DE4422952A1 - Spannwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannwerkzeug mit Spannzange oder Spanndorn zur Halterung eines Werkstückes oder Werkzeuges, mit einem an einem rotierbaren Schaft dreh­ fest angeordneten Grundkörper, der die Spannzange oder den Spanndorn und ein zur Betätigung der Spannzange bzw. des Spanndornes axial verschiebbares Spannorgan aufnimmt.

Derartige Spannwerkzeuge werden in Werkzeugmaschinen in großem Umfange eingesetzt. Da einerseits für das Spann­ werkzeug regelmäßig ein Rotationsantrieb benötigt wird, weil das eingespannte Werkstück bzw. Werkzeug unter Drehung bearbeitet werden bzw. arbeiten soll, und da andererseits im Hinblick auf einen reibungslosen Produk­ tionsablauf ein schneller Wechsel von Werkstück bzw. Werkzeug ermöglicht werden muß, ist der konstruktive Aufwand bei derartigen Spannwerkzeugen in der Regel hoch.

ufgabe der Erfindung ist es nun, eine einfache Konstruk­ tion aufzuzeigen und gleichwohl eine gute Funktion und Handhabbarkeit zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einem Spannwerkzeug der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Spannorgan durch Federkraft in die Einspannung des Werk­ stückes bzw. Werkzeuges erhöhender Richtung gespannt wird und mittels eines am Grundkörper angeordneten pneumatischen Verdrängeraggregates in entgegengesetzter Richtung verschieb­ bar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Spannwerkzeug so auszubilden, daß es das Werkstück bzw. Werkzeug ständig selbsttätig einzuspannen bzw. die Ein­ spannung zu erhöhen sucht und dementsprechend im wesent­ lichen nur beim Ausspannen von Werkstück bzw. Werkzeug Manipulationen erforderlich sind. Das beim Ausspannen zu betätigende fluidische Verdrängerorgan ist erfindungs­ gemäß am Grundkörper, d. h. in unmittelbarer Nachbarschaft von Spannzange bzw. Spanndorn angeordnet, so daß alle beim Wechsel von Werkstück bzw. Werkzeug notwendigen Manipulationen in unmittelbarer Nachbarschaft des Spann­ werkzeuges ausgeführt werden können. Insbesondere braucht der rotierbare Schaft des Grundkörpers keinerlei Möglich­ keiten zur Aufnahme von Betätigungselementen zu bieten, die beim Wechsel von Werkstück bzw. Werkzeug von der Seite des Rotationsantriebes aus betätigt werden müßten.

Beim Wechsel von Werkstück bzw. Werkzeug genügt es, eine pneumatische Druckpistole od. dgl. an einen Druckanschluß des pneumatischen Verdrängerorgans am Grundkörper anzu­ setzen und das Verdrängerorgan mit Druck zu beaufschlagen, während gleichzeitig das Werkstück bzw. Werkzeug ausge­ wechselt wird. Diese Arbeiten können gleichermaßen leicht manuell wie automatisch - durch sogenannte Handhabungs­ geräte - durchgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das nach Art eines Kolbens in einer Axialbohrung des Grundkörpers verschiebbare Spannorgan mit in Axial­ schlitzen des Grundkörpers untergebrachten Übertragungs­ elementen mit einem am Außenumfang des Grundkörpers ange­ ordneten, axial verschiebbaren Stellorgan antriebsver­ bunden sein, welches als Verdränger des pneumatischen Verdrängeraggregates ausgebildet ist.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn am Spann­ organ in den Längsschlitzen des Grundkörpers untergebrachte Hebel angeordnet sind, die um quer zum Verschiebeweg des Spannorgans ausgerichtete Achsen schwenkbar sind und mit ihren radial zum Verschiebeweg beweglichen freien Enden mit am Grundkörper angeordneten schrägen Führungsflächen - insbesondere innerhalb der Axialschlitze - zusammenwirken, derart, daß das Spannorgan bei radialer Einwärtsbewegung der freien Enden der Hebel axial verschoben wird, und wenn auf dem Grundkörper ein hülsenförmiges Betätigungsorgan verschiebbar ist, dessen Innenumfang einen mit den freien Enden der Hebel zusammenwirkenden Innenkonus aufweist, der je nach axialer Verschieberichtung des Betätigungsorgans eine radiale Auswärtsbewegung der freien Enden der Hebel ermöglicht bzw. eine radiale Einwärtsbewegung der freien Enden der Hebel bewirkt.

