EP1763419B1

EP1763419B1 - Schnellspanneinrichtung

Info

Publication number: EP1763419B1
Application number: EP04740807A
Authority: EP
Inventors: Ralph Liersch
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: CN100534717C; EP1763419A1; WO2006005354A1; DE502004010250D1; ATE445481T1; US7789737B2; CN1997487A; US20080305727A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellspanneinrichtung zum axialen Festspannen eines scheibenförmigen Werkzeugs, insbesondere einer Schleifscheibe an einem Flansch einer angetriebenen Spindel, wie z.B. aus der Druckschrift DE-43 36 620 bekannt.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Schnellspanneinrichtungen zum axialen Festspannen eines scheibenförmigen Werkzeugs, insbesondere einer Schleifscheibe bekannt .
Bei bekannten Schnellspanneinrichtungen für Winkelschleifer wird nach dem Aufsetzen der Schleifscheibe die Spindel mit einem Gabelschlüssel oder einer eingebauten Spindelarretierung festgehalten und es wird dann eine Spannmutter von Hand aufgesetzt und mittels eines Schlüssels festgezogen. Beim Einschalten der Maschine läuft die Spindel ruckartig schnell an, so dass aufgrund der Massenträgheit ein selbsttätiges Festspannen der Schleifscheibe erfolgt. Beim anschließenden Arbeiten zieht sich die Spannvorrichtung weiter von selbst zu.
Zum Werkzeugwechsel wird die Spindel festgehalten und die Spannmutter mittels eines Schlüssels, oft unter beträchtlichem Kraftaufwand gelöst.
Es existieren weiterhin Maschinen mit einem speziellen Spindelstop, der kurz vor dem Stillstand der Spindel betätigt werden kann und diese schlagartig blockiert, mit der Folgte, dass die Schleifscheibe aufgrund ihrer Massenträgheit sich weiter dreht und dabei die Spannmutter lösen kann. Wird der Spindelstop bei zu hohen Drehzahlen ausgelöst, so kann die schnelllaufenden Schleifscheibe die Spannmutter vollständig herunterschrauben und die immer noch rotierende Scheibe kann dann von der Spindel herabfallen und Unfälle und Schäden verursachen. Um dem entgegenzuwirken, werden spezielle Muttern mit einem Dämpfungselement vorgesehen, die jedoch aufwendiger in der Herstellung als normale Spannmuttern sind und aufgrund der erhöhten Reibung beim Werkzeugwechsel weniger leicht entfernt werden können.
Auf, der anderen Seite ist es erwünscht, eine Bremsvorrichtung vorzusehen, um beim Abschalten des Elektroantriebs die Gewindespindel kurzfristig zum Stehen zu bringen. Hierdurch soll das Gefährdungsrisiko für den Benutzer vermindert werden, um die Gefahr, eines Kontaktes mit der noch laufenden Schleifscheibe im Bereich des Nachlaufs bei Abstellen des Motors zu verringern. Insbesondere war es ansonsten herkömmlich notwendig, den Winkelschleifer so lange in den Händen zu behalten, bis die Schleifscheibe vollständig zum Stillstand gekommen war. Wird der Winkelschleifer vor der vollständigen Abbremsung der Schleifscheibe bereits abgelegt, kann es zu einer Verletzung des Untergrundes oder zur Verletzung an Personen kommen. Um zu verhindern, dass bei sogenannten Winkelschleifern mit einer Auslaufbremse es zu einem Abfallen der Schleifscheiben kommen kann, wurden eine Vielzahl von Entwicklungen vorgenommen. So offenbart die DE 42 43 328 C1 ein Gestaltung, bei der das Spannelement aus einem gegenüber der Spindel drehfesten Spannteil und einem auf dem Gewindezapfen aufschraubbaren Teil besteht, die gegeneinander verdrehbar sind, und wobei zwischen den beiden Spannteilen oder zwischen der Spindel und dem auf dem Gewindezapfen aufschraubbaren Spannteil eine eine Relativbewegung zwischen den beiden Spannteilen wenigstens teilweise vermindernde Einrichtung vorgesehen ist. Als derartige Einrichtung kann beispielsweise ein O-Ring vorgesehen sein.
