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Spannzange Die Erfindung betrifft allgemein eine Spannzange, in der
ein Bohr-, Räum, Gewindebohr- oder dergleichen Werkzeug, oder ein Werkstück, mit
Hilfe einer zusammendrUckbaren Spannpatrone eingespannt wird. Insbesondere betrifft
die Erfindung ver-
besserte Spannzangen der Art, die in der USA-Patentschrift
2 228 685 vom 14. Januar 1941 und der USA-Patentschrift 3035 845 vom 22. Mai 1962
(beide Benjamin) angegeben sind.
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Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Spannzange
mit einer neuartigen Kugellagerverbindung zwischen einem drehbaren Spannring und
einem Zwischenring der an dem äußeren Ende der zusammendrUckbaren Spannpatrone angreift
und sie gegen eine Nabenfläche des Spannzangenkörpers druckt.
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' Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Schaffung
einer einfachen Spannpatrone, in der auf den Zwischenring über die vorstehend genannte
Kugellagerverbindung im wesentlichen kein Drehmoment ausgeübt wird, so daß eine
Torsionsverformung der Spannpatrone vermieden und eine hohe Genauigkeit erreicht
wird, die bei einer Messung im Abstand von 102 rnm von dem Ende der Spannzange an
dem Schaft eines in dieser eingespannten Werkzeuges oder dergleichen einer Gesamtauslenkunö
der RIeßuhr beispielsweise 0,0076 mm beträgt.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung
einer Spannzange, die, bezogen auf das auf den Spannring ausgeübte Drehmoment,
auf den Schaft des Werkzeuges eine starke Einspannkraft ausüben kann, die um einen
Betrag in der Größenordnung von 50 % höher ist als bei einer Spannzange der in der
USA-Patentschrift 3 035 845 angegebenen Art, in der anstelle der erfindungsgemäß
vorgesehenen Kugellagerverbindung ein Radialnadellager verwendet wird.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, in einer Spannzange
ein neuartiges Kugellager vorzusehen, in dem komplementäre Laufringe in dem Spannring
und dem Zwischenring zur Übertragung von Aaialkräften von dem Spannring auf den
Zwischenring dienen, ohne daß dieser gedreht wird, und in dem die Kugeln Keile bilden,
welche den Spannring und den Zwischenring zusammenhalten, so daß keine Federringe
oder dergleichen verwendet werden müssen. Außerdem ist die Kugellagerverbindung
derart, daß ihre Laufringe und Kugeln im Betrieb der Spannzange vor einer Beschädigung
durch Schmutz, Späne und dergleichen geschützt sind.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus
der
nachstehenden Beschreibung hervor.
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Zur Erfüllung dieser und damit in Verbindung stehenden Aufgaben besteht
die Erfindung aus den nachstehend ausführlich beschriebenen und in den Patentansprüchen
ausgeführten Merkmalen. In der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen
sind verschieden Ausführungsbeispiele der Erfindung genauer angegeben. Diese Ausfiihrungsbeispiele
geben jedoch nur einige der Möglichkeiten der Anwendung des Erfindungsgedankens
an.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 in einem Querschnitt nach der Linie
1-1 in Fig. 2 eine Ausführungsform einer Spannzange mit der erfindungsgemK-iß vorgesehenen
Kugellagerverbindung. Diese Spannzange besitzt eine zusammendrückbare Spannpatrone,
die bei einer Drehung des Spannrings in entgegengesetzten Richtungen in beiden Richtungen
formschlüusig bewegt wird.
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Fig. 2 zeigt in einem Querschnitt im wesentlichen nach der Linie ?-2
der Fig. 1 einen vollen Satz von Kugeln ":wischen den komplementären Laufringen,
die in dem Spannring bzw. dem Zwischenring vorgesehen sind.
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Fig. 3 zeigt in einem Radialschnitt in stark vergrößerteial:Iaßstab
einen Teil der Kugellagerverbindung zwischen dem Spannring und dem Zwischenring.
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Fig. 4 zeigt ebenfalls in größerem Maßstab die nach den Figuren 1,
'9' und 3 verwencbte Kugellagerverbindung, wobei zur Erzielung bestimmter erwünschter
Zwecke die Flanken der Laufringe abgeschrägt sind.
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Fig. 5 zeigt ebenfalls in größerem Maßstab in einem Radial schnitt,
in einer der Fig. 3 ähnlichen Darstellung, eine
abgeänderte Ausführungsform,
in welcher der Zwischenring im Gleitsitz in dem Spannring sitzt, wobei dieser und
der Zwischen-* ring komplementäre Laufringe für Kugeln haben und der Zwischenring
außerdem eine ebene Fläche besitzt, die an einer ebenen Fläche der Spannpatrone
anliegt, so daß eine Exzentrizität der Ringanordnung gegenüber der Spannpatrone
nicht zu einer exzentribchen Lage der Spannpatrone führt.
