DE4102600A1 - Hochgeschwindigkeits-spannfutteranordnung - Google Patents

Description

Maschinenwerkzeuge umfassen ein drehbares Element, an dem eine Spannfutteranordnung angebracht werden kann. Die Spannfutteranordnung ist betriebsbereit, um an einem Werkstück anzugreifen, an dem verschiedene Bear­ beitungsvorgänge ausgeführt werden können.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt eine typische bekannte Spannfut­ teranordnung 10 für diese Zwecke einen Körper 12 mit einem axial ausgerichteten zylindrischen Hohlraum (nicht gezeigt), der einen Kolben gleitbar darin gelagert hat. Pneumatischer Druck wird selektiv an eine der Seiten des Kolbens angelegt, um eine relative axiale Bewegung zwi­ schen dem Kolben und dem Körper 12 zu erzeugen. Die bekannte Spannfutteranordnung 10 enthält weiterhin drei radial ausgerichtete Kanäle 14, in denen Bezugsklauen 16 gleitbar angeordnet sind. Die Kanäle 14 können entweder in dem Körper 12 oder einem mit dem Kolben verbundenen Element angeordnet sein. Eine radial äußere oder radial innere Fläche jeder Bezugsklaue ist typischerweise win­ kelmäßig zu der Drehachse der Spannfutteranordnung 10 ausgerichtet, um eine Keil- bzw. Klemmfläche zu definie­ ren. Die bekannte Spannfutteranordnung 10 umfaßt weiter­ hin ein Betätigungselement (nicht gezeigt), das starr an dem Körper oder dem Kolben befestigt sein kann. Das Betätigungselement enthält geneigte Keilflächen, die gleitbar mit entsprechenden Keilflächen an den jeweili­ gen Bezugsklauen in Eingriff stehen. Mit dieser Kon­ struktion wird eine relative axiale Bewegung zwischen dem Kolben und dem Körper eine entsprechende axiale Bewegung zwischen dem Betätigungselement und den Bezugs­ klauen 16 hervorrufen. Die zusammenarbeitenden Keilflä­ chen der Bezugsklauen 16 und des Betätigungselementes werden diese axiale Bewegung jedoch in eine radial ge­ richtete gleitende Bewegung der Bezugsklauen 16 in den jeweiligen Kanälen 14 umwandeln. Greifklauen sind starr, aber abnehmbar an den Bezugsklauen 16 angebracht und erfahren mit den Bezugsklauen 16 eine radiale Bewegung. Bei der typischen bekannten Spannfutteranordnung 10 wird sich das Betätigungselement in eine axiale Richtung bewegen, um die Klauen 16 zum sicheren Greifen des Werkstückes nach innen zu zwingen, oder in einer entge­ gengesetzten axialen Richtung bewegen, um die Klauen 16 nach außen zu bewegen, um das Werkstück freizugeben.

Die bekannte Spannfutteranordnung 10 muß auch drehbar sein, um das Maschinenwerkzeug einen geeigneten Bear­ beitungsvorgang an dem durch das Spannfutter gegriffenen Werkstück auszuführen zu lassen. Die Drehung des Spann­ futters darf jedoch nicht den pneumatischen Druck stören, der selektiv an eine Seite oder die andere Seite des Kolbens zum Greifen des Werkstückes angelegt ist. Um diese notwendigen Dreh- und Greiffunktionen zu erzielen, ist der bekannte Spannfutterkörper 10 typischerweise an einem drehbaren Abschnitt des Maschinenwerkzeuges ange­ bracht, das eine sich axial durch dieses erstreckende Bohrung hat. Eine drehbare Luftröhrenanordnung 18 geht durch die axiale Bohrung des Maschinenwerkzeuges und ist starr mit dem Spannfutterkörper 12 zur Drehung mit diesem verbunden. Die Luftröhrenanordnung 18 besteht aus einer Vielzahl von im allgemeinen konzentrischen Röhren zum selektiven Abgeben von Druckluft an eine Seite oder die andere Seite des Kolbens des Spannfutterkörpers 12. Im einzelnen kann ein mittlerer Abschnitt der Luftröh­ renanordnung selektiv Druckluft an eine vordere Seite des Kolbens abgeben, während der ringförmige Raum um die mittlere Röhre verwendet werden wird, um Druckluft an die hintere Seite des Kolbens abzugeben. Die Luft­ röhrenanordnung 18 erstreckt sich typischerweise zwi­ schen 45,7 cm (18 inch.) und 121,9 cm (48 inch.), und zwar in Abhängigkeit von der Geometrie der Maschine, an der die Spannfutteranordnung 10 angebracht ist. Die bekannte Luftröhrenanordnung 18 erstreckt sich von der hinteren Seite der Bohrung des Maschinenwerkzeugs und ist an einem Luftdrehlagerzapfen 20 angebracht, um selektiv die Druckluft an die eine Seite oder die andere Seite des Kolbens abzugeben. Der Luftlagerzapfen 20 wird stationär verbleiben, während sich der Spannfutterkörper 12 und die Luftröhrenanordnung 18 unter der Wirkung des Maschinenwerkzeugs drehen, an dem sie angebracht sind.

Das in Fig. 1 gezeigte typische bekannte Spannfutter 10 kann bei Rotationsgeschwindigkeiten bis zu etwa 4000 U/min. gut arbeiten. Bei höheren Drehgeschwindigkeiten übersteigen die auf die Klauen ausgeübten Zentrifugalkräfte häufig die auf den Kolben ausgeübten pneumatischen Kräfte und zwingen die Klauen nach außen, wodurch das Werkstück nicht mehr gegriffen wird. Viele bekannte Spannfutter haben versucht, komplexe Anordnungen von Gegengewichten zu verwenden, die die Wirkungen der Zentrifugalkraft mit dem Ziel versetzen bzw. umsetzen sollen, die nach innen gerichtete Greifkraft der Klauen bei höheren Drehgeschwindigkeiten beizubehalten. Spannfutter dieser Art sind jedoch sehr komplex und teuer und arbeiten nicht immer gut.

Das an den hiesigen Erfinder am 30. Juni 1987 erteilte US Patent Nr. 46 76 516 zeigt ein Spannfutter, das einen angemessen einfachen Aufbau hat, aber auch bei relativ hohen Drehgeschwindigkeiten gut arbeitet. Im einzelnen enthält das im US Patent Nr. 46 76 516 gezeigte Spannfutter einen Betätigungsring, der konzentrisch um den Spannfutterkörper und die Klauen angeordnet ist. Der Betätigungsring hilft, die Klauen in radial festgelegten Positionen in Antwort auf diese ausgeübte Zentrifugalkräfte zu halten. Zusätzlich enthalten gewisse Ausführungsformen des in dem US Patent Nr. 46 76 516 gezeigten Spannfutters ein sehr einfaches Gegengewicht, um den Kolben oder den Spannfutterkörper in eine Richtung zum Greifen des Werkstückes zu zwingen. Wenn sich die Rotationsgeschwindigkeiten erhöhen, wirken die von dem Gegengewicht ausgeübten Kräfte auf das Spannfutter, um zumindest teilweise die Wirkungen der Zentrifugalkraft auszugleichen.

