DE7618904U1

DE7618904U1 - Spanneinrichtung an einer werkzeugmaschine

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Publication number: DE7618904U1
Application number: DE19767618904U
Authority: DE
Original assignee: Forkardt Gefitec
Current assignee: Forkardt Gefitec
Priority date: 1976-04-09
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS52124288A; DE2626692A1; US4070935A; CH596923A5

Description

JPAfErjTAN WALTE 'dipl.'-INC. ALEX STENGER D-4000 DÜSSELDORF 1 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING

Unser Zeichen: ^ jqj Datum: ^ _Juni

Forkardt, Gefitec Zug

Spanneinrichtung an einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung an einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehmaschine, mit einem Spannfutter, in welchem die Spannbacken radial von einem konzentrisch zur Maschinenspindel· angeordneten Antriebsrad über tangential zu diesem bewegbare Keilstangen mittels ζ einer Verzahnung antreibbar sind, wobei diese Keilstangen am Ende ihrer Bewegungsstrecke aus der Verzahnung mit den Spannbacken ausklinkbar sind und wobei das Antriebsrad von einem Drehkolbenaggregat in Drehung versetzbar ist, das ein Gehäuse mit Kammern und einen Drehkolben aufweist, der in diesen Kammern sich bewegende, sternförmig von einer Nabe abstehende Kolbenflügel besitzt.

Spanneinrichtungen für Drehmaschinen sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Die meist angewendeten Einrichtungen weisen ein Spannfutter und einen pneumatisch, hydraulisch

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oder elektrisch betätigbaren Spanner auf, der eine Zugstange axial verschiebt, welche dann im Spannfutter über Hebel oder Keile eine radiale Bewegung der Spannbacken bewirkt. Solche Spannzeuge eignen sich nur für scheibenförmige Werkstücke; für stangenförmige Werkstücke müssen das Spannfutter und der Spanner mit je einer Durchtrittsbohrung versehen sein und über ein Zugrohr miteinander gekuppelt sein. Dieses Zugrohr beansprucht jedoch einen Teil der Durchtrittsbohrung. Man J kennt daher schon seit einiger Zeit die unter der Bezeichnung | "Vorderendfutter" bekannten Spanneinrichtungen, vor allem die jj hydraulisch betätigten. Es handelt sich hierbei um kompakte | Spanneinrichtungen, bestehend aus dem Spannfutter und einem Druckölzylinder, wobei das Drucköl mittels eines Zuführungsringes über Ringkanäle oder durch die Drehspindel selbst den Spanneinrichtungen zugeleitet wird, wobei sich im letzteren Fall'die Zuführkanäle zwischen den Hauptlagern der Drehspindel befindet. Bei Drehmaschinen, welche bereits über eine Hydraulikanlage verfügen, bietet diese Bauweise erhebliche Vorteile. Die beim Keilstangenfutter-System bedingte Ausklinkmöglichkeit der Backen, die ein Versetzen und Auswechseln von Backenein—

gesteuerten Maschinen einzusetzen, da das Umrüsten auf andere Spanndurchmesser im Vergleich zu den bekannten Systemen der ( ■ Backenbefestigung mit dem Futter verbundenen Grundbacken mit Kreuzversatz und Spitζverzahnung einfach und schnell durchgeführt werden kann. Bei den konventionellen Kraftspannfuttern mit Keilhaken ist besonders nachteilig, dass die Verbindung der Aufsatzbacke auf der Grundbacke teils aus einer Verzahnung besteht, die nur durch Lösen von Schrauben eine Veränderung des Spanndurchmessers ermöglicht. Die in dem Keilstangensystem sich anbietende Lösung des schnellen Backenwechsels ist zwar bekannt (deutsche Patentschrift 2007509), jedoch gehört eine Vorderendausführung, bei der Antriebszylinder und Spannfutter in einer Einheit zusammengefasst auf der vorderen Spindel be-

