DE3536237C2 - Spannfutter oder Einspannvorrichtung für hohe Geschwindigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung oder ein Spannfutter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Spannfutter werden verwendet, um ein Werkzeug oder ein Werkstück festzu­ halten und um dieses Werkzeug oder Werkstück um eine Zentralachse zu drehen. Insbesondere weist ein Spannfutter eine Vielzahl von Klemmbacken auf, welche jeweils in Radialrichtung relativ zur Drehachse des Spannfutters beweglich sind. Typischerweise wird das Spannfutter oder die Einspannvor­ richtung an einem drehangetriebenen Element wie einer Bohrmaschine oder einer Werkzeugmaschine befestigt. Während die Werkzeugmaschine stillsteht wird das Spannfutter betätigt, da mit sich die Klemmbacken in einer radial nach außen gerichteten Bewegung öffnen, wodurch ein Werkzeug oder ein Werkstück dazwischen eingesetzt werden kann. Die Klemmbacken des Spann­ futters werden dann radial nach innen bewegt, um das Werkzeug oder das Werkstück fest zu greifen. Nachdem das Werkstück oder das Werkzeug oder dergleichen fest ergriffen worden ist, kann die Werkzeugmaschine oder die Bohrmaschine, an welcher das Spannfutter befestigt ist, eingeschaltet wer­ den, wodurch das Spannfutter und das darin befestigte Werkzeug oder Werk­ stück drehangetrieben werden. Diese Drehung ermöglicht, daß ein in dem Spannfutter eingespanntes Werkzeug seine Aufgabe erfüllen kann, oder daß ein Werkstück, das darin eingespannt ist, geeignetermaßen bearbeitet werden kann.

Viele verfügbare Spannfutter erbringen einen festen Halt eines Werkzeugs oder Werkstückes bei relativ geringen Geschwindigkeiten. Dieser Einsatz bei geringer Geschwindigkeit erhöht proportional die Zeitdauer, die erforderlich ist, um eine Bearbeitung durchzuführen. Darüber hinaus erbringt ein Betrieb bei geringerer Geschwindigkeit oft keine ausreichenden Kräfte, um eine Bearbei­ tung vieler metallischer Materialien durchzuführen, und Bearbeitungen bei geringen Geschwindigkeiten können die Qualität oder Glätte der bearbeiteten Oberfläche negativ beeinflussen. Bei vielen Anwendungen wie beispielsweise bei der Bearbeitung von Aluminiumscheiben für Videokassettenrecorder ist ein sehr hoher Präzisionsgrad erforderlich. Beispielsweise müssen derartige Schei­ ben innerhalb eines Mikrometers der Konzentrizität genau sein bei einer Schei­ be, die einen Durchmesser zwischen 7,6 und 12,7 cm (3 bis 5 inch) aufweist. Dieser Genauigkeitsgrad wird im allgemeinen nicht mit den bekannten Dreh­ werkzeugmaschinen, die bei geringen Geschwindigkeiten arbeiten, erhalten. Deshalb ist eine getrennte Polierung oder ein Schleifen erforderlich, um die erforderliche Genauigkeit zu erhalten. Dies ist natürlich sehr kostspielig und erfordert zusätzliche Zeit zur Herstellung der Gegenstände.

Es sind keramische Schneidwerkzeuge und Bohrer verfügbar, welche einen sehr genauen Bearbeitungsschnitt bei hohen Geschwindigkeiten ermöglichen. Diese keramischen Schneidwerkzeuge und Bohrer sind theoretisch in der Lage, den gewünschten Genauigkeitsgrad ohne einen nachfolgenden Polierschritt zu erbringen. Die Fähigkeit dieser keramischen Bohrer bezüglich genauer Schnitte hängt jedoch von der Fähigkeit des Spannfutters ab, das rotierende Werkzeug oder Werkstück sicher und genau festzuhalten. Da die Spannfutter mit an­ steigender schneller Geschwindigkeit rotieren, werden verschiedene Teile des Spannfutters durch die Zentrifugalkräfte nach außen bewegt. Die Größe dieser Zentrifugalkräfte steigt an mit dem Ansteigen der Drehgeschwindigkeiten. Die Wirkung dieser Kräfte besteht darin, daß die Halte- oder Spannkraft des Spannfutters verringert wird. Daraus ergibt sich, daß das rotierende Werkzeug oder Werkstück weniger sicher gehalten und ein unkonzentrischer, ungenauer Schnitt oder Bohrvorgang durchgeführt wird. Daraus folgt, daß bei der Ver­ wendung keramischer Bohrer in bekannten Einspannfuttern zwar die Bearbei­ tungszeit verringert, aber die Genauigkeit nicht bedeutend verbessert wird.

Damit ist oft ein nachfolgendes Polieren erforderlich.

Zusätzlich zu dem Lösen infolge der Verformung bekannter Spannfutter bei hohen Drehgeschwindigkeiten wird ein gewisser Grad des Lockerwerdens bei bekannten Einspannfuttern durch Relativbewegungen zwischen den Spann­ futterkomponenten bewirkt. Die bekannten Spannfutter weisen insbesondere gewöhnlich ein zentrales Betätigungs- oder Stellglied auf, welches sich in Axialrichtung ansprechend auf einen Fluiddruck bewegt. Das Stellglied weist geneigte Kanäle auf, in welchen die Hauptklemmbacken des Spannfutters angreifen. Die Neigung der Klemmbackenkanäle in dem Betätigungsglied ist derart, daß, wenn das Stellglied nach hinten und weg von dem Werkstück bewegt wird, die Hauptklemmbacken im allgemeinen radial nach innen ver­ schoben werden, um das Werkzeug oder das Werkstück zu ergreifen. Diese Nachinnenbewegung ist jedoch nicht völlig radial gerichtet. Jede Hauptklemm­ backe rotiert leicht nach vorn oder zu dem Werkstück hin. Diese Drehung erfolgt wegen der geringen, aber unvermeidbaren Lockerung der Hauptklemm­ backen in dem Kanal des Stellgliedes. Die Rotation des Spannfutters erzeugt radial nach außen gerichtete Zentrifugalkräfte, welche bewirken, daß die Hauptklemmbacken in einer näheren radialen Ausrichtung rotieren. Diese nach hinten gerichtete Rotation der Hauptklemmbacken lockert wirksam die Ein­ spannung des Werkstücks. Da die bekannten Einspannfutter ihre Halte- oder Einspannkraft infolge der rückwärts gerichteten Kräfte auf das Stellglied erhal­ ten, liegt keine Kraft vor, um für diese Rotation der Hauptklemmbacken eine Kompensation zu erbringen.

Es wurden viele Einspannfutter entwickelt, welche versuchen, die Wirkungen der Zentrifugalkräfte bei hohen Geschwindigkeiten zu überwinden. Der be­ kannteste Aufbau zum Ausgleichen der Wirkungen der Zentrifugalkräfte be­ steht in der Anordnung einer Reihe von Gegengewichten. Die Gegengewichte sind drehbar in dem Spannfutter derart angeordnet, daß bei größeren Ge­ schwindigkeiten das schwerere Ende des Gegengewichts über die Zentrifugal­ kräfte nach außen getrieben wird, während ein gegenüber liegender Bereich des Gegengewichtes in die Klemmbacken gedreht wird, um die Wirkung der Zentrifugalkräfte auszugleichen.

Beispiele derartiger Spannfutter sind in den US-Patentschriften 3,984,114 (Ovanin, 5. Oktober 1976), 4,009,888 (Wallace, 1. März 1977) und 4,431,201 (Morisaki, 14. Februar 1984) beschrieben. Eine ähnliche Anordnung mit Gegengewichten, die auf das zentrale Antriebsteil der Klemmbacken wirken, ist in der US-PS 3,467,404 (Sloan 16. September 1969), beschrieben. Wieder andere Vorrichtungen verwenden Federn, Keile und Klinken, um die Zentrifugalkräfte auszugleichen. Derartige Vorrichtungen sind in den US-PSen 4,213,621 (Fink et al, 22. Juli 1980), 4,213,623 (Rohm, 22. Juli 1980), 4,437,675 (Koenig, 20. März 1984), 4,139,206 (Knohl, 13. Februar 1979), 4,139,207 (Grimes, 13. Februar 1979) und 4,206,932 (Felker, 10. Juni 1980) beschrieben.

