DE4440697C2 - Spannfutter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter mit einem Futterkörper und einer durch ein Axialkrafterzeugungselement axial beaufschlagten, im Futterkörper gegen Keilflächen verschiebbaren axial geschlitzten Spannhülse mit Gegen­ keilflächen zur Halterung eines zylindrischen Werkzeugschaftes, wobei am Futterkörper und an der Spannhülse jeweils mehrere axial beabstandete Spannkegelabschnitte angeordnet sind.

Bei Spannfuttern besteht grundsätzlich die Schwierigkeit, daß z. B. aufgrund unvermeidlicher Fertigungstoleranzen, jedoch auch wegen der Nachgiebigkeit des Materials, die sich besonders bei hohen Drehzahlen bemerkbar macht, der Werkzeugschaft nicht völlig gleichmäßig über seine ganze Länge gespannt ist, sondern entweder nur am einen oder am anderen Ende, wodurch die Laufge­ nauigkeit erheblich leiden kann. Bei einer einfachen Spannzange ergibt sich infolge der unterschiedlichen Massen am schwächeren vorderen Ende des Futterkörpers gegenüber dem hinteren Ende des Futterkörpers im Spannbe­ reich bei den heutzutage häufig vorkommenden hohen Drehzahlen von 30000 UpM eine richtige trompetenförmige Aufweitung, die die Spannwirkung am vorderen Ende praktisch aufheben kann.

Diese Probleme mit einfachen Spannzangen lassen sich auch nicht durch Spannfutter mit Sägegewinden lösen, da bei diesen - abgesehen davon, daß die Spannhülse mit dem Sägegewinde lagefixiert werden muß, damit ein Über­ stand für den Angriff der Spannmutter erreicht wird - Tordierungen praktisch un­ vermeidlich sind, die wiederum so stark werden können, daß ein Bruch der Spannhülse stattfindet.

Die Schwierigkeit einer nicht nur punktuellen Halterung entweder am inneren oder äußeren Ende ergibt sich auch bei einem Spannfutter der eingangs ge­ nannten Art, wie es beispielsweise in der DE 91 09 032 U1 vorgeschlagen wird. Dort sind beabstandete Spannkegelabschnitte vorgesehen, die durch eine feste Hülse voneinander getrennt sind. Dies hat zur Folge, daß beim Einleiten des Spanndrucks über den Spannbolzen entweder der eine oder der andere Spannkegel - je nach den vorhandenen Toleranzen - als erster greift. Man kann aber nicht davon ausgehen, daß gleichmäßig beide beaufschlagt werden, da angesichts der unvermeidlichen Toleranzen entweder zuerst die eine Klemm­ stelle oder die andere Klemmstelle greift. Klemmt zuerst die dem Stellelement benachbarte Klemmstelle, dann erfolgt eine Klemmung an der abgelegenen Klemmstelle überhaupt nicht mehr, da dann eine vollständige Blockierung vor­ liegt. Klemmt umgekehrt erst die dem Stellelement abgelegene Klemmstelle, dann verhindert die feste Hülse, daß die andere Klemmstelle in die Klemmstel­ lung verschoben wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß selbst bei nicht vernachlässigbaren Fertigungstoleranzen ein sicheres Klemmen beabstandeter Spannkegelab­ schnitte gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Spannfutter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen den Spannkegelabschnitten der Spannhülse ein axialer, nicht spannender Dehnabschnitt angeordnet ist, und daß die Spannkegelabschnitte von Futter­ körper und Spannhülse derart gegeneinander axial versetzt und/oder im Durchmesser verändert ausgebildet sind, daß zunächst die innersten Spannke­ gelabschnitte zum Spannen kommen und erst dann die äußeren Spannke­ gelabschnitte.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird zum einen sichergestellt, daß zuerst die innersten Spannkegelabschnitte greifen und klemmen. Infolge des zwi­ schen den Spannkegelabschnitten angeordneten Dehnabschnitts ist aber gleichwohl sichergestellt, daß danach durch das Axialkrafterzeugungselement unter Zusammendrückung dieses Dehnabschnitts auch noch die weiter außen liegenden Spannkegelabschnitte in die Spannstellung gelangen, so daß tatsächlich erreicht wird, daß zumindest am vorderen und hinteren Ende, also in einem erheblichen Abstand voneinander, eine Klemmung erzielt wird, so daß die ge­ wünschte Laufgenauigkeit tatsächlich erreicht werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird zum anderen, noch dazu be­ günstigt durch die geringen Winkel der Spannkegel von etwa 7° bis 15° zur Längsachse des Spannfutters, erreicht, daß sowohl an mehreren Stellen eine sichere Spannung stattfindet und gleichzeitig nennenswerte Durchmesser und damit auch Schwerpunktsunterschiede nicht vorhanden sind, so daß auch bei höchsten Drehzahlen der Effekt der trompetenförmigen Ausweitung des vorde­ ren Endes in der Aufnahme des Futterkörpers vermieden ist.