Darüber hinaus offenbart die DE 43 05 317 A1 eine Gestaltung, bei der ein Reibungselement in der Spannmutter gehalten ist, und an der Spindel unter Reibschluss anliegt, zur Bremsung einer Relativbewegung zwischen Spindel und Spannmutter.
Schließlich offenbart die DE 102 05 848 eine Gestaltung, bei der in der Mutter ein mit dem Werkzeug verspannbarer Druckring vorgesehen ist.
Sämtliche dieser Gestaltungen besitzen den Nachteil, zum einen verhältnismäßig kompliziert aufgebaut zu sein, und zum anderen durch die Mutter, die über das Werkzeug hinaussteht, eine relativ große Bauhöhe in axialer Richtung zu besitzen.
Der Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine alternative Lösung bereit zu stellen, die ein Spannen und Nachspannen eines Werkzeugs ermöglicht, bei gleichzeitigem Verhindern eines unbeabsichtigten Lösens des Werkzeugs von der Gewindespindel z. B. beim Abbremsen der Spindel.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Schnellspanneinrichtung gemäß Anspruch 1.
Durch die hier erfindungsgemäß vorgesehene Gestaltung, kann auf eine kraftschlüssige Festlegung mittels einer Mutter bzw. einer spannschraube, die in ein Innengewinde der Spindel eingreift, verzichtet werden zugunsten einer reibschlüssigen Gestaltung. Auf diese Weise, insbesondere durch die rein axiale Halterung wird ein unbeabsichtigtes Lösen vermieden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Kopf des Spannpilzes nur geringfügig über das Werkzeug hinausstehen kann. Anders als bei einer Mutter, bei der die Halterung und damit der Kraftschluss im Bereich der Mutter und damit axial außerhalb des Werkzeugs erfolgt, erfolgt die Festlegung im Bereich des Bolzens des Spannpilzes und damit in der Spindel, die nicht über das Werkzeug hinausragt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Spannpilz unter Reibschluss im Spannelement gehalten ist, wobei es sich insbesondere bei dem Spannelement um Tellerfedern handeln kann. Die Tellerfedern können hier als geschlitztes Tellerfederpaket vorgesehen sein, die in radialer Richtung geneigt angeordnet sind, wobei vorzugsweise der äußere Umfang des Tellerfederpaketes in Richtung auf das Werkzeug weist und der innere Umfang des Tellerfederpaketes in Richtung auf ein Elektrohandwerkzeuggerät, in dem die Schnellspannvorrichtung vorgesehen ist. Beim Einstecken des Spannpilzes in das Tellerfederpaket erfolgt dann eine erste Klemmung des Spannpilzes, da nur ein geringes Spiel zwischen Spannpilz und Tellerfederpaket vorgesehen ist. Durch die Neigung der Tellerfedern kann hier erreicht werden, dass ein Einführen des Spannpilzes ermöglicht ist, aufgrund des vorzugsweise geringen, voreingestellten Spiels ein Herausziehen in entgegengesetzter Richtung, der Klemmrichtung der Tellerfedern, jedoch durch weiteres Anlegen der Federn an den Bolzen des Spannpilzes vermieden wird. Denkbar sind jedoch auch andere Spannelemente, wie Reibbeläge, etc.
Zur ersten Klemmung kann nach einer ersten Gestaltung bereits eine Vorspannung aufgebracht sein vor Einsetzen des Spannpilzes. Alternativ oder zusätzlich kann nach Einsetzen des Spannpilzes kann des Weiteren vorgehen sein, dass eine erste oder weitere Spannung mittels einer Spanneinrichtung, die der Vorspanneinrichtung entsprechen kann, die über Hilfsmittel am Tellerfederpaket angreift, und diese so belastet, dass der innere Durchmesser des Tellerfederpaketes verringert wird, aufgebracht wird.