Es wurde gefunden, daß diese bekannten Einspannfutter akzeptable Steuerun­ gen der Zentrifugalkräfte bei ziemlich geringen Drehgeschwindigkeiten erbrin­ gen. Bei höheren Geschwindigkeiten sind die bekannten Einspannfutter jedoch für Verformungen anfällig, was mit einem Nachlassen der Einspannkraft und einer Ungenauigkeit der durchgeführten Bearbeitung verbunden ist.

Viele Werkzeugmaschinenbediener haben versucht, diese Wirkungen der Zen­ trifugalkraft durch reine Anwendung höherer Einspanndrücke zu überwinden. Die Theorie liegt darin, daß eine Reduzierung der radial innenliegenden Halte­ kraft durch die entgegengesetzt gerichtete Zentrifugalkraft akzeptiert werden kann, wenn die anfänglichen Haltekräfte sehr hoch sind. Diese Theorie kann bei gewissen Anwendungen akzeptabel sein. Bei vielen Anwendungen können diese höheren anfänglichen Haltekräfte jedoch die in dem Einspannfutter ein­ gespannten Gegenstände beschädigen.

Ebenfalls wurde gefunden, daß viele Spannfutter, die sich während hoher Drehgeschwindigkeiten verformen, kräftig elastisch zurückprallen bei der Be­ endigung der hohen Drehgeschwindigkeit. Dieses elastische Zurückprallen oder Prellen bewirkt, daß die Klemmbacken eine gering radial nach innen ge­ richtete verbleibende Kraft auf dem Werkstück erzeugen, die die anfängliche Kraft, die von den Klemmbacken erzeugt wird, übersteigt. Diese verbleibenden Kräfte können sogar noch eher eine Beschädigung des Werkstückes bewirken als die anfänglichen Kräfte, die über die Klemmbacken aufgebracht werden.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Problemen bei mit hohen Ge­ schwindigkeiten arbeitenden Einspannfuttern ist es bekannt, daß die Schmie­ rung bei Spannfuttern für hohe Geschwindigkeiten besonders wichtig ist. Deshalb wurden automatische Schmiermechanismen in derartige Spannfutter eingebaut. Diese sind jedoch sehr kompliziert, ineffizient und/oder unzuver­ lässig. Deshalb verlassen sich viele Werkzeugmaschinenbediener häufig auf manuelle Schmierung, sogar bei hochentwickelten Spannfuttern. Diese manu­ elle Schmierung ist jedoch ineffizient und zeitaufwendig.

Eine gattungsgemäße Einspannvorrichtung ist aus der US-PS 4,504,07 be­ kannt. Bei dieser Einspannvorrichtung weist die Stelleinrichtung eine Mehrzahl von Betätigungskeilen auf, welche jeweils für eine der Hauptklemmbacken vorgesehen sind. Jeder Betätigungskeil ist im allgemeinen parallel zur Drehachse der Einspannvorrichtung aber radial außerhalb davon angeordnet. Eine Vorwärtsbewegung dieser Betätigungskeile führt zu einer radialen Ein­ wärtsbewegung der Hauptklemmbacken. Die Keile sind gleitbar in Kanälen des Einspannkörpers aufgenommen. Die Bewegung der Betätigungskeile wird einer von zentral angeordneten, axial wirkenden Stelleinrichtung über eine Klauen­ anordnung auf die jeweiligen Betätigungskeile ausgeübt. Die Klauenanordnung, die als "Spider" bezeichnet wird, weist sich radial erstreckende Arme auf, die an ihrem Ende mit einer Gabel versehen sind, welche in eine Ringnut des jeweiligen Betätigungskeils eingreift. Eine Axialbewegung der Klauenanord­ nung führt daher auch zu einer Axialbewegung der Betätigungskeile.

Werden bei hohen Drehzahlen dieser bekannten Einspannvorrichtung durch die aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen drängenden Hauptklemmbac­ ken über die Keilverbindungen Axialkräfte auf die Betätigungskeile ausgeübt, so sind die Betätigungskeile bestrebt, axial nach hinten zu wandern. Diese nach hinten wirkende Kraft der Betätigungskeile am radial äußersten Ende eines jeden Fingers des Klauenteils führt dazu, daß sich der betreffende Finger an seinem radial äußeren Ende nach hinten ausbiegt, wodurch die auf die Keilfläche ausgeübte Druckkraft der Stelleinrichtung reduziert wird, so daß sich die Hauptklemmbacken lockern können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Einspannvorrichtung derart auszubilden, daß auch bei hohen Drehzahlen eine sichere Funktion der Hauptklemmbacken und damit eine sichere Einspannung gewährleistet ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, ein einfaches Spannfutter zu schaffen, welches in der Lage ist, ein Werkzeug oder Werkstück bei extrem hohen Rotationsgeschwindigkeiten sicher und fest zu halten und welches keinen unannehmbar hohen anfänglichen Greif- oder Spanndruck erfordert.

Darüber hinaus sollen Probleme, die mit elastischem Zurückprallen oder Prellen der Klemmbacken bei Beendigung der Bearbeitung verbunden sind, vermieden werden.

Ferner soll das Spannfutter ein einfaches und zuverlässiges Schmiersystem für die verschiedenen beweglichen Teile aufweisen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Einspannvorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung weist einen Einspannkörper auf, der mit einer zentral ausgerichteten Öffnung von geringem Durchmesser, die sich durch den Körper hindurch erstreckt, ausgebildet ist. Der Einspann­ körper ist im wesentlichen symmetrisch zur Längsachse, wobei die Außen­ fläche wenigstens eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche bildet. Das hintere Ende des Einspannkörpers ist derart ausgebildet, daß die Einspannvor­ richtung oder das Spannfutter an einer drehbaren Werkzeugmaschine befestigt werden kann, so daß das Spannfutter mit hohen Geschwindigkeiten rotieren kann. Das vordere Ende des Einspannkörpers ist derart ausgebildet, daß es radial bewegliche Hauptklemmbacken aufnehmen kann. Beispielsweise kann das vordere Ende des Einspannkörpers eine Vielzahl von radial ausgerichteten Klemmbackenkanälen aufweisen, in welchen Hauptklemmbacken verschiebbar angeordnet sind. Diese Kanäle können im Querschnitt T-förmig sein, wobei der Abschnitt jedes Kanals am vordersten Ende des Einspannkörpers enger ist als der Abschnitt jedes Kanals, der zum rückwärtigen Ende des Körpers hin gerichtet ist. Damit können geeignet ausgebildete Hauptklemmbacken ver­ schiebbar in einem zugeordneten Kanal des Einspannkörpers für eine ver­ schiebbare Bewegung darin entweder in radial nach innen gerichteter oder radial nach außen gerichteter Bewegung angeordnet werden.

Die Hauptklemmbacken führen typischerweise keine tatsächliche Greif- oder Einspannfunktion des Werkstückes oder Werkzeuges durch. Jeder Haupt­ klemmbacken ist vielmehr derart ausgebildet, daß er andere Klemmbacken, die zum Ergreifen oder Fassen eines Werkstückes geeignetermaßen ausgebildet sind, aufweist.