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festigt werden, bis heute noch nicht zum Stand der Technik.
Bei den zur Beschreibung stehenden Keilstangenfuttern werden
die Grundbacken radial mittels Keilstangen verschoben, die
wiederum tangential von einem zentralen Antriebsrad betätigt
werden. Durch die Schrägverzahnung auf den Keilstangen und an den Grundbacken wird der Backenhub erzeugt und das Drehmoment des Antriebsrades in radiale Spannkraft umgelenkt. Zum Antrieb des genannten Zahnrades dient ein Drehkolbenaggregat, bei welchem innerhalb eines ringförmigen Gehäuses eine Nabe drehbar angeordnet ist, welche drei sternförmig abstehende Kolbenflügel
trägt, die sich in je einer bogenförmigen Kammer, welche ent-

; lang eines Teils des Gehäuseumfanges verläuft, durch in diese ·

Kammern einströmendes Druckmittel in Umfangsrichtung bewegen, sodass die Nabe rotiert; diese Spanneinrichtung ist jedoch kein Vorderendfutter, denn das Drehkoibenaggregat befindet sich am rückwärtigen Ende der Drehmaschinenspindel und ist mit dem am vorderen Ende der Spindel befindlichen Spannfutter über ein
die Spindel umfassendes Torsionsrohr verbunden. Zwar wird damit der Nachteil der meisten Vorderendfutter, nämlich die Druckmitteizuführung im Zerspanungsraum, d.h. im Arbeitsbereich

' der Drehmaschine, vermieden? hingegen muss nicht nur das Tor-

sionsrohr kräftig ausgeführt sein, um das hohe Drehmoment des Drehkolbenaggregates (500 - 100 mkg, je nach Grosse) zu übertragen, sondern auch die Spindel, weil diese das Reaktionsdrehmoment aufnehmen muss. Neben der erforderlichen Stabilität zur Aufnahme dieses Drehmomentes muss die Spindel auch noch eine
genügende Steifheit gegen ratternden Schnitt aufweisen, sodass diese Bauart nur bei ohnehin kräftig dimensionierten Spindeln anwendbar ist. Solche Drehspindeln haben besonders grosse vordere Hauptlager, die jedoch wiederum wegen der hohen Wälziagergeschwindigkeit beim Schnelldrehen sich zu stark erwärmen. Ausserdem muss bei gegebener Bohrung (z.B. beim Umbau einer vorhandenen Maschine auf diese Bauart) die Drehspindeln im Durchmesser noch verkleinert werden, um Platz für das Torsions-

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rohr zu schaffen, sodass die Befestigung des Drehkolbenaggregates am Ende der Drehspindel besonders sorgfältig ausgeführt werden muss.

Es wird daher eine Spanneinrichtung bezweckt, welche die an-1 geführten Beanspruchungen von der Drehspindel fernhält und

] welche den Kraftfluss völlig innerhalb der Einrichtung selbst

I belässt.

s Eiese Spanneinrichtung der eingangs erwähnten Art ist dadurch

I gekennzeichnet, dass das Antriebsrad mit dem Drehkolben direkt

f. J ohne Zwischenschaltung eines DrehrOhres verbunden ist.

I' Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen bei-

I spielsweise näher erläutert, es zeigen:

\ Fig. 1 einen Schnitt durch die Spanneinrichtung und den

5 Spindelstock mit einer ersten Ausführungsform der

I Druckmittelzuführung,

P Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, von der Stirn-

I seite des Spannfutters,

g * Fig. 3 einen Schnitt durch das Drehkolbenaggregat,

ι Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Druckitiittelzuführung,

f Fig. 5 eine Ansicht der Stirnseite des Zuführrohres in

Fig. 4,

Fig. 6 eine erste Ausführungsform des Schaltrings und seiner Betätigungsorgane im Schnitt _r und

Fig. 7 eine zweite Ausführungsform des Schaltrings in
grösserem Massstab.