Dabei kann die Spanneinrichtung so gestaltet sein, dass insbesondere ein Stellelement, wie beispielsweise ein Hebel, vorgesehen sein kann, wobei der Hebel mit einem Zahnsegment ausgestattet ist, und der Hebel mit seinem Zahnsegment mit einer Verzahnung, eines weiteren Elementes zusammenwirkt, das unmittelbar oder mittelbar eine Spannung des Spannelementes bewirkt. Dabei kann vorgesehen sein, dass beispielsweise der Hebel in einer ersten Stellung, insbesondere an die Schnellspannvorrichtung angelegt sein kann, in der sich das Zahnsegment außer Eingriff befindet. Der Hebel kann dann in eine zweite Stellung gebracht werden, beispielsweise indem er um einen Schwenkpunkt verschwenkt wird, in der die zähne des Hebels mit der Verzahnung des weiteren Elements in Eingriff kommen. Es kann dann weiter vorgesehen sein, dass der Hebel bei einer weiteren Bewegung um seine Schwenkachse eine Stellbewegung durchführt, wodurch ein Spannen des Spannelementes erzielt wird. Die Rückstellung des Hebels kann dann manuell oder automatisch in die erste Stellung erfolgen. Das Lösen der Spannung erfolgt auf umgekehrte Weise.
Grundsätzlich sind jedoch auch andere Spanneinrichtungen denkbar.
Ein weiteres Spannen des Tellerfederpaketes und Nachspannen des Tellerfederpaketes gegenüber dem Spannpilz kann alternativ oder zusätzlich bei Inbetriebnahme eines Elektrohandwerkzeug, an dem die Schnellspannvorrichtung angeordnet ist, erfolgen, da durch eine Relativbewegung beim Anfahren der Spindel zwischen dem Flansch und dem Werkzeug es zu einer Relativbewegung und damit zu einem Spannen bzw.
Nachspannen kommt, wodurch die Tellerfedern weiter in Richtung auf ihre "Blocklage" belastet werden.
Um das Nachspannen durch die Relativbewegung zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass ein Reibelement oder auch ein Federelement vorgesehen ist, zwischen dem Flansch sowie dem Werkzeug, um einen sicheren Kontakt zwischen Flansch und Werkzeug beim Lösen bzw. Nachspannen zu erreichen. Durch dieses zusätzliche Element, das insbesondere durch ein Reibelement oder eine Tellerfeder gebildet werden kann, soll eine Kraft- und Momentenübertragung zwischen Flansch und Scheibe sichergestellt werden.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Reibkräfte zwischen Flansch und Werkzeug zu gestalten, dass eine leichte Rückstellung ermöglicht ist.
Durch die Tatsache, dass keine aus dem Werkzeug herausragende Spindel vorgesehen ist, bietet die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil, dass auch bei verschiedenen Scheibendicken es nicht zu einem Herausragen der Spindel aus dem Werkzeug kommt. Insbesondere bei Schleifscheiben mit einer geringen Bauhöhe besteht beim Stand der Technik der Nachteil, dass dann die Spindel axial deutlich über das Werkzeug hinaussteht und es zu Verletzungen des Werkstücks bei der Bearbeitung durch die Werkzeugspindel kommen kann.
Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Gestaltung den Vorteil, dass handelsübliche Schleifscheiben und andere scheibenförmige Bearbeitungsmittel eingesetzt werden können und nicht - wie zum Teil beim Stand der Technik vorgesehen spezielle Schleifscheiben verwendet werden müssen, sofern eine Bremseinrichtung vorgesehen ist.
Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße System den Vorteil, einen schnellen Wechsel des Werkzeugs zu ermöglichen, ohne dass hierzu die Spindel arretiert werden muss, da keine Drehbewegung zum Wechseln des Werkzeugs und zum neuen Einspannen bzw. Lösen notwendig wird.
Insbesondere zum Lösen des Werkzeugs ist es vorteilhaft, wenn der Spannpilz bezüglich der Momentenübertragung von dem Werkzeug entkoppelt ist. Hierzu kann nach einer Ausgestaltung eine Nut- und Feder-Anordnung vorgesehen sein, wodurch der Spannpilz unmittelbar mit der Spindel gekoppelt ist. Hierdurch wird zusätzlich erreicht, dass Reibkräfte in Umfangsrichtung durch das Spannelement nicht aufgenommen werden müssen.