Ein ringförmiger Kolben ist um das hintere Ende des Einspannkörpers herum derart angeordnet, daß eine relative axiale Verschiebung zwischen diesen Teilen nicht möglich ist. Ein ringförmiger Zylinder ist um den Einspannkörper und den Kolben derart angeordnet, daß der Zylinder axial relativ sowohl zu dem Kolben als auch zu dem Einspannkörper bewegt werden kann. Eine ring­ förmige Abdeckung umgibt ebenfalls den Einspannkörper und ist fest an dem Zylinder derart befestigt, daß der Kolben zwischen dem Zylinder und der Ab­ deckung angeordnet ist. Diese sichere Befestigung der Abdeckung an dem Zylinder ermöglicht, daß die Kombination aus der Abdeckung und dem Zylin­ der axial relativ sowohl zu dem Einspannkörper als auch zu dem Kolben be­ wegt werden kann.

Ein ringförmiger Stellring ist um das vordere Ende des Einspannkörpers im wesentlichen angrenzend an die radial ausgerichteten Hauptklemmbackenka­ näle angeordnet. Die innere Umfangsfläche des Stellringes weist nach außen gerichtete, im wesentlichen radial ausgerichtete Keilkanäle auf, deren Anzahl gleich der der Hauptklemmbackenkanäle in dem Einspannkörper ist. Diese Keilkanäle in dem Stellring sind derart ausgebildet, daß der radial außen­ liegende Bereich jedes Keilkanals größer ist als der radial innenliegende Be­ reich. Jeder dieser Keilkanäle ist winklig ausgerichtet relativ zu der Drehachse des Spannfutters. Insbesondere liegt jeder Abschnitt des Keilkanals am vor­ deren oder Greifende des Spannfutters in einem größeren radialen Abstand zur Drehachse als der Bereich jedes Keilkanals, der näher zu dem hinteren Ende des Spannfutters liegt. Die winklige Ausrichtung dieser Keilkanäle bestimmt die Größe der Bewegung der Hauptklemmbacken. In den meisten Situationen ist eine große Bewegung der Hauptklemmbacken nicht erforderlich. Damit kann die winklige Ausrichtung der Keilkanäle klein sein und typischerweise im Bereich von 5° bis 10° liegen.

Eine Schutzabdeckung ist zweckmäßigerweise um das Spannfutter herum angeordnet, um zu verhindern, daß von dem Werkstück abgeschnittenes Material in den Bereich zwischen den beweglichen Teilen des Spannfutters gelangen kann.

Das Spannfutter steht in Verbindung mit einer Versorgungsquelle für ein Fluid und vorzugsweise einem pneumatischen Fluid, bestehend aus Druckluft. Ins­ besondere kann die Druckluft wahlweise in den Bereich auf einer Seite des Kolbens und innerhalb des durch den Zylinder und die Abdeckungsgebilde des Gehäuses eingeleitet oder daraus abgeleitet werden. Dieser wahlweise Strom komprimierter Luft kann die Kombination aus dem Zylinder, der Abdeckung und dem Stellring veranlassen, sie in Axialrichtung relativ zu dem Kolben, dem Einspannkörper und den Hauptklemmbacken zu bewegen. Wenn der Stellring sich in Axialrichtung relativ zu den Hauptspannbacken bewegt, gleitet der äußere Abschnitt jedes Hauptspannbackens durch den zugehörigen Keilkanal in den Stellring. Wie jedoch vorstehend ausgeführt, ist jeder Keil- oder Klemm­ kanal in dem Steilring winklig ausgerichtet relativ zur Drehachse des Spann­ futters. Daraus ergibt sich, daß die Axialbewegung des Stellringes relativ zu den Hauptklemmbacken die Hauptklemmbacken veranlaßt, sich in Radialrich­ tung zu bewegen. Der genaue Betrag dieser radialen Bewegung der Haupt­ klemmbacken ist eine Funktion aus der Größe der Axialbewegung des Stell­ ringes plus der winkligen Ausrichtung der Keilkanäle zur Drehachse des Spannfutters.

Die Zentrifugalkräfte wirken auf ein Spannfutter auf drei Wegen. Die erste Wirkung von Zentrifugalkräften auf ein Spannfutter besteht in einer tatsächli­ chen Verformung des Einspannkörpers. Dieser Effekt wird bei der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung im wesentlichen überwunden, da der vorstehend be­ schriebene Aufbau einen massiveren Einspannkörper oder Spannfutterkörper ermöglicht, der nicht so leicht ansprechend auf die Zentrifugalkräfte verformt wird. Insbesondere erfordert das erfindungsgemäße Spannfutter keine große zentrale Öffnung für ein Stellglied. Damit kann die zentrale Öffnung sehr viel kleiner ausgebildet werden. Die größere Masse, die bei diesem Aufbau mög­ lich ist, erbringt einen festeren Einspannkörper, der sich nicht wesentlich verformt.

Die zweite Komponente der Zentrifugalkraft enthält eine tatsächliche Aus­ dehnung oder Ausweichung der Hauptklemmbacken infolge der Zentrifugal­ kräfte. Wie vorstehend ausgeführt, beeinflußt dieses Ausweichen der Haupt­ klemmbacken die Fähigkeit der Hauptklemmbacken, ein Werkstück sicher festzuhalten. Das erfindungsgemäße Spannfutter weist jedoch einen Stellring auf, der insgesamt um die Außenumfangsfläche der Hauptklemmbacken an­ geordnet ist. Dieser Stellring trägt im wesentlichen dazu bei, die Wirkung der Zentrifugalkräfte auf ein radiales Ausweichen der Hauptklemmbacken auszu­ gleichen bzw. zu vermeiden.

Die dritte Wirkung der Zentrifugalkräfte besteht in einer Umsetzung der radial nach außengerichteten Zentrifugalkräfte in eine Axialkraft durch Wechselwir­ kung der Keilflächen des Stellringes. Die bislang beschriebene Spannvorrich­ tung richtet wenigstens zum Teil diese Komponente der Zentrifugalkräfte. Insbesondere wird der Stellring der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung nach vorn relativ zu dem Werkstück getrieben, um eine radial nach innen gerichtete Bewegung der Hauptklemmbacken zu bewirken. Die keilende Wech­ selwirkung zwischen den Keilkanälen des Stellringes und den Hauptklemm­ backen erzeugt wirksam eine radial nach innen gerichtete Kraft, welche auf das Werkstück übertragen wird. Wann die erfindungsgemäße Einspannvor­ richtung gedreht wird, werden Zentrifugalkräfte auf die Hauptklemmbacken in einer radial nach außen wirkenden Richtung ausgeübt. Diese Zentrifugalkräfte wirken auf die Keilkanalflächen des Stellringes, um eine rückwärts gerichtete Komponente der Zentrifugalkräfte zu erzeugen. Ungleich den bekannten Ein­ spannvorrichtungen wirkt die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung direkt jeder dieser Komponente der Zentrifugalkraft entgegen. Insbesondere wird der radial nach außen gerichteten Komponente der Zentrifugalkraft durch die radial nach innen gerichtete Komponente der Einspannkraft entgegengewirkt. Glei­ chermaßen wird der rückwärts gerichteten Komponente der Zentrifugalkräfte, die durch die Keilflächen des Stellringes wirken, direkt durch die nach vor­ wärts gerichtete Kraft des Stellringes entgegengewirkt. Dies steht im Gegen­ satz zu den bekannten Einspannvorrichtungen, bei welchen das Stellglied eine Axialkraft in derselben Richtung wie die rückwärts gerichteten Komponenten der Zentrifugalkräfte ausübt.

In einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einspann­ vorrichtung wird die axiale Komponente der Zentrifugalkraft gerichtet, wo­ durch sogar noch höhere Drehgeschwindigkeiten möglich sind. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung mit einem ringförmigen Ada­ pter am hinteren Ende der Einspannvorrichtung versehen werden. Der Adapter ist fest mit dem Körper der Einspannvorrichtung derart verbunden, daß eine relative axiale Bewegung zwischen diesen Teilen verhindert wird. Der Adapter für hohe Geschwindigkeiten weist wenigstens ein Gewicht und eine Führungs­ einrichtung zum Führen des Gewichtes sowohl nach außen als auch nach vorn in die Rückseite der Einspannvorrichtung auf in einer Ausführung besteht die Führungseinrichtung wenigstens aus einer winklig ausgerichteten Öffnung, die sich in die Vorderseite des Adapters erstreckt. Insbesondere ist jede derartige Öffnung im Adapter für hohe Geschwindigkeiten näher zu der Drehachse des Spannfutters am hinteren Ende des Adapters angeordnet. Ein Gewicht ist verschiebbar innerhalb jeder Öffnung vorgesehen. Das Gewicht ist derart ausgebildet, das es eine Oberfläche aufweist, die im wesentlichen senkrecht ist zur Drehachse des Spannfutters.

