DE8516648U1

DE8516648U1 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE8516648U1
Application number: DE19858516648
Authority: DE
Original assignee: A Ott GmbH
Current assignee: A Ott GmbH
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1985-06-07
Publication date: 1986-11-20

Description

Spannvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen an einer rotierenden Arbeitsspindel gehaltenen Spannkopf, insbesondere für Werkzeuge, mit einem zur Drehachse koaxialen, spindelfesten Gehäuserohr, einer in dem Gehäuserohr verschiebbar angeordneten Spannstange zur Betätigung des Spannkopfs, einer in dem Gehäuserohr verschiebbar angeordneten, die Spannstange umschließenden Betätigungshülse und einem Keilgetriebe, dessen Druckkörper zwischen drei gegeneinander und gegen die Drehachse geneigten Keilflächen kraftschlüssig eingespannt sind, wobei eine erste der Keilflächen an dem Rohrteil, eine zweite der Keilflächen an der Spannstange und eine dritte der Keilflächef an der Betätigungshülse angeordnet ist.

Eine Spannvorrichtung dieser Art ist aus dem Prospekt "OTT-Werkzeugspanner WLd 104" der Firma A. Ott GmbH, Kempten, bekannt. Bei diesem Werkzeugspanner wird das vorzugsweise als Steilkegelwerkzeug ausgebildete Werkzeug mittels eines Tellerfederpakets über das Keilgetriebe und die Spannstange in die Spannstellung gezogen, in welcher es in dem Spannkopf der Arbeitsspindel verriegelt ist. Ein entgegen der Kraft des Tellerfederpakets auf die Spann-

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stange wirkender Hydraulikzylinder löst die Verriegelung des Werkzeugs im Spannkopf. Bei der bekannten Spannvorrichtung treibt die in die Spannstellüng sich bewegende Betätigungshülse des Keilgetriebes die als Kugeln ausgebildeten Druckkörper radial nach außen in einen durch die Keilflächen des Gehäuserohrs einerseits und der Spannstange andererseits gebildeten, ringförmigen Keilspalt. Dies hat den Vorteil, daß bei Rotation der Arbeitsspindel die Spannkräfte des Tellerfederpakets durch die auf die Kugeln wirkenden Zentrifugalkräfte verstärkt werden, was die auf das Werkzeug ausgeübte Haltekraft des Spannkopfs erhöht.

Bei der bekannten Spannvorrichtung befinden sich die Kugeln des Keilgetriebes in der Lösestellung in einer radial inneren Stellung auf einem kleinen Durchmesserkreis, auf dem sie durch gegenseitige Anlage im wesentlichen gleich verteilt sind. Da das Werkzeug bei stehender Arbeitsspindel gespannt wird, können sich die Kugeln aufgrund der Schwerkraft und durch zufällige Bewegungen und Kräfte während des die Kugeln nach radial außen bewegenden Spannvorgangs in Umfangsrichtung unregelmäßig verteilen. Der gemeinsame Schwerpunkt der Kugeln liegt damit nicht mehr auf der Drehachse der Arbeitsspindel und führt zu einer Unwucht der rotierenden Spannvorrichtung. Die Unwucht kann insbesondere bei hohen Drehzahlen die Arbeitsspindel zu unzulässigen Schwingungen anregen, die das Arbeitsergebnis, z.B. die Oberflächengüte bei einer Fräsbearbeitung, beeinträchtigen. Die Unwucht läßt sich nicht durch Auswuchten beseitigen, da die Anordnung der Kugeln in Umfangsrichtung sich bei jedem Löse^ und Spannvorgang unsystematisch verändern kann. Die vorstehenden Nachteile sind insbesondere dann gravierend, wenn zu sehr hohen Drehzahlen der Arbeitsspindel, beispielsweise zu Drehzahlen bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute, übergegangen wird.

