DE19923006C2 - Spannfutter für auswechselbare Werkzeugeinsätze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter für einen im Querschnitt unrunden, vorzugsweise mehrkantig gestalteten Schaft eines Werkzeugeinsatzes, insbesondere Schraubendreher-Bits, gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Spannfutter für auswechselbare Werkzeugeinsätze, z. B. Schraubendrehereinsätze mit Sechskantschaft, sind in bekannten Ausführungen im wesentlichen nach drei Prinzipien konstruiert.

Bei dem am häufigsten angewendeten Funktions-Prinzip besteht das Spannfutter aus einer Innenhülse mit einem Innensechskant-Profil, das dem Sechskantprofil des Schaftes des Werkzeugeinsatzes entspricht und das Drehmoment vom Antriebsschaft des Spannfutters auf den Werkzeugeinsatz überträgt. In der Wand der Innenhülse ist mindestens eine Kugel als Klemmelement radial beweglich in einer Bohrung oder einem Schlitz gelagert. Über die Kugel greift eine Außenhülse, die durch eine Federkraft axial verschoben wird, wobei die Kugel zwischen der meist konischen Innenwand der Außenhülse und einer Haltekerbe im Sechskantschaft des Werkzeugeinsatzes oder seiner Fläche verspannt wird. Zum Einsetzen des Werkzeugeinsatzes muß die Außenhülse gegen die axial wirkende Federkraft so verschoben werden, daß sich die Kugel radial nach außen verschieben läßt und der Sechskantschaft in die Innenhülse des Spannfutters eingeschoben werden kann. Zum Lösen der Verspannung muß in gleicher Weise verfahren werden.

Spannfutter entsprechend diesem Funktions-Prinzip sind in DE 29 34 428 A1 und DE 38 29 331 C2 beschrieben. Nachteilig ist, daß bei manchen Spannfuttern das Ver­ schieben der Außenhülse in Richtung zur Arbeitsspitze des Werkzeugeinsatzes hin erfolgen muß. Dies kann bewirken, daß das Spannfutter aus der Aufnahmevorrichtung in der Antriebsmaschine herausgezogen wird. Nachteilig ist außerdem, daß die Radialbeweglich­ keit und damit die Klemmwirkung der Kugel durch in das Spannfutter eingedrungene Schmutzpartikel leicht gestört werden kann. In ähnlicher Weise wirkt ein anderes bekann­ tes Spannfutter (DE 94 03 686 U1), bei dem anstelle einer Kugel ein in einer Innenhülse gelagertes Federelement mit einer radial nach innen ragenden Federzunge vorgesehen ist. Die Federzunge kann durch axiales Verschieben einer Außenhülse entweder in einer radial nach innen vorgeschobenen Raststellung verriegelt oder derart freigegeben werden, daß sie beim Einführen oder Entnehmen des Einsatzes automatisch in eine radial äußere Entriege­ lungsstellung zurückgedrängt wird.

Bei dem zweiten Prinzip eines Spannfutters (DE 90 14 997 U1) wird die Fixierung des Werkzeugeinsatzes in der Weise bewirkt, daß eine Außenhülse auf der Innenhülse des Spannfutters drehbar gelagert und ein Verriegelungsplättchen fest mit der Außenhülse verbunden ist. Das Verriegelungsplättchen weist einen kreisförmigen Durchbruch mit sechs prismenförmigen Ausnehmungen auf. Zum Einsetzen des Werkzeugeinsatzes wird die Außenhülse gegen die Kraft einer in Umfangsrichtung wirkenden Feder so verdreht, daß die Ausnehmungen im Verriegelungsplättchen mit dem Sechskant-Innenprofil der Innenhülse zur Deckung kommen. Nach Loslassen der Außenhülse verdreht sich diese mit dem Verriegelungsplättchen so, daß die kreisförmigen Innenkanten des Verriegelungs­ plättchens in die Rastrillen des Sechskantschaftes oder vor eine Schulter des Werkzeugein­ satzes eingreifen und ihn so halten. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, daß die beiden Hülsen zum Einsetzen bzw. Herausnehmen des Werkzeugeinsatzes relativ zueinander gedreht werden müssen, was einen professionellen Einsatz behindert.