Wenn das Spannfutter rotiert, treiben Zentrifugalkräfte das Gewicht nach außen und in Kontakt mit dem hinteren Ende des Zylinders. Infolge der wink­ ligen Ausrichtung der Öffnung in dem Adapter für hohe Geschwindigkeiten weisen diese Zentrifugalkräfte, die durch das Gewicht wirken, eine Axialkom­ ponente auf, welche gegen die hintere Oberfläche des Zylinders wirkt. Die Größe dieser axialen Komponente wächst an bei anwachsender Rotations­ geschwindigkeit. Dadurch wird der rückwärtigen Komponente der Zentrifugal­ kraft, die durch die Keilfläche des Stellgliedes wirkt, von der nach vorwärts gerichteten Komponente der Zentrifugalkraft entgegengewirkt, welche durch das Gewicht in dem Adapter für hohe Geschwindigkeiten wirkt. Als Ergebnis wirkt die erfindungsgemäße Ausführungsform im wesentlichen der einen verbleibenden Komponente der Zentrifugalkraft entgegen, die durch die vor­ stehend beschriebene Ausführungsform nicht gerichtet wurde.

Eine alternative Ausführungsform eines Adapters für hohe Geschwindigkeiten weist eine flexible Führungseinrichtung auf, die am hinteren Ende des Spann­ futters angeordnet ist. Diese flexible Führungseinrichtung ist derart ausgebil­ det, daß sie weiter am hinteren Ende des Spannfutters in einem größeren radialen Abstand von der Drehachse angeordnet ist. Die flexible oder elasti­ sche Führungseinrichtung kann im wesentlichen scheibenförmig sein, wo­ durch eine im wesentlichen konvexe Struktur gebildet wird. Wenigstens ein Gewicht ist fest an einem radial außenliegendem Abschnitt der flexiblen Füh­ rungseinrichtung angeordnet. Wenn das Spannfutter nicht rotiert, sind die Gewichte an der Rückseite von dem Spannfutter beabstandet. Wenn das Spannfutter jedoch rotiert, treiben Zentrifugalkräfte die Gewichte radial nach außen. Diese radial nach außen gerichteten Zentrifugalkräfte bewirken, daß die äußeren Abschnitte der flexiblen Führungseinrichtung und die Gewichte, die daran befestigt sind, beide nach außen und vorwärts bewegt werden. Dadurch werden die flexiblen Führungseinrichtungen eine radial nähere Aus­ richtung einnehmen. Diese Ausführungsform eines Adapters für hohe Ge­ schwindigkeit ist derart aufgebaut, daß bei höheren Drehgeschwindigkeiten die Gewichte in das hintere Ende der Einspannvorrichtung getrieben werden. Diese Vorwärtskraft steigt bei höheren Drehgeschwindigkeiten an, um der vorstehend beschriebenen Axialkomponente der Zentrifugalkräfte entgegen­ zuwirken.

Die mit der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung möglichen hohen Ge­ schwindigkeiten gestatten, daß Maschinenbearbeitungen dadurch schneller und mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchgeführt werden können. Dar­ über hinaus ist die vorstehend beschriebene Einspannvorrichtung relativ ein­ fach und damit zuverlässig. Um zu gewährleisten, daß die Einfachheit und die hohen Geschwindigkeiten, die bei der erfindungsgemäßen Einspannvorrich­ tung vorliegen, nicht negativ beeinflußt werden durch einen Zeitverlust durch manuelle Schmierung der Klemmbacken oder durch ein kompliziertes automa­ tisches Schmiersystem, weist die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung einen einfachen, zuverlässigen Schmiermechanismus im normalen Betrieb der Einspannvorrichtung auf. Insbesondere weist der Einspannkörper oder Spann­ futterkörper sehr kleine Schmieröffnungen auf, die sich zu den jeweiligen Klemmbackenkanälen hin erstrecken. In diesen relativ schmalen oder engen Öffnungen kann eine noch engere Düse an der Stelle eingesetzt werden, an welcher die Schmieröffnungen die jeweiligen Klemmbackenkanäle schneiden. Eine kontrollierte Menge eines Schmiermittels kann wahlweise in das Pneuma­ tikfluid in Form eines Nebels eingespritzt werden. Bei genauer Anordnung der Schmieröffnungen zu den axial verschiebbaren Teilen des Spannfutters kann eine geringe Menge des das Schmiermittel enthaltenden Pneumatikfluids durch die Schmieröffnungen bei jedem Öffnen der Hauptklemmbacken geleitet wer­ den. Die Anordnung der Öffnungen und der verwendeten Ventile in dem Pneu­ matiksystem gewährleisten, daß kein Pneumatikdruck sowohl während des Schließens der Klemmbacken als auch des Betriebs der Einspannvorrichtung verloren geht. Damit wird bei der Einspannvorrichtung eine einfache aber wirksame Schmierung der Klemmbacken während jedes Öffnens erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in Explosivdarstellung,

Fig. 2 eine Endansicht des Zylinders der in Fig. 1 gezeigten Spannvor­ richtung,

Fig. 3 eine Endansicht des Einspannkörpers der Einspannvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3,

Fig. 5 eine Endansicht des Stellgliedes der Einspanneinrichtung von Fig. 1,

Fig. 6 eine Endansicht der zusammengebauten Einspannvorrichtung,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Einspannvorrichtung, wobei die Klemmbacken radial nach innen getrieben sind,

Fig. 8 einen Querschnitt ähnlich dem nach Fig. 7, wobei aber die Klemmbacken radial nach außen getrieben sind, und

Fig. 9 einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Einspannvorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Einspannvorrichtung ist allgemein mit dem Bezugs­ zeichen 10 in Fig. 1 bezeichnet. Die verschiedenen Komponenten oder Teile der Einspannvorrichtung 10 sind im einzelnen in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Einspannvorrichtung 10 einen Zylinder 12 aufweist, der das hintere Ende der Ein­ spannvorrichtung 10 oder den Teil der Einspannvorrichtung bildet, der angrenzend an die Maschine angeordnet ist, welche die Einspannvorrichtung 10 und irgendein Werkstück oder Werkzeug, das darin befestigt ist, drehend antreibt. Der Zylinder 12 weist im wesentlichen einen ringförmigen Aufbau mit einer ebenen, ringförmigen Rückwand 14 auf, welche eine zentrale kreisförmige Öffnung 16 aufweist, die sich dort hindurch erstreckt. Eine ringförmige Seitenwand erstreckt sich senkrecht von der Rückwand 14 nach vorn. Die zentrale Öffnung 16 des Zylinders 12 weist einen Durch­ messer "a" auf, während die ringförmige Rückwand 18 einen Innendurchmesser "b" und einen Außendurchmesser "c" auf­ weist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Dichtungsring 20 ist um die Öffnung 16 herum angeordnet. Der Zylinder 12 weist ferner mit Gewinde versehene Öffnungen 22 auf, welche sich im wesentlichen parallel zur Achse des Zylinders 12 und in die ringförmige Seitenwand 18 hinein erstrecken. Die mit Gewinde versehenen Öffnungen 22 ermöglichen die Befestigung des Zylinders 12 mit anderen Teilen der Ein­ spannvorrichtung 10, wie nachstehend erläutert wird.