Die bereits angesprochenen Lösekegelabschnitte ermöglichen es, daß die Spannhülse nicht in den Futterkörper eingedrückt wird, sondern daß sie auch durch entsprechende Gegenkraft wieder aus diesem demontierbar ist. Das Ein­ drücken und das Ausziehen läßt sich dabei dadurch noch vereinfachen, daß die nach innen gerichteten Spitzen zwischen den Spann- und Lösekegelab­ schnitten des Futterkörpers abgeflacht sind, d. h. die Spannkegelabschnitte und die Lösekegelabschnitte durch zur Längsachse des Spannfutters parallele Ab­ schnitte getrennt sind.

Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß in einer durchgehenden, gestuf­ ten Bohrung des Futterkörpers ein Ring zum Ausdrücken der Spannhülse an­ geordnet ist, wobei dieser Ring bevorzugt eine Innengewindebohrung mit ei­ nem kleineren Durchmesser als der anschließende hintere Abschnitt der Boh­ rung des Futterkörpers für einen darin einschraubbaren verstellbaren Anschlag für das Werkzeug aufweisen kann. Die Ausbildung der Innengewindebohrung mit kleinerem Durchmesser als der anschließende hintere Abschnitt der Boh­ rung des Futterkörpers dient dabei dazu, daß beim Einstecken eines Dorns von rückwärts dieser an der die Innengewindebohrung umgebenden Stirnfläche des Rings anschlagen und diesen da­ mit zum Zwecke des Ausdrückens mit der nötigen Kraft beauf­ schlagen kann. Der Ring kann dabei zweckmäßigerweise durch eine in eine Querbohrung eingeschraubte Feststellschraube arretierbar sein.

Darüber hinaus liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß die Spannhülse eine außen vor dem Axialkrafterzeugungs­ element, insbesondere der Spannmutter, liegende Ringein­ stichnut für einen Sprengring aufweist, so daß beim Ab­ schrauben der Spannmutter nach dem Anschlagen ihres vor­ deren Stirnendes am Sprengring die Spannhülse mit heraus­ gezogen werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannfut­ ter,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt in der entspannten Stellung der Spannhülse (mit Werkzeugschaft),

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden ebenfalls vergrö­ ßerten Schnitt in der entspannten Stellung der Spannhülse (mit Werkzeugschaft) in der vordersten Stellung,

Fig. 4 einen den Fig. 2 und 3 entsprechenden Schnitt bei gespannter Spannhülse (mit Werkzeugschaft),

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht der Spannhülse,

Fig. 6 eine Stirnansicht längs der Pfeils VI in Fig. 5, und

Fig. 7 eine Stirnansicht des Spannfutters nach Fig. 1 von rechts ohne die Spannmutter in einer abgewandelten Ausführungsform und mit unrundem Gewindeabschnitt für die Spannmutter.