Das erfindungsgemäße Spannwerkzeug kann also aus vergleichs­ weise einfachen Elementen bestehen.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Er­ läuterung besonders vorteilhafter Ausführungsformen verwiesen, die anhand der Zeichnung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Spannwerkzeuges mit Spannzange und

Fig. 2 einen entsprechenden Axialschnitt eines Spann­ werkzeuges mit Spanndorn.

Gemäß Fig. 1 ist am freien Ende eines rotierbar gelagerten, rohrförmigen Schaftes 1 ein zylindrischer Grundkörper 2 angeordnet, welcher eine den Innenraum des Schaftes 1 fortsetzende, gestufte Axialbohrung aufweist. Der Grund­ körper 2 besitzt Radialbohrungen zur Aufnahme von Stiften 3 und Axialschlitze zur Aufnahme von Schubhebeln 4, deren in Fig. 1 rechte Enden mit Schrägflächen 5 zusammenwirken, die an den in Fig. 1 rechten Enden der Axialschlitze des Grundkörpers 2 ausgebildet sind.

Innerhalb der Axialbohrung des Grundkörpers 2 ist ein Innengewindeabschnitt 6 vorgesehen, in den ein hülsen­ förmiger Einsatz 7 mit einem entsprechenden Außengewinde eindrehbar ist. Der Einsatz 7 besitzt eine kreiszylindrische Axialbohrung, die sich an ihrem in Fig. 1 rechten Ende konusförmig erweitert.

Axial zwischen dem linken Stirnende des Einsatzes 7 und einer davon beabstandeten Ringstufe im Übergangsbereich zwischen Schaft 1 und Grundkörper 2 verbleibt innerhalb des Grundkörpers 2 ein Raum mit gegenüber dem Innendurch­ messer des Einsatzes 7 vergrößertem Innendurchmesser. Dieser Raum ist zu den die Schubhebel 4 aufnehmenden Axialschlitzen des Grundkörpers 2 hin offen. Innerhalb des genannten Raumes ist ein ringstegartiger Kragen einer Spannhülse 8 axial verschiebbar geführt, deren axiale Endbereiche im Schaft 1 bzw. Grundkörper 2 sowie im Einsatz 7 zusätzlich gleitverschiebbar geführt sind.

Die Spannhülse 8 ist fest mit einer in der Axialbohrung des Einsatzes 7 angeordneten Spannzange 9 verbunden, die in der Axialbohrung des Einsatzes 7 axial verschiebbar, jedoch relativ zum Einsatz 7 relativ undrehbar aufgenommen wird. Um die Drehfestigkeit zwischen Einsatz 7 und Spann­ zange 9 zu gewährleisten, kann in entsprechenden Ausnehmun­ gen im Einsatz 7 sowie in der Spannzange 9 eine Paßfeder 10 angeordnet sein. Die zum Einspannen eines nicht darge­ stellten Werkstückes dienenden Spannsegmente 9′ der Spannzange 9 wirken mit dem Konusbereich der Axialbohrung des Einsatzes 7 zusammen, derart, daß sich die Spann­ segmente 9′ gegeneinander annähern, wenn die Spannzange 9 in Fig. 1 nach links verschoben wird.