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In Fig. 1 ist ein Spindelkopf einer Werkzeugmaschine dar ge- f; stellt. Dieser weist einen Spindelflansch 1 auf, welcher eine £ Bohrung 2 zur Aufnahme der nicht dargestellten Drehspindel I

enthält. Der Spindelflansch 1 ist in Hauptlagern 3a, 3b im J Spindelstock 4 gelagert. Auf dem Spindelflansch 1 ist in be- |i kannter Weise ein Zahnrad 5 befestigt, das von einem weiteren |,

ί Zahnrad 6 angetrieben wird. ·

Das eigentliche Spannfutter ist mit 7 bezeichnet. Seine Einzelheiten werden noch beschrieben. Es ist mittels Schrauben 8 am Spindelflansch 1 befestigt. Die Schrauben führen durch Bohrungen in einem Gehäuse 9 eines Drehkolbenaggregates 10 hindurch, sodass eine starre Verbindung zwischen dem Spannfutter 7, dem Drehkolbenaggregat 10 und dem Spindelflansch 1 entsteht. Das Aggregat 10 steht über eine Verzahnung 11 mit einem konzentrisch zu ihm angeordneten, hülsenförmig abstehenden Ansatz 12 eines Antriebsrades 13 in Eingriff. Dieses vom Aggregat 10 angetriebene Rad 13 trägt eine weitere Verzahnung 14. Die weitere Kraftübertragung auf die Spannbacken des Spannfutters 7 ist bereits bekannt, und Einzelheiten können der schon erwähnten deutschen Patentschrift entnommen werden, weshalb hier lediglich summarisch darauf eingegangen werden soll. Gemäss Fig. 2 wirkt das Antriebsrad 13 über die schon erwähnte Verzahnung 14 auf drei tangential zu ihm um je 120 gegeneinander versetzt angeordnete und mit einer ersten Verzahnung 15 versehene Keilstangen 16 ein. Diese sind so in Führungen 17 im Spannfuttergehäuse 18 gelagert, dass sich jede von ihnen in ihrer Längsrichtung verschieben kann. Mittels einer zweiten Verzahnung 19, die als Schrägverzahnung ausgeführt ist, steht jede Keilstange 16 im Eingriff mit der Verzahnung 20 der entsprechenden Spannbacke 21. Jede Spannbacke besteht in üblicher Weise aus einer sogenannten Backeneinheit, d.h. aus Grundbacke 21a mit einer aufgeschraubten Aufsatzbacke 21b (Fig. 1) oder als sogenannte Monoblockbacke aus einem Stück. Die Verzahnung 20 ist an der Grundbacke 21a angebracht. Die axiale Verschiebung der Keil-

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stangen 16 wird somit durch die Verzahnungen 19, 20 in eine | radiale Spannbewegung der Spannbacken 21 umgewandelt. Die Verzahnung 19 weist zweckmässigerweise eine solche Länge auf, dass sie zwecks Auswechseln der Spannbacken 21 durch genügende Axialverschiebung der Keilstangen 16 in ihren Führungen 17 ausser Eingriff mit der Verzahnung 20 gebracht werden kann.

Das Drehkolbenaggregat 10 ist ebenfalls bereits bekannt; es j wird anhand von Fig. 3, die eine stark schematisierte A\js- fj führungsform (unter Weglassung von Einzelheiten) darstellt, nur ( soweit erläutert, als es zum Verständnis der weiteren Be- < Schreibung notwendig ist. Im schon erwähnten Gehäuse 9 ist ein ] Drehkolben 30 angeordnet, der eine Nabe 31 aufweist, von der drei Kolbenflügel 32 radial abstehen. Diese Kolbenflügel bewegen sich in je einer bogenförmig gekrümmten Kammer 33 im Gehäuse 9. Der mit ψ bezeichnete Schwenkbereich ist dabei derjenige, in welchem die Keilstangen 16 die Spannbacken 21 betätigen; im Schwenkbereich <=< ist die Verzahnung 19 der Keilstangen 16 ausser Eingriff mit der Verzahnung 20 der Spannbacken, sodass die letzteren ausgewechselt werden können. Die i Nabe 31 ist hohl, da die Spindel durch sie hindurchführt. Zur Bewegung der Kolbenflügel werden diese mit Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen je nach Betätigung des Futters zum Oeffnen oder Spannen beaufschlagt, was zur erwähnten Schwenkbewegung des Drehkolbens und damit über die schon genannten Uebertragungsorgane zum Spannen der Backen führt. Die Leitungen für die Druckflüssigkeit sind aus Fig. 1 ersichtlich.

