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Beschreibung
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zum Patentgesuch .Spannfutter für Drehmaschinen Die Erfindung betrifft
ein Spannfutter für Drehmaschinen.
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Bei modernen Hochleistungsmaschinen verwendet man meist Kraftspannfutter,
bei denen im Futterkörper ein Kolben axial verschieblich ist. Der Kolben steht mit
den Spannbacken in Antriebsverbindung derart, dass er in einer Bewegungsrichtung
spannt und in der andern die Backen löst.
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Die Backen umfassen mit dem Kolben gekoppelte sogenannte Grundbacken,
auf denen die sogenannten Aufsatzbuchsen radial versetzt werden müssen, wenn ein
Wechsel des Spanndurchmessers erforderlich ist. Ebenso muss man auch die Backen
wenden können, um etwa von Aussenspannung auf Innenspannung überzugehen. Die übliche
Verbindung von Grund- und Aufsatzbacken durch Verschraubung ist im Falle häufiger
Umrüstung unzweckmässig, da sie zuviel Rüstzeit beansprucht.
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Es sind daher verschiedene Konstruktionen bekanntgeworden, die es
ermöglichen, bei kraftbetätigten Backenfuttern einen schnellen Wechsel bzw. ein
schnelles Versetzen der Backen durchzuführen.
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Eine Möglichkeit besteht darin, den Betätigungszylnder mit drei Stellungen
auszustatten, nämlich der Spann-, der Entspann- und der Ausklinkstellung für die
Backen. Ein solches Futter ist in der DT-PS 20 07 509 beschrieben. Es arbeitet mit
einem Drehkolbenzylinder, der an sich schon ungünstig ist wegen der erheblichen
auftretenden Dichtprobleme. Die Umrüstung beispielsweise von einem Dreibackenfutter
auf ein Vierbackenfutter ist nicht möglich, die Steuerung ist aufwendig und der
Putterkörper kann nicht einstückig gefertigt werden.
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Auch bei dem Spannfutter gemäss DT-OS 25 56 227 erfolgt das Ausklinken
der Backen durch die Verstellung des Spannkolbens, Dieses Futter erfordert jedoch
eine zweifache Umlenkung der Spannbewegung, und es stehen mindestens neun Doppelflächen
unter Spanndruck mit etntsprechend grosser Reibung und verminderter Spannkråft.
Der Futterkörper ist aus einer Mehrzahl von Teilen Zusammengesetzt, was für die
Stabilität nachteilig ist.
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Ebenfalls ein Futter mit Keilstangen-Betätigung der Backen beschreibt
das DT-GM 76 22 821 Hier ist der mit einer Schrägverzahnung versehene Kolben gegen
Drehung gesichert bzw. wird zwangsgedreht, um ueber ein Zahnrad die Keilstangen
zu betätigen. Das Futter ist aufwendig wegen des mehrteiligen Futterkörperaufbaus,
und ein Fliehkraftausgleich lasst sich ebensowenig vorsehen wie bei den vorher erörterten
Konstruktionen.
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Schliesslich ist noch eine rutterausfUhrung bekannt, die von der
Firma Röhm unter der Bezeichnung DURO-NC angeboten wird. In dem aus mehreren Teilen
zusammengesetzten Futterkörper sind radialbeweglich Treibbacken gelagert die mit
den Aufsatz- oder Spannbacken fieber je einen, parallel zur Futterachse beweglichen
Bolzen gekoppelt sind. Im Normalfall sind die Bolzen durch einen Spcrr-Ring, der
auf der den Spannbacken abgewandten Seite der Treibbacken liegt, gegen Entkoppeln
gesicherte dieser Ping kann mittels eines Drehbolzens, der in eine Verzahiung des
Rings eingreift, verdreht werden, wonach die Mitnchmerbolzan entkoppeln können.
