den rückwärtigen Innenbereich der Druckhülse gelan­ gen. Andererseits werden diese beim Spannen der Spannzange zusammengepreßt und erhöhen dadurch die Federkraft.

Im folgenden ist die Funktionsweise der Spannzange 5 näher erläutert. Zum Einspannen des Werkstückes wird die Druck­ hülse 1 mittels einen nicht dargestellten Mechanismus vorge­ schoben, bis ihre Führungs- und Druckflächen 24 an den ebenen Außenflächen 18 der Spannzange 5 anliegen. Da beide Fläche jeweils den gleichen Neigungswinkel α aufweisen, liegen sie flächig aneinander an. Zwischen den Abschnitten des Innenkonus 22 und den konusförmigen Abschnitten 23 der Spannzangen 5 bleibt ein Luftspalt, so daß die Abschnitte nicht aneinander anliegen. Durch weiteres Verschieben der Druckhülse 1 in Richtung des Pfeils werden die Spannbacken 10 radial einwärts gedrückt und spannen damit das Werkstück ein, wobei sie über der gesamten Länge der Innenflächen 26 auf der Oberfläche des zylindrischen Werkstückes aufliegen. Zum Öffnen der Spannzange 5 wird die Druckhülse 1 entlastet. Aufgrund der Federwirkung der Spannbacken wird die Druck­ hülse 1 automatisch entgegen der Pfeilrichtung bewegt.

Claims (6)

1. Spannwerkzeug zum Einspannen von Rundmaterial an der Spindel einer Drehmaschine, bestehend aus einer Spann­ zange mit wenigstens drei drehspiegelsymmetrisch angeord­ neten Spannbacken und einer auf der Spannzange axial verschiebbaren Druckhülse, wobei die aufeinander liegen­ den Druckflächen der Spannbacken und der Spannhülse gegenüber der Mittelachse spitzwinklig geneigt sind und die Spannbacken, welche über radial wirkende Federsteige mit einem innerhalb der Druckhülse verschiebbaren Ring­ bund versehen sind, eine zylindrische Werkstückaufnahme bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (10) eine ebene, symmetrisch in einem Teilbereich der Spann­ backenaußenfläche angeordnete Druckfläche (18) aufweist, daß die Druckhülse (1) den Druckflächen (18) der Spann­ backen entsprechende ebene Druckflächen (24) aufweist, wobei die Druckflächen (18, 24) der Spannbacken (18) und der Druckhülse (1) gegenüber der Mittelachse gleiche Neigungswinkel (α) besitzen und flächig verschiebbar aneinander liegen, während auch bei geschlossener Spann­ zange die zwischen den Druckflächen gelegenen Flächen der Druckbacken und Druckhülse nicht miteinander in Berührung gelangen.

2. Spannwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Druckflächen (24) der Druckhülse (1) gelegenen Flächen (22) Teil der Mantelfläche eines Kreis­ kegels sind, dessen Radien jeweils größer sind als die in der gleichen Ebene wie der jeweilige Radius gelegene längste Strecke zwischen der Druckfläche (24) und dem auf der Mittellinie gelegenen Kreismittelpunkt.

3. Spannwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Druckflächen (18) der Spannbacken gelegenen Flächen (23) Teil der Mantelfläche eines Kreis­ kegels sind.

4. Spannwerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckflächen (18, 24) der Spannbacken (10) bzw. der Druckhülse (24) etwa gleich groß wie die zwischen den Druckflächen gelegenen Flächen (22, 23) sind.

5. Spannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α zwischen den Druckflächen und der Mittelachse weniger als 30°, vor­ zugsweise 20°, beträgt.

6. Spannwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange sechs Druckbacken mit Druckflächen und die Spannhülse sechs diesen zugeordnete Druckflächen aufweist.