Das Gehäuse 9 des Drehkolbenaggregates 10 ist auf der dem Spannfutter 7 zugewendeten Seite offen. Diese Oeffnung wird durch eine kreisrunde, konzentrisch zum hülsenförmigen Ansatz 11 angeordnete Druckscheibe 40 abgedeckt, die somit auch die eine \ Wand der Kammern 33 bildet. Eine umlaufende Dichtung 41 verhindert das Austreten von Flüssigkeit. Die Druckscheibe 40 ist '■ elastisch, sodass sie sich unter dem Druck der Flüssigkeit nach <

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Art einer Tellerfeder etwas durchbiegen kann. Diese Durchbiegung, die in axialer Richtung des Spannfutters 7 bzw. der Drehspindel erfolgt (in Fig. 1 also nach rechts) ermöglicht eine freie Schwenkung der Kolbenflügel 32. Fällt aus irgendeinem Grund der Druck in den Kammern 33 sehr stark ab, verschwindet die Durchbiegung der Druckscheibe 40, was zur Folge hat, dass sie sich gegen die Kolbenflügel 32 anlegt und diese blockiert. Damit ist während des Betriebes der Werkzeugmaschine sichergestellt, dass ein Lösen des Spannfutters bei Ausfall des Druckmediums nicht erfolgen kann und das Werkstück auch ohne Druckbeaufschlagung der Kolben gehalten wird.

Die Zuleitung der Hydraulikflüssigkeit zum Drehkolbenaggregat erfolgt bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch eine im wesentlichen aus zwei Ringkammern 50 bestehende Zuführung, die sich zwischen den Hauptlagern 3b auf dem Spindelflansch befindet, wobei die beiden Ringkammern an einer Stelle an radial verlaufende Zuführleitungen Z₁, Z angeschlossen sind, die von einer nicht gezeigten Pumpe heranführen. Die Anordnung der Zuführleitungen zwischen den Hauptlagern 3b ist insofern günstig, als diese Hauptlager wegen ihrer hohen Belastung ohnehin eine intensive Schmierung und Kühlung benötigen. Von den Ringkammern 50 führende Leitungen 51 durch den Spindelflansch 1 zu weiteren Ringkammern 52 im Gehäuse 9, von welchen aus die Hydraulikflüssigkeit durch Leitungen 53, 54 in die Kammern 33 gelangt. Der Verlauf dieser Leitungen gemäss Fig. 1 ist nur der Uebersicht halber so dargestellt; der tatsächliche Verlauf kann davon abweichen.

Bei der zweiten Ausführungsform der Druckmittelzuführung gemäss Fig. 4 und 5 sitzt die Oelzuführung mit den Ringkammern 50 und den Zuleitungen Z,, Z_ am rückwärtigen Ende der Spindel. Diese Bauart eignet sich vor allem dort, wo die Anordnung eines Zuführungsringes zwischen den Hauptlagern nicht möglich ist und

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λ eine Einschränkung der Spindelbohrung durch die Durchführung

f? der Hydraulikleitungen in Kauf genommen wird- Die Verbindung

ä zwischen den Ringkammern 50 und den Kammern 33 des Drehkolben-

1 aggregates 10 wird durch ein die Spindel konzentrisch umgrei-

S fendes Rohr 55, welches Längsbohrungen 56 aufweist, sicher-

% gestellt. Diese Längsbohrungen bilden die Fortsetzung der von

I den Ringkammern 50 wegführenden Leitungen 57, 58.

I Werkzeugmaschinen, insbesondere Drehmaschinen, müssen mit einer

i Sperrvorrichtung versehen sein, welche vermeidet, dass bei ge-

% öffneten Spannbacken die Maschine versehentlich eingeschaltet

I ) wild. Eine solche Sperrvorrichtung ist bei der dargestellten

f kompakten Anordnung von Drehkolbenaggregat und Spannfutter

I besonders günstig zu realisieren, wobei aber trotzdem diese

1 Sperrvorrichtung ausserhalb des Zerspanungsraums der Werkzeug-

I maschine angeordnet werden kann.