Einige Bearbeitungsvorgänge erfordern nun jedoch noch höhere Rotationsgeschwindigkeiten. In Video- Kassettenrekordern werden z. B. metallische Scheiben mit axial ausgerichteten Hohlräumen auf einer Seite verwendet, um die magnetisch codierten Signale auf dem Video-Kassettenband zu lesen. Die Scheiben müssen mit extremer Präzision sowohl hinsichtlich Glattheit als auch Konzentrizität hergestellt werden. Die Forderung nach Präzision und die entgegenwirkende Forderung nach Herstellungseffizienz erfordern Maschinenwerkzeuge, die bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten arbeiten. Es werden häufig Rotationsgeschwindigkeiten des Maschinen­ werkzeuges von 8000 U/min. gefordert und Geschwindig­ keiten im Bereich von 10 000 U/min. bis 12 000 U/min. werden als noch wünschenswerter erachtet. Ein Steuerfak­ tor bei diesen bekannten Bearbeitungsvorgängen war die Fähigkeit der bekannten Spannfutteranordnungen, die Werkstücke bei diesen hohen Rotationsgeschwindigkeiten genau zu halten. Obwohl sich das im US Patent Nr. 46 76 516 gezeigte Spannfutter als effektiv bei Rota­ tionsgeschwindigkeiten erwiesen hat, die sich den oben spezifizierten annähern, ist nun herausgefunden worden, daß der drehbaren Luftröhrenanordnung signifikante Bear­ beitungsungenauigkeiten zuzuschreiben sind. Im einzelnen sind kleine Abmessungsungenauigkeiten bei den langen dünnwandigen Röhren unvermeidbar. Selbst eine sorgfältig hergestellte Röhre erhält wahrscheinlich irgendwo entlang ihrer Länge entweder während der Lagerung, der Installation oder beim Gebrauch eine nicht konzentrische Konfiguration. Selbst kleinere Exzentrizitäten in irgendeiner der zweckmäßigerweise konzentrischen Röhren wird signifikante Vibrationen bei der bekannten Spannfutteranordnung verursachen, wenn die hohen Rotationsgeschwindigkeiten erreicht werden. Die Wahrscheinlichkeit einer Exzentrizität und des Vibrationen hervorrufenden Effektes der Exzentrizität erhöht sich mit der Länge der Luftröhrenanordnung. Diese Vibrationen gleichen die Präzision und Effizienz mehr als aus, die durch Bearbeiten bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten erreicht werden können.

Eine Spannfutteranordnung, die bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten sehr effektiv ist, ist in dem US Patent Nr. 43 49 207 gezeigt, das an den hiesigen Erfinder am 14 Sept. 1982 erteilt wurde. Das in dem US Patent Nr. 43 49 207 gezeigte Spannfutter vermeidet Luftröhrenanordnungen vollständig und legt selektiv das pneumatische Fluid an eine Seite oder die andere Seite des Kolbens von einem Ort benachbart dem vorderen Arbeitsende des Spannfutters und vor dem Maschinenwerkzeug an, an dem das Spannfutter angebracht ist. Die Anordnung der Luftzufuhreinrichtung an einer radial äußeren Position in enger Nähe zu den drehenden greifenden Komponenten des Spannfutters erzeugt Exzentrizitäten und ungleichmäßige Kräfte, die verhindern, daß das Spannfutter des US Patentes 43 49 207 bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten arbeiten kann. Diese Einschränkungen werfen bei niedrigeren Rotationsgeschwindigkeiten keine Probleme auf, für die das Spannfutter des US Patentes Nr. 43 49 207 extrem effektiv ist.

Der Stand der Technik beinhaltet auch Spannfutter vom Ring- bzw. Zangentyp, wobei ein im allgemeinen kegel­ stumpfförmiger Greifkopf durch eine alternierende Reihe von metallischen Greifklauen und elastomeren Elementen bestimmt ist, die um den Umfang des kegelstumpfförmigen Spannkopfes angeordnet sind. Ein Greifen tritt auf durch Zwingen der Klauen aus ihrer nicht vorgespannten Posi­ tion nach innen. Das Vorsehen der elastomeren Elemente erleichtert bzw. ermöglicht das Freigeben der Zange zum Entfernen eines Werkstückes von dieser. Das in dem US Patent Nr. 42 14 766 gezeigte Zangen- bzw. Ringfutter soll nicht bei den oben angegebenen hohen Rotationsge­ schwindigkeiten eingesetzt werden und das Vorsehen des elastomeren Materials darin übersteigt die Wirkungen der Zentrifugalkraft nicht. Darüber hinaus verwendet das in dem US Patent Nr. 42 14 766 gezeigte Ringfutter nicht die bekannte Luftröhrenanordnung, wie sie in Fig. 1 oben gezeigt ist.

Hinsichtlich des oben gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannfutteranordnung zu schaffen, die in der Lage ist, konsistente Greifkräfte bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten beizubehalten.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannfutteranordnung anzugeben, die exzessive Vibrationen bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten vermeidet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochgeschwindigkeits-Spannfutteranordnung zu schaffen, die im wesentlichen immun gegenüber Exzentrizitäten in länglichen Luftröhrenanordnungen ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannfutter anzugeben, das die gleichförmigen Greifkräfte an gewissen Werkstücken bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten verbessert.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Spannfutteranordnung jener Art gerichtet, die eine längliche Luftröhrenanordnung verwendet, die sich durch die Bohrung eines drehbaren Maschinenwerkzeuges zum Abgeben einer Vielzahl von Zufuhren von pneumatischen Druck an die Spannfutteranordnung erstreckt. Die Luftröhrenanordnung für die vorliegende Spannfutteranordnung erstreckt sich nicht drehbar von einem an der Rückseite der Maschine angeordneten oder benachbart hierzu liegenden Verteilergehäuse zu einem Lagerzapfen bei der oder benachbart zu der Vorderseite der Maschine. Der Lagerzapfen ist starr und nicht drehbar an der nicht drehenden Luftröhrenanordnung angebracht und arbeitet als Druckluftverteiler zum selektiven Abgeben von Druckluft an geeignete Orte in der Spannfutteranordnung, wie es weiter hierin erläutert ist.

Ein Spannfutterkörper ist drehbar um den Lagerzapfen zur schnellen Drehung unter Leistungszufuhr angebracht, die von dem Maschinenwerkzeug geliefert wird. Die Schnittstelle zwischen dem Spannfutterkörper und dem Lagerzapfen definiert einen Luftspalt, der im wesentlichen frei von komplexen Laufbüchsen und Abdichtungen ist, die bei vielen bekannten Spannfuttern verwendet werden und im wesentlichen vollständig auf einer dicht bzw. eng bearbeiteten Schnittstelle zwischen dem Spannfutterkörper und dem Lagerzapfen beruhen. Das von der Spannfutteranordnung verwendete pneumatische System steuert den pneumatischen Druck innerhalb von Grenzen, die kompatibel mit dem Luftlagerzapfen-Abdichtsystem sind.

Die Spannfutteranordnung enthält weiterhin einen im allgemeinen scheibenartigen Kolben, der in axialen Richtungen innerhalb eines zylindrischen Hubraumes des Spannfutterkörpers in Antwort auf das selektive Anlegen von pneumatischem Druck an die eine Seite oder die andere Seite des Kolbens gleitend bewegbar ist.

Die Spannfutteranordnung umfaßt weiterhin ein Betätigungselement, welches starr mit entweder dem Kolben oder dem Spannfutterkörper zur relativen axialen Bewegung verbunden ist. Der Kolben kann z. B. starr mit einem Betätigungselement derart verbunden sein, daß sich das Betätigungselement in axialen Richtungen mit dem Kolben und relativ zu dem Spannfutterkörper bewegt. Das Betätigungselement enthält eine Keil- bzw. Klemmeinrichtung, die mit einer Klauenanordnung zusammenarbeitet. Im einzelnen kann die Keileinrichtung des Betätigungselementes eine geneigte keilartige Fläche definieren, die winkelmäßig zu der Drehachse der Spannfutteranordnung ausgerichtet ist. Die Klauenanordnung bzw. Backenanordnung enthält eine entsprechend ausgerichtete Fläche, die an der Keileinrichtung des Betätigungselementes angreift. Somit werden Neigungs- oder Keilkräfte von dem Betätigungselement auf die Klauenanordnung in Antwort auf die axiale Bewegung des Betätigungselementes und des Kolbens relativ zu dem Spannfutterkörper ausgeübt. Bei anderen Ausführungsformen kann die Betätigungseinrichtung starr an dem Spannfutterkörper angebracht sein, um sich mit dem Spannfutterkörper und relativ zu dem Kolben zu bewegen.

