DE861043C - Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter fuer Werkzeugmaschinen - Google Patents
Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter fuer WerkzeugmaschinenInfo
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- B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
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- B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
- B23B31/12—Chucks with simultaneously-acting jaws, whether or not also individually adjustable
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter für Werkzeugmaschinen,
insbesondere Bohrmaschinen, bei welchem in einem als Käfig ausgebildeten zentralen Mitnehmer
Klemmwalzen angeordnet sind, die von im Innern eines auf dem Mitnehmer drehbaren Zylinders angeordneten,
zur Rotationsachse exzentrisch verlaufenden Kurvenflächen gesteuert werden, wobei die -Klemmwalzen
an einzelnen Stellen im Durchmesser abgesetzt sind, wodurch an den Walzen radial vorspringende
Bünde gebildet werden, und daß die Kurvenflächen mit für die Aufnahme dieser Bünde bestimmten Rinnen
versehen sind.
Es sind Schnellwechsel-Spannfutter dieser Art bekannt, bei denen im Mitnehmerkäfig drei um je 120
Winkelgrade gegeneinander versetzte Klemmwalzen angeordnet sind. Für die Herbeiführung der Radialbewegung
der Klemmwalzen sind in Scheiben angeordnete Kurvenflächen vorgesehen, von denen sich
jede über fast 360 Winkelgrade erstreckt. Die einzelnen Scheiben sind aufeinandergestapelt und durch Nieten
zu einem Paket vereinigt. Die Verwendung von sich annähernd über 360 Winkelgrade erstreckenden
Kurvenflächen soll einen möglichst großen Spannbereich des Futters gewährleisten.
Bei derartigen Spannfuttern ist jedoch nur die Kurvenfläche jeder dritten Scheibe im Grundriß in
ein und derselben Stellung angeordnet, so daß jede Klemmwalze nur auf jeder dritten Scheibe aufliegt.
Zwischen diesen Auflagestellen besitzen die Klemmwalzen tiefe Eindrehungen von der Breite zweier
Kurvenscheiben. Dadurch wird die tragende Linie der Klemmwalzen auf ein Drittel ihrer genannten Länge
reduziert, was zur Folge hat, daß an den Kontakt-
stellen zwischen den Klemmwalzenbünden und den Kurvenflächen sehr hohe spezifische Drücke auftreten,
welche, wie die Erfahrung gezeigt hat, das Material an den Kontaktstellen bis über die Elastizitätsgrenze
beanspruchen und auch an den Schäften der eingesetzten Bohrer bleibende Eindrücke erzeugen.
Um die Spannweite selbsttätiger Spannfutter zu vergrößern, ist auch schon vorgeschlagen worden,
diese zweistufig auszubilden und zwischen den Klemmkörpern
und den Kurvenflächen des Zylinders ein- und ausschaltbare Zwischenstücke anzuordnen, welche
den radialen Weg der Klemmkörper zu vergrößern gestatten, wenn mit dem Spannfutter besonders
dünne bzw. dicke Werkzeugschäfte erfaßt werden sollen. Zur Steuerung dieser Zwischenstücke sind
besondere Kurvennuten vorgesehen, die parallel zu den den Klemmdruck erzeugenden Kurvenflächen
verlaufen. Das Ein- und Ausschalten dieser Zwischenstücke ist jedoch sehr umständlich und der ganze
Mechanismus wenig zuverlässig, so daß derartige Spannfutter in der Praxis der erforderlichen Betriebssicherheit
ermangeln.
Gegenüber diesen bekannten Schnellwechsel-Spannfuttern zeichnet sich das erfindungsgemäße Spannfutter
nun dadurch aus, daß der Zylinder mit den Kurvenflächen in der Achsenrichtung der Klemmwalzen verschiebbar
ausgebildet ist, derart, daß in der einen Grenzstellung des axialen Verschiebungsweges die
Klemmwalzen mit dem großen Durchmesser und in der anderen Grenzstellung mit dem kleinen Durchmesser
auf den Kurvenflächen laufen, wobei an den von der Rotationsachse weitest abliegenden Bogenenden der
Rinnen einwärts, d. h. gegen die Rotationsachse hin gebogene Steuerflächen vorgesehen sind, welche bei auf
dem kleinen Durchmesser laufenden Walzen in die Bewegungsbahn der Walzenbünde hineinragen und gegen
die Kurvenflächen hin ansteigend in diese übergehen, wodurch an dieser Stelle eine gewölbte Sitzfläche für
die Walzenbünde gebildet wird, deren Wölbungszentrum mit dem Zentrum des Krümmungsradius der Kurvenfläche
an dem von der Rotationsachse entfernten Ende zusammenfällt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Spannfutters gewährleistet einen außergewöhnlichen großen Spannbereich
ein und desselben Futters. Bei dem Spannfutter nach der Erfindung sind die tragenden Flächen
bzw. Linien der Klemmwalzen auch nicht auf ein Drittel, sondern lediglich auf die Hälfte ihrer Länge
reduziert, so daß, wie die Erfahrung gezeigt hat, keine unzulässigen Flächenpressungen auftreten. Außerdem
sind alle Klemmwalzen gleich, was fabrikationstechnisch von großem Vorteil ist, wobei ein in zur
Rotationsachse quer verlaufender Richtung elastisch deformierbarer Bremsmantel drehbar außen auf den
, Zylinder aufgesetzt ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und
zwar zeigt
Fig. ι das zweistufige Schnellwechsel-Spannfutter
im Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen weiteren Querschnitt nach der Linie HI-III in Fig. 1,
Fig. 4 und 5 je einen der Fig. 1 entsprechenden teilweisen
Längsschnitt mit einzelnen Teilen in einer anderen Stellung,
Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4 und
Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 5.
