EP0462257B1

EP0462257B1 - Spannfutter für mehrkantige schaftenden von werkzeugen

Info

Publication number: EP0462257B1
Application number: EP91902176A
Authority: EP
Inventors: Gerd Erlenkeuser
Original assignee: Wera Werk Hermann Werner GmbH and Co KG
Current assignee: Wera Werk Hermann Werner GmbH and Co KG
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2011-01-11
Also published as: EP0462257A1; JPH04504825A; DE9116606U1; DE59101830D1; DK0462257T3; DE9000245U1; ES2054489T3; US5188378A; WO1991010541A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für mehrkantige Schaftenden von Werkzeugen, mit einer die Antriebskraft übertragenden, in ihrer Höhlung (8) dem Mehrkant-Querschnitt des Schaftendes (32) entsprechenden Büchse (5), welche eine fensterförmige Durchbrechung besitzt, in der eine Kugel (22) als auf den Schaft einwirkendes Druckstück angeordnet ist, rückwärtig welcher eine entgegen Federwirkung verschiebbare Betätigungshülse (11) angeordnet ist, welche mit einer abfallenden Spannfläche (19) auf die Kugel drückt und welche vor Tragschultern im Bereich der innenliegenden Randkante der Durchbrechung (23) liegt, und schlägt zur Erzielung einer optimalen Gebrauchsform vor, daß die Kugel (22) in einer die eine Mehrkantkante (24) durchdringenden Höhlung (8) angeordnet ist und in Zweipunkt-Anlage liegt zu den prismenartig zueinander stehenden Flächen einer Eckaussparung (31) am Schaftende (32) des Werkzeuges (29).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Spannfutter zeigt die US-A-2 518 139. Dieses Spannfutter besitzt eine Büchse mit einer fensterförmigen Durchbrechung. In dieser Durchbrechung sitzt eine Kugel, welche auf den Werkzeugschaft drückt. Rückwärtig der Kugel ist eine verschiebbare Betätigungshülse angeordnet. Mit ihrer abfallenden Spannfläche rückt die Wandung der Hülse auf die Kugel, welche einen größeren Durchmesser aufweist als die Dicke der Büchsenwandung. Bei dieser Betätigungshülse verläuft der Winkel der keilförmig abfallenden Spannfläche nicht im Bereich der Selbsthemmung. Die Kugel liegt beim eingesteckten Werkzeug in Taschen mit einem bogenförmigen Nutgrund.
Weiterhin ist ein Spannfutter aus der DE-A-29 34 428 bekannt. Dabei mündet eine die Kugel aufnehmende, fensterförmige Durchbrechung der Büchse im Bereich einer der Sechskantflächen der Höhlung. Die Durchbrechung ist als in Einsteckrichtung des Werkzeugs verlaufender Längsschlitz gestaltet. Im Bereich ihrer innenliegenden Randkante ist die Innenwandung mit Tragschultern ausgestattet derart, daß zwei geradlinig verlaufenerde Tragschultern durch bogenförmig gestaltete Tragschultern untereinander verbunden sind. Da der Längsschlitz mittels eines Fingerfräsers herzustellen ist, liegt eine identische Querschnittsgestaltung der Tragschultern vor.
Die längsschlitzartige Durchbrechung wird vorgesehen, damit bei unzureichender Verlagerung der Betätigungshülse die Kugel noch eine Bewegung in Einsteckrichtung auszuführen vermag.
Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Spannfutter in herstellungstechnisch einfacher Weise so auszugestalten, daß neben einem leichten Einsetzen und Auslösen des Werkzeuges eine große Haltekraft auf das eingesteckte Werkzeug bei an diesem angreifender Zugbelastung in Richtung eine's Herausziehens einwirkt.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Spannfutter der in Rede stehenden Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Erfindung.
Der Unteranspruch 2 stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung dar.