Das Betätigungselement und die Klauenanordnung können ähnlich zu jenen sein, die in dem zuvor erwähnten US Patent Nr. 46 76 516 offenbart sind. Alternativerweise kann die Klauenanordnung eine Vielzahl von metallischen Klauenelementen umfassen, die in abwechselnder Beziehung zu elastomeren Verbindungselementen um den Umfang der Klauenanordnung angeordnet sind. Die Anordnung von metallischen Klauen und elastomeren Verbindungssegmenten dazwischen ist ausgelegt, um elastomer nach außen in Antwort auf die von dem Betätigungselement erzeugten Keilkräfte gezwungen zu werden, und sich um in Antwort auf eine Freigabe jener Keilkräfte durch das Betä­ tigungselement federnd nach innen zu bewegen. Bei dieser Ausführungsform kann die Klauenanordnung arbeiten, um ein Greifen eines Werkstückes von innen nach außen durchzuführen, und um sich darauffolgend nach innen zu bewegen, um das Werkstück freizugeben. Diese Ausfüh­ rungsform ist insbesondere bevorzugt für das präzise Hochgeschwindigkeitsbearbeiten der äußeren Flächen der metallischen Köpfe von Video-Kassettenrecordern. Wenn das Maschinenwerkzeuggerät die Spannfutteranordnung mit sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten vorantreibt, wer­ den Zentrifugalkräfte die metallischen und elastomeren Komponenten der Klauenanordnung radial nach außen zwin­ gen, um die Greifleistung zu erhöhen. Somit - im Gegen­ satz zu vielen bekannten Systemen, bei denen hohe Rota­ tionsgeschwindigkeiten dazu führten, daß die Greif­ leistung der Klauen eines Spannfutters nachläßt - ist das vorliegende Spannfutter in der Lage, eine verbesser­ te Greifleistung bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten zu erzielen.

Wie zuvor erwähnt, umfaßt das typische bekannte Spann­ futter drei radial ausgerichtete und gleichmäßig beabstandete Klauenelemente zum Greifen eines Werkstückes. Das vorliegende Spannfuttergerät kann jedoch mehr als drei Klauen enthalten und in einigen Formen insgesamt 12 Klauen enthalten, die voneinander durch 12 elastomere Verbindungselemente getrennt sind. Die wesentlich größere Anzahl von Klauen, die von dem Spannfuttergerät der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, führt zu einer größeren Verteilung der Zentri­ fugalkräfte auf das Werkstück. Somit werden die Zentri­ fugalkräfte, auf die sich teilweise verlassen wird, um das Werkstück zu greifen, sorgfältig auf das Werkstück verteilt, um zu vermeiden, daß exzessive Zentrifugal­ kräfte an irgendeinem Ort das Werkstück deformieren.

Die Spannfutteranordnung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen Anschlag enthalten, der konzentrisch bezüglich des Arbeitsendes des Spannfutters zum Positionieren des Werkstückes angeordnet ist. Der Anschlag kann z. B. zentral innerhalb des Betätigungselementes angeordnet sein, um ein genaues Positionieren des Werkstückes über die Vorderfläche des Spannfutters zu ermöglichen. Der Anschlag ist vorzugsweise entfernbar und/oder einstellbar, um unterschiedliche Werkstücke mit einem einzelnen Spannfuttergerät zu versorgen.

Das Spannfuttergerät der vorliegenden Erfindung arbeitet bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten aus einigen Gründen außerordentlich gut. Im einzelnen vermeidet die sich nicht drehende Luftröhrenanordnung vollständig die Möglichkeit, daß Exzentrizitäten entlang der Länge der Luftröhrenanordnung zu Vibrationen in dem Spannfuttergerät beitragen. Jegliche Exzentrizitäten, die auftreten können, werden für den Betrieb des Spann­ futtergerätes vollständig irrelevant. Das Spannfutterge­ rät der vorliegenden Erfindung reduziert weiterhin die Wirkungen der Zentrifugalkraft, indem ein außen ange­ ordneter Betätigungsring oder eine nach außen gerichtete Greifkraft auf das Werkstück angewendet wird. Diese einzigartige Kombination einer sich nicht drehenden Luftröhrenanordnung und einer Greifeinrichtung, die durch Zentrifugalkräfte nicht beeinflußt wird, er­ möglicht ein genaues Einspannen bei hohen Geschwindig­ keiten, die mit bekannten Systemen nicht erzielbar wa­ ren, und ermöglicht daher sehr viel effizientere und effektivere Bearbeitungsvorgänge, die mit extrem hoher Präzision auszuführen sind.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten Futters;

Fig. 2 ist eine Vorderansicht eines Futters gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Klammer bzw. Mitnahme an der Schnittstelle von Luft­ röhrenanordnung und Lagerzapfen des vorlie­ genden Spannfuttergerätes;

Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines alternativen Spannfutters; und

Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5.

Das Spannfuttergerät der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 2 bis 4 allgemein durch das Bezugszeichen 30 bezeichnet. Das Spannfuttergerät 30 wird zum selektiven Greifen eines Werkstückes 31 oder zum selektiven Freigeben eines zu bearbeitenden Werkstückes 31 pneumatisch betrieben. Die Druckluft zum Anlegen des pneumatischen Druckes an das Spannfuttergerät 30 wird an einen Verteiler 32 geliefert, der ein bearbeitetes metallisches Element von im allgemeinen zylindrischen Aufbau bestimmt. Der Verteiler 32 ist nicht drehbar an der hinteren Seite eines Maschinenwerkzeuges 33 angebracht, das einen mit hohen Geschwindigkeiten drehbaren Kopf hat. Der Verteiler 32 umfaßt einen ersten pneumatischen Einlaß 34 und einen zweiten pneumatischen Einlaß 36, die selektiv mit Luftschläuchen (nicht gezeigt) in Eingriff zu bringen sind, die zu einem Steuerventil und darauffolgend auf ein pneumatisches Versorgungssystem führen, welches Luftfilter, Regulatoren, Schmiergeräte und Druckmeßgeräte als auch eine Zufuhr von Druckluft enthält. Das mit den Einlässen 34 und 36 verbindbare System arbeitet, um Luft mit im wesentlichen 80 p.s.i. abzugeben. Der Verteiler 32 enthält weiterhin eine gestufte axiale Bohrung 37, die sich in seine Vorderseite 38 erstreckt. Die axiale Bohrung 37 bestimmt im einzelnen einen Abschnitt 40 mit kleinerem Durchmesser, der sich in eine Verbindung mit dem ersten pneumatischen Einlaß 34 erstreckt. Ein Abschnitt 42 mit mittlerem Durchmesser ist vor dem Abschnitt 40 mit kleinerem Durchmesser angeordnet und steht mit dem zweiten pneumatischen Einlaß 36 in Verbindung. Ein Abschnitt 44 mit größerem Durchmesser ist benachbart zu der Vorderseite 38 des Verteilers 32 und durch eine ringförmige Vertiefung 46 gekennzeichnet, in der eine elastomere O-Ringdichtung 48 angeordnet ist. Der Abschnitt 44 mit größerem Durchmesser der axial ausgerichteten Bohrung 37 in dem Verteiler 32 ist durch eine Reihe von Gewinden 50 gekennzeichnet, die darin ausgebildet sind.