In dem dargestellten Beispiel bezeichnet 1 den Futterkörper
mit einer konischen Bohrung für die Aufnahme des unteren Endes 2 einer konischen Bohrspindel.
Auf dem Futterkörper 1 ist ein Hohlzylinder 3 drehbar gelagert. Der Winkel, um welchen der Zylinder 3
gegenüber dem Futterkörper 1 gedreht werden kann, ist durch einen im Zylinder 3 verankerten Stift 4 und
eine im Futterkörper vorgesehene kreissegmentförmige Aussparung 5 begrenzt. Wie aus den Fig. 1, 4 und 5
ersichtlich ist, ist die Höhe der Aussparung 5 in der g0
Längsrichtung des Spannfutters größer bemessen als der Durchmesser des Stiftes 4, so daß der Zylinder 3
gegenüber dem Mitnehmer 1 auch axial in gewissen Grenzen verschoben werden kann. Eine in einer
Eindrehung 6 des Futterkörpers 1 untergebrachte Spiralfeder 7 ist an einem Ende bei 8 im Zylinder 3
befestigt und am anderen Ende bei 9 im Futterkörper 1 verankert. Diese Spiralfeder ist so angeordnet, daß
sie das Bestreben hat, den Zylinder 3 in Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles A gegenüber dem g0
Futterkörper 1 zu drehen und hierbei den Stift 4 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung am einen Ende der
-Aussparung 5 zu halten.
Auf dem Zylinder 3 ist ein Mantel 10 drehbar gelagert
und einerseits durch eine Schulter 11 des gs
Zylinders 3 und. andererseits durch einen in einer Ringnut des Zylinders!3 angeordneten Sicherungsring
12 gegen axiale Verschiebung gegenüber dem Zylinder 3 gehalten. Der Mantel 10 besteht aus einem
elastisch deformierbaren Material, z. B. aus einem Kunstpreßstoff. Zur Erhöhung der Deformierbarkeit
ist der Mantel 10 auf der Innenseite mit einer Anzahl in der Längsrichtung des Spannfutters verlaufenden
rinnenförmigen Aussparungen 13 versehen.
Im unteren Teil ist der Futterkörper 1 mit drei um je 120 Winkelgrade gegeneinander versetzten radialen
Schlitzen 14 versehen, wodurch drei Backen 15 gebildet
werden, welche zusammen einen Käfig für drei Klemmwalzen 16 bilden, die in den Schlitzen 14 radial
verschiebbar angeordnet sind. Die Klemmwalzen 16 n0
sind mit in Abständen voneinander angeordneten Eindrehungen versehen, wodurch radial vorspringende
Bünde 16' gebildet werden. Zur axialen Lagensicherung der Klemmwalzen 16 dient ein Deckel 17, welcher auf
der Unterseite des Spannfutters angeordnet und mittels n5
Schrauben 18 an den Backen 15 des Mitnehmers 1
befestigt- ist. Der radiale Hub der Klemmwalzen ist nach innen, gegen die Rotationsachse des Spannfutters
zu, einerseits durch je einen in eine Bohrung 19 der Walzen eingreifenden Stift 20 und andererseits
durch im Deckel 17 angeordnete Einfräsungen 21 begrenzt. Im Bereiche der Klemmwalzen 16 ist der
Zylinder 3 auf der Innenseite mit drei Kurvenflächen 22 mit zur Rotationsachse des Spannfutters
desaxialen Wölbungszentren versehen. In diesen Kurvenflächen sind in gleichmäßigen Abständen von-
einander Rinnen 23 ausgenommen, die zur Aufnahme der Walzenbünde 16' dienen.