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Fig. 6 zeigt in einem ähnlichen Querschnitt wie Fig:
1
eine andere Form einer Spannpatrone, die für eine automatische Freigabe
eingerichtet ist, so daß zum Herausziehen der Spannpatrone aus dem Spannzangenkörper
keine einander radial überlappenden Flächen der Ringanordnung und der Spannpatrone
erforderlich sind.
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Fig. 7 zeit stark vergrößert im Radialschnitt die Kugellagerverbindung
in der Spannzange nach Fig. 6, wobei die komplementären Laufringe in dem Spannring
und dem Zwischenring speziell so ausgebildet sind, daB eine unerwünschte Verformung
derselben vermieden wird, wenn durch die zwischen diesen Laufringen angeordneten
Kugeln axiale Kräfte übertragen werden.
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Fig. 8 zeigt ebenfalls stark vergrößert in einem der Fig. 3 ähnlichen
Radialschnitt verschiedene Abänderungen der komplementären Laufringe in dem Spannring
und dem Zwischenring, sowie eine andere Ausführungsform der aneinander angreifenden
Flächen des Zwischenrings und der Spannpatrone.
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Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Spannzange besitzt
einen
Spanrizangenkörper 1 mit einer konischen Bohrung 2 (z.B. mit einem Kegelwinkel von
8-10o), welche die entsprechend konische,=zusammendrUckbare Spannpatrone 3 aufnimmt.
Wenn die Spannzange
beispielsweise für Maschinen mit automatischer
Steuerung durch einen Lochstreifen verwendet werden soll, müssen die Schäf-
te
der Werkzeuge mit großer Kraft und hoher Genauigkeit einge-
spannt werden.
Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung einer so
starken Einspannkraft
die Konizität der Bohrung 2 etwa 4-5o be-
tragen soll. Ferner
hat es sich gezeigt, daß bei einem Kegelwin-
kel von weniger als etwa
8 0 die Reibung zwischen der Bohrung 2 und der Spannpatrone
3 so stark wird, daß Spannzangen mit einer
geringeren Konizität
eine geringere Einspannkraft haben.
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Auf den Spannzangenkörper 1 ist ein Spannring
4 auf-
geschraubt, dar innen eine kreisförmige Nut 5 besitzt,
die einer
,entsprechenden Außennut 6 in dem Zwischenring 7 zugekehrt
ist,
der in dem Spannring 4 angeordnet ist. In dem Spannring
4 ist ein
radialer Kanal 8 vorgesehen, der durch einen selbsthemmenden
Schraubstöpsel 9 verschlossen ist und zur Einführung eines voll-
ständigen
Satzes von Kugeln 10 in die Führung dient, die von den
Nuten
5 und 6 gebildet wird. In einer Spannzange mit einem
La-
ger, das einen mittleren Durchmesser ton 36,5 mm
besitzt, nimmt die Führung achtundzwanzig Kugeln 10 mit einem
Durchmesser von
3,97 mm auf.
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Wie atz booten aus den Figuren 3 und
4 hervorgeht, sind die Flanken der Nuten 5 und 6 konisch,
wobei der Flankenwinkel wie bei eines ACU-Gewinde (Trapssgewinde)
290 beträgt, damit übliche Werkzeuge verwendet werden können.
Wenn der Spannring 4
so gedreht wird, daß er alsh nach
linke bewegt, greift die Plan-
ke 11 der Wut 5 an
den Kugeln 10 an und wird eine »dalkraft auf den Zwischenring
7 durch die Kugeln übertragen, die an der llan-.ke
12 der Nut 6 den Zwiechenringse 7 angreifen, so daß
dieoer
ebenfalls nach links bewegt Wird, infolge der Wälzberührung
zwischen den Kugeln 10 und den Flanken 11 und 12 der Nuten 5 und 6 jedoch keine
Neigung hat, sich zu drehen. Die abgeschrägte Ihnen=:: Fläche 14 des Zwischenringes
7 greift an dem entsprechend abgeschrägten äußeren Endteil der Spannpatrone 3 an,
so daß durch diese Bewegung des Zwischenringes 7 nach links die Spannpatrone 3 in
die konische Bohrung 2 des Spannzangenkcirpers 1 hineingedrückt wird, wobei die
Spannpatrone gegen den in ihr befindlichen, nicht gezeigten Schaft des 'Merkzeuges
zusammengedrückt Wird.