Das Spannfuttergerät 30 enthält weiterhin eine Luftröhrenanordnung 52, die nicht drehbar in dem Verteiler 32 angebracht ist und sich von diesem nach vorne durch die Bohrung 53 des Maschinenwerkzeuges 33 erstreckt. Die Länge der Luftröhre 52 wird von Maschinenwerkzeug zu Maschinenwerkzeug in Abhängigkeit von den Abmessungen des bestimmten Maschinenwerkzeuges variieren. Typische Luftröhrenanordnungen liegen zwischen etwa 45,7 cm (18 inch.) und etwa 121,9 cm (48 inch.). Die Luftröhrenanordnung 52 umfaßt allgemein konzentrische innere und äußere Rohrleitungen 54 bzw. 56. Die innere Rohrleitung ist so dimensioniert, daß sie innerhalb des Abschnittes 40 mit kleinerem Durchmesser der axialen Bohrung 37 im Verteiler 32 derart aufgenommen werden kann, daß die zentrale Öffnung 58 der inneren Rohrleitung 54 direkt mit dem ersten pneumatischen Einlaß 34 in Verbindung steht. Die innere Rohrleitung 54 erstreckt sich weiterhin um eine größere Entfernung nach vorne als die äußere Rohrleitung 56, wie es hier zuvor erläutert wurde. Die äußere Rohrleitung 56 ist so dimensioniert, daß sie in dem Abschnitt 44 mit größerem Durchmesser der axialen Bohrung 37 in dem Verteiler 32 angeordnet werden kann und enthält eine Reihe von Gewindegängen 60 zum Eingriff mit den Gewindegängen 50 des Verteilers 32. Der innere Durchmesser der äußeren Rohrleitung 56 ist derart, daß zwischen der inneren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 ein ringförmiger Raum 62 besteht. Diese radialen Abmessungen und relativen axialen Positionen der inneren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 sind derart, daß der ringförmige Raum 62 zwischen der inneren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 mit dem pneumatischen Einlaß 36 des Verteilers 32 in Verbindung steht, mit dem pneumatischen Einlaß 34 des Verteilers 32 jedoch nicht in Verbindung steht. Es ist auch von Vorzug, daß der Gewindeeingriff der nicht drehenden Luftröhrenanordnung 52 an dem Verteiler 32 eine beabsichtigte Trennung ermöglicht, eine Trennung während der normalen Verwendung der Spannfutteranordnung 30 jedoch ausschließt. Somit ist die Luftröhrenanordnung 52 nicht drehbar innerhalb der Bohrung 53 des Maschinenwerkzeugs 33 und jegliche bestehenden Exzentrizitäten werden den Betrieb des Maschinenwerkzeugs 33 oder der Spannfutteranordnung 30 nicht beeinflussen.

Eine Klammer bzw. Mitnahme 64 ist sicher mit der äußeren Röhre 56 der Luftröhrenanordnung 52 an einer Stelle darauf verbunden, die von dem Verteiler 32 wesentlich entfernt und in der Nähe der vorderen Arbeitsseite des Maschinenwerkzeugs 33 liegt, mit dem die Spannfutteranordnung 30 verwendet wird. Die Klammer 64 enthält einen nicht kreisförmigen Vorsprung 66, der sich von dieser nach vorne erstreckt.

Die Spannfutteranordnung 30 enthält weiterhin einen Luftlagerzapfen 68 mit einer nicht kreisförmigen Ausnehmung 70 an seinem hinteren Ende, und zwar zum Eingriff mit dem Vorsprung 66 der Klammer 64, wie es am deutlichsten in Fig. 4 dargestellt ist. Somit wird der Luftlagerzapfen 68 bezüglich der Klammer 64 nicht drehbar verbleiben, die wiederum nicht drehbar an der Luftröhrenanordnung 52 angebracht ist.

Der Luftlagerzapfen 68 enthält eine gestufte, axial ausgerichtete Bohrung 71, die sich durch ihn erstreckt und einen vorderen Abschnitt 72 mit kleinerem Durchmesser enthält, der einen internen Durchmesser bestimmt, der im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser der inneren Luftröhre 54 ist. Der Abschnitt 72 mit kleinerem Durchmesser der axialen Bohrung 71 in dem Luftlagerzapfen 68 ist weiterhin durch eine ringförmige Vertiefung 74 gekennzeichnet, in der ein elastomerer O-Ring 76 angeordnet ist. Die innere Luftröhre 54 ist in dem Abschnitt 72 mit kleinerem Durchmesser der axialen Bohrung 71 in dem Luftlagerzapfen 68 angebracht, um durch den O-Ring 76 berührt zu werden und sich im wesentlichen vollständig zum äußersten vorderen Ende 78 des Luftlagerzapfens 68 zu erstrecken. Die axiale Bohrung 71 durch den Luftlagerzapfen 68 ist weiterhin durch einen Abschnitt 80 mit größerem Durchmesser gekennzeichnet, der einen inneren Durchmesser definiert, der im wesentlichen gleich dem äußeren Durchmesser der äußeren Luftröhre 56 ist. Der Abschnitt 80 mit größerem Durchmesser ist ebenfalls durch eine ringförmige Vertiefung 82 gekennzeichnet, in der ein elastomerer O-Ring 84 angeordnet ist. Die äußere Röhre 56 ist innerhalb des Abschnittes 80 mit größerem Durchmesser der axialen Bohrung 71 durch den Luftlagerzapfen 68 derart an­ geordnet, daß die äußere Röhre 56 dichtend von dem O- Ring 84 berührt wird. Das äußerste vordere Ende der äußeren Luftröhre 56 endet hinter der Stufe zwischen den Abschnitten 72 und 80 mit kleinerem bzw. größerem Durchmesser der axialen Bohrung 71 in dem Luftlager­ zapfen 68, um eine Verbindung zwischen dem ringförmigen Raum 62 der Luftröhrenanordnung 52 und dem äußersten vorderen Ende des Abschnittes 80 mit größerem Durchmes­ ser der Axialbohrung 71 durch den Luftlagerzapfen 68 zu gestatten. Der Luftlagerzapfen 68 ist weiterhin durch eine allgemein radial ausgerichtete Öffnung 86 gekenn­ zeichnet, die sich durch diesen aus dem Abschnitt 80 mit größerem Durchmesser der Axialbohrung 71 erstreckt.

Alle Abschnitte der oben beschriebenen Spannfutteranordnung 30 sind bezüglich des Maschinenwerkzeuges 33 nicht drehbar, mit dem die Spannfutteranordnung 30 verwendet wird. Somit werden jegliche bestehende Exzentrizitäten oder Unsymmetrien keinen Einfluß auf die präzise Leistungsfähigkeit des Maschinenwerkzeuges 33 oder die Fähigkeit der Spannfutteranordnung 30 haben, ein Werkstück selbst bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten zu greifen.

Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Ausführungsform der Spannfutteranordnung 30 enthält weiterhin einen Spannfutterkopf, der allgemein durch das Bezugszeichen 88 angegeben und fest an dem drehenden Abschnitt 89 des Maschinenwerkzeugs 33 zur Drehung mit diesem angebracht ist. Der Spannfutterkopf 88 enthält ein allgemein zylindrisches Lager 90 mit einer zentralen Durchgangsöffnung 92, in der der Luftlagerzapfen 68 gelagert ist. Die zentrale Durchgangsöffnung 92 in dem Lager 90 und die Außenfläche des Luftlagerzapfens 60 sind präzise hergestellt, um dicht aneinander zu liegen, jedoch eine freie relative Drehung zwischen sich zu gestatten. Ein enges radiales Spiel gestattet die zum Betrieb des Spannfutters und des Maschinenwerkzeuges wichtige freie Drehung und verhindert weiterhin im wesentlichen ein Entweichen von signifikanten Mengen von über die Luftröhrenanordnung 52 zugeführter Luft.