Zwischen dem Kragen 8′ der Spannhülse 8 und einer benach­ barten Ringstufe im Übergangsbereich zwischen Schaft 1 und Grundkörper 2 sind Druckfedern 11, beispielsweise in Form ringförmiger Tellerfedern, angeordnet, die die Spannhülse 8 in Fig. 1 nach rechts zu schieben suchen.

Auf der von den Druckfedern 11 abgewandten Seite des Kragens 8′ sind weitere Federringe 12 angeordnet, die einen auf dem Außenumfang der Spannhülse 8 axial gleit­ verschiebbar gelagerten Druckring 13 vom Kragen 8′ wegzuschieben suchen. Der Druckring 13 bildet das Schwenk- und Widerlager der Schubhebel 4, d. h. aus der in Fig. 1 dargestellten Lage läßt sich der Druckring 13 nur dann nach rechts verschieben, wenn die freien Enden der Schubhebel 4 auf den Schrägflächen 5 nach radial außen zu gleiten vermögen. Andererseits wird der Druckring 13 nach links gedrängt, wenn die freien Enden der Schubhebel 4 auf den Schrägflächen 5 nach radial einwärts bewegt werden.

Mittels der Stifte 3 ist auf dem Außenumfang des Grund­ körpers 2 ein Zylindergehäuse 14 axial unverschiebbar gehaltert, welches zusammen mit einem Ringkolben 15 ein pneumatisches Verdrängeraggregat bildet, dessen Verdrängerarbeitsraum 16 über einen im Zylindergehäuse 14 angeordneten Lufteinlaß 17 mit Druckluft beaufschlagt bzw. entlüftet werden kann. Der Ringkolben 15 wird durch Schraubendruckfedern 18 in Fig. 1 nach links gedrängt. Diese Schraubendruckfedern 18 sind auf Druckschrauben 19 abgestützt, die in entsprechende Öffnungen eines das in Fig. 1 rechte Stirnende des Zylindergehäuses 14 verschließenden Deckelteiles 20 eingedreht sind.

Der Ringkolben 15 besitzt an seinem Innenumfang einen Konusabschnitt 15′, der mit den freien Enden der Schub­ hebel 4 zusammenwirkt, derart, daß die freien Enden nach radial einwärts verschoben werden, wenn der Ring­ kolben 15 in Fig. 1 nach links verlagert wird. Sobald der Ringkolben 15 aus der dargestellten linken Endlage nach rechts verschoben wird, erhalten die freien Enden der Schubhebel 4 eine zunehmende radiale Beweglichkeit.

Die dargestellte Anordnung funktioniert wie folgt:
Wird der Verdrängerarbeitsraum 16 über den Lufteinlaß 17 mit Druckluft hinreichenden Druckes beaufschlagt, so wird der Ringkolben 15 gegen die Kraft der Schrauben­ druckfedern 18 aus der dargestellten linken Endlage nach rechts verschoben, mit der Folge, daß den freien (rechten) Enden der Schubhebel 4 innerhalb des Konus­ abschnittes 15′ des Ringkolbens 15 zunehmend radialer Bewegungsraum gegeben wird. Da die freien Enden der Schubhebel 4 durch die Druckfedern 11 sowie die Feder­ ringe 12, welche die Spannhülse 8 bzw. den Druckring 13 nach rechts zu schieben suchen, nach rechts gegen die Schrägflächen 5 gedrängt werden, verlagern sich die Schubhebel 4 bei radialer Auswärtsbewegung zwangs­ läufig nach rechts, wobei gleichzeitig auch die Spann­ hülse 8 und der Druckring 13 eine Verschiebebewegung nach rechts ausführen. Die Federcharakteristiken der Druckfedern 11 sowie der Federringe 12 sind so einge­ stellt, daß hierbei die Spannhülse 8 eine vergleichs­ weise große Längsverschiebung relativ zum Grundkörper 2 ausführen kann, während die Relativverschiebung zwischen Spannhülse 8 und Druckring 13 im Vergleich dazu gering bleibt. Um dies zu gewährleisten, sind die Druckfedern 11 mit Vorspannung angeordnet und derart ausgebildet, daß sie vergleichsweise große Federhübe ausführen können und dabei ihre Federkräfte relativ wenig ändern. Dagegen sind die Federringe 12 vergleichsweise steif und so ausgebildet, daß sie bereits nach geringem Ausfederungs­ hub einen völlig entspannten Zustand erreichen. Aufgrund der erwähnten Verschiebung der Spannhülse 8 nach rechts wird auch die Spannzange 9 nach rechts bewegt, mit der Folge, daß die Spannsegmente 9′ im Zusammenwirken mit dem Konusabschnitt der Axialbohrung des Einsatzes 7 federnd nach radial außen ausweichen.