Bei dem dritten Konstruktionsprinzip (JP 26 98 026 B2) ist in der Innenhülse des Futters eine Federscheibe eingesetzt, die nach innen radial verlaufende Federzungen aufweist, welche in Einsteckrichtung des Einsatzes leicht schräg stehen, wobei die gedachte Verbindung der Spitzen der Federzungen einen Kreis bildet, dessen Durchmesser etwa dem Tangentenkreis der Sechskantfläche des Schaftes des Werkzeugeinsatzes entspricht.

Die Außenhülse ist drehbar und axial verschiebbar auf der Innenhülse fixiert. Sie weist eine Bohrung entsprechend dem Außenkreis des Profiles des Sechskantschaftes des Werkzeugeinsatzes auf, die Stirnwand an ihrer Innenfläche einen in die Einstecköffnung der Innenhülse hineinragenden ringförmigen Ansatz. Der Werkzeugeinsatz kann ohne Betätigung der Außenhülse mit leichter Axialkraft und Drehbewegung in das Spannfutter eingesetzt werden, wobei die Drehbewegung erforderlich ist, weil keine Vorführung für das Sechskantprofil des Schaftes zu dem gleichen Innenprofil der Innenhülse gegeben ist. Die Spitzen der Federzungen rasten in den Rastrillen des Sechskantschaftes oder vor einer Schulter ein und halten so den Einsatz. Zum Entnehmen wird die Außenhülse in Richtung von der Einstecköffnung weg bewegt. Der ringförmige Ansatz auf der Innenseite der Stirnwand drückt dabei auf die Federzungen und bewegt sie spreizend nach außen, so daß der Rasteingriff in die Rastrillen oder vor der Schulter aufgehoben wird. Der Einsatz kann nun aus dem Spannfutter entnommen werden. Nachteilig ist, daß auch hier eine Relativ­ drehung der beiden Hülsen erforderlich ist und daß es wegen des Spieles zwischen Innenhülse und Außenhülse vorkommen kann, daß das Wegspreizen der Federzungen nicht ganz gleichmäßig erfolgt und deshalb die Entnahme gehemmt wird.

Aufgabe ist es, die Ausführung des nach dem dritten Prinzip ausgebildeten Spannfutters so zu verbessern, daß die Drehbewegung beim Einsetzen des Werkzeugeinsatzes nicht erforderlich ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß der Werkzeugeinsatz nach dem Lösen der Rastverbindung durch die Auswurffeder weitgehend selbsttätig aus dem Spannfutter herausgedrückt wird. Außerdem ist weder zum Herstellen noch zum Lösen der Rastver­ bindung eine Drehbewegung erforderlich.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand an zwei Beispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannfutters im Längs­ schnitt;

Fig. 2a und 2b Draufsichten auf zwei für das Spannfutter nach Fig. 1 geeignete Feder­ scheiben;

Fig. 3 die Unteransicht einer Außenhülse des Spannfutters nach Fig. 1;

Fig. 4 und 5 das Spannfutter in der Fig. 1 entsprechenden Ansichten, jedoch mit einem eingesetzten Werkzeugeinsatz und in je einer Halte- bzw. teilweise ausgeschobenen Stellung;

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Spannfutters; und

Fig. 7 und 8 das Spannfutter in der Fig. 6 entsprechenden Ansichten, jedoch mit einem eingesetzten Werkzeugeinsatz und in je einer Halte- und teilweise ausgeschobenen Stellung.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 5 ist ein als Schaft ausgebildetes Antriebs­ element 1 des Spannfutters in einem Ende einer z. B. aus Stahl bestehenden Innenhülse 2 befestigt, deren anderes Ende als Einstecköffnung 3 für einen üblichen Schaft 4 (Fig. 4, 5) eines Werkzeugeinsatzes 5, insbesondere eines Schraubendreher-Bits, ausgebildet ist. An diesem Ende der Innenhülse 2 ist außerdem eine Federscheibe 6 angebracht, die mit radial nach innen ragenden, flexiblen Federzungen 7 bzw. 8 (Fig. 2a, 2b) versehen ist, deren Enden beim Einstecken des Schafts 4 in dessen Rastrillen oder Rastkerben 9 oder hinter eine entsprechende Schulter einrasten und den Werkzeugeinsatz im Spannfutter halten.