Das gezeigte Spannfutter umfaßt einen Futterkörper 1 mit einer durchgehenden gestuften Innenbohrung 2, dessen hinte­ rer Aufnahmeabschnitt 30 beliebig z. B. als Steilkegel, HSK oder Morsekegel ausgebildet sein kann. Der vordere Spannab­ schnitt 2a der durchgehenden Bohrung 2 des Futterkörpers 1 ist mit einer Mehrzahl von axial beabstandeten Spannkegel­ abschnitten 4, 5 und 6 versehen, denen jeweils in Gegen­ richtung geneigte Lösekegelabschnitte 7, 8, 9 zwischenge­ ordnet sind. Die nach innen gerichteten Spitzen zwischen einem Spannkegelabschnitt und dem nachfolgenden Lösekegel­ abschnitt sind dabei abgetragen, so daß Abflachungen 10 verbleiben. In entsprechender Weise ist die Spannhülse 3, die mit Längseinstichen 12 bzw. 13, die von unterschiedli­ chen Seiten eingehen und im Umfang versetzt angeordnet sind, versehen ist, mit jeweils den einzelnen Spannkegelab­ schnitten des Futterkörpers zugeordneten Gegen-Spannkegel­ abschnitten 4a und 6a versehen - der dem Spannkegelab­ schnitt 5 zugeordnete Gegen-Spannkegelabschnitt der Fut­ terhülse entfällt im dargestellten Ausführungsbeispiel, da die Spannhülse an dieser Stelle mit einem Abschnitt 14 zur Vergrößerung der axialen Zusammendrückbarkeit in diesem Bereich versehen ist. Auf einen Gewindeabschnitt 15 am vorderen Ende des Futterkörpers ist eine Spannmutter 16 aufschraubbar, die sich am Stirnabschnitt 17 der Spannhülse abstützt, im vorliegenden Fall über einen kugelgelagerten Ring 18. In eine Ringeinstichnut 19 der Spannhülse ist ein Sicherungsring 20 eingesetzt, der an der vorderen Stirnflä­ che 21 der Spannmutter anliegt und es somit ermöglicht, beim Abschrauben der Spannmutter vom Futterkörper die Spannhülse mit (in Fig. 1 nach rechts) herauszuziehen. Bei 22 erkennt man einen Ring zum Ausdrücken der Spannhülse mit Hilfe eines von links in den Abschnitt 2b der durchgehenden Bohrung des Futterkörpers 1 eingesetzten Dorns. Dieser Ring 22 weist eine Innenbohrung 23 auf, deren Durchmesser klei­ ner ist als der Durchmesser des Bohrungsabschnitts 2b, so daß ein Dorn unabhängig davon, ob ein verstellbarer An­ schlag 24 für das Werkzeug 25 in die Gewindebohrung 23 ein­ geschraubt ist oder nicht, an der Stirnfläche 26 des Rings angreifen kann und somit das bereits angesprochene Heraus­ drücken der Spannhülse bewerkstelligen kann.

Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spannhülse wird auf die Fig. 2 bis 4 verwiesen. In der entspannten Stellung nach Fig. 2 liegen die Spannkegelab­ schnitte 4a und 6a ebenso wie der Lösekegelabschnitt 9a der Spannhülse 3 mit Spiel in Abstand von den Gegen-Spannkegel­ abschnitten 4 und 6 sowie dem Lösekegelabschnitt 9. Beim Aufschrauben der Spannmutter 16 wird nunmehr die Spannhülse 3 nach links in die Stellung nach Fig. 4 verschoben, wobei sowohl der Spannkegelabschnitt 4a am zugehörigen Gegen- Spannkegelabschnitt 4 als auch der Spannkegelabschnitt 6a am zugehörigen Gegen-Spannkegelabschnitt 6 anliegt und so­ mit eine Verspannung sowohl in der inneren Ebene 27 als auch der äußeren Ebene 28 erzielt ist. In entsprechender Weise wird dann mit Sicherheit eine Verspannung des Schafts des Werkzeugs 25 in diesen beiden beabstandeten Ebenen er­ zielt.

Die Ausbildung kann dabei so getroffen sein, daß zunächst die Spannkegel 6 und 6a greifen und erst anschließend nach weiterem Aufschrauben der Spannmutter 16 durch entspre­ chende axiale Deformierung des Dehnabschnitts 14 zwischen den äußeren und inneren Spannkegelabschnitten 4 und 6 bzw. 4a und 6a die äußeren Spannkegelabschnitte 4 und 4a in An­ lage und Spannstellung gelangen. Damit ist die Gefahr, ver­ hindert, daß durch etwaige Toleranzen möglicherweise zunächst die äußeren Spannkegelabschnitte 4, 4a greifen, was verhindern würde, daß die inneren überhaupt zum Tragen kommen.