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Im Bereich der abgeschrägten Innenfläche 14 des Zwischenringes
ist eine einwärtsgekehrte Rippe 15 vorgesehen, die auf ein-
ander
entgegengesetzten Seiten abgeschrägt ist und in eine Umfangsnut 16 der Spannzange
eingreift. Wenn daher der Spannring 4 so gedreht wird, daß er nach rechts
zurückgestellt wird, drücken die
Kugeln 10, welche an den Flanken 17 und 18
der Nuten 5 und 6 angreifen, den Zwischenring 7 nach rechts, so daß die rechte Schrägflache
der Rippe 15 an der rechts von der Nut 16 befindlichen Schulter 19 angreift
und die Spannpatrone 3 formschlüssig aus
dem Spannzangenkörper
herausgezogen wird, wenn sich in der Spann-patrone 3 ein Werkzeugschaft
befindet.
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Wenn die Ringanordnung 4-7 ganz von dem Spannzangenkörper
1 abgeschraubt ist, kann mm die Spannpatrone 3 auf einfache
Weise herausziehen, weil die rechte Schrägfläche der Rippe
15
auf die Schulter 19 eine nockenartige Wirkung ausübt, so daB die Spampatrone
3 zusammengedrackt wird und daher leicht herausgenea werden kann. Beim Uneetzen
einer anderen Spannpatrone wirkt deren abgeschrägte Endfläche 20 mit
der linken Schrägfläche der Rippe 15 des Zwischenringes 7 so zusammen, daß ebenfalls
die
;ipannpatrone 3 zusammengedrückt wird und die Schulter 19 hinter der Rippe
15 einrastet, wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist.
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fie am besten aus der stark vergrößerten Darstellung in.Fig. 4 hervorgeht,
haben die rauten 5 und 6 des äpannringes 4 bzw. des Zwischenringes 7 in Bezug auf
den Durchmesser der Kugeln 10 eine solche Breite und Tiefe, daß zwischen dem Zwischenring
7 und dem Spannring 4 ein geringes radiales und axiales Spiel vorhanden
ist, so daß eine Exzentrizität des Zwischenringes 4 gegenüber der konischen
Bohrung 2 des Spannzangenkdrpers 1 3ufgenormen werden kann. Wenn daher keine derartige
Exzentrizität vorhanden ist, befinden sich die Kugeln 10 in der hig. 4 mit ausgezogenen
Linien gezeigten Stellung.' Jenn der Spannring 4 in der einen oder anderen Richtung
gedreht wird, werden Kräfte von der, Spannring 4 längs der Linien 21 und 23 auf
den Zwischenring 7 übertragen. flenn jedoch zwischen dem Spannring 4 und der verjüngten
Bohrung 2 eine leichte Exzentrizität vorhanden'ist, können sich die Kugeln 10 in
die in Fig. 4 strichpunktiert gezeigten Stellungen bewegen. In diesem Fall werden
die Kräfte längs der Linien 24 und 25, oder 26 und 27 übertragen, ohne. daß auf
den Zwischenring 7 exzentrische Kräfte wirken. Es besteht daher keine Tendenz zu
einer Verlagerung des Endteils der Spannpatrone 3 in eine exzentrische Zage. Es
hat sich gezeigt, daß mit einer Konstruktion der in den Figuren 1 und 4 gezeigten
Art eine hohe Genauigkeit erzielt.,.wird, wobei die Gesamtauslenkung der fmhr in
einem Abstand,-von.102 mm von dem Ende der _ Spannpatrone 3. höchstens 0,0076 mm-beträgt
und außerdem die Ein-Spannkraft, die bei Ausübung des vorgeschriebenen Drehmomehtsauf
den
Spannring erzielt wird, um etwa 50 p höher ist als beispielsweise in der Konstruktion
nach der USA- Patentschrift 3 035 845.
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Gemäß Fig. 5 ist der Zwischenring 31 in dem Spannring 30 im Gleitsitz
angeordnet. Diese beiden Teile bilden eine im Querschnitt kreisförmige Führung 32,
in der ein voller Satz von Kugeln 34 angeordnet ist. Diese Kugeln werden in die
Führung durch den radialen Kanal 35 eingeführt, der in dem Spannring 30 ausgebildet
und durch einen selbsthemmenden Schraubstöpsel 36 verschlossen ist. Da in diesem
Fall die aneinanderliegenden Flächen 38 und 39 des Zwischenringes 31 und der Spannpatrone
37
eben sind, wird eine Exzentrizität des Spannringes 30 und des Zwischenringes
31 gegenüber der konischen Bohrung 2 des Spannzangenkörpers 1 nicht auf die
Spannpatrone 37 albertragen. In diesem Fall ist ebenso wie in den Figuren 1 bis
4 der Zwischenring 30 mit einer einwärtsgekehrten Rippe 40 versehen, die radial
in die Umfangsnut 41 der Spannpatrone eingreift, so daß bei einem Abschrauben des
Spannringes 30 von dem Spannzangenkörper 1 die Stirnfläche 42 der Rippe 40 an der
Schulter 43 der Spannpatrone 37 angreift und diese formschlüssig aus dem Spannzangenkörper
1 herauszieht. Die Schrägfläche 45 der Rippe 40 des Zwischenringes 31 wirkt nockenartig
auf die Ecke 46 der Spannpatrone 37, wenn diese in den Nasenring 31 hineingeschraubt
wird.