Das Lager 90 enthält eine innere ringförmige Vertiefung 94, die an seiner inneren Fläche 92 an einer axialen Stelle ausgebildet ist, die mit der Öffnung 86 des Luftlagerzapfens 68 ausgerichtet ist. Das Lager 90 enthält weiterhin eine radial ausgerichtete Öffnung 96, die sich nach außen von der inneren ringförmi­ gen Vertiefung 94 erstreckt. Eine axiale Vertiefung 98 ist an der äußeren Fläche des Lagers 90 definiert und erstreckt sich nach vorne von der radialen Öffnung 96 zu einer äußeren ringförmigen Vertiefung 100. Diese Anordnung von Öffnungen und Vertiefungen erlaubt einen direkten Austausch von Luft von dem pneumatischen Einlaß 36 über die Luftröhrenanordnung 52 und sowohl durch den Luftlagerzapfen 68 als auch das Lager 90 zu der ringförmigen Vertiefung 100 des Lagers 90. Es ist anzu­ merken, daß dieser Luftaustausch für alle winkelmäßigen Ausrichtungen des Lagers 90 bezüglich des stationieren Luftlagerzapfens 68 ermöglicht ist. Der zur Erzielung dieser kontinuierlichen Verbindung notwendige relative axiale Versatz von Luftlagerzapfen 68 und Lager 90 wird durch ein Verriegelungselement 102 gewährleistet, welches auf verriegelte Weise in eine Vertiefung am vorderen Ende 78 des Luftlagerzapfens 68 eingreift und an einer vorderen Fläche des Lagers 90 anstößt.

Der Spannfutterkopf 88 enthält weiterhin eine hintere Abdeckung 104 und einen Spannfutterkörper 106, die auf verriegelte Weise miteinander in abgedichteten Eingriff durch Bolzen 108 gehalten sind. Die hintere Abdeckung 104 enthält eine sich durch sie erstreckende axiale Öffnung 110, die das Lager 90 umgibt. Zusätzlich enthält die hintere Abdeckung einen Pneumatikkanal 112, der eine Verbindung zwischen der äußeren ringförmigen Vertiefung 100 des Lagers 90 mit einem vorderen Ort an der Abdeckung 104 schafft.

Der Spannfutterkörper 106 enthält auf ähnliche Weise einen Pneumatikkanal 114, der angeordnet ist, um direkt mit dem Pneumatikkanal 112 der hinteren Abdeckung 104 und mit einem vorderen Ort eines zylindrischen Arbeitsraumes 116 in Verbindung zu stehen, der zwischen der hinteren Abdeckung 104 und dem Spannfutterkörper 106 definiert ist.

Ein scheibenförmiger Kolben 118 ist innerhalb des zylindrischen Arbeitsraumes 116 zur axialen Bewegung in diesem angeordnet. Im einzelnen wird eine axiale Bewegung des Kolbens 118 nach vorne innerhalb des zylindrischen Arbeitsraumes 116 erzielt, indem Luft aus dem pneumatischen Einlaß 36 evakuiert und gleichzeitig Druckluft durch den pneumatischen Einlaß 34 geführt wird. Die in den pneumatischen Einlaß 34 geführte Luft läuft vollständig durch die zentrale Öffnung 58 der inneren Röhre 54 und in einen Abschnitt des zylindrischen Arbeitsraumes 116 hinter dem Kolben 118. Dieser Luftdruck zwingt den Kolben 118 in dem zylindrischen Arbeitsraum 116 nach vorne. Demgegenüber wird der Kolben 118 in dem zylindrischen Arbeitsraum 116 nach hinten bewegt, in dem Luft aus dem pneumatischen Lufteinlaß 34 evakuiert und gleichzeitig Luft in den pneumatischen Einlaß 36 geführt wird. In dem pneumatischen Einlaß 36 geführte Luft läuft durch den ringförmigen Raum 62 über die oben beschriebene Anordnung von Öffnungen und Kanälen in dem Lagerzapfen 68, dem Lager 90, der hinteren Abdeckung 104 und dem Spannfutterkörper 106. Diese Luft wird über den Pneumatikkanal 114 und in die Seite des zylindrischen Arbeitsraumes 116 vor dem Kolben 118 geleitet, um den Kolben nach hinten zu zwingen.

Der Kolben 118 ist fest mit einer Betätigungsplatte 120 verbunden, die wiederum fest mit einem Betätigungselement 122 verbunden ist. Somit werden sich die Betätigungsplatte 120 und das Betätigungselement 122 mit dem Kolben 118 und relativ zum dem Spannfutterkörper 106 nach vorne oder nach hinten bewegen. Das äußere vordere Ende des Betätigungselementes 122 definiert einen kontinuierlichen kegelstumpfförmigen, sich nach außen erstreckenden Keil 124.

Das Spannfutter 88 enthält weiterhin eine allgemein ringförmige Spannanordnung, die durch das Bezugszeichen 126 identifiziert ist. Die Spannanordnung 126 ist durch 12 gleichmäßig beabstandete metallische Greifelemente 128 bestimmt, die abwechselnd mit einer gleichen Anzahl von elastomeren Verbindungselementen 130 angeordnet sind, wie es am deutlichsten in Fig. 2 dargestellt ist. Die inneren Abschnitte der durch die metallischen Elemente 128 bestimmten allgemein kreisförmigen Greifelemente 126 ist von einem allgemein kegelstumpfförmigen Aufbau, der mit dem Keilabschnitt 124 des Betätigungselementes 122 übereinstimmt und über diesen greift. Im einzelnen enthält jedes metallische Element eine radial innere Fläche 132, die mit einem Winkel zu der Drehachse des Spannfutterkopfes 88 zum gleitenden Eingriff mit dem vorderen Keil 124 des Betätigungselementes 122 ausgerichtet ist. Bei dieser Anordnung wird eine Rückwärtsbewegung des Betätigungselementes 122 dessen Keil 124 veranlassen, gegen die innere geneigte Fläche 132 der metallischen Klauen 128 der Spannanordnung 126 zu gleiten, um die Klauen bzw. Backen 128 nach außen zu zwingen. Demgegenüber wird eine Vorwärtsbewegung des Betätigungselementes 122 die Keilkräfte der ringförmigen Spannanordnung 126 reduzieren, was deren elastomere Abschnitte 130 befähigt, die metallischen Klauen 126 nach innen zu zwingen, und zwar für einen fortgesetzten Fläche-Fläche-Kontakt mit dem Keil 124 des Betätigungselementes 122. Die radial äußeren Flächen der metallischen Klauen 128 definieren Greifflächen zum Greifen einer inneren Fläche eines Werkstückes 31.

Der Spannfutterkopf 88 enthält weiterhin eine Anschlag 136, der axial innerhalb des Betätigungselementes 122 angeordnet ist. Der Anschlag 136 wirkt, um ein genaues Positionieren eines Werkstückes 31 auf dem Spannfutter 30 zu gewährleisten. Somit ist die hier dargestellte besondere Konfiguration nur eine von vielen optionalen Konfigurationen für einen solchen Anschlag 136, wobei die ausgewählte Konfiguration vollständig von der Form und der Abmessung des Werkstückes 31 abhängt.

Bei der Verwendung wird die ringförmige Spannanordnung 126 radial nach innen zusammengelegt, um ein Anbringen eines Werkstückes 31 auf dieser zu erlauben. Dieses Zusammenlegen nach innen wird erzielt durch Evakuieren von Druckluft aus dem Pneumatikeinlaß 36 und gleichzeitig durch Leiten von Druckluft in den Pneumatikeinlaß 34. Diese relativen Flüsse von Druckluft werden veranlassen, daß der Kolben 118 innerhalb der zylindrischen Arbeitskammer 116 nach vorne gleitet, die durch die hintere Abdeckung 104 und den Spannfutterkörper 106 gebildet ist. Eine Vorwärtsbewegung des Kolbens 118 relativ zu dem Spannfutterkörper 106 wird verursachen, daß die Betätigungsplatte 120 und das Betätigungselement 102 nach vorne relativ zu dem Spannfutterkörper 106 vorrücken, und wird erlauben, daß sich die ringförmige Spannanordnung 126 radial nach innen unter der Wirkung der elastomeren Verbindungselemente 130 zusammenlegt. Im einzelnen werden die elastomeren Verbindungselemente 130, die zwischen den metallischen Klauen 128 der Spannanordnung 126 angeordnet sind, verursachen, daß die geneigten Flächen 132 der Klauen 128 entlang der äußeren Keilfläche 124 des Betätigungselementes 122 gleiten. Das Werkstück 31 kann dann über die ringförmige Spannanordnung 126 montiert werden, wobei seine Position auf positive Weise durch den Anschlag 136 gewährleistet wird.