Auf der Innenhülse 2 ist eine relativ zu ihr nicht drehbare, aber axial verschiebbare und zweckmäßig ebenfalls aus Stahl bestehende Außenhülse 10 gelagert. Diese ist zur Herstellung einer Drehsicherung mit einem nach innen ragenden, in eine achsparallele Längsnut 11 oder ein achsparalleles Langloch der Innenhülse 2 ragenden Stift 12 ver­ sehen. Außerdem weist die Außenhülse 10 eine Stirnwand 14 mit einem Durchbruch 15 für den Schaft 4 auf, von der ein ringförmiger, der Einstecköffnung 3 der Innenhülse 2 zugewandter Ansatz 16 absteht. Dieser ist so ausgebildet und angeordnet, daß er sich, wenn die Außenhülse 10 auf der Innenhülse 2 in Richtung von deren das Antriebselement 1 aufweisenden Ende axial verschoben wird, gegen die Federzungen 7, 8 legt (Fig. 5) und diese allmählich aufspreizt, bis sie aus den Rastkerben 9 od. dgl. heraustreten und der Werkzeugeinsatz 5 aus der Einstecköffnung 3 herausgezogen werden kann.

Die Durchbrechung 15 und der ringförmige Ansatz 16 weisen eine Innenkontur auf, die dem Querschnittsprofil des Schafts 4 angepaßt und bündig auf die Innenkontur der Einstecköffnung 3 ausgerichtet ist. Dadurch wird der Schaft 4 beim Einführen in die Einstecköffnung 3 sowohl von dieser als auch von dem vor ihr liegenden Durchbruch 15 bzw. dem Ansatz 16 so geführt, daß in Drehrichtung Formschluß besteht. Es ist daher möglich, den Schaft 4 einhändig, ohne jede Drehbewegung in das Spannfutter einzusetzen bzw. wieder aus diesem herauszuziehen. Der Schaft 4 bzw. sein in die Einstecköffnung 3 einzuführendes Ende weisen in der Regel ein Sechskantprofil auf, doch sind auch andere Profilierungen möglich. Entsprechendes gilt für die Querschnitte der Teile 3, 5 und 16. Dabei ist vorzugsweise auch die Außenkontur des Ansatzes 16 entsprechend dem Quer­ schnittprofil des Schafts 4 gestaltet, um dadurch die Federzungen 7 bzw. 8 beim Lösen der Rastverbindung entsprechend der Außenkontur des Schaftes 4 wegzuspreizen.

Zur Erleichterung der Entnahme des Werkzeugeinsatzes 5 ist in die Innenhülse 2 eine z. B. als Schraubenfeder ausgebildete Auswurffeder 17 eingesetzt. Diese stützt sich mit einem Ende an einem in die Innenhülse 2 eingesetzten Boden 18 ab, der auch von dem Antriebs­ element 1 gebildet sein kann, während ihr freies Ende so in die Einstecköffnung 3 ragt, daß sie beim Einführen des Schafts 4 durch diesen axial gespannt wird und in der verrasteten Stellung der Federzungen 7, 8 auch gespannt bleibt, indem sie zwischen dem Schaft 4 und dem Boden 18 zusammengedrückt wird. Werden die Federzungen 7, 8 jedoch zur Entnahme des Werkzeugeinsatzes 5 gespreizt, kann sich die Auswurffeder 17 ent­ spannen und dabei den Schaft 4 zumindest teilweise aus der Einstecköffnung 3 heraus­ schieben, so daß der Werkzeugeinsatz 5 allenfalls noch ein kleines Stück aus dem Futter herausgezogen werden muß.

Damit beim Lösen des Eingriffs der Einsatz 5 nicht durch die Kraft der axial wirkenden Feder 17 ganz aus dem Spannfutter herausgeschoben wird, ist in den Durchbruch 15 der Stirnwand 14 der Außenhülse 10 ein ringförmiges, radial-elastisches Hemmelement 19, z. B. ein O-Ring, eingelassen. Sein Innendurchmesser ist so bemessen, daß er etwas kleiner als der Außenkreis-Durchmesser des Profiles des Werkzeugeinsatz-Schaftes 4 ist.