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Hier ist also die Schnellwchselmöglichkeit der Spannbacken gegeben,
erfolgt jedoch nicht durch Betätgung des Spannkolbens, sondern manuell. Deshalb
kann man hior in der Auswahl der futter flexibel arbeiten, doch hat diese Konstruktion
dafür andere Nachteile: Da die Treibbacken von den zylindrischen Mitnehmerbolzen
durchsetzt werden, messen sie relativ breit und damit schwer sein. Trotzdem hat
der Bolzen relativ geringe Radialsbmessung, so dass die Spannbacke nur von wenigen
Mitnehmerzähnen erfasst wird. Da hinter den Bolzen der Entkoprlungsring mit seinem
Antrieb liegt, baut das Futter axial hoch und entsprechend schwer, und gleichwohl
ist der Einbau oins Fliehkraftausgleichs praktisch unmöglich, obwohl dieser gerade
besonders erwünscht wäre wegen des hohen Gewichts der Treibbacken.
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Ausgehend von der letztgenannten Bauart liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Spannfutter mit den im Oberbegriff des Patentanpruchs 1 genannten
Merkmalen dahingchend zu verbasesrn, dass der einstückig ausgchildete Futterkörper
mit Treib- und Spannbacken von geringem Gewicht kostengünstig gefertigt worden kann
und wegen seines geringen Trägheitsmoments besonders für hohe Drahzahlen geeignet
ist, da bei dissen ein Flichkraftausgleich unabdingbar ist, soll bierfilr Platz
vorhanden sein. Ferner soll das Futter an unterschiedliche Kopplungssysteme zwischen
Spannkolben
und Treibbacken anpassbar sein.
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Wie die nachfolgende Erläuterung noch verdeutlichen wird, ergeben
sich zusätzliche Vorteile dadurch, dass einerseits die Backen automatisch gegen
Materialbruch im Spannsystem gesichert sind und dass ferner eine Justiermöglichkeit
für die Spannbacken vorgesehen werden kann.
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Die Lösung ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Danach ergibt sich
ein Futter, bei dem der Antrieb der Treibbacken in herkömmlicher Weise erfolgt und
der Pitz hinter diesen frei bleibt zum Einbau eines (an sich bekannten) Fliehkraftausgleichssystems.
Die als Mitnehmer verwendeten Schieber haben eine Normalstellung, in der sie die
Treibbacke mit der Spannbacke - die gegebenenfalls noch eine Aufsatzbacke tragen
kann - sicher koppeln, wobei die Breite aller Backen sehr gering sein kann, und
eine Entkopplungsstellung, in der zwar die Schieberverzahnung ausser Eingriff mit
der Spannbacke steht, so dass diese entnommen und ausgetauscht bzw, gewendet oder
versetzt werden kann, die Treibbacke aber immer noch gesichert ist. Jede einzelne
Backe wird für sich ausgetauscht, und ein zusätzlicher Entkopplungsring ist überflüssig.
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Dieser Aufbau hat noch einen ganz besonderen Vorteil.
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Die Kopplungntellung der Mitnehmerschieber kann nämlich justierbar
gemacht werden, etwa durch einen Anschlag, gegen den sie in der Kopplungsstellung
gedrückt werden, und die Verzahnung kann unter einem kleinen Winkel von z.B. 30
schräg zur Verschiebeführung des Schiebers angeordnet sein.
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Dann ist die Kopplungsstellung der Spannbacke mittels des Anschlags
einstellbar, und beim Ersatz der Backen kann man vorgeschliffene neue Backen einsetzen
und auf der Drehmaschine einjustieren, während man bisher benötigt war, das gesamte
Futter an den Hersteller einzusenden.- Diese Schrägstellung war bisher bei den eingangs
werwähnten sogenannten
Keilstangenfuttern dazu verwendet worden,
um die eigentliche Spannbewegung vom Kolben auf die Backen zu übertragen und konnte
demgemäss für die Justage nicht benutzt werden. Bei Futtern ohne Schnellwechsel
der Backen hat man allerdings etwas ähnliches schon mit einer ziemlich komplizierten
Zusatzeinrichtung vorgesehen; diese ist unter der Bezeichnung ZAccralock von der
Firma Cushman, USA, auf den Markt gebracht worden.