Aus dem deutschen Patent 876 789 ist eine Spannvorrichtung für eine Spannzange bekannt, die über ein Keilgetriebe gespannt wird. Die Kugeln des Keilgetriebes werden beim Spannen der Spannzange von einer Keilfläche einer Betätigungshülse radial nach außen in einen durch zwei weitere Keilflächen des Keilgetriebes gebildeten, nach radial außen sich verjüngenden, ringförmigen Keilspalt getrieben. Um die Zahl der Kugeln zu mindern, sind diese in Gruppen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet.

In Umfangsrichtung zwischen den Kugelgruppen sind Segmentstücke an einer der Keilflächen vorgesehen. Die Segmentstücke können jedoch nicht verhindern, daß sich die Kugeln innerhalb der Gruppen in Umfangsrichtung ungleichförmig verteilen. Bei der bekannten Spannvorrichtung treten deshalb Unwuchten auf.

Aus dem US-Patent 2 210 092 ist eine andere, eine Spannzange über ein Keilgetriebe spannende Spannvorrichtung bekannt. Bei dieser Spannvorrichtung umschließt die Keilfläche der Betätigungshülse den durch die beiden anderen Keilflächen des Keilgetriebes gebildeten ringförmigen Keilspalt und treibt die Kugeln beim Spannen der Spannzange nach radial innen in den in dieser Richtung sich verjüngenden Keilspalt. Die Kugeln sitzen in radialen Bohrungen eines gesonderten Käfigs, der axial zwischen den beiden Keilflächen des ringförmigen, radial nach innen sich verjüngenden Keilspalts angeordnet ist. Der Käfig dient in erster Linie der Minderung der Kugelzahl. Da der Käfig die rotierenden Massen der Spannvorrichtung erhöht, trägt er mit zu einer Begrenzung der maximalen Drehzahl der Arbeitsspindel bei. Darüber hinaus mindern die auf die Kugeln einwirkenden Zentrifugalkräfte die Spannkraft der Spannzange. Außerdem bewirkt auch der Käfig selbst aufgrund seines Spiels relativ zur Spindel und der relativ großen Aufweitung seines Innendurchmessers infolge hoher Drehzahlen eine Unwucht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung der eingangs erläuterten Art, bei welcher sich die Druckkörper eines den Spannkopf spannenden Keilgetriebes in der Spannstellung radial außerhalb ihrer Löseposition befinden, auf konstruktiv einfache Weise so zu verbessern, daß auch bei sehr hohen Drehzahlen eine Unwucht der rotierenden Spannvorrichtung vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß iÖ jeder der Druckkörper in einer gesonderten, zur ersten und dritten Keilfläche offenen, radialen Führungsnut der zweiten Keilfläche radial und axial beweglich, in Umfangs" richtung jedoch festgelegt geführt ist.

Bei einer solchen Spannvorrichtung bewegen sich die Schwerpunkte der vorzugsweise als Kugeln ausgebildeten Druckkörper in Axiallängsschnittebenen, so daß der gemeinsame Schwerpunkt des Druckkörpersystems auf der Drehachse liegt. Die Führungsnuten sind, um die Druckkörper auch bei einer vergleichsweise großen radialen Hubhöhe der Keilfläche der Betätigungshülse in jeder Position führen zu können, an der dem verjüngten Ende der Keilfläche der Betätigungshülse benachbarten Keilfläche, das heißt der Keilfläche der Spannstange vorgesehen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die radiale Hubhöhe der Keilfläche der Betätigungshülse nicht durch zwischen den ümfangsnuten verbleibende Rippen gemindert wird. Das übersetzungsverhältnis des Keilgetriebes muß deshalb nicht aufgrund der Führungsnuten geändert werden.

Um den zwischen den Keilflächen des Gehäuserohrs und der Spannstange verbleibenden Keilspaltraum besonders gut ausnutzen zu können, nimmt die Tiefe der Führungsnuten mit wachsendem Abstand von der Drehachse vorzugsweise ab. Zweckmäßigerweise liegen die Ränder der Führungsnuten in einer Kegelfläche, deren Kegelwinkel etwa gleich dem Konuswinkel einer die Keilfläche des Gehäuserohrs bildenden Konusfläche gewählt ist.