Als zweckmäßige Ergänzung der Ausstattung wird vorgeschlagen, am Boden 18 der Innenhülse 2 einen Permanentmagneten in Form eines Ringmagneten 20 anzuordnen, wie es bei einfachen Magnethaltern für Werkzeugeinsätze üblich ist. Das Magnetfeld des Magneten wird durch den Werkzeugeinsatz 5 geleitet und setzt sich in den Eisenschrau­ ben od. dgl. fort, die auf die Arbeitsspitze des Einsatzes 5 gesetzt werden. Dadurch werden die Schrauben od. dgl. auf der Arbeitsspitze gehalten. Der Ringmagnet 20 wird zweckmäßig von der Auswurffeder 17 durchragt und dient gleichzeitig als Anschlag für das Schaftende des Einsatzes 5 in der verrasteten Position der Federzungen 7 bzw. 8 (Fig. 4). In diesem Fall muß die Kraft der Auswurffeder 17 so bemessen sein, daß sie die Haltekraft des Ringmagneten 20 beim Lösen der Rastverbindung überwinden kann.

Die Federscheibe 6 kann an sich beliebig gestaltet und an dem die Einstecköffnung 3 bildenden Ende der Innenhülse 2 angebracht sein. In einer Ausführungsvariante der Federscheibe 6 entspricht die Verbindungslinie der Federzungen-Enden dem Querschnitts­ profil des Schafts 4 des Werkzeugeinsatzes 5 (Fig. 2b), wodurch der Eingriff über den Umfang des Schafts 4 gleichmäßiger und das Lösen aus der Eingriffsstellung sicherer werden.

Bei dem bisher als am besten empfundenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bis 8, in denen gleiche Teile mit denselben, zusätzlich jedoch mit dem Buchstaben "a" versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist zwischen dem Boden 18a und dem Werkzeugeinsatz 5a ein axial bewegliches Zwischenstück 21 in der Einstecköffnung 3a angeordnet, wobei sich die Auswurffeder 17a zwischen dem Boden 18a und dem Zwischenstück 21 abstützt. Das Zwischenstück 21 weist im wesentlichen eine der Innenkontur der Einstecköffnung 3a entsprechende Außenkontur auf und besitzt ein gewisses Untermaß, so daß es axial leicht beweglich ist. Die vom Boden 18a abgewandte Oberseite des Zwischenstücks 21 ist als Anschlagfläche 22 (Fig. 6) für den Schaft 4a des Werkzeugeinsatzes 5a ausgebildet. Außerdem sind Mittel vorgesehen, die die axiale Verschiebbarkeit des Zwischenstücks 21 nach beiden Seiten hin begrenzen. Diese Mittel enthalten im Ausführungsbeispiel eine am Außenumfang des Zwischenstücks 21 angebrachte, zur Längsachse parallele, an beiden Enden geschlossene Nut 23, in die ein an der Innenhülse 2a befestigter und von dieser radial nach innen ragender Anschlagstift 24 endet. Die Länge der Axialnut 23 bestimmt somit den axialen Verschiebeweg des Zwischenstücks 21. Gleichzeitig kann der Anschlag­ stift 24 analog zum Stift 12 nach Fig. 1 bis 5 die Verdrehsicherung der Außenhülse 10a auf der Innenhülse 2a bewirken und zu diesem Zweck radial nach außen in ein zur Längsachse paralleles, an beiden Enden geschlossenes Langloch 25 der Außenhülse 10a ragen.

Das Zwischenstück 21 weist vorzugsweise eine von der Anschlagfläche 22 her einge­ arbeitete Aussparung auf, in die ein Stabmagnet 26 eingesetzt ist, der dieselbe Funktion wie der Ringmagnet 20 nach Fig. 1 bis 5 hat und vorzugsweise bündig mit der Anschlag­ fläche 22 abschließt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 8 bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß die beim Arbeiten auf den Einsatz 5 wirkenden Axialkräfte zumindest teilweise von dem aus einem beliebigen zweckmäßigen Material bestehenden Zwischenstück 21, d. h. nicht nur von dem Magneten 26 aufgenommen werden muß, der meistens aus einem spröden, durch stoßartig wirkende Axialkräfte unter Umständen zerstörbaren Magnetwerkstoff besteht. Außerdem muß die Auswurffeder 17a entgegen Fig. 1 bis 5 nicht gegen die Kraft des Magneten 26 arbeiten, falls ein solcher erwünscht ist, da sie das Zwischenstück 21 zusammen mit dem Stabmagneten 26 in eine Entnahmeposition für den Wewrkzeugeinsatz 5a (Fig. 8) verschiebt. Dabei ist der Stabmagnet 26 so ausgelegt, daß der Werkzeugeinsatz 5a in der Entnahmeposition leicht vom Stabmagneten 26 entfernt werden kann. Außerdem kann die Stärke der Auswurffeder 17 ganz unabhängig von der Magnetkraft gewählt werden.