Die Einspannvorrichtung 10 weist ferner einen ringförmigen ebenen Kolben 24 auf. Der Kolben 24 weist eine zentrale Öffnung 26 mit einem Durchmesser auf, der in Fig. 1 mit "a" bezeichnet ist, und der im wesentlichen gleich ist zu dem Durchmesser der Öffnung 16 in dem Zylinder 12. Der Kolben 24 weist einen Außendurchmesser "d" auf, welcher wenig kleiner ist als der Innendurchmesser "b", der von der ringförmigen Seitenwand 18 des Zylinders 12 bestimmt wird. Insbesondere ist der Außendurchmesser "d" des Kolbens 24 etwa 1,3 mm (0,005 inches) kleiner als der Innendurch­ messer "b" der Seitenwand 18 des Zylinders 12. Dadurch kann der Kolben 24 gleitend innerhalb der ringförmigen Fläche, die von der Seitenwand 18 des Zylinders 12 begrenzt wird, verschoben werden. Der Kolben 24 weist ferner einen ringförmigen Dichtungsring 28 auf, der um den Außenumfang herum angeordnet ist. Der Dichtungsring 28 ist derart dimensioniert, daß eine luftdichte Dichtung zwischen dem Kolben 24 und dem Zylinder 12 geschaffen wird, wenn diese relativ zueinander gleitend zusammengefügt sind.

Die Einspannvorrichtung 10 weist ferner eine im wesent­ lichen ringförmige ebene Abdeckung 32 auf. Die Abdeckung 32 weist eine zentrale Öffnung 34 mit einem Durchmesser "a" auf, die im wesentlichen gleich ist den Durchmessern der Öffnungen 16 und 26 in dem Zylinder 12 bzw. dem Kolben 24. Die zentrale Öffnung 34 weist ferner einen Dichtungs­ ring 36 ähnlich den Dichtungsringen 20 und 28 in dem Zylin­ der 12 bzw. dem Kolben 24 auf. Die Abdeckung 32 weist einen Außendurchmesser "c" auf, der im wesentlichen gleich ist dem Außendurchmesser, der von der Seitenwand 18 des Zylinders 12 begrenzt wird. Die Abdeckung 32 weist ferner eine Vielzahl von Öffnungen 38 auf, welche gleich sind in der Anzahl und ausrichtbar mit den Öffnungen 22 in der Seitenwand 18 des Zylinders 12. Dadurch können Bolzen oder Schrauben oder andere Befestigungsmittel (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Abdeckung 32 an dem Zylinder 12 zu befestigen. Durch die Befestigung der Abdeckung 32 an dem Zylinder 12 wird ein Gehäuse gebildet, in welchem der Kolben 24 gleitend verschoben werden kann. Die Abdeckung 32 weist ferner eine Vielzahl von Öffnungen 40 auf, welche die sichere Befestigung verschiedener Teile der Einspann­ einrichtung 10 untereinander ermöglichen, wie nachstehend erläutert wird.

Die Einspannvorrichtung 10 weist ferner einen Körper 42 auf, wie in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt ist. Der Kör­ per 42 weist eine zentral ausgerichtete Öffnung 44 auf, die sich völlig durch den Körper hindurch erstreckt. Der Körper 42 weist ferner einen Abschnitt mit geringerem Durchmesser 46 und einen Abschnitt mit größerem Durchmes­ ser 48 auf. Der Abschnitt 46 mit geringerem Durchmesser weist einen Außendurchmesser "e" auf, welcher wenig ge­ ringer ist als der Innendurchmesser "a", der durch die Öffnungen 16, 20 und 34 in dem Zylinder 12, dem Kolben 24 bzw. der Abdeckung 32 bestimmt wird. Insbesondere ist der Durchmesser "e" des Abschnitts 46 mit geringerem Durchmes­ ser des Körpers 42 etwa 0,024 mm (0,001 inch) geringer als der Durchmesser "a" der Öffnungen 16, 26 und 34. Wie nach­ stehend ausgeführt, sind der Zylinder 12 und das Gehäuse 32 verschiebbar an dem Abschnitt 46 mit geringerem Durch­ messer der Einspannkörpers 42 angeordnet. Der Kolben 24 jedoch ist nicht verschiebbar auf dem Abschnitt 46 mit ge­ ringerem Durchmesser des Einspannkörpers 42 angeordnet. Fig. 1 zeigt ferner, daß sowohl der Innen- als auch der Außenumfang des Abschnitts 46 mit geringerem Durchmesser des Einspannkörpers 42 eine Vielzahl von ringförmigen Nuten 50 bis 62 aufweist. Diese Nuten ermöglichen die genaue Führung und Verteilung eines Pneumatikfluids, um die Ein­ spannanordnung zu betätigen.

Der Abschnitt 48 mit größerem Durchmesser des Einspannkör­ pers 42 ist mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten Klemmbackenkanälen 64 ausgebildet. Die Klemmbackenkanäle 64 erstrecken sich von der zentralen Öffnung 44 des Ein­ spannkörpers 42 zu dessen äußerer Umfangsfläche. Wie ins­ besondere aus Fig. 4 zu ersehen ist, weist jeder Klemm­ backenkanal 64 einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf. Insbesondere weist jeder Klemmbackenkanal 64 einen engen oberen Abschnitt am vorderen Ende des Einspannkörpers 42 und eine breitere Grundfläche 46 an dessen nach hinten gerichteter Seite auf.

Der Einspannkörper 42 weist ferner eine Vielzahl von axial ausgerichteten Durchgangsöffnungen 68 auf, welche sich ganz durch den Abschnitt 46 mit geringerem Durchmesser und den Abschnitt 48 mit größerem Durchmesser des Einspannkör­ pers 42 erstrecken. Diese Öffnungen ermöglichen die Befestigung eines Bolzens, einer Schraube oder einer anderen Befestigungs­ einrichtung derart, daß der Körper 42 an dem Antriebsele­ ment des Maschinenwerkzeugs befestigt und mit diesem ge­ dreht werden kann.

Der Einspannkörper 42 weist ferner eine Vielzahl von Schmieröffnungen 70 auf, welche in Verbindung stehen sowohl mit der ringförmigen Nut 56 in der zentralen Öffnung 44, des Einspannkörpers 42 als auch mit den jeweiligen Klemm­ backenkanälen 64. Jede Schmieröffnung 70 weist eine ring­ förmige Buchse 72 auf, die fest in dem Abschnitt der Schmieröffnung 70 angrenzend an den entsprechenden Klemm­ backenkanal 64 angeordnet ist. Die ringförmige Buchse 72 weist eine kleine zentrale Öffnung 74 auf, welche so di­ mensioniert ist, daß eine gewünschte Menge eines Schmier­ fluids in den Klemmbackenkanal 64 abgegeben werden kann. Die Buchse 72 ist deshalb angeordnet, da es oft schwierig ist, genau eine Öffnung mit geringem Durchmesser über einen bedeutenden Abstand durch ein Metallteil wie bei­ spielsweise dem Einspannkörper 42 auszubilden. Wie nach­ stehend erläutert, kann ein Schmierfluid in Form eines Ne­ bels innerhalb des Pneumatikfluids verteilt werden. Da­ rüber hinaus ist die Nut 56 derart angeordnet, daß eine geringe Menge des das Schmiermittel enthaltenden Pneumatik­ fluids durch die Schmieröffnung 70 nach jeder Öffnung der Einspannvorrichtung 10 geleitet wird. Dieser Aufbau ermög­ licht eine wirksame automatische Schmierung der Einspann­ vorrichtung 10 ohne ein getrenntes kompliziertes Schmier­ system.