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Die Führungsnuten sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Flächenpressung der Druckkörper mindern. Bei als Kugeln ausgebildeten Druckkörpern haben sich Führunr;snuten mit im wesentlichen V-förmigem Nutquerschnitt als geeignet erwiesen, die die Kugeln jeweils an zwei Punkten stützen. Die Seitenflächen der V-förmigen Führungsnuten können eben sein oder als konkave Schmiegungsflächen ausgebildet sein. Alternativ können die Führungsnuten einen kreissektorförmigen Nutquerschnitt haben, dessen Radius geringfügig größer als der Kugelradius ist, so daß die Kugeln am Boden einer als Schmiegungsfläche ausgebildeten Laufbahn abrollen.

Zusätzlich zu den Führungsnuten der Spannstange können auch die Keilflächen des Gehäuserohrs und der Betätigungshülse mit, wenn auch flacheren Führungsnuten versehen sein.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: 20

Fig. 1 einen teilweisen Axiallängsschnitt durch eine Spannvorrichtung für einen an einer rotierenden Arbeitsspindel gehaltenen Spannkopf, wobei in der oberen Hälfte die Lösestellung und in der unteren Hälfte die Spannstellung dargestellt ist;

Fig. 2 eine Detaildarstellung des Keilgetriebes der Spannvorrichtung nach Fig. 1, dargestellt in vergrößertem Maßstab in der Spannstellung und 30

Fig. 3 einen Axialquerschnitt durch das Keilgetriebe, gesehen entlang einer Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung zum Anbau an eine um eine Drehachse 1 rotierende, bei 3 angedeutete Arbeitsspindel, die an ihrem der Spannvorrichtung abgewandten Ende eine Wefkzeüg-Wechselkupplung, insbesondere für

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Steilkegelwerkzeuge (nicht dargestellt) trägt. Die Werkzeug-Wechsel kupp lung ist über ein in der Arbeitsspindel 3 axial verschiebbar geführtes Zugorgan 5 betätigbar. Die Werkzeug-Wechselkupplung ist in der in Fig. 1 oberen, nach rechts verschobenen Stellung für den Werkzeugwechsel gelöst und in der in Fig. 1 unteren, nach links verschobenen Stellung für den Bearbeitungsbetrieb gespannt.

Die Spannvorrichtung umfaßt ein zur Drehachse 1 koaxiales Gehäuserohr 7, welches mit einem Gewindeansatz 9 in die Arbeitsspindel 3 geschraubt ist. In dem Gehäuserohr 7 ist eine Zugstange 11 axial verschiebbar geführt, deren durch den Gewindeansatz 9 austretendes Ende mit dem Zugorgan 5 verschraubt ist. Das der Arbeitsspindel 3 abgewandte Ende der Zugstange 11 trägt einen Kopf 13, an dem sich über eine Betätigungshülse 15 eines allgemein mit 17 bezeichneten Keilgetriebes das axial eine Ende eines Tellerfederpakets 19 abstützt. Das Tellerfederpaket 19 stützt sich mit seinem anderen Ende an einem spindelseitigen Boden 21 des Gehäuserohrs 7 ab und umschließt ebenso wie die Betätigungshülse 15 axial beweglich die Zugstange 11 innerhalb des Gehäuserohrs 7. Das Tellerfederpaket drückt den Kopf 13 und damit die Zugstange unter Kraftübersetzung mittels des Keilgetriebes 17 in die in Fig. 1 unten dargestellten Spannstellung der Werkzeug-Wechselkupplung.