Das Werkstück 31 kann dann gegriffen werden, indem Druckluft aus dem Pneumatikeinlaß 34 evakuiert und gleichzeitig Druckluft in den Pneumatikeinlaß 36 geführt wird. Dieser relative Fluß von Druckluft wird den Kolben 118 veranlassen, sich in der zylindrischen Arbeitskammer 116 nach hinten zu bewegen, die durch die hintere Abdeckung 104 und den Spannfutterkörper 106 gebildet ist. Die Rückwärtsbewegung des Kolbens 118 wird auch die Betätigungsplatte 120 und das Betätigungselement 122 nach hinten ziehen. Die durch den kegelstumpfförmigen Keil 124 gegen die geneigten inneren Flächen 132 der Klauen 128 in der ringförmigen Spannanordnung 126 erzeugten Kräfte werden verursachen, daß sich die ringförmige Spannanordnung 126 radial nach außen aufweitet. Im einzelnen werden die durch die Rückwärtsbewegung des Betätigungselementes 122 erzeugten Keilkräfte die durch die elastomeren Verbindungselemente 130 zwischen den jeweiligen Klauen 128 ausgeübten Federkräfte übertreffen.

Der Spannfutterkopf 88 kann dann unter der Leistung des Maschinenwerkzeugs 33 gedreht werden, an dem er angebracht ist. Diese Drehung des Spannfutterkopfes 88 ist unabhängig von der Luftröhrenanordnung 52, die sich nicht rotierbar durch die Bohrung 53 des Maschinenwerkzeuges 33 erstreckt. Im einzelnen tritt eine relative Drehung zwischen dem Lager 90 des Spannfutters 88 und dem Luftlagerzapfen 68 auf. Eine relative Hochgeschwindigkeitsdrehung zwischen diesen wird ohne komplexe Abdichtungseinrichtung hinsichtlich der engen radialen Toleranz zwischen dem Lagerzapfen 68 und dem Lager 90 ermöglicht. Wenn höhere Rotationsgeschwindigkeiten erzielt werden, können Zentrifugalkräfte die 12 Klauen 128 in engeren Spanneingriff mit dem Werkstück 31 zwingen. Die Zentrifugalkräfte werden den einfachen Betrieb der Spannfutteranordnung 30 in anderer Hinsicht nicht beeinflussen. Insbesondere werden jegliche Exzentrizitäten in der Luftröhrenanordnung 52 keine Vibrationen verursachen und werden durch hohe Drehgeschwindigkeiten nicht verstärkt werden, und zwar hinsichtlich des nicht drehenden Zustandes der gesamten Luftröhrenanordnung 52 und des zugeordneten Luft­ lagerzapfens 68. Weiterhin werden auf das Werkstück 31 in Antwort auf sowohl die Keilwirkung des Betätigungs­ elementes als auch auf die Zentrifugalkräfte ausgeübte Kräfte gleichmäßig auf das Werkstück verteilt werden, und zwar durch die große Anzahl von Metallklauen 128 und elastomeren Verbindungselementen 130, die sich kon­ tinuierlich zwischen diesen erstrecken.

Eine alternative Spannfutteranordnung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt und allgemein durch das Bezugszeichen 140 identifiziert. Die Spannfutteranordnung 140 enthält einen Verteiler (nicht gezeigt), der mit dem in Fig. 3 gezeigten Verteiler 32 identisch ist. Die Spannfutteranordnung 140 enthält weiterhin eine Luftröhrenanordnung 52, die mit der in Fig. 3 oben angegebenen Luftröhrenanordnung desselben Bezugszeichens identisch ist. Die Luftröhrenanordnung 52 der Spannfutteranordnung 140 ist nicht drehbar und erstreckt sich durch eine nicht drehbare Klammer 64 und in einen nicht drehbaren Luftlagerzapfen 68, die beide identisch mit den durch dieselben Bezugszeichen in den Fig. 3 und 4 bezeichneten Teilen sind. Wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform erstreckt sich die Luftröhrenanordnung 52 nicht drehbar durch die Bohrung eines Maschinenwerkzeuges zum Abgeben einer Vielzahl von Arten von Luftzufuhr von dem Verteiler an der Rückseite des Maschinenwerkzeugs zu greifenden Abschnitten der Spannfutteranordnung 140 an der vorderen und drehbaren Seite des Maschinenwerkzeugs. Wie in dem vorigen Ausführungsbeispiel enthält die Luftröhrenanordnung 52 eine innere Rohrleitung 54 und eine äußere Rohrleitung 56 mit einem ringförmigen Raum dazwischen. Eine erste Luftzufuhr kann zentral durch die innere Rohrleitung 54 abgegeben werden, während eine zweite Luftzufuhr getrennt über den ringförmigen Raum zwischen der inneren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 abgegeben werden kann.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Spannfutteranordnung 140 enthält einen Spannfutterkopf, der allgemein durch das Bezugszeichen 142 identifiziert und sicher an dem rotierenden Abschnitt des Maschinenwerkzeugs angebracht ist, und zwar auf eine Weise, wie sie in Bezug auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel dargestellt wurde. Der Spannfutterkopf 142 enthält ein allgemein zylindrisches Lager 144, welches drehbar um den Luftlagerzapfen 68 angebracht ist, wie es am deutlichsten in Fig. 6 gezeigt ist. Das Lager 144 funktioniert identisch zu dem zuvor beschriebenen Lager 90, ist jedoch von der Struktur her etwas unterschiedlich hinsichtlich der unterschiedlichen Konfigurationen der Spannfutterköpfe 88 und 142 in diesen zwei Ausführungsformen. Im einzelnen enthält das Lager 144 eine ringförmige Vertiefung 146 an ihrer inneren ringartigen Fläche und an einer axialen Stelle, die mit der Öffnung 86 in dem Luftlagerzapfen 68 ausgerichtet ist. Eine radial ausgerichtete Öffnung 148 erstreckt sich von der ringförmigen Vertiefung 146 nach außen durch das Lager 144 und steht mit einer axial ausgerichteten Vertiefung 150 in der äußeren Zylinderfläche des Lagers 144 in Verbindung. Somit kann durch den Ringraum zwischen der inneren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 der Luftröhrenanord­ nung 52 laufende Luft durch den Luftlagerzapfen 68 und durch die Anordnung von Öffnungen und Vertiefungen lau­ fen, die in dem Lager 144 definiert sind. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird durch die innere Röhre 54 geleitete Luft vollständig durch das axiale Ende des Luftlagerzapfens 68 strömen.

Der Spannfutterkopf 142 enthält weiterhin einen allge­ mein zylindrischen Körper 152, der nicht drehbar um das Lager 144 angebracht ist. Das vordere Ende 154 des Körpers 152 ist durch eine Gruppe von radial ausgerich­ teten Schlitzen 156 zum Eingriff mit bzw. zum Führen von Bezugsklauen bzw. -backen 158 gekennzeichnet, die die greifende Funktion des Spannfutterkopfes 142 ausführen.

Der Spannfutterkörper 152 ist mit einer Vielzahl von voneinander beabstandeten, generell radial ausgerichte­ ten Öffnungen 160 und 162 versehen, die sich durch diesen erstrecken. Die Öffnung 160 ist weiter hinten an dem Spannfutterkörper 152 angeordnet und mit dem vorde­ ren Ende des axialen Kanals 150 in der äußeren Fläche des Lagers 144 ausgerichtet. Somit wird die Öffnung 160 Druckluft von dem ringförmigen Spalt zwischen der inne­ ren Rohrleitung 54 und der äußeren Rohrleitung 56 über den Spannfutterkörper 152 liefern. Die Öffnung 162 ist an dem Spannfutterkörper 152 weiter vorne angeordnet und wird eine Luftzufuhr aus der inneren Rohrleitung 54 abgeben.