Ί Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen ainer solchen

Sperrvorrichtung. Dabei wird zum Erreichen der gewünschten Verriegelung von den Keilstangen 16 ausgegangen, deren Stellung abgetastet wird, welche ein Mass dafür ergibt, ob die Spann-I backen gelöst sind oder nicht. Die Fig. 6 zeigt (unter Weglas-

1 sung aller zum Verständnis nicht notwendiger Teile) eine erste

-, ) Ausführungsform einer solchen Schaltsperre; sie ist aus Platzgründen in Fig. 1 nicht dargestellt. Auf jeder Keilstange 16 steht ein Stift 60 mit einem abgerundeten Ende 61 auf, der in einer Bohrung 62 gleitet und durch eine Feder 6 3 stets gegen die Keilstange 16 angepresst wird. Er weist an seinem Schaft 64 eine mit Anschrägungen versehene Ausnehmung 65 auf, in welche in einer horizontal verlaufenden ersten Bohrung 66 ein Zapfen 67 gelagert ist. Dieser Zapfen 67 besitzt eine angeschrägte Spitze 68, welche bei geeigneter Stellung der Ausnehmung 65 in diese eingreifen kann. Der Zapfen 67 wird vom Kopf 69 einer Schaltstange 70, die unter Druck einer Feder 71 steht und in einer weiteren Bohrung

im ι < ι

III * f

gleitet, dauernd gegen den Schaft 64 des Stiftes 60 angepresst.
Die Schaltstange 70 ragt am entgegengesetzten Ende aus dem
Gehäuse 9 des Drehkolbenaggregates 10 heraus. Dort befindet sich
ein Schaltring 72, der mittels eines ringförmigen Fortsatzes
7 3 in einer Ausnehmung 7 4 des Gehäuses 9 lose geführt ist.

Die Funktionsweise ist wie folgt: der Schaltstift 60 befindet }

sich in einer solchen Stellung relativ zur Keilstange 16 (Fig.
2), dass er diese bei angezogenen Spannbacken nicht berührt und

dadurch unter Wirkung der Feder 63 in die Führung 17 hineinragt, f

Wird zum Lösen der Spannbacken die Keilstange 16 verschoben jf

(in Fig. 2 nach links) so berührt sie den Stift 60 und hebt ihn |

an. Dies bewirkt auch ein Anheben der Ausnehmung 65. Dadurch [

werden der Zapfen 67 und die Schaltstange 70 nach links ver- \

schoben und die letztere drückt dann auf den Schaltring 72, j

der ebenfalls nach links verschoben wird und auf diese Weise ;.

zum Betätigen von symbolisch angedeuteten elektrischen Schalt- I

I Organen 75, 76 verwendbar ist. Zu beachten ist dabei, dass zwar |

der Schaltring 72 stationär ist, das Gehäuse 9 und die vorher |

erwähnten Organe 60-71 jedoch rotieren, wenn die Drehmaschine |

arbeitet. Die Berührung zwischen der Schaltstange TO und dem 1

Schaltring 72 findet aber, wie aus dem Zweck der Einrichtung '■ bereits hervorgeht, nur im Stillstand der Drehmaschine statt;

bei der Rotation hat die Schaltstange 70 keinen Kontakt mit i

dem Schaltring 72. |

Die Aufteilung der Verbindung zwischen dem Schaltstift 60 und \ dem Schaltring 72 in zwei Organe 67 und 70 mit versetzten Längs- | achsen beruht hauptsächlich auf Platzgründen, weil für die
Unterbringung dieser Organe relativ wenig Raum zur Verfügung
steht. Es ist jedoch durchaus möglich, bei geeigneten Verhältnissen nur eine durchgehende Schaltstange 70 vorzusehen,
welche eine angeschrägte Spitze 68 zum Eingreifen in die Ausnehmung 65 aufweist.

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Zweckmässig sind die Organe 67, 70 und 71 in den die Kammern 33 voneinander trennenden Abschnitten des Gehäuses 9 angeordnet.