Wird nachfolgend der Verdrängerarbeitsraum 16 entlüftet, so drängen die Schraubendruckfedern 18 den Ringkolben 15 nach links, mit der Folge, daß die freien Enden der Schubhebel 4 im Zusammenwirken mit dem Konusabschnitt 15′ des Ringkolbens 15 nach radial einwärts gedrängt werden, wobei die Schubhebel 4 durch Zusammenwirken ihrer freien Enden mit den Schrägflächen 5 nach links verlagert werden. Dies führt zwangsläufig dazu, daß auch der Druckring 13 sowie die Spannhülse 8 gegen die Kraft der Druckfedern 11 sowie der Federringe 12 nach links verlagert werden und die Spannhülse 8 entsprechend mitgezogen wird. Damit bewegen sich die Spannsegmente 9′ nach radial einwärts.

Zwischen den Spannsegmenten 9′ läßt sich somit ein Werkstück od. dgl. einspannen.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 zunächst darin, daß im Einsatz 7 ein Spanndorn 21 axial fest gehaltert ist, dessen Spannsegmente 21′ federnd nach radial außen gedrängt werden können. Dazu umschließen die Spannseg­ mente 21′ eine konusförmige Öffnung, in der der konus­ förmige Kopf eines Ankers 22 aufgenommen ist, der durch Verschraubung mit einem in der Spannhülse 8 fest ange­ ordneten Adapterteil 23 verbunden ist. Axialbewegungen der Spannhülse 8 bewirken also eine entsprechende Axialbewegung des Ankers 22, so daß dessen Kopf nach Art eines Dübels die Spannsegmente 21′ des Spanndornes 21 bei Verschiebung des Ankers 22 nach links nach radial außen drängt. Dementsprechend kann der in die Öffnung eines Werkstückes od. dgl. einschiebbare Spanndorn 21 mit einem Werkstück verspannt werden.

Bei Verschiebung der Spannhülse 8 nach rechts und ent­ sprechender Verschiebung des Ankers 22 Verstellen sich die Spannsegmente 21′ federnd nach radial einwärts und geben das Werkstück frei.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen können Schaft 1 und Grundkörper 2 zu einem einstückigen Teil zusammengefaßt sein, welches sich mit relativ geringem Aufwand in höchster Präzision herstellen läßt. Alle übrigen Elemente brauchen in bzw. auf dieses Teil im wesentlichen nur axial ein- bzw. aufgeschoben zu werden.

Da die Schrägflächen 5 relativ zu einer Radialebene des Grundkörpers 2 und der Konusabschnitt 15′ relativ zur Umfangsfläche des Grundkörpers 2 nur einen geringen Neigungswinkel haben, lassen sich mit den Schubhebeln 4 bei Axialverschiebung des Kolbens 15 sehr große Schub­ kräfte erzeugen, und zwar auch dann, wenn die Druckkräfte der Federn 18 relativ gering sind. Diese großen Schub­ kräfte führen zu nochmals vergrößerten Spannkräften am Werkstück oder Werkzeug, da die Spannsegmente 9′ bzw. 21′ mit Konusflächen geringer Konizität am Einsatz 7 bzw. am Anker 22 zusammenwirken. Insgesamt tritt also eine extreme Kraftübersetzung auf.