An den der Rotationsachse des Spannfutters weitest
abliegenden Enden gehen die Rinnen 23 in je eine Steuerfläche 24 über, wobei zwischen den Einmündungsstellen
der Steuerflächen 24 und den von der Rotationsachse des Spannfutters weitest abliegenden
Enden der Kurvenflächen 22 je eine sich über ein Bogenstück 25' bis 25" erstreckende Sitzfläche 25
verbleibt, deren Radius dem Radius der Walzenbünde 16' entspricht.
Fig. 3 zeigt die Klemmrollen in ihrer radialen äußersten Stellung für die Aufnahme eines Bohrers mit
großem Schaftdurchmesser (strichpunktiert gezeichnet). Die Spiralfeder 7 ist bestrebt, den Zylinder 3
im Sinne des eingezeichneten Pfeiles A gegenüber dem Mitnehmer 1 zu drehen. Hierbei werden die Klemmwalzen
16 durch die Kurvenflächen 22 radial nach innen gegeil den Bohrerschaft gepreßt. Da die Kurvenflächen
gegenüber der Rotationsachse des Futters in einer Steigerung verlaufen, wirkt der Klemmdruck
der Spiralfeder 7 nicht genau radial auf die Klemmwalzen, sondern schließt in seiner Druckrichtung mit
der durch das Walzenzentrum verlaufenden Radialen einen spitzen Winkel ein. Dieser Winkel ist derart
bemessen, daß sein Tangens kleiner ist als der Reibungskoeffizient zwischen dem Zylinder 3 und den
Klemmwalzen. Hierdurch wird ein selbsthemmender Reibungsschluß zwischen dem Zylinder 3 und den
Klemmwalzen bewirkt, so daß der Reaktionsdruck des auf dem Werkzeugschaft lastenden Klemmdruckes
den Zylinder 3 nicht im Öffnungssinne zurückzudrehen vermag; der Bohrerschaft bleibt zwischen den
Walzen 16 festgeklemmt und wird bei rotierendem Spannfutter durch Reibungsschluß mitgenommen.
Wird ein Bohrer in das Spannfutter eingesetzt,
dessen Schaftdurchmesser etwas kleiner ist als in Fig. 3 gezeichnet, so liegen die Kurvenflächen 22
mehr in der Kurvenmitte bzw. an den hinteren, der Rotationsachse näher liegenden Enden an den Klemmwalzen
an. Der Spannbereich entspricht genau dem doppelten Wert der Steigung der Kurvenflächen
zwischen dem der Rotationsachse am nächsten gelegenen und dem weitest abliegenden Punkt.
Soll ein Bohrer mit kleinerem Schaftdurchmesser eingespannt werden, so muß das Futter auf die zweite
Stufe umgeschaltet werden. Hierzu wird der Mantel 10 des rotierenden Spannfutters von Hand erfaßt, stillgehalten
und etwas zusammengedrückt, wobei sich der Mantel deformiert und dabei eine Bremswirkung
auf den Zylinder 3 ausübt. Durch die Bremswirkung wird der Zylinder 3 gegenüber dem Mitnehmer 1
relativ zurückgehalten, wobei die Klemmwalzen 16 infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft
zunächst in ihre aus Fig. 3 ersichtliche äußerste Stellung gelangen, wobei die Klemmwalzen mit ihrem
kleinen Durchmesser d auf den Kurvenflächen 22 abrollen. In der aus Fig. 3 ersichtlichen äußersten
Stellung stoßen die Klemmwalzen mit den Bünden 16' gegen die Steuerfläche 24 der Rinnen 23. Wird nun
ein weiterer zusätzlicher Bremsdruck auf den Mantel 10 ausgeübt, so wird der Zylinder 3 weiter relativ gegenüber
dem Mitnehmer 1 zurückgedreht, und zwar in zum Pfeil A entgegengesetztem Richtungssinne. Hierbei
werden die Klemmwalzen von den ansteigenden Steuerflächen 24 radial nach einwärts bewegt, soweit
sich die Walzenbünde 16' aus den Rinnen 23 herausheben. Diese Bewegung dauert so lange an, bis
der Stift 4 an dem einen Ende der Aussparung 5 zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 6 strichpunktiert
dargestellt ist. In dieser Stellung sind die Walzenbünde 16' gänzlich aus den Rinnen 23 herausgehoben
und liegen auf den Sitzflächen 25 auf. In dieser Stellung der Walzen wird der Zylinder 3 durch einen
auf den Mantel 10 in Richtung des in Fig. 5 eingezeichneten
Pfeiles B ausgeübten Zug nach unten bewegt, bis der Stift 4 an der unteren Begrenzungsfläche der Aussparung ansteht (Fig. 5). In dieser
Stellung liegen die Klemmwalzen nicht mehr mit ihrem kleinen Durchmesser d, sondern mit dem großen
Durchmesser ihrer Bünde 16' an den Kurvenflächen 22 an. Wird nun der Bremsmantel 10 losgelassen, so eilt
der Zylinder 3 unter der Wirkung der Feder 7 der Bewegung des Mitnehmers 1 im Sinne des eingezeichneten
Pfeiles A wieder voraus, wobei die Klemmwalzen von den Kurvenflächen 22 radial nach innen
geschoben werden, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Je nach dem Schaftdurchmesser des Bohrers bleiben die
Klemmwalzen in einer Zwischenstellung zwischen den beiden in Fig. 6 und 7 dargestellten Grenzstellungen
stehen, wobei sie, wie weiter oben beschrieben, gegen den Bohrerschaft gepreßt werden und diesen unter
Reibungsschluß festhalten.