Die Spannfutterkopfanordnung 142 enthält weiterhin einen allgemein ringförmigen Zylinder 164, der um den Spann­ futterkörper 152 angebracht ist. Die Anbringung des Zylinders 164 an dem Spannfutterkörper 152 gestattet eine relative axiale gleitende Bewegung zwischen diesen, verhindert jedoch eine relative Drehung. Der Zylinder 164 definiert einen allgemein ringförmigen Arbeitshohl­ raum 166, der Abschnitte des Spannfutterkörpers 152 umgibt. Eine Abdeckung 168 ist an dem Zylinder 164 angeschlagen bzw. angeschraubt und auch um den Spannfut­ terkörper 152 zur gleitenden axialen Bewegung entlang diesem angebracht.

Ein Betätigungsring 170 ist starr und nicht drehbar an der Abdeckung 168 zur axialen Bewegung mit dieser ange­ bracht. Der Betätigungsring 170 enthält eine Vielzahl von allgemein T-förmigen Schlitzen 172, die am deutlich­ sten in Fig. 5 gezeigt sind. Jeder T-förmige Schlitz 172 des Betätigungselementes 170 greift an einem vergleich­ bar aufgebauten, äußersten Abschnitt einer Backe 158 an. Zusätzlich enthält jeder T-förmige Schlitz 172 eine radial nach außen angeordnete Keilfläche, die mit einem Winkel zu der Drehachse der Spannfutteranordnung 140 ausgerichtet ist bzw. angreift. Die zwischen dem Betäti­ gungsring 170 und der jeweiligen Backe 158 durch die axiale Bewegung des Betätigungsringes 170 erzeugte Keil­ wechselwirkung wird veranlassen, daß sich die Backen 158 entweder radial nach innen oder radial nach außen inner­ halb der jeweiligen Kanäle 156 des Spannfutterkörpers 152 bewegen.

Eine axiale Bewegung des Zylinders 164, der Abdeckung 168 und des Betätigungsringes 170 relativ zu dem Spann­ futterkörper 152 wird mittels eines allgemein ringförmi­ gen Kolbens 174 bewirkt. Im einzelnen ist der Kolben 174 nicht bewegbar um den Spannfutterkörper 152 und inner­ halb des Hohlraumes 166 des Zylinders 164 angebracht. Die relative Bewegung wird erzielt durch selektives Leiten von Druckluft an einen Abschnitt des zylindri­ schen Arbeitshohlraumes 166 auf irgendeiner Seite des Kolbens 174. Die Bewegung von Luft in den Abschnitt des Arbeitshohlraumes 166 vor dem Kolben 174 wird den Zylin­ der 164, die Abdeckung 168 und den Betätigungsring 170 nach vorne bezüglich des Kolbens 174 und des Spannfut­ terkörpers 152 zwingen. Die keilförmige Ausrichtung des Betätigungsrings 170 wird somit die Backen 158 radial nach innen zwingen. Demgegenüber wird eine Evakuierung von Luft aus dem Abschnitt des Arbeitshohlraumes 166 vor dem Kolben 174 und das gleichzeitige Leiten von Luft in den Abschnitt des Arbeitshohlraumes 166 hinter den Kol­ ben 174, den Zylinder 164, die Abdeckung 168 und das Betätigungselement 170 veranlassen, sich relativ zu dem Kolben 174 und dem Spannfutterkörper 152 nach hinten zu bewegen. Die keilartige Konfiguration des Betätigungs­ ringes 170 wird somit die Backen 158 veranlassen, sich radial nach außen zu bewegen. Es ist anzumerken, daß die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Spannfutterkopfanordnung 142 der Spannfutteranordnung des oben angegebenen US Patentes Nr. 46 76 516 ähnlich ist. Wie es in dem US Patent Nr. 46 76 516 offenbart ist, ist dieser Aufbau für genaues Greifen bei hohen Drehgeschwindigkeiten gut geeignet. Die Kombination dieser Hochgeschwindigkeits- Spannfutterkopfanordnung mit der nicht drehenden Luft­ röhrenanordnung und dem nicht drehenden Luftlagerzapfen, der im wesentlichen an der vorderen Seite des rotieren­ den Maschinenwerkzeuges angeordnet ist, eliminiert eine Vibrations- und Ungenauigkeitsquelle, die sonst mit dieser ansonsten extrem präzisen Hochgeschwindigkeits- Spannfutteranordnung aufgetreten sein könnte.

Während die Erfindung hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es offen­ sichtlich, daß verschiedene Änderungen vorgenommen wer­ den können, ohne den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Bei gewissen Ausführungsformen können z. B. komplexe Luftröhrenanordnungen erforderlich sein, einschließlich konzentrischer Röhren zum Leiten von Schmiermittel oder Kühlmittel an ausgewählte Bereiche des Spannfutters. Bei gewissen Ausführungsformen kann das Betätigungselement fest an dem Spannfuttergehäuse für eine relative Bewe­ gung zu einem Kolben angebracht sein. Gewisse Ausfüh­ rungsformen mögen den hier dargestellten Anschlag nicht erfordern, während andere Anschläge verschiedenster anderer Aufbauten erfordern werden. Weiterhin können unterschiedliche Anzahlen von metallischen Klauen und Klauen unterschiedlichen Aufbaus in Abhängigkeit von den Anforderungen eines besonderen Bearbeitungsbetriebs vor­ gesehen werden. Diese und weitere Abänderungen werden für den Fachmann nach dem Lesen der hier gegebenen Offenbarung offensichtlich werden.

Claims (12)

1. Hochgeschwindigkeits-Spannfutteranordnung für ein Maschinenwerkzeug mit einem drehbaren Abschnitt zur Drehung mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse und mit einer sich durch diesen, im allgemeinen entlang der Drehachse erstreckenden Bohrung, wobei die Spannfutteranordnung aufweist:
eine Luftröhrenanordnung, die sich nicht drehbar durch die Bohrung des Maschinenwerkzeugs erstreckt und eine Vielzahl von konzentrischen Luftdurchgängen definiert;
eine Einrichtung zum selektiven Liefern von Luft an die Luftdurchgänge,
einen Luftlagerzapfen, der nicht drehbar an einem Ende der Luftröhrenanordnung angebracht ist und eine Vielzahl von Durchgängen enthält, die sich durch diesen erstrecken und jeweils mit den Luftdurchgängen der Luftröhrenanordnung in Verbindung stehen;
ein Spannfutter, welches drehbar über dem Luftlagerzapfen anbringbar und an dem drehbaren Abschnitt des Maschinenwerkzeugs anbringbar ist, wobei das Spannfutter einen Körper mit einem zylin­ drischen Arbeitshohlraum darin, der konzentrisch zur Drehachse ist, einen in dem zylindrischen Ar­ beitshohlraum gleitbar bewegbaren Kolben und eine Durchgangseinrichtung umfaßt, die sich durch das Spannfutter zum Liefern einer Verbindung von den jeweiligen Durchgängen des Luftlagerzapfens zu alternierenden jeweiligen Seiten des Kolbens derart erstreckt, daß ein selektives Anlegen von Luft eine Bewegung des Kolbens in dem zylindrischen Arbeits­ hohlraum ermöglicht;
ein Betätigungselement, welches starr an dem Kolben zur gleitbaren Bewegung mit diesem relativ zu dem Körper angebracht ist und im allgemeinen einen kegelstumpfartigen Keil hat; und
eine Spannanordnung in gleitendem Eingriff mit dem Keil des Betätigungselementes, die eine Reihe von radial ausgerichteten Klauen aufweist, so daß eine Bewegung des Betätigungselementes und des Kolbens in einer ersten axialen Richtung Keilkräfte gegen die Spannanordnung zum Zwingen derselben in eine erste radiale Richtung erzeugt, und daß eine Bewegung des Kolbens und des Betätigungselementes in einer zweiten axialen Richtung die Spannanordnung befähigt, sich in eine entgegengesetzte radiale Richtung zu bewegen.