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Die in Fig. 6 und 7 gezeigte Spannzange ist für eine automatische
Freigabe eingerichtet. Derartige Spannzangen sind beispielsweise in der USA-Patentschrift
2 228 685 gezeigt. Dabei ist der Spannzangenkörper 50 mit relativ steilen, beispielsweise
unter einem Winkel von 25 o und in Abständen voneinander angeordneten
Nockenflächen
51 versehen, an denen Flächen 52 angreifen, die. an der Spannpatrone
53 in entsprechenden Abständen vorgesehen sind und eine entsprechende Konizität
haben. In diesem Fall sind
der Spannring 54 und der Zwischenring
56 durch einen vollen Satz
. von Kugeln 57 so verbunden, daß
sie gegeneinander drehbar sind.
Diese Kugeln sind in der Ringführung
58 angeordnet, die von der Innennut des Spannringes 54 und der Außennut
des Zwischenringes 56
gebildet wird: Der radiale Kanal
59, durch den die Kugeln 57 in die Führung 58 eingeführt werden, ist durch einen
selbsthemmenden Schraubatöpeel, 60, geschlossen. Vorzugsweise sind die
Flanken die-
ser Nuten kegelatumpfiörmig, wie gezeigt ist,
so daß eine Verformung an den Ecken vermieden wird. Ferner ist
zwischen den Ku-
geln 57 und der Führung 58 ein geringes
radiales Spiel vorgesehen,
so daß eine Exzentrizität des 54 gegenüber den
koni-
schen Nockenilgchen 51 nicht dazu führt, daß auf den
äußeren End-
teil der Spannpatrone 53 exzentrische Kräfte
wirken.
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?ig. 8 zeigt in größerem Xaßetab in einem Radialechnitt
eine abgeänderte ?orm der Ringamrdnuag. Hier sind die
Nut 61
des Spannringes 63 und dis Nut 62 den Zwischenringes
64 ob angeordnet, daß die stjmder gegenüberliegenden und radial
überlappen-
den Flanken 67 und 68 der ]guten 61,und
62 auf die Kugeln 65 direkt einander entgegengesetzte axiale =cke ausüben.
Ferner ist das
äußere Ende-der Spannpatrone 69 bei 70 entsprechend
einem Teil eines Toruz abgerundet und das abgeechrggte innere
Ende des Zwischenringes 64 bei 7'1 so abgerundet, daß eine
gleichmäßige LinienberUhrung vorbanden ist, damit eine Tendenz zu einer
exzentrischen Belastung am äußeren Ende der Spannpatrone 69 vermieden
wird: Der radiale Spalt 72 zwischen dem Zwischenring
64 und den
Spannring 63 gestattet ein Zentrieren des Zwischenringes
64 durch die Spannpatrone 69, so daß eine Exzentrizität des Spannringes 63 gegenüber
der verjüngten Bohrung 2 des Spannzangenkörpers 1 die konzentrische Anordnung des
äußeren Endteils der Spannpatrone 69 nicht beeinträchtigt.
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Die Spannpatrone 69 hat eine Umfangsnut 74, welche der Nut 16 der
Spannpatrone 3 entspricht und mit einer einwärtsgekehrten Rippe 73 der Spannzange
69 ebenso zusammenwirkt wie die Rippe 15 den Zwischenringes 7 mit der Nut 16.
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Man erkennt daher, daß in den verschiedenen hier gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung die Spann- und Zwischenringe axial durch Kugeln gehalten werden, über
die Azialkräfte von dem Spannring auf den Zwischenring übertragen werden. Diese
Verbindungen wirken ferner als Kugellager, so daß eine Drehung des den äußeren Laufring
bildenden Spannrings keine Drehung des den inneren Laufring bildenden Zwischenrings
bewirkt. Der Spannring übt auf die Spannpatrone daher praktisch keine Torsionskxäfte
aus. Außerdem werden Werkzeugschäfte oder dergleichen mit äußerst hoher Genauigkeit
konzentrisch zu den Spannzangenkörpern eingespannt.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeiapiele
eingeschränkt.