Um zu verhindern, daß die Klemmwalzen beim Abbremsen des Zylinders 3 aus der in Fig. 3 dargestellten
äußeren Grenzstellung des Spannbereiches unbeabsichtigt in die in Fig. 6 dargestellte Schaltstellung
übergehen, ist die Anordnung so getroffen, daß der von den Backen 15 auf die Walzen 16 ausgeübte
Druck D (Fig. 3) nicht mehr in tangentialer Richtung, sondern etwas nach außen gerichtet wird. Dies wird
in dem dargestellten Beispiel dadurch erreicht, daß die gegen die Walzen stoßenden Kanten der Backen 15
mit einer Anflachung 15' versehen sind, so daß der Abstand der Angriffspunkte der Backen 15 an den
Walzen beim Beginn des Auflaufens der letzteren auf die Kurvenflächen 24 von der Spannfuttermittelachse
etwas kleiner ist als der Abstand der Walzenachse von der Spannfuttermittelachse. Dadurch wird eine
radiale Druckkomponente D1 erzeugt, welche das
Bestreben hat, die Walzen radial nach außen zu drücken. Erst wenn bei stärkerem Zusammendrücken
des Bremsmantels 10 diese radiale Druckkomponente durch den Gegendruck der Steuerfläche 24 überwunden
wird, laufen die Klemmwalzen auf den Steuerflächen auf, um schließlich in die Schaltstellung
gemäß Fig. 6 zu gelangen, in welcher Stellung die Klemmwalzen durch den am einen Ende der Aussparung
5 anliegenden Arretierbolzen 4 gehalten werden. iao
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, bei welchem in einem als Käfig ausgebildeten Spann-futterkörpcr Klrmmwalzen angeordnet sind, die von im Innern eines auf dem Spannfutterkörper drehbaren Zylinders angeordneten, zur Rotationsachse exzentrischenKurvenflächengesteuertwerden, wobei die Klemmwalzen an einzelnen Stellen im Durchmesser abgesetzt sind, wodurch an den Walzen radiale vorspringende Bünde gebildet werden, und bei dem die Kurvenflächen mit den für die Aufnahme dieser Bünde bestimmten Rinnen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder mit den Kurvenflächen in der Achsenrichtung der Klemmwalzen (i6) verschiebbar ausgebildet ist, derart, daß in der einen Grenzstellung des Zylinders (3) die Klemmwalzen (16) mit dem großen Durchmesser und in der anderen Grenzstellung mit dem kleinen Durchmesser auf den Kurvenflächen (22) laufen, wobei an den von der Rotationsachse weitest abliegenden Bogenenden der Rinnen (22) einwärts, d. h. gegen die Rotationsachse hin gebogene Steuerflächen (24) vorgesehen sind, welche bei auf dem kleinen Durchmesser laufenden Walzen (16) in die Bewegungsbahn der Walzenbünde (16') hineinragen und gegen die Kurvenflächen hin ansteigend in diese übergehen, wodurch an dieser Stelle eine gewölbte Sitzfläche (25) für die Walzenbünde (16') gebildet wird, deren Radius dem Radius der Walzcnbünde (16') entspricht, wobei ein in zur Rotationsachse quer verlaufender Richtung elastisch deformierbarer Bremsmantel (10) drehbar außen auf den Zylinder (3) aufgesetzt ist.
- 2. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmantel (10) aus deformierbarem Material besteht.
- 3. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmantel (10) zur Unterstützung der Deformierbarkeit mit Längsrinnen (13) versehen ist.
- 4. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Angriffspunkte der Backen (15) an den Walzen bei Beginn des Auflaufens der letzteren auf die Kurvenfläche (24) von der Spannfuttermittelachse etwas kleiner ist als der Abstand der Walzenachse von der Spannfuttermittelachse, so daß der von den Backen auf die Walzen ausgeübte Druck (D) nicht mehr in genau tangentialer Richtung, sondern etwas nach außen gerichtet wirkt, und somit eine radiale Druckkomponente (D1) erzeugt wird, die das Bestreben hat, die Walzen (16) radial nach außen zu drücken.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 5587 12.
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