Das Hemmelement 19 kann, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bis 8 zeigt, bei Bedarf auch entfallen, weil in diesem Fall der Werkzeugeinsatz 5a auch in der Entnahme­ position noch vom Stabmagneten 26 gehalten ist.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für die dargestellten Querschnitte der verschiedenen Teile, die Ausbildung und Anordnung der Auswurffeder 17 und 17a, der Drehsicherungselemente zwischen den beiden Hülsen 2, 2a und 10 bzw. 10a, der Magnete 20, 26 und des Zwischenstücks 21.

Claims (9)

1. Spannfutter für einen unrunden, vorzugsweise mehrkantig gestalteten Schaft (4, 4a) eines Werkzeugeinsatzes (5, 5a), insbesondere Schraubendreher-Bits, mit einer Innenhülse (2, 2a), die an einem Ende eine zum Einstecken des Schafts (4, 4a) bestimmte Einstecköff­ nung (3, 3a) mit einer dem Querschnittsprofil des Schafts (4, 4a) angepaßten inneren Kontur und einer Federscheibe (6, 6a) aufweist, die mit zur Verrastung des eingesteckten Schafts (4, 4a) bestimmten, radial nach innen gerichteten Federzungen (7, 8) versehen ist, und mit einer auf der Innenhülse (2, 2a) axial verschiebbaren Außenhülse (10, 10a), die eine Stirnwand (14, 14a) mit einem Durchbruch (15, 15a) für den Schaft (4, 4a) und einem ringförmigen, der Einstecköffnung (3, 3a) zugewandten Ansatz (16, 16a) aufweist, der beim axialen Verschieben der Außenhülse (10, 10a) in Richtung des anderen Endes der Innen­ hülse (2, 2a) die Federzungen (7, 8) aufspreizt, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen­ hülse (10,10a) nicht drehbar auf der Innenhülse (2, 2a) angeordnet ist, wobei der Durch­ bruch (15, 15a) und der ringförmige Ansatz (16, 16a) eine dem Querschnittsprofil des Schafts (4, 4a) angepaßte, auf die Innenkontur der Innenhülse (2, 2a) bündig ausgerichtete, innere Kontur aufweisen, und daß in die Innenhülse (2, 2a) eine Auswurffeder (17, 17a) eingesetzt ist, die beim Einführen des Schafts (4, 4a) gespannt wird und diesen beim Aufspreizen der Federzungen (7, 8) zumindest teilweise aus der Einstecköffnung (3, 3a) herausschiebt.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie der Enden der Federzungen (8) der Federscheibe (6, 6a) dem Querschnittsprofil des Schafts (4, 4a) des Werkzeugeinsatzes (5, 5a) entspricht.

3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswurffeder (17, 17a) im gespannten Zustand am Schaft (4, 4a) anliegt.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswurffeder (17) von einem als Anschlag für den Schaft (4) wirkenden Ringmagneten (20) umgeben ist.

5. Spannfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchbruch (15) ein ringförmiges, radial-elastisches Hemmelement (19) eingelassen ist.

6. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswurffeder (17a) auf ein in der Einstecköffnung (3a) angeordnetes, axial verschiebbares, eine Anschlagfläche (22) für den Schaft (4a) aufweisendes Zwischenstück (21) einwirkt, dem Mittel zur beidseitigen Begrenzung seiner axialen Verschiebbarkeit zugeordnet sind.

7. Spannfutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine im Zwischenstück (21) ausgebildete Axialnut (23) und einen an der Innenhülse (2a) befestig­ ten, in die Axialnut (23) ragenden Anschlagstift (24) enthalten.

8. Spannfutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagstift (24) auch zur Verdrehsicherung der Außenhülse (3a) auf der Innenhülse (2a) eingerichtet ist.

9. Spannfutter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anschlagfläche (22) ein bündig mit ihr abschließender Stabmagnet (26) eingesetzt ist.