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Weitere bevorzugte Einzelheiten des erfindungsgemässen Futterssind
in den Unteransprüchen definiert, wobei die Bedeutung der betreffenden Merkmale
sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen ergibt.
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Fig. 1 stellt, weitgehend schematisiert, einen Axialschnitt durch
ein Spannfutter in einer ersten Ausführungsform dar, Fig. 2 ist eine entsprechende
Darstellung eines zweiten Futters, Fig. 3 bzw. 4 zeigen Futter entsprechend Fig.
1 bzw. 2, jedoch jeweils mit einem Fliehkraftausgleichssystem Fig, 5 ist ein Radialteilschnitt
durch ein Dreibackenfutter nach Fig. 1, bei dem im Teil 5 a ein Schieber in Kopplungs-
und in Teil 5b der Schieber in Entkopplungsstellung gezeichnet ist und Fig. 6 ist
ein Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5 Soweit die einzelnen Ausfuhrungsformen gemeinsame
bzw.
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äquivalente Komponenten enthalten, sind diese in allen Figuren mit
demselben Bezugszeichen markiert und werden nur bei der ersten Ausführungsform im
einzelnen erläutert.
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Im Futterkörper 10 ist axialverschieblich ein Kolben 12 aufgenommen,
der mit einem (nicht dargestellten) Axialstellmotor - etwa einem Pneumatik- oder
Hydraulikzylinder -über sein Anschlussgewinde (99%) verbunden ist. Im Futterkörper
sind
radial geftihrt mindestens wwei hier so bezeichnete Treibbacken 16 vorgesehen, die
im wesentlichen die Form einer Leiste haben und in je einet koeple-ntären Kanal
18 (Fig.6) des Futterkdrpers geführt sind. Jede Treibbacke ist mit dem Kolben 12
gekoppelt In der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die an sich bekannte Keilhakenanordnung
20, in der Ausführungsform nach Fig. 2 mittels eines ebenfalls an sich bekannten
Hebels 20'.
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Axial von der Treibbacke 16 sitzt eine Spannbacke 22.
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Diese ist in einer radialen T-Nut 24 des Futterkörpers geführt und
hat ein Profil komplementir zu dem derT-Nut. Ihre der Treibbacke 16 zugekehrte Flanke
ist mit geraden, zueinander parallelen Zähnen, beispielsweise einer Modulverzahnung,
versehen. Wie in Fig. 5 erkennbar, verlaufen die Zähne 23 nicht genau senkrecht
zu der Führungerichtung der Nut 24, sondern unter einem Winkel von z.B. 850. Dagegen
verläuft genau senkrecht sowohl zur Futterachse als auch zur Achse der Backenschubrichtung
je ein Führungskanal 26 in der der Spannbacke zugekehrten Stirnseite der Treibbacken.
In diesem Führungskanal ist im Gleitsitz ein n-Mitnehmerschieber 28 aufgenommen,
der längs dieses Führungskanals verschieblich ist, zu welchem Zweck der Futterkörper
eine entsprechende Ausnehmung 30 aufweist. Wie Fig. 5 erkennen lässt, ist deren
Breite in Radialrichtung grösser als die des Schiebers 28, so dass der Schieber
die Radialbewegung der Treibbacke beim Spannen mitmachenkann, ohne am Futterkörper
anzustossen.
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Auf der der Spannbacke zugekehrten Flanke weist der Schieber eine
zur Verzahnung 23 der Backe komplementäre Verzahnung 32 auf, die mit jener im Eingriff
steht (Fig. 5a). Beide Backen sind mithin gegen Herausfliegen selbst dann gesichert,
wenn beispielsweise die Keilhakenanordnung zu Bruch geht, da der Schieber- der länger
ist als beide Backen breit sind -noch in dem Futterkörper abgestützt ist und mit
der Treibbacke
über deren Führungskanal 26, mit der Spannbacke
über die Verzahnung 23/32 formschlüssig verbunden ist.
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Wie Fig.5 erkennen lässt, ist der Schieber über den verzahnten Abschnitt
hinaus verlängert, weist jedoch auf diesem Teil seiner Flanke keine Verzahnung auf.