Die Einspannvorrichtung 10 weist ferner ein ringförmiges Stellglied 76 auf. Das Stellglied 76 weist eine zentrale Öffnung 78 auf, welche einen Durchmesser "g" bestimmt, der wenig größer ist als der Durchmesser "f" des Abschnitts 46 mit größerem Durchmesser an dem Einspannkörper 42. Ins­ besondere ist der Durchmesser "g", der durch die Öffnung 78 in dem Stellglied 76 bestimmt wird, etwa 0,05 mm (0,0002 inch) größer als der Durchmesser "f" des Abschnitts 46 mit größerem Durchmesser des Körpers 42. Das Stellglied 76 weist eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 80 auf, welche in der Anzahl gleich und ausgerichtet sind mit den Öffnun­ gen 40 in der Abdeckung 32. Dadurch kann das Stellglied 76 fest an der Abdeckung 32 angeordnet werden.

Das Stellglied 76 weist ferner eine Vielzahl von Keil­ kanälen 82 auf, welche in der Anzahl gleich und ausgerich­ tet sind zu den Klemmbackenkanälen 64. Jeder Keilkanal 82 ist winklig ausgerichtet relativ zur Drehachse der Ein­ spannvorrichtung 10 derart, daß die jeweiligen Keilkanäle 82 in größerem radialen Abstand von der Drehachse an Stel­ len des Stellgliedes 76 angeordnet sind, die näher zum vor­ deren Ende der Einspannvorrichtung 10 liegen. Vorzugsweise ist, wie in Fig. 1 gezeigt, diese winklige Ausrichtung, die durch einen Winkel "h" angedeutet ist, etwa 7°. Jeder Keilkanal 82 weist einen engen Abschnitt 84 radial innen­ liegend und einen weiteren Abschnitt 86 radial außenlie­ gend auf.

Die Einspannvorrichtung 10 weist ferner eine Vielzahl von Hauptklemmbacken 88 auf. Jeder Hauptklemmbacken 88 weist eine im wesentlichen T-förmige Schiene 90 auf, die derart dimensioniert ist, daß sie verschiebbar innerhalb eines Klemmbackenkanals 64 aufgenommen ist. Jeder Hauptklemmbak­ ken weist ferner einen im wesentlichen T-förmigen Keil 92 am radial außenliegenden Punkt auf. Der T-förmige Keil 92 ist derart dimensioniert und winklig ausgerichtet, daß er verschiebbar in einem der Keilkanäle 82 des Stellgliedes 76 ist. Der Hauptklemmbacken 88 weist ferner eine Befesti­ gungseinrichtung 94 auf, welche die Befestigung einer besonderen Greifbacke zum Festhalten eines geeigneten Werk­ stückes ermöglicht.

Die Teile der Klemmvorrichtung 10 sind in den Fig. 6 bis 8 zusammengebaut gezeigt. Insbesondere sind der Zylinder 12, der Kolben 24 und die Abdeckung 32 konzentrisch an dem Abschnitt 46 mit geringerem Durchmesser des Einspanngehäu­ ses 42 angeordnet. Der Kolben 24 ist an dem Einspannkörper 42 befestigt, aber er ist verschiebbar angeordnet gegen­ über dem Zylinder 12 und der Abdeckung 32. Der Zylinder 12 und die Abdeckung 32 sind ebenfalls verschiebbar gegen­ über dem Einspannkörper 42.

Die Hauptklemmbacken 88 sind verschiebbar innerhalb der Klemmbackenkanäle 64 des Einspannkörpers 42 angeordnet. Dadurch kann jede Hauptklemmbacken 88 nach innen oder nach außen in Radialrichtung bewegt werden. Der Stellring 76 ist verschiebbar um den Abschnitt 48 mit größerem Durchmesser des Einspannkörpers 42 vorgesehen. Der Stellring 76 ist fest an der Abdeckung 32 angeordnet, so daß der Zylinder 12, die Abdeckung 32 und der Stellring 76 gemeinsam relativ zu dem Einspannkörper 42 bewegt werden. Die Keilkanäle 82 des Stellringes 76 sind in gleitendem Eingriff mit den Kei­ len 92 der Hauptklemmbacken 88. Damit umgibt der Stellring 76 den Umfang der Hauptklemmbacken 88, um die Radialbeweg­ ung der Hauptklemmbacken 88 zu begrenzen und zu steuern und eine radiale Ausdehnung der Hauptklemmbacken 88 infol­ ge der Zentrifugalkräfte zu verhindern.

In Fig. 7 ist der Kolben 24 im wesentlichen in Berührung mit der Rückwand 14 des Zylinders 12 angeordnet. Umgekehrt ist der Kolben 24 in Axialrichtung von der Ab­ deckung 32 beabstandet. Diese Relativstellung der Teile der Einspannvorrichtung 10 wird erreicht durch Einleitung von Druckluft in den Raum zwischen dem Kolben 24 und der Abdeckung 32, während gleichzeitig Luft aus dem Raum zwi­ schen dem Zylinder 12 und dem Kolben 24 entfernt wird. Wie vorstehend ausgeführt ist der Kolben 24 gegenüber dem Körper 42 fest angeordnet. Damit bewirkt die Einleitung von Druckluft vor den Kolben 24, daß der Zylinder 12, die Abdeckung 32 und der Stellring 76 relativ zu dem Kolben 24 und dem Körper 42 nach vorn bewegt werden. Diese Vor­ wärtsbewegung bringt die Abdeckung 32 direkt in Kontakt mit dem Abschnitt 46 mit größerem Durchmesser des Körpers 42. Wenn der Stellring 76 sich nach vorn bewegt, werden die winklig ausgerichteten Keilkanäle 82 in die jeweiligen Keile 92 der Hauptklemmbacken 88 getrieben. Die Hauptklemm­ backen 88 werden jedoch an einer Bewegung in Axialrichtung durch den Eingriff der T-förmigen Schiene 90 in den T-förmi­ gen Klemmbackenkanälen 64 gehindert. Wenn der Stellring 76 sich nach vorn bewegt, erfolgt deshalb eine Gleitbewegung zwischen den Keilkanälen 82 und den Keilen 92 der ent­ sprechenden Hauptklemmbacken 88. Die winklige Ausrichtung der Keilkanäle 82 bewirkt jedoch, daß die Hauptklemmbacken 88 radial nach innen durch die jeweiligen Klemmbacken 64 gezwungen werden. Diese nach innen gerichtete Bewegung der Hauptklemmbacken 88 ermöglicht, daß die Klemmvorrichtung 10 ein Werkstück sicher festhält.

Fig. 8 zeigt die Einspannvorrichtung 10 im geöffneten Zu­ stand. Die Hauptklemmbacken 88 sind radial außen gegenüber der Stellung, die in Fig. 7 gezeigt ist, angeordnet. Diese radial nach außen gerichtete Bewegung der Hauptklemmbacken 88 wird erreicht durch Umkehr des Strom des vorstehend be­ schriebenen Pneumatikfluids. Druckluft wird zwischen den Kolben 24 und den Zylinder 12 eingeleitet und gleichzeitig aus dem Bereich zwischen dem Kolben 24 und der Abdeckung 32 entfernt oder abgeleitet. Wie bereits angeführt ,ist der Kolben 24 gegenüber dem Einspannkörper 42 unbeweglich. Da­ durch bewirkt der vorstehend beschriebene Druckluftstrom, daß der Zylinder 12, die Abdeckung 32 und der Stellring 76 gegenüber dem Kolben 24 und dem Einspannkörper 42 nach hinten bewegt werden. Diese nach hinten gerichtete Bewegung des Stellringes 76 bewirkt eine gleitende Bewegung zwischen den Keilkanälen 82 und den entsprechenden Keilen 92 der Hauptklemmbacken 88. Wegen der winkligen Ausrichtung der Keilkanäle 82 gleiten die Hauptklemmbacken 88 jedoch in radial nach außen gerichteter Bewegung durch die jeweiligen Klemmbackenkanäle 64 in dem Einspannkörper 42. Diese nach außen gerichtete Bewegung der Hauptklemmbacken 88 ermög­ licht die Einsetzung oder Entfernung eines Werkstückes aus der Einspannvorrichtung 10.