2. Spannfutteranordnung nach Anspruch 1, wobei sich der Keilabschnitt des Betätigungselementes radial nach außen an Orten darauf entfernt von dem Kolben konisch erweitert und wobei die Spannanordnung elastomere Verbindungselemente enthält, die sich zwischen den Klauen derart erstrecken, daß eine Bewegung des Betätigungselementes in der ersten axialen Richtung die Spannanordnung radial nach außen zwingt, und daß eine Bewegung des Betätigungselementes in der zweiten axialen Richtung ein Zusammenlegen des Betätigungselementes radial nach innen in Antwort auf die Federkräfte der elastomeren Verbindungselemente ermöglicht.

3. Spannfutteranordnung nach Anspruch 2, wobei die Spannanordnung mehr als drei Klauen enthält, die voneinander jeweils durch die elastomeren Verbindungselemente getrennt sind, so daß an der Spannanordnung erzeugte Zentrifugalkräfte im wesentli­ chen gleichförmig darauf verteilt werden.

4. Spannfutteranordnung nach Anspruch 3, wobei die Spannanordnung 12 Klauen umfaßt, die jeweils voneinander durch elastomere Verbindungselemente getrennt sind.

5. Spannfutteranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Anschlag aufweist, der in der Nähe des Betätigungselementes und der Spannanordnung zum genauen Anbringen eines Werkstückes an der Spannfutteranordnung angebracht ist.

6. Spannfutteranordnung nach Anspruch 1, wobei Luftdruck mit etwa 80 p.s.i. selektiv an die Spannfutteranordnung zum Bewegen des Kolbens relativ zu dem Spannfutterkörper angelegt wird.

7. Spannfutteranordnung zur Hochgeschwindigkeitsrotation mit einem drehenden Abschnitt eines Maschinenwerkzeugs, das eine sich durch dieses erstreckende Bohrung konzentrisch zu der Rotationsachse hat, wobei die Spannfutteranordnung aufweist:
einen Luftlagerzapfen mit einer ersten und einer zweiten getrennten Durchgangseinrichtung, die sich durch ihn erstrecken, und zwar zum Annehmen einer ersten und einer zweiten an diese angelegte Luftzufuhr, wobei der Luftlagerzapfen nicht drehbar im allgemeinen zentral innerhalb der Bohrung des Maschinenwerkzeugs angeordnet ist;
ein im allgemeinen zylindrisches Lager, welches rotierbar um den Luftlagerzapfen angebracht ist, wobei sich eine Lagerkanaleinrichtung durch das Lager erstreckt und mit einer der Durchgangseinrichtungen des Luftlagerzapfens in Verbindung steht;
eine Abdeckung, die fest an dem Lager angebracht ist;
einen Körper, der an der Abdeckung angebracht und ausgelegt ist, einen im allgemeinen zylindrischen Arbeitshohlraum zwischen diesen zu definieren;
einen Kolben, der in dem zylindrischen Arbeitshohlraum des Körpers angebracht und axial in diesem beweglich ist;
eine erste Luftdurchgangseinrichtung, die sich durch zumindest entweder die Abdeckung oder den Körper zum selektiven Abgeben von Luft von dem Lagerzapfen an einen Abschnitt des zylindrischen Arbeitshohlraumes auf einer ersten Seite des Kolbens erstreckt;
eine zweite Luftdurchgangseinrichtung zum Abgeben von Luft an einen Abschnitt des zylindrischen Arbeitshohlraumes auf einer zweiten Seite der Kolbeneinrichtung;
ein Betätigungselement, welches starr mit einem ausgewählten von Kolben und Körper verbindbar ist, wobei das Betätigungselement einen nach außen konisch erweiterten Keil aufweist; und
eine Spannanordnung, die um den nach außen konisch erweiterten Keil zur gleitbaren Bewegung relativ zu diesem angreift, wobei die Spannanordnung durch eine Vielzahl von Klauen und eine entsprechende Vielzahl von elastomeren Verbindungselementen defi­ niert ist, die sich zwischen den Klauen erstrecken und diese verbinden, wodurch eine Bewegung des Betätigungselementes in einer ersten axialen Richtung Kräfte auf den Keil des Betätigungselemen­ tes zum Zwingen der Klauen der Spannanordnung radial nach außen erzeugt, und wodurch eine Feder­ kraft der elastomeren Elemente die spannenden Ele­ mente im allgemeinen radial nach innen in Antwort auf eine Bewegung des Betätigungselementes in einer zweiten axialen Richtung zwingt.

8. Spannfutteranordnung nach Anspruch 7, die weiterhin eine Luftröhrenanordnung aufweist, die sich nicht drehbar durch die Bohrung des Maschinenwerkzeugs erstreckt und mit dem Luftlagerzapfen in Verbindung steht, wobei die Luftröhrenanordnung erste und zweite konzentrische Luftdurchgänge zur Verbindung mit der jeweiligen ersten bzw. zweiten getrennten Durchgangseinrichtung des Luftlagerzapfens aufweist.

9. Spannfutteranordnung nach Anspruch 7, wobei Luftdruck mit etwa 80 p.s.i. selektiv an die erste oder die zweite getrennte Durchgangseinrichtung des Luftlagerzapfens zum Bewegen des Kolbens in dem zylindrischen Arbeitshohlraum angelegt wird.

10. Spannfutteranordnung nach Anspruch 7, wobei die Spannanordnung 12 Klauen und 12 elastomere Verbindungselemente aufweist, die eine abwechselnde ringförmige Gruppe definieren.

11. Spannfutteranordnung nach Anspruch 7, die weiterhin einen Anschlag aufweist, der in der Nähe des Betätigungselementes und der Spannanordnung zum genauen Anbringen eines Werkstückes an der Spannfutteranordnung angebracht ist.

12. Spannfutteranordnung für ein Maschinenwerkzeug, das ein vorderes Arbeitsende definiert, welches einen rotierbaren Abschnitt zur Drehung um eine Achse bei Geschwindigkeiten von mindestens 8000 U/min. aufweist, wobei sich eine Bohrung durch das Maschinenwerkzeug im allgemeinen entlang der Rotationsachse von dem drehenden Abschnitt des Maschinenwerkzeugs zu einem hinteren Ende desselben erstreckt, wobei die Spannfutteranordnung aufweist:
einen Luftverteiler, der nicht drehbar benachbart dem hinteren Ende des Maschinenwerkzeugs zum Empfangen einer ersten und einer zweiten Luftzufuhr angebracht ist;
eine Luftröhrenanordnung, die nicht drehbar mit dem Verteiler verbunden ist und sich nicht drehbar durch die Bohrung des Maschinenwerkzeugs von dem hinteren Ende zu einem Ort in der Nähe von dessen vorderen Ende erstreckt, wobei die Luftröhrenanordnung einen ersten und einen zweiten Luftdurchgang um Liefern der ersten und der zweiten Luftzufuhr aus dem Verteiler aufweist;
einen Luftlagerzapfen, der nicht drehbar an der Luftröhrenanordnung in der Nähe des vorderen Endes des Maschinenwerkzeugs angebracht ist, wobei der Luftlagerzapfen eine Einrichtung zum getrennten Abgeben von Luft aus dem ersten und dem zweiten Luftdurchgang der Luftröhrenanordnung aufweist;
einen Spannfutterkopf, der starr an dem rotierenden Abschnitt des Maschinenwerkzeugs angebracht und drehbar bezüglich des Luftlagerzapfens angebracht ist, wobei der Spannfutterkopf einen im allgemeinen zylindrischen Arbeitshohlraum in sich bestimmt, wobei ein Kolben in dem zylindrischen Arbeitshohlraum zur axialen Bewegung in diesem angebracht ist, wobei der Spannfutterkopf eine Einrichtung zum Abgeben von Luft aus den Luftdurchgängen an alternierende jeweilige Seiten des Kolbens in dem zylindrischen Arbeitshohlraum aufweist;