Zufolge derartiger Ausgestaltung ist der Gebrauchswert eines gattungsgemäßen Spannfutters erhöht. Es läßt sich selbst bei kleiner Raumform ein straffer Sitz des eingesteckten Werkzeugs in der Höhlung der Büchse erzielen. Zum Einsetzen des Werkzeugs ist durch dieses nicht die Kugel zurückzudrängen. Es ist lediglich die Betätigungshülse entgegen Federbelastung zu verlagern, so daß das Werkzeug behinderungsfrei in die Höhlung einsteckbar ist. Bei eingesetztem Werkzeug fluchtet eine der Eckaussparungen mit der Kugel, welche durch die freigegebene Betätigungshülse in Zweipunkt-Anlage tritt zu den prismenartig zueinanderstehenden Flächen der Eckaussparung am Schaftende des Werkzeugs. In Verbindung mit der abfallend verlaufenden Spannfläche der Betätigungshülse und dieser Zweipunkt-Anlage wird eine echte Verriegelung erzeugt, die besonders große Zugbelastungen aufzunehmen vermag. Daher können durchaus Zugkräfte in der Höhe von 150-200 Newton auf das Werkzeug ausgeübt werden, ohne daß dieses die Höhlung verläßt. Zur Erzielung der vorgenannten hohen Haltekraft trägt die Tatsache bei, daß für das Werkzeug sowie für die Kugel Materialien hoher Festigkeit gewählt sind. Dies trifft im wesentlichen auch auf die Betätigungshülse zu, so daß die Zweipunkt-Anlage der Kugel in Verbindung mit einem geringfügigen Eintritt in die Eckaussparung den festen Sitz schafft. Sieht man von einer Verformung ab, muß das Auslösen des Werkzeugs willensbetont geschehen, und zwar durch Verlagerung der Betätigungshülse entgegen Federwirkung, wobei sich die Spannfläche von der Kugel entfernt unter Freigabe derselben in radialer Richtung. Nach Freigabe ist auch das Werkzeug wiederum leicht entnehmbar, Bei nicht in Freigaberichtung verlagerter Betätigungshülse vermag eine auf die Kugel einwirkende Kraft die Betätigungshülse nicht zu verschieben, da die Spannfläche einen solchen Winkel zur Längsachse des Spannfutters aufweist, so daß dadurch ein Selbsthemmeffekt entsteht. Im Detail ist eine solche maßliche Abstimmung gewählt, daß der Durchmesser der Kugel kleiner als die Hälfte des Schaftenden-Eckmaßes und mehr als doppelt so groß ist wie die in Achsrichtung des Schaftes liegende Weite der Eckaussparung. Es läßt sich daher z. B. bei Kugeldurchmessern, die bei 2-3 mm liegen, die vorgenannte große Haltekraft erzeugen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Tragschultern der eine der Mehrkantkanten durchdringenden Höhlung, in Umfangsrichtung gesehen, eine unterschiedliche Stärke besitzen. Es können auch mit größeren Toleranzen hergestellte bitförmige Werkzeuge ausreichend fest gehaltert werden. Es trifft insbesondere auf solche Werkzeuge zu, die durch Kaltverformung hergestellt werden. Werden Werkzeuge mit großem Untermaß verwendet, kann die Kugel unmittelbar bis zu den Tragschultern vordringen und sich dort abstützen. Bedingt durch die unterschiedlich groß gestalteten Tragschultern liegt auch ein unterschiedliches Rollverhalten der Kugel innerhalb der Durchbrechung vor. Da die Stärke der Tragschultern zu den sich in Einsteckrichtung diametral gegenüberliegenden Bereichen der Höhlung abnimmt, ist das Rollverhalten der Kugel in Abzugsrichtung des Werkzeuges ungünstiger als in Querrichtung dazu, was ebenfalls zu einem verbesserten Sitz des Werkzeuges beiträgt. Praktisch kann die Stärke der Tragschultern bis auf Null gebracht werden. Dennoch ist eine genügende Abstützung durch die quer dazu verlaufen- den Tragschultern vorhanden. Die Anordnung der die Tragschultern ausbildenden Durchbrechung auf Höhe einer der Mehrkantkanten gestattet es, daß die Wandungsstärke der Büchse im Vergleich zu der vorbekannten Ausgestaltung gering gehalten werden kann verbunden mit der verkleinerten Raumform, ohne daß dies aus einer Verringerung des Kugeldurchmessers resultiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1-9 erläutert. Es zeigt