Generell wird bei einer Bremsung des Werkzeugs die Nachspannwirkung umgekehrt, d.h. das Werkzeug dreht sich gegenüber dem Flansch weiter und es kommt so zu einem Lösen der Spannung des Spannelementes, insbesondere der Tellerfedern, die sich zunehmend wieder schräg stellen. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Federn nur axiale und keine radialen Kräfte übertragen, so dass der Spannpilz dann einfach aus der Öffnung herausgehoben werden kann, sobald das Spannmoment gelöst wird. Die Verwendung von Werkzeugen zum Wechseln ist in der Regel daher nicht notwendig.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Elektrohandwerkzeug, insbesondere einen Winkelschleifer mit einer Schnellspanneinrichtung gemäß den vorstehenden Ansprüche. Die Erfindung soll im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen

Figur 1: einen Teil eines Gehäuses eines Winkelschleifers, mit einer erfindungsgemäßen Schnellspanneinrichtung;
Figur 2: eine Detailansicht aus Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Gehäuse 10 zur Aufnahme einer Antriebswelle in einer Öffnung 12 des Gehäuses 10, die mit einer Spindel 14 zum Antrieb eines Werkzeugs 16, das hier durch eine Schleifscheibe gebildet ist, in Verbindung steht. Dabei ist im Gehäuse 10 ein Getriebe (nicht dargestellt) angeordnet. Die Schleifscheibe wird hierbei mittels einer Schnellspanneinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 18 versehen ist, eingespannt. Die Schnellspanneinrichtung 18 umfasst dabei einen elektromaschinenseitigen Teil 20, sowie einen Spannpilz 22, der mit dem Teil 20 zusammenwirkt.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt ohne Werkzeug aus Figur 1 mit der Schnellspanneinrichtung 18. Die Schnellspanneinrichtung 18 umfasst hierbei einen Flansch 24, gegen den die . Schleifscheibe 16 anliegt. Zur Montage der Schleifscheibe 16 mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Schleifscheibe 16 auf den Flansch 24 aufgelegt, und der Spannpilz 22 in eine vorgesehene Öffnung eines Zylinders 26, der mit der Spindel 14 zusammenwirkt und so Teil der Spindel 14 ist, eingeführt. Der Zylinder 26 weist dabei in seinem Inneren Tellerfedern 28 auf, die als geschlitzte Tellerfedern ausgebildet sind und deren äußerer Durchmesser näher an der Schleifscheibe 16 ist als ihr innerer Durchmesser. Dabei ist nur ein geringer Spalt zwischen dem Bolzen 30 des Spannpilzes 22 und dem inneren Durchmesser des Tellerfederpaketes 28 vorgesehen.
Um eine Vorspannung des Tellerfederpaketes für einen sicheren axialen Reibschluss zwischen dem Tellerfederpaket 28 und dem Bolzen 30 zu gewährleisten, kann eine Vorspanneinrichtung 32 vorgesehen sein, die über ein Zahnrad 34 sowie eine Rampenanordnung eine Aufwölbung der Tellerfedern 28 in der Gestalt hervorruft, dass diese sich bezüglich ihres inneren Durchmessers verengen. Die Verstellung erfolgt dabei über eine Verschwenkung des Hebels 33, der mit einem Zahnsegment verbunden ist, das über eine erste Schwenkbewegung mit dem Zahnrad 34 in Eingriff bringbar ist und über eine weitere Verschwenkung ein Spannen auslöst. Der Hebel 33 ist hier in seiner angelegten Grundstellung gezeigt, bei der er außer Eingriff ist. Läuft nun ein entsprechendes Elektrohandwerkzeug an, so verharrt aufgrund der Massenträgheit die Schleifscheibe 16 zunächst, woraufhin durch eine Drehung des Flansches 24 und eine dadurch entstehende Relativbewegung es zu einer Belastung des Tellerfederpaktes kommt und so ein Nachspannen des Spannpilzes 22 erzielt wird.