Seine Stirnseite 34 liegt an einer Justierschraube 36 an, und er wird von einer
hier nur schematisch angedeuteten Feder 38 an diese angedrückt. Die Feder stützt
sich mit ihrem anderen Ende an einem Kappenboden 40 ab, der beispielsweise in den
Futterkörper eingeschraubt ist; der Futterkörper ist an dieser Stelle zugänglich,
weil er die an sich üblichen, der Gewichtsersparnis dienenden Ausfräsungen 42 aufweist.
Deshalb ist auch die klemmend ausgebildete Justierschraube 36 für beispielsweise
einen Innensechskantschlüssel zugänglich (Fig. 5a) Beim Verdrehen der Schraube 36
wird die Lage des Schiebers in seiner Eingriffs- oder Kopplungsstellung verändert,
und wegen der geringen Nichtparallelität der Verzahnung 23/32 zu der Verschieberichtung
erfolgt dabei auch eine sehr feinfühlige Radialjustierung der Spannbacke relativ
zur Treibbacke.
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Zum Wechseln der Spannbacke wird der Schieber ausser Ein~ griff mit
dieser gegen die Kraft der Feder 38 verschoben, bis die Zähne 32 ausser Eingriff
kommen. Zwei mögliche Lösungen sind in den Zeichnungen angedeutet; Die Treibbacke
kann eine Radialbohrung 44 aufweisen, die den Führungskanal 26 anschneidet, und
der Schieber 28 hat dann an der in diese Bohrung ragenden Kante eine Zahnstangenverzahnung
46 komplementär zu den Zähnen eines Zahnschlüssels 48. Durch Drehen des Schlüssels
wird entkoppelt, beim Herausziehen des Schlüssels wird der Schieber wieder in die
Eingriffsposition gedrückt. Durch Anschrägen der ineinander einlaufenden Zähne 23/32
kann man dafür sorgen, dass praktisch nie die Spannbacke
unbeabsichtigt
uneingekoppelt bleibt, im Gegensatz etwa zu der oben erwähnten gattungsgleichen
Konstruktion.
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Die andere Möglichkeit, in Fig. 5b angedeutet, besteht darin, an
dem Schieber einen Zapfen 50 zuzuordnen, der durch eine Bohrung 51 der Justierschraube
36' ragt, die dann anstelle des Innensechskant zwei einander diametral gegenüberliegende
Bohrungen 52 zum Einstecken eines Spezialachlüssels aufweist. Durch Drücken auf
den Zapfen 50 kann dann der Schieber entkoppelt werden.
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Man erkennt, dass bei dieser Konstruktion der Fliehkraftausgleich
in an sich bekannter Weise hinter den Treibbacken angeordnet werden kann; Fig. 3
zeigt das Ausgleichsgewicht 60, das mit der Baugruppe aus Treibbacke, Schieber und
Spannbacke mittels eines im Futterkörper gelagerten zweiarmigen Hebels 62 gekoppelt
ist; der Drehpunkt des Hebels ist so gelegt, dass zwecks Gewichtseinsparung und
damit Verminderung des Trägheitsfl-ents eine entsprechende Übersetzung erfolgt.
Die Kopplung zwischen dem Kolben 12 und den Treibbacken erfolgt wie üblich durch
Keilhaken.
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In der Ausführungsform nach Fig. 4 wird der Hebel 20' mit einem dritten
Hebelarm 70 versehen, der in das Ausgleichsgewicht 72 eingreift; auch hier könnte
man die Hebelübersetzung vorsehen, diese ist aber nicht zeichnerisch dargestellt.
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Zwar ist dies in den Zeichnungen nicht dargestellt, doch erkennt
der Fachmann ohne weiteres, dass die Spannfutter gemäss der Erfindung auch als Hohlfutter
ausgebildet werden können. Bei der dargestellten Ausbildung als Vollkörperfutter
ist der Getriebeteil durch einen Deckel 74 gegen das Eindringen von Spänen oder
anderem Schmutz geschützt.
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