Fig. 1: in etwa fünffach vergrößerter Darstellung ein erfindungsgemäß gestaltetes Spannfutter mit strichpunktiertem, als Schraubendreherbit gestaltetem Werkzeug,
Fig. 2: einen Längsschnitt durch das Spannfutter ohne Werkzeug,
Fig. 3: ebenfalls einen Längsschnitt durch das Spannfutter, und zwar bei eingestecktem Werkzeug,
Fig. 4: in etwa fünfzehnfacher Vergrößerung im Längsschnitt einen Ausschnitt des Spannfutters im Bereich der Kugel, und zwar ohne eingesetztes Werkzeug,
Fig. 5: den zugehörigen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6: die Ansicht in Pfeilrichtung VI in Fig. 5,
Fig. 7: die Ansicht in Pfeilrichtung VII in Fig. 4,
Fig. 8: einen der Fig. 4 entsprechenden ausschnittsweisen Längsschnitt bei eingestecktem Werkzeug und
Fig. 9: den Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8.

Das als Ganzes mit der Ziffer 1 bezeichnete Spannfutter besitzt einen Einspannzapfen 2, der sich in einen stufenförmig abgesetzten Gewindebolzen 3 fortsetzt. Letzterer greift in eine zentrale Gewindebohrung einer Büchse 5 ein. Zur Fixierung der eingeschraubten Lage des Gewindebolzens 3 dient eine auf diesem angeordnete Kontermutter 6, welche gegen den zugekehrten Stirnrand 7 der Büchse 5 verspannt ist.
Die Gewindebohrung 4 mündet in eine in Längsrichtung der Büchse 5 verlaufende Höhlung 8 sechseckigen Querschnitts. Die Länge der Höhlung 8 ist größer als diejenige der Gewindebohrung 4. Die Büchse 5 kann so auf den Gewindebolzen 3 aufgedreht werden, daß dieser auch in den Innenraum der Höhlung 8 hineinragt. Beim Ausführungsbeispiel schließt das Stirnende des Gewindebolzens 3 mit dem Boden 9 der Höhlung 8 ab.
Im mittleren Bereich ist die Büchse 5 mit einem auswärts gerichteten Kragen 10 versehen, der mit zur Führung einer die Büchse 5 überfangenden Betätigungshülse 11 dient. Dieselbe besitzt einen zylindrischen und einen konischen Abschnitt 12, 13. Der zylindrische Abschnitt 12 wird vom Kragen 10 der Büchse 5 geführt. Am freien Ende des zylindrischen Abschnitts 12 befindet sich ein Führungsring 14 mit einer stirnseitigen Abschrägung 15, welche von einer einwärts gerichteten Umbördelung 16 des zylindrischen Abschnitts 12 überfangen ist. An dem Führungsring 14 stützt sich das eine Ende einer die Büchse 5 umgreifenden Druckfeder 17 ab. Das andere Ende derselben findet Abstützung an dem Kragen 10. Hierdurch wird die Betätigungshülse 11 in Einsteckrichtung x des Werkzeugs beaufschlagt. Eine Anschlagbegrenzung erhält die Betätigungshülse 11 durch eine im Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten 12, 13 befindliche innere Ringstufe 18, mit welcher die Betätigungshülse 11 gegen den Kragen 10 stößt, vgl. Fig. 2.
Der konische Abschnitt 13 weist büchseninnenseitig eine keilförmig abfallende Spannfläche 19 auf. Diese verläuft unter einem Winkel Alpha von 85° zur Spannfutter-Längsrichtung und liegt damit im Bereich der Selbsthemmung. Der kleinste Durchmesser der Spannfläche 19 entspricht dem Außendurchmesser der Büchse 5. Aus Fig. 2 geht ferner hervor, daß bei nicht eingesetztem Werkzeug der untere Stirnrand 20 der Büchse 5 etwa mit dem freien Stirnrand 21 der Betätigungshülse 11 fluchtet.
Die Spannfläche 19 wirkt zusammen mit einer ein Druckstück darstellenden Kugel 22 mit einem Durchmesser d von ca. 3mm. Dieselbe ist in einer radialen Durchbrechung 23 der Büchse 5 untergebracht derart, daß die Längsachse der als Bohrung gestalteten Durchbrechung 23 die zugehörige Mehrkantkante 24 und auch die diametral dazu verlaufende Mehrkantkante 25 schneidet. Die Durchbrechung 23 wird durch Bohren erzeugt derart, daß im Bereich der innenliegenden Randkante der Durchbrechung Tragschultern 26, 27 verbleiben. Wie eindeutig aus den Figuren 4-7 hervorgeht, besitzen die Tragschultern 26, 27 eine unterschiedliche Stärke derart, daß die Stärke der Tragschultern 27 zu den sich in Einsteckrichtung diametral gegenüberliegenden Bereichen der Höhlung 8 abnimmt. Demzufolge weisen die im Bereich der Mehrkantkante 24 liegenden Tragschultern 26 eine geringere Stärke auf als die quer dazu verlaufenden Tragschultern 27. Letztere sind so groß dimensioniert, daß sie der Kugel eine gute Abstützung geben. Das Bohren der Durchbrechung 23 könnte so erfolgen, daß die Stärke der Tragschultern 26 bis auf den Wert Null gebracht werden könnte. Dennoch würden die verbleibenden, quer dazu gerichteten Tragschultern 27 noch die genügende Abstützung für die Kugel 22 bringen.