Nach Beendigung des Schleifvorganges erfolgt dann eine Abbremsung der Spindel 14 über eine nicht gezeigte Bremseinrichtung, woraufhin sich die Nachspannung löst durch eine wiederum erfolgte Relativbewegung zwischen dem Flansch 24 und der Schleifscheibe 16, da die Schleifscheibe 16 aufgrund ihrer Massenträgheit noch eine gewisse Zeit nachläuft. Die Spannkräfte sind jedoch weiterhin ausreichend, um ein Lösen des Spannpilzes 22 zu verhindern. Jedoch kann der Spannpilz 22 danach ohne weitere Hilfsmittel aus der Halterung in axialer Richtung herausgezogen werden, insbesondere da der Spannpilz 22 aufgrund seiner Gestaltung keine Drehmomentübertragung von der Schleifscheibe 16 erfährt. Der Spannpilz 22 weist hierzu im Bereich seines Bolzens 30 Stege bzw. Federn 31 auf, die in Nuten 29 der Spindel 14 eingreifen, so dass hier eine direkte Momentenübertragung und Entkoppelung von dem Werkzeug gegeben ist.
Auf diese Weise können die drei wesentlichen Kriterien für Schnellwechselsysteme, nämlich die Halterung, die stufenlose Verstellung und das Nachspannen gewährleistet werden.
Insbesondere da keine Spindel 14 in axialer Richtung im Bereich des Werkzeugs 16 vorgesehen ist, können problemlos Schleifscheiben sämtlicher Dicken eingesetzt werden, ohne dass ein Teil der Spindel 14 aus der Schleifscheibe 16 in axialer Richtung hervorragt. Insbesondere für sog. Schrubbarbeiten kann hierdurch eine günstige Scheibenausnutzung erreicht werden. Darüber hinaus bietet dies in jedem Fall den Vorteil, dass Verletzungen des Werkstücks durch ein herausragende Spindel vermieden werden können.
Das erfindungsgemäße Schnellwechselsystem 18 bietet daher neben den Vorteilen eines einfachen Werkzeugwechsels die vorteile der sicheren Halterung der Schleifscheibe auch bei einer Abbremsung der Spindel, wobei gleichzeitig herkömmliche Schleifscheiben, herstellerungebunden verwandt werden können.

Claims

Schnellspanneinrichtung zum axialen.Festspannen eines scheibenförmigen Werkzeugs (10) , insbesondere einer Schleifscheibe an einem Flansch (24) einer angetriebenen Spindel (14), wobei die Spindel (14) eine axial verlaufende Bohrung aufweist, in der mindestens ein Spannelement (28) angeordnet ist, das mit einem Spannpilz (22) zusammenwirkt, wobei das Werkzeug zwischen im Abstand zueinander veränderlichen Anlageflächen des Flansches (24) und des Spannpilzes (22) einspannbar ist, wobei ein Bolzen (30) des Spannpilzes (22) in die Bohrung der Spindel (14) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen durch Verklemmung mit dem Spannelement (20)reibschlüssig festlegbar ist.
Schnellspanneinrichtung nach Anspruch 1 als Spannelement (20) ein geschlitztes Tellerfedernpaket vorgesehen ist, das in radialer Richtung geneigt ist.
Schnellspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannelement (20) Tellerfedern (28) vorgesehen sind.
Schnellspanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (20) vorspannbar ist.
Schnellspanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannpilz (22) bezüglich der Momentenübertragung von dem Werkzeug (16) entkoppelt ist.
Schnellspanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Relativbewegung zwischen Werkzeug (16) und Flansch (24) das Werkzeug (16) nachspannbar bzw. eine Nachspannung lösbar ist.
Schnellspanneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (28) in axialer Richtung wirkt.
Elektrohandwerkzeug, insbesondere Winkelschleifer, umfassend eine Schnellspanneinrichtung (18) nach einem der vorangehenden Ansprüche.