Wie vorstehend ausgeführt wird die Betätigung der Haupt­ klemmbacken 88 durch den Stellring 76 erreicht, welcher sowohl die Hauptklemmbacken 88 als auch den Einspannkörper 42 umgibt. Das steht im Gegensatz zu den meisten bekannten Einspannvorrichtungen, welche die Hauptklemmbacken von Stel­ len betätigen, die entweder einwärts von diesen oder zwi­ schen dem inneren und äußeren Ende der Hauptklemmbacken liegen. Der einzigartige Aufbau der Einspannvorrichtung 10 erbringt zwei positive Ergebnisse für Betätigungen bei hoher Geschwindigkeit. Erstens weist der Einspannkörper keine großen zentralen Hohlräume zur Aufnahme der Bewegung eines im Inneren angeordneten Stellgliedes auf. Deshalb ist der Einspannkörper 42, der vorstehend beschrieben und gezeigt ist, relativ massiv und fester ausgebildet als die bekannten Einspannkörper und kann damit besser Zentrifugal­ kräften widerstehen, die sonst die Haltekraft der Einspann­ vorrichtung verringern würden. Zweitens umgibt der Stell­ ring 76 konzentrisch die Hauptklemmbacken 88 und hält die­ se sicher fest. Dadurch werden die Hauptklemmbacken 88 von einer Ausdehnung oder einem Ausweichen infolge der Zentri­ fugalkraft abgehalten. Wie vorstehend ausgeführt, resultiert diese Ausdehnung oder Aufweitung der Hauptklemmbacken bei bekannten Einspannvorrichtungen in einer Verringerung der Haltekraft bei hohen Drehgeschwindigkeiten. Da der Ein­ spannkörper 42 sich nicht wesentlich verformt, treten ferner keine sichtbaren zurückbleibenden Kräfte auf, wenn die Ein­ spannvorrichtung abgestoppt wird. Wie vorstehend ausgeführt, war dies ein bedeutendes Problem bei bekannten Einspannvor­ richtungen, die stark elastisch zurücksprangen, um Kräfte zu erzeugen, die größer waren als die anfänglich aufge­ brachten, wenn die Drehung abgestoppt wurde, wodurch viele Werkstücke beschädigt wurden. Darüber hinaus wirken die Vorwärtskräfte, die von dem Stellring und der beschriebenen winkligen Ausrichtung der Keilkanäle ausgeübt werden, direkt und wenigstens zum Teil entgegen der radial nach außen und nach hinten gerichteten Komponenten der Zen­ trifugalkraft.

Die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung wurde mit Ein­ spannvorrichtungen mit konventionellen Stellgliedern ver­ glichen, welche entweder durch das Zentrum des Einspann­ körpers oder an einem Punkt zwischen der radialen Länge der Hauptklemmbacken einwirken. Diese bekannten Einspann­ vorrichtungen verringerten ihre anfängliche Einspannkraft bei 4000 Umdrehungen pro Minute und bei 30 p.s.i. Druck, der von dem Kolben erzeugt wurde, auf 40%. Bei 5000 Um­ drehungen pro Minute (r.p.m. und 30 p.s.i.) verformten sich die Einspannvorrichtungen derart, daß sie ausfielen. Andererseits wies die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung keinen nennenswerten Verlust der Einspannkraft bei 5000 r.p.m. und 30 p.s.i auf. Die erfindungsgemäße Einspann­ vorrichtung wurde dann bei 8000 r.p.m. geprüft. Mit einem Haltedruck von 20 p.s.i. bei 8000 r.p.m. behielt die er­ findungsgemäße Einspannvorrichtung 50% ihrer anfänglichen Einspannkraft. Bei 8000 r.p.m. Rotationsgeschwindigkeit und 30 p.s.i. behielt die Einspannvorrichtung 55% ihrer anfänglichen Einspannkraft. Schließlich behielt die erfin­ dungsgemäße Einspannvorrichtung bei 8000 Umdrehungen pro Minute und 40 p.s.i. 70% ihrer anfänglichen Einspannkraft. Wie vorstehend ausgeführt ist es oft wünschenswert, den Haltedruck gering zu halten, um Verformungen des Werkstüc­ kes zu vermeiden. Ein Verlust an Haltekraft von mehr als 50% ist im allgemeinen unakzeptabel. Aus vorstehend be­ schriebenen Tests ist ersichtlich, daß die erfindungsge­ mäße Einspannvorrichtung mit einer geringen anfänglichen Einspannkraft von 20 p.s.i., die für die meisten möglicher­ weise beschädigbaren Werkstücke ausreichend ist, bei 8000 r.p.m. gedreht werden kann mit einem Verlust an Einspann­ kraft, welche innerhalb tolerierbarer Grenzen liegt. Da die meisten Werkstücke Haltekräfte aushalten können, die größer sind als die , die mit 20 p.s.i. erreicht werden, erreicht die erfindungsgemäße Einspannvorrichtung ausrei­ chende Haltekräfte bei Drehgeschwindigkeiten in der Höhe von 8000 r.p.m.

Wie vorstehend ausgeführt, ist die an Hand der Fig. 6 bis 8 beschriebene Einspannvorrichtung verantwortlich für nur zwei dieser drei höchstbedeutenden Wirkungen der Zentrifu­ galkraft. Die axiale Komponente der Zentrifugalkraft, wel­ che infolge der winkligen Ausrichtung der Keile und geneig­ ten Kanäle vorliegt, wird durch die in den Fig. 6 bis 8 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung nicht gerichtet Fig. 9 zeigt jedoch eine alternative Ausführungsform, die insbesondere geeignet ist, um diese axiale Komponente der Zentrifugalkraft zu richten.

Die in Fig. 9 gezeigte Einspannvorrichtung 100 ist ähnlich aufgebaut wie die in Fig. 7 gezeigte Einspannvorrichtung und identische Bezugszeichen wurden für gleiche Teile ver­ wendet. Zusätzlich zu den in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Teilen weist die Einspannvorrichtung 100 von Fig. 9 noch einen Adapter 102 auf, der an der Rückseite des Zylinders 12 angeordnet ist. Der Adapter 102 weist eine Vorderfläche 103 auf, die in Berührung steht mit der Rückwand 14 des Zylinders 12. Der Adapter 102 weist ferner eine äußere Um­ fangsfläche 104 auf. Wenigstens eine Öffnung 106 erstreckt sich winklig oder geneigt in den Adapter 102 derart, daß die Öffnung 106 die Vorderfläche 102 nahe der äußeren Um­ fangsfläche 104 schneidet.

Ein Gewicht 108 ist verschiebbar in der Öffnung 106 ange­ ordnet. Das Gewicht 108 kann sich gleitend innerhalb der Öffnung 106 bewegen, aber es wird durch den Zylinder 12 daran gehindert, sich völlig heraus zu bewegen. Das Gewicht 108 weist eine geneigte oder Keilfläche 110 auf, welche parallel zur Rückwand 14 des Zylinders 12 und senkrecht zu der Achse der Einspannvorrichtung ausgerichtet ist. Wenn die Einspannvorrichtung 100 gedreht wird, treibt die Zentri­ fugalkraft das Gewicht 108 radial nach außen und nach vorn derart, daß die Keilfläche 110 gegen die Rückwand 14 des Zylinders 12 getrieben wird. Die durch die Keilfläche 110 ausgeübten Kräfte des Gewichtes 118 sind proportional zu den Zentrifugalkräften auf das Gewicht 108, welche wiederum pro­ portional sind zu den Drehgeschwindigkeiten der Einspann­ vorrichtung 100. Dadurch verhindert das Gewicht 108 wirksam den Zylinder 12, die Abdeckung 32 und das Stellglied 76 an einer Rückwärtsbewegung. Damit gleicht die alternative Aus­ führungsform, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, wirksam die Axialkomponente der vorstehend beschriebenen Zentrifugal­ kraft aus. Einleitende Analysen der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform zeigen, daß Drehgeschwindigkeiten von 12000 bis 15000 r.p.m. mit Verlusten an Haltekraft möglich sind, die noch gut innerhalb akzeptabler Grenzen liegen. Damit ermöglicht die Einspannvorrichtung 100 schnell er­ reichbare extreme Genauigkeit.