Aus den Figuren 6 und 7 geht hervor, daß die Durchbrechung 23 in einer etwa ovalen Öffnung 28 in die zugekehrte Mehrkantkante 24 mündet unter Verwirklichung der unterschiedlich stark und flächenmäßig groß bemessenen Tragschultern 26, 27.
Bezüglich des Werkzeugs handelt es sich beim Ausführungsbeispiel um einen Schraubendreherbit 29 sechseckiger Querschnittsform, die derjenigen der Höhlung 8 angepaßt ist. Es liegt eine Schlüsselweite von 6,3mm vor, und das Eckmaß E beträgt ca. 7,2mm. Der Schraubendreherbit 29 besitzt ein Arbeitsende 30 und formt dort die entsprechende Klinge. In dem gegenüberliegenden Schaftende 32 sind auf gleicher Querschnittsebene liegende Eckaussparungen 31 vorgesehen. Der Auslaufwinkel Beta derselben kann gemäß bestehender Normen zwischen 60-120° liegen. Die in Achsrichtung liegende Weite w, abhängig von der Größe des Auslaufwinkels, beträgt beim Ausführungsbeispiel ca. 0,9 mm. Demgemäß ist der Durchmesser d der Kugel 22 von 3mm kleiner als die Hälfte des Schaftenden-Eckmaßes E von 7,2mm und mehr als doppelt so groß wie die in Achsrichtung des Schaftes liegende Weite w. In eingesetztem Zustand des Schraubendreherbits 29 liegen die Eckaussparungen 31 auf gleicher Höhe zur Achsmitte der Durchbrechung 23 bzw. zur Kugel 22.
Das Einsetzen des Schraubendreherbits 29 verlangt eine Verschiebung der Betätigungshülse 11 entgegen der Einsteckrichtung x, und zwar in die Fig. 3 veranschaulichte, strichpunktiert dargestellte Position. Die Spannfläche 19 der Betätigungshülse 11 gibt damit der Kugel 22 den entsprechenden Freiraum, damit sie beim Einsetzen des Schraubendreherbits 29 in radialer Richtung nach auswärts ausweichen kann. Begrenzt ist die Einsteckbewegung, wenn der Schraubendreherbit 29 den Boden 9 der Höhlung beaufschlagt. Es kann nun die Betätigungshülse 11 losgelassen werden, woraufhin die Druckfeder 17 eine Verlagerung derselben in Einsteckrichtung x veranlaßt. Dabei beaufschlagt die Spannfläche 19 die Kugel 22 und drückt diese in Anlage zum Schraubendreherbit 29, wobei die Kugel mit ihrem vorstehenden Abschnitt in die zugekehrte Eckaussparung 31 des Schraubendreherbits 29 eintaucht unter gleichzeitiger Verwirklichung einer Zweipunkt-Anlage zu den prismenartig zueinanderstehenden Flächen 31′ der betreffenden Eckaussparung 31 auf Höhe deren auslaufseitigen Eckpunkte 31′′. Jeder dieser beiden Eckpunkte 31′′ ist die Schnittstelle dreier sich treffender Kanten, wie dies aus Fig. 8 besonders gut hervorgeht. Es wird hierdurch im Wege einer Verriegelung ein äußerst stabiler, straffer Sitz des eingesetzten Schraubendreherbits erzeugt. In Abzugsrichtung des Schraubendreherbits wirkende Kräfte verstärken noch den Sitz des Schraubendreherbits in der Höhlung 8 der Büchse 5. Über die Spannfläche 19 und Kugel 22 wird im übrigen der der Kugel gegenüberliegende dachförmige Bereich des Schraubendreherbits 29 in den zugehörigen, von den beiden entsprechenden Sechskantflächen gebildeten Zwickel hineingezwängt demgemäß sich in der Höhlung 8 zentriert. Auch wenn größere Toleranzen bei der Herstellung der Schraubendreherbits auftreten sollten, ist stets der genügend straffe Sitz der Schraubendreherbits in der Höhlung 8 gewährleistet zufolge des großen Verlagerungsweges der Kugel in der Durchbrechung 23, so daß auf eine längsschlitzartige Durchbrechung verzichtet werden kann verbunden mit den sich hieraus ergebenden Vorteilen, wie z.B. eine vereinfachte Herstellung der Durchbrechung.
Liegen die Toleranzen des Schraubendreherbits an der unteren Grenze, so kann die Kugel 22 sich bei eingesetztem Schraubendreherbit an den Tragschultern 26, 27 abstützen. Da die Tragschultern 26 geringer stark als die Tragschultern 27 sind, liegt auch ein unterschiedliches Rollverhalten der Kugel 22 vor derart, daß das in Einsteckrichtung bzw. Abzugsrichtung des Werkzeugs vorliegende Rollverhalten ungünstiger ist, wodurch ein zusätzlicher Bremseffekt erzeugt wird.
Das Herauslösen des Schraubendreherbits 29 aus der Höhlung 8 verlangt eine willensbetonte Verlagerung der Betätigungshülse 11 in Werkzeug-Einsteckrichtung x, so daß bei anschließendem Zug an dem Werkzeug entgegen Einsteckrichtung x die Kugel 22 in radialer Auswärtsrichtung ausweichen kann unter Freigabe des Schraubendreherbits. Sowohl beim Einstecken als auch Auslösen desselben braucht dieser keine Federkräfte zu überwinden, so daß dies einen nicht unerheblichen Gebrauchsvorteil darstellt.