Auf der der Arbeitsspindel 3 axial abgewandten Seite des Kopfs 13 bildet das Gehäuserohr 7 einen Hydraulikzylinder 23, in welchem ein Kolben 25 abgedichtet axial verschiebbar ist. Ein das Gehäuserohr 7 verschließender Hydraulik-Drehanschluß 27 erlaubt die Druckmittelbeaufschlagung des auf der spindelfernen Seite des Kolbens 25 sich befindenden Druckraums 29. Der Kolben 25 ist über mehrere in Umfangsfichtüng verteilte achsparallele Zapfen 31 an der Betätigungshülse 15 abgestützt* Die Zapfen 31 sind in Bohrungen 33 des Kopfs 13 verschiebbar geführt. Bei

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der Druckmittelbeaufschlagung des Hydraulikzylinders 23 wird der Kolben 25 nach rechts verschoben, wodurch das Tellerfederpaket 19 gespannt und nach dem Anschlagen des Kolbens 25 am Kopf 13 die Zugstange 11 in die Lösestellung der Werkzeug-Wechselkupplung verschoben wird.

Das Keilgetriebe 17 umfaßt, wie auch Fig. 2 zeigt, drei gegeneinander und gegen die Drehachse 1 geneigte Keilflächen 35, 37 und 39, die zwischen sich in Umfangsrichtung der Zugstange 11 verteilt angeordnete Kugeln 41 kraftschlüssig einspannen. Die Keilfläche 35 ist auf der spindelfernen, axialen Stirnseite eines fest mit dem Gehäuserohr 7 verbundenen Rings 43 vorgesehen. Die Keilfläche 37 wird durch nachfolgend noch näher erläuterte, radiale Führungsnuten 45 (Fig. 2 und 3) gebildet, von denen jede eine der Kugeln 41 radial beweglich, in Umfangsrichtung jedoch feststehend führt. Die Keilfläche 39 ist am Außenumfang «3er Betätigungshülse 15 vorgesehen und hat einen Kegelwinkel, der vom spindelfernen Ende zum spindelnahen Ende der Betätigungshülse 15 hin kontinuierlich, gegebenenfalls auch stufenförmig abnimmt. Durch diese Gestaltung der Keilfläche 39 wird eine Erhöhung des Kraftübersetzungsverhältnisses von der Lösestellung zur Spannstellung and damit eine Erhöhung des Hubs der Zugstange 11 ohne Minderung der Spannkraft in der Spannstellung erreicht. Die Keilfläche 35 bildet zusammen mit der Keilfläche 37 einen radial nach außen sich verjüngenden Keilspalt, in den die Keilfläche 39 die Kugeln 41 während der Bewegung von der Lösestellung zur Spannstellung eintreibt.

Der radial innere Rand der Keilfläche 35 geht an einer Ringkante 47 in eine zylindrische Innenmantelfläche 49 über. Die Mantelfläche 49 ist so bemessen, daß die Kugeln 41 in der Lösestellung zwischen den Keilflächen 39 und 37 sowie der Mantelfläche 49 kraftschlüssig eingespannt sind, so daß die Kugeln 41 bei der Verschiebung der Betätigungshülse 15 von der Lösestellung in die Spannstellung kraftschlüssig um die Kante 47 herumkippen, wie dies in der

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deutschen Offenlegungsschrift 27 41 166 im einzelnen beschrieben ist.

Die Führungsnuten 37 sind an einem mit dem Kopf 13 der Zugstange 11 verschiebbaren Ring 51 vorgesehen und führen die Kugeln 41 zwischen ihrer radial inneren Stellung und ihrer radial äußeren Stellung so, daß sich jeder der KugelSchwerpunkte in einer die Drehachse 1 enthaltenden Axiallängsschnittebene bewegt. Die Führungsnuten 45 sind so angeordnet, daß der Ge samt schwerpunkt des Kucjwl systems in jeder Betätigungsstellung des Keilgetriebes 17 auf der Drehachse 1 liegt. Auf diese Weise wird eine Unwucht der Spannvorrichtung vermieden, so daß diese für sehr hohe Drehzahlen, z.B. bis etwa 100.000 Umdrehungen pro Minute, unwuchtfrei eingesetzt werden kann. Die boi (Fig. 2, 3) dargestellten Außenränder der Führungsnuten 45 liegen in einer Kegelfläche, deren Kegelwinkel etwa gleich dem Konuswinkel der als umlaufende Konusfläche ausgebildeten Keilfläche 35 bemessen ist. Die Nuttiefe der Führungsnuten nimmt deshalb zumindest im radial äußeren Bereich der Führungsnuten von radial innen nach radial außen gesehen ab.