Die Fig. 3 zeigt eine entspannte Stellung der Spannhülse jedoch in einer Position, bei der die Hülse, vermittels der Spannmutter 16, so weit nach rechts geschoben ist, daß die Löseabschnitte 9 und 9a aneinander anliegen. Bei weiterem Abschrauben der Spannmutter würde mit dem Bewegen der Spannmutter nach rechts auch die Spannhülse 3 aus dem Fut­ terkörper 1 herausgezogen werden.

In Fig. 7 erkennt man eine Abwandlung des Gewindeabschnitts 15 des Futterkörpers, der in diesem gezeigten Ausführungs­ beispiel nach Fig. 7 eine sechseckige Außenform aufweist. Dies bedeutet eine geringere Anlagefläche der Spannmutter einerseits und zum anderen werden dadurch Fettkammern ge­ schaffen, so daß man eine geringere Reibung hat und die Ge­ fahr einer Trockenreibung völlig verhindert ist.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs­ beispiele beschränkt. So wäre es insbesondere auch möglich, die Ausbildung so zu treffen, daß anstelle der beiden inneren und äußeren Spannkegelabschnitte 4, 6 bzw. 4a und 6a eine Vielzahl von flachen Spannkegelabschnitten des Futter­ körpers einerseits und der Spannhülse andererseits zur Wir­ kung kommt. Darüber hinaus könnte auch ein anderes Axial­ krafterzeugungselement verwendet werden, beispielsweise ein von hinten einwirkendes Federpaket od. dgl., wobei die Spannhülse gegen eine vordere Anlage verspannt wird.

Claims (9)

1. Spannfutter mit einem Futterkörper und einer durch ein Axialkrafterzeu­ gungselement axial beaufschlagten, im Futterkörper gegen Keilflächen ver­ schiebbaren axial geschlitzten Spannhülse mit Gegenkeilflächen zur Halte­ rung eines zylindrischen Werkzeugschaftes, wobei am Futterkörper und an der Spannhülse jeweils mehrere axial beabstandete Spannkegelabschnitte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spannke­ gelabschnitten (4a, 6a) der Spannhülse (3) ein axialer, nicht spannender Dehnabschnitt (14) angeordnet ist, und daß die Spannkegelabschnitte (4, 6; 4a, 6a) von Futterkörper (1) und Spannhülse (3) derart gegeneinander axial versetzt und/oder im Durchmesser verändert ausgebildet sind, daß zunächst die innersten Spannkegelabschnitte (6, 6a) zum Spannen kommen und erst dann die äußeren Spannkegelabschnitte (4, 4a).

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen den Spannkegelabschnitten (4, 5, 6) im Futterkörper (1) Löseke­ gelabschnitte (7, 8, 9) angeordnet sind.

3. Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannke­ gelabschnitte (4, 5, 6) und die Lösekegelabschnitte (7, 8, 9) durch zur Längsachse des Spannfutters parallele ebene Abschnitte getrennt sind.

4. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spann- und die Lösekegelabschnitte (4, 5, 6; 7, 8, 9) Winkel zwi­ schen etwa 7° und 15° zur Längsachse des Spannfutters bilden.

5. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ei­ nen in einer durchgehenden, gestuften Bohrung (2) des Futterkörpers (1) angeordneten Ring (22) zum Ausdrücken der Spannhülse (3).

6. Spannfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (22) eine Innengewindebohrung (23) mit einem kleineren Durchmesser als der anschließende hintere Abschnitt (2b) der Bohrung (2) des Futterkörpers (1) für einen darin einschraubbaren verstellbaren Anschlag (24) für das Werk­ zeug (25) aufweist.

7. Spannfutter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (22) durch eine in eine Querbohrung (29) eingeschraubte Feststell­ schraube (31) arretierbar ist.

8. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse mit einer außen vor dem Axialkrafterzeugungselement liegenden Ringeinstichnut (19) für einen Sicherungsring (20) versehen ist.

9. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialkraf­ terzeugungselement eine Überwurf-Spannmutter (16) ist.