Claims

Spannfutter für mehrkantige Schaftenden von Werkzeugen, mit einer die Antriebskraft übertragenden, in ihrer Höhlung (8) dem Mehrkant-Querschnitt des Schaftendes (32) entsprechenden Büchse (5), welche eine fensterförmige Durchbrechung besitzt, in der eine Kugel (22) als auf den Schaft einwirkendes Druckstück angeordnet ist, rückwärtig welcher eine verschiebbare Betätigungshülse (11) angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Kugel (22) grösser ist als die Dicke der Büchsenwandung und kleiner ist als die Hälfte des Schaftendeneckmaßes (E), wobei die Betätigungshülse (11) an ihrer abfallenden Spannfläche (19) auf die Kugel drückt, welche vor Tragschultern im Bereich der innenliegenden Randkante der Durchbrechung liegt, und wobei die Kugel (22) in einer die Mehrkantkante (24) durchdringenden Durchbrechung (23) angeordnet ist, und bei eingestecktem Schaftende die Kugel in Zweipunktanlage liegt zu den prismatisch zueinander stehenden Flächen (31′) einer Eckaussparung (31), dadurch gekennzeichnet,
- daß die Betätigungshülse entgegen Federwirkung entlang der Spannfutter-Längsachse verschiebbar ist,

- daß die Zweipunktanlage auf Höhe der auslaufseitigen Eckpunkte (31′) der prismatisch in einem Winkel von 60 bis 120° zueinander stehenden Flächen liegt, und

- daß der Durchmesser (d) der Kugel (22) mehr als doppelt so groß ist als die in Achsrichtung des Schaftes liegende Weite (w) einer Eckaussparung (31).
Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragschulter (26,27) der eine der Mehrkanten durchdringenden Durchbrechung (23) in Umfangsrichtung gesehen eine unterschiedliche Stärke besitzen, wobei die Stärke der Tragschulter (26) zu den sich in Einsteckrichtung diametral gegenüber liegenden Bereichen der Durchbrechung (23) gegebenenfalls bis auf Null abnimmt.