Zusammengefaßt ist zu sagen, daß die Einspannvorrichtung mit einem Kolben versehen ist, der fest an einem Einspann­ körper angeordnet ist und der relativ zu einem Zylinder und einer Abdeckung verschiebbar ist. Der Zylinder und die Abdeckung sind bewegbar relativ zu dem Einspannkörper vor­ gesehen. Ein Stellring umgibt konzentrisch den vordersten Abschnitt des Einspannkörpers. Die Hauptklemmbacken sind verschiebbar in radial ausgerichteten Kanälen im vorderen Ende des Einspannkörpers angeordnet. Die Hauptklemmbacken weisen ferner winklig ausgerichtete Keile an den radial außenliegenden Abschnitten auf. Diese Keile sind verschieb­ bar in winklig ausgerichteten Keilkanälen in dem Stellring angeordnet. Eine geeignete Zuführung eines Pneumatikfluids auf eine Seite des Kolbens erbringt, daß der Zylinder, die Abdeckung und der Stellring sich axial relativ dazu bewe­ gen. Diese Axialbewegung des Ringes verursacht eine ent­ sprechende nach innen oder nach außen gerichtete Bewegung der Hauptklemmbacken infolge der verkeilenden Betätigung. Die konzentrische Anordnung des Stellringes um den Einspannkör­ per und die Hauptklemmbacken hält wirksam die Hauptklemm­ backen und verhindert deren Ausdehnung und deren Auswei­ chung. Darüber hinaus kann der Einspannkörper wesentlich fester ausgeführt werden als bekannte Einspannkörper, um den Wirkungen der Zentrifugalkräfte entgegenzuwirken Die Einspannvorrichtung kann ferner Zentrifugalkräften mit einem Adapter entgegenwirken, der am hinteren Ende angeord­ net ist. Der Adapter weist eine geneigt verlaufende Öffnung auf, in weicher ein Gewicht verschiebbar angeordnet ist. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten wird das Gewicht in den Zy­ linder getrieben, um dessen axiale Bewegung zu verhindern.

Claims (12)

1. Einspannvorrichtung oder Spannfutter (10; 100) mit

• - einem Einspannkörper (42) mit einem vorderen und einem hinteren Ende und einer sich dazwischen erstreckenden Längsachse, wobei der Einspannkörper (42) im wesentlichen symmetrisch zur Längs­ achse angeordnet ist,
• - einer Vielzahl von Hauptklemmbacken (88), die radial zu der Längs­ achse des Einspannkörpers (42) angeordnet und am vorderen Ende des Einspannkörpers (42) derart verschiebbar angebracht sind, daß jeder Hauptklemmbacken (88) in Radialrichtung zur Längsachse des Einspannkörpers (42) hin und von dieser weg verschiebbar ist, wobei jeder der Hauptklemmbacken (88) an seinem radial äußer­ sten Abschnitt eine bezüglich der Längsachse geneigte Keilfläche (92) aufweist,
• - einer in Axialrichtung verschiebbaren Stelleinrichtung, die mit Keil­ flächen (82) versehen ist, welche mit den Keilflächen (92) der Hauptklemmbacken (88) gleitend zusammenwirken, und
• - mit einer Einrichtung zum axialen Verschieben der Stelleinrichtung, wobei die Axialbewegung der Stelleinrichtung bewirkt, daß die jeweilige Keilfläche den zugeordneten Hauptklemmbacken (88) in Radialrichtung bewegt,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Stelleinrichtung einen konzentrisch um den Einspannkörper (42) und die Hauptklemmbacken (88) angeordneten Stellring (76) aufweist, an welchem die Keilflächen (82) ausgebildet sind, und
• - daß die Einrichtung zum axialen Verschieben der Stelleinrichtung einen ringförmigen Kolben (24) einer Kolben-Zylinder-Einheit (12, 24, 32) aufweist, der mit dem Einspannkörper (42) verbunden ist und der in einem ringförmigen Zylinder (12) aufgenommen und in diesem axial verschiebbar betätigbar ist, wobei der Zylinder (12) mit dem Stellring (76) verbunden ist.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Stellring (76) eine Vielzahl von Keilflächen (82) aufweist, deren Anzahl gleich ist der Anzahl der Vielzahl von Hauptklemmbacken (88), und
• - daß die Keilflächen (82) zu den Hauptklemmbacken (88) ausge­ richtet sind.

3. Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jede Keilfläche (82) einen Keilkanal bestimmt, der sich radial nach außen in den Stellring (76) erstreckt, und
• - daß die Keilkanäle an den jeweils radial außen liegenden Berei­ chen der Hauptklemmbacken (88) anliegen.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder Keilkanal und jeder Keil im wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweisen.

5. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kolben-Zylinder-Einheit (12, 24, 32) pneumatisch betätig­ bar ist.

6. Spannfutter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an der Rückseite des Stellringes (76) angeordneten Adapter (102),

• - wobei der Adapter (102) wenigstens eine Öffnung (106) auf­ weist, die winklig ausgerichtet ist zu der Längsachse,
• - wobei der Adapter (102) ein Gewicht (108) aufweist, das ver­ schiebbar innerhalb der Öffnung (106) angeordnet ist, so daß die Rota­ tion des Spannfutters (100) eine radial nach außen gerichtete Bewe­ gung des Gewichtes (108) in der Öffnung (106) bewirkt, und
• - wobei das Gewicht (108) derart angeordnet ist, daß es in der radial außenliegenden Stellung eine Axialverschiebung des Stellringes (76) relativ zu dem Einspannkörper (42) verhindert.

7. Einspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Adapter (102) an der Rückseite des Stellringes (76) angeordnet ist und
• - daß der Adapter (102) wenigstens ein Gewicht (108) und eine Führungsein­ richtung (Öffnung 106) zur Führung des Gewichtes (108) radial nach außen und nach vorn aufweist, wobei die Rotation des Spannfutters bewirkt, daß das Ge­ wicht (108) nach vorn zu dem Stellring (76) gebracht wird.

8. Einspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Einspannkörper (42) eine Vielzahl von radial ausgerichte­ ten Klemmbackenkanälen (64) aufweist und
• - daß die Hauptklemmbacken (88) verschiebbar in den radial aus­ gerichteten Klemmbackenkanälen (64) angeordnet sind.

9. Einspannfutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Einrichtung (72, 74) zum Schmieren der radial ausge­ richteten Klemmbackenkanäle (64) in dem Einspannkörper (42) vorgese­ hen ist.

10. Einspannfutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Einspannkörper (42) eine Vielzahl von Schmieröffnungen (70) aufweist, die dich zu den radial ausgerichteten Klemmbackenkanä­ len (64) erstrecken, wodurch ein Schmiermittel zu den Klemmbackenka­ nälen (64) durch die jeweiligen Schmieröffnungen (70) geleitet werden kann.

11. Einspannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Einspannkörper (42) eine zentral ausgerichtete Öffnung (44) aufweist, die sich in Längsrichtung hindurch erstreckt, und
• - daß die zentral ausgerichtete Öffnung (44) in Verbindung steht mit einer Quelle eines pneumatischen Fluides zur Betätigung der Kolben- Zylinder-Anordnung.

12. Einspannfutter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Einspannkörper (42) eine Vielzahl von radial ausgerichte­ ten Klemmbackenkanälen (64) am vorderen Ende aufweist,
• - daß die Hauptklemmbacken (88) verschiebbar in den jeweiligen Klemmbackenkanälen (64) des Einspannkörpers (42) angeordnet sind und
• - daß der Einspannkörper (42) eine Vielzahl von Schmieröffnungen aufweist, die sich von den Klemmbackenkanälen (64) zu der zentralen Öffnung (44) des Einspannkörpers (42) erstrecken.