Die Führungsnuten 45 haben kreissektorförmigen Querschnitt, wobei der Krümmungsradius der Führungsnut 45 geringfügig größer ist als der Radius der Kugel 41, so daß eine die Flächenpressung mindernde Schmiegung entsteht. Alternativ kann die Führungsnut 45 auch V-förmigen Querschnitt haben, wobei die Kugel 41 dann an zwei Punkten beiderseits der Symmetrieebene der Führungsnut 45 aufliegt. Auch hier können die Seitenflächen der Führungsnut 45 zur Erzeugung von Schmiegungen konkav gekrümmt sein.

Führungsnuten ähnlich den Nuten 45 können auch in den Keilflächen 39, 35 sowie der Mantelfläche 49 vorgesehen sein, wie dies bei 55, 57 gestrichelt angedeutet ist.

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Derartige Fuhrungsnuten beeinflussen jedoch das Übersetzungsverhältnis bzw. den Hüb des Keilgetriebes und damit die Bäugröße der Spannvorrichtung, so daß Ihre Nuttiefe begrenzt ist. 05

Claims

Patentanwälte j Dirt^ItoGl CT^WEVGittANN, Dipl.-Phys. Dr. K. jFincke

"Di'pl.-Ing. K A."^eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LisKA, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

LAhe 8000 MÜNCHEN 86 7

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MDHLSTRASSE 22 TELEFON (089) 980352 TELEX S 22 621 TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN

A- Ott GmbH
Jägerstraße 4-12

D-8960 Kempten

Spannvorrichtung

ansprüche

1. Spannvorrichtung für einen an einer rotierenden Arbeitsspindel (3) gehaltenen Spannkopf, insbesondere für Werkzeuge mit einem zur Drehachse (1) koaxialen, spindelfesten Gehäuserohr (7), einer in dem Gehäuserohr

(7) verschiebbar angeordneten Spannstange (11) zur Betätigung des Spannkopfs, einer in dem Gehäuserohr (7) verschiebbar angeordneten, die Spannstange (11) umschließenden Betätigungshülse (15) und einem Keilgetriebe (17), dessen Druckkörper (41) zwischen drei gegeneinander und gegen die Drehachse (1) geneigten Keilflächen (35, 37, 39) kraftschlüssig eingespannt sind, wobei eine erste der Keilflächen (35) mit dem Rohrteil (7), eine zweite der Keilflächen (37) mit der Spannstange (11) und eine dritte der Keilflächen (39) mit der Betätigungshülse (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Druckkörper (41) in einer gesonderten/ zur ersten (35) und dritten (39) Keilfläche offenen, radialen Führungsnut (45) der zweiten Keilfläche (37) radial und axial beweglich, in Umfangsrichtung jedoch festgelegt geführt ist.

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2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Führungsnuten (45) mit wachsendem Abstand von der Drehachse (1) abnimmt.
3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Keilfläche (35) als Konusfläche ausgebildet ist und daß die der ersten Keilfläche (35) axial gegenüberliegenden Ränder (53) der Führungsnuten (45) in einer Kegelfläche liegen, deren Kegelwinkel etwa gleich dem Konuswinkel der ersten Keili'.äche (35) bemessen ist.
4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkörper als Kugeln

(41) ausgebildet sind und daß die Führungsnuten (45) im wesentlichen V-förmigen Nutquerschnitt haben und die Kugeln (41) jeweils an zwei Punkten stützen.
5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkörper als Kugeln (41) ausgebildet sind und daß die Führungsnuten (45) einen kreissektorformigen Nutquerschnitt haben, dessen Radius geringfügig größer als der Kugelradius ist.
6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die erste (35) und/oder die dritte (39) Keilfläche eine die Druckkörper (41) in Umfangsrichtung festgelegt führende Führungsnut (45) für jeden der Druckkörper (41) aufweist.