In Spannlage der Spannsegmente 9′ bzw. 21′ liegen die freien Enden der Schubhebel 4 an einem zylindrischen Bereich des Innenumfanges des Ringkolbens 15 an und können deshalb keinerlei Kräfte erzeugen, die den Ring­ kolben 15 entgegen der Kraft der Druckfedern 18 drängen könnten. Die Spannlage ist also zwangsläufig gesichert.

In der Regel ist es zwar zweckmäßig, das Zylinderge­ häuse 14 und den Ringkolben 15 als pneumatisches Ver­ drängerorgan auszubilden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, ein hydraulisches Verdrängerorgan vorzu­ sehen.

Claims (7)

1. Spannwerkzeug mit Spannzange oder Spanndorn zur Halterung eines Werkstückes oder Werkzeuges, mit einem an einem rotierbaren Schaft drehfest ange­ ordneten Grundkörper, der die Spannzange oder den Spanndorn und ein zur Betätigung der Spannstange bzw. des Spanndornes axial verschiebbares Spann­ organ aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannorgan (8) durch Federkraft (18) in die Einspannung des Werkstückes bzw. Werkzeuges erhöhender Richtung gespannt wird und mittels eines am Grundkörper (2) angeordneten fluidischen, ins­ besondere pneumatischen Verdrängeraggregates (14, 15) in entgegengesetzter Richtung verschiebbar ist.

2. Spannwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckpistole am Grundkörper (2) bzw. an einem damit verbundenen Teil (14) zur Betätigung des Verdrängeraggregates (14, 15) ansetzbar ist.

3. Spannwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Art eines Kolbens in einer Axialbohrung des Grundkörpers (2) verschiebbare Spannorgan (8) mit in Axialschlitzen des Grundkörpers (2) unter­ gebrachten Übertragungselementen (4) mit einem am Außenumfang des Grundkörpers (2) angeordneten, axial verschiebbaren Stellorgan (15) antriebsver­ bunden ist, welches als Verdränger des pneumatischen Verdrängeraggregates ausgebildet ist.

4. Spannwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannorgan (8) in den Längsschlitzen des Grundkörpers (2) Untergebrachte Hebel (4) ange­ ordnet sind, die um quer zur Verschieberichtung des Spannorgans (8) ausgerichtete Achsen schwenkbar sind und mit ihren radial zur Verschieberichtung beweglichen freien Enden mit am Grundkörper (2) angeordneten schrägen Führungsflächen (5) zusammen­ wirken, derart, daß das Spannorgan (8) bei radialer Einwärtsbewegung der freien Enden der Hebel (4) axial verschoben wird, und daß auf dem Grundkörper (2) ein hülsenförmiges Betätigungsorgan (15) axial ver­ schiebbar ist, dessen Innenumfang einen mit den freien Enden der Hebel (4) zusammenwirkenden Innen­ konus (15′) aufweist, der je nach axialer Verschieberich­ tung des Betätigungsorgans (15) eine radiale Auswärtsbe­ wegung der freien Enden der Hebel (4) ermöglicht bzw. eine radiale Einwärtsbewegung dieser freien Enden bewirkt.

5. Spannwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan als Kolben (15) des pneu­ matischen Verdrängeraggregates (14, 15) angeordnet ist.

6. Spannwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (15) durch Federn (18) in einer Richtung beaufschlagt wird, in der eine Verschiebung des Betätigungsorgans (15) zu einer radialen Einwärtsbewegung der freien Enden der Hebel (4) führt.

7. Spannwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannorgan (8) mittels Feder (11) in solcher Verschieberichtung gedrängt wird, in der die freien Enden der Hebel (4) von den Führungs­ flächen (5) nach radial auswärts geführt werden.