Der Schaltring 72 kann auch etwas anders ausgeführt sein, wie aus Fig. 7 hervorgeht, die im Prinzip einen Ausschnitt aus Fig. 6 in vergrössertem Massstab darstellt, wobei jedoch die nachfolgenden Aenderungen dargestellt sind. So weist hier der Schaltring 72 eine Anschrägung oder eine Fase 77 auf. Auf diese drückt ein Schaltstift 78 eines Schalters 79. Eine Verschiebung des Schaltringes 72 nach links oder rechts bewirkt dann ein Anheben bzw. Absenken des Schaltstiftes 78 und damit ein Umlegen des Schalters 79.

Es muss noch darauf hingewiesen werden, dass natürlich jede der drei Keilstangen mit den genannten Organen 60, 67, 70 verbunden ist. Der Schaltring 72 wird somit von drei Schaltstangen 70 gleichzeitig betätigt. Wie ersichtlich, befindet sich der Schaltring 72 ausserhalb des Zerspanungsraumes der Maschine und ist somit vor Spänen und Kühlflüssigkeit geschützt, aber dennoch auf einfache Weise betätigbar, sodass anhand seiner Stellung die jeweilige Stellung der Keilstange 16 leicht ermittelt werden kann; dies ist in erster Linie beim Austausch der Backen 21 von Bedeutung.

Claims

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sprüche

1. Spanneinrichtung an einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehmaschine, mit einem Spannfutter, in welchem die Spannbacken radial von einem konzentrisch zur Maschinenspindel· angeordneten Antriebsrad über tangential zu diesem bewegbare Keilstangen mittels einer Verzahnung antreibbar sind, wobei diese Keilstangen am Ende ihrer Bewegungsstrecke aus der Verzahnung mit den Spannbacken ausklinkbar sind und wobei das Antriebsrad von einem Drehkolbenaggregat in Drehung versetzbar ist, das ein Gehäuse mit Kammern und einem Drehkolben aufweist, der in diesen Kammern sich bewegende, sternförmig von einer Nabe abstehende Kolbenflügel besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (13) mit dem Drehkolben (3 0) direkt ohne Zwischenschaltung eines Drehrohres verbunden ist.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (13) über eine Verzahnung (14) drehsicher mit der Nabe (31) des Drehkolbenaggregates (10) verbunden ist.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (13) mit einem hülsenförmigen Ansatz (12) durch eine konzentrisch zu ihm angeordnete Scheibe (40) hindurchgreift, welche auf ihrer einen Seite die Kammern (33) des Drehkolbenaggregates (10) begrenzt und welche unter dem Betriebsdruck in diesen Kammern nach Art einer Tellerfeder elastisch verbiegbar ist, wobei sie sich bei Wegfall dieses Betriebsdruckes gegen die Kolbenflügel (32) anlegt, um diese in ihrer Stellung zu blockieren.

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4. Spanneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Scheibe (40) durch Schrauben (8) drehsicher fest-

gehalten ist, welche durch sie hindurchführen, um das Spannfutter (7) und das Drehkolbenaggregat (10) an der

ψ Spindel (1) zu befestigen.
i

5. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, ii\ t einer Sperrvorrichtung

zur Vermeidung des Einschaltens der Werkzeugmaschine bei

j geöffneten Spannbacken, dadurch gekennzeichnet, dass am

Drehkolbenaggregat (10) ein Schaltring (72) angebracht ist,

") der zum Betätigen elektrischer Schalter (75, 76, 79) axial

verschiebbar ist, wobei das Gehäuse des Drehkolbenaggregates einen Schiebezapfen (67) und eine Schubstange (70) enthält, welche beide nach einer ui. einen vorbestimmten Drehwinkel erfolgenden Drehung des Antriebsrades mittelbar bewegbar sind, um den Schaltring (72) zu verschieben.

6. Spanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schubzapfen (67) durch Stifte (60), wobei je ein Stift einer der vom Antriebsrad bewegten Keilstangen (16) zugeordnet ist und deren Stellung abtastet, verschiebbar ist.

13.4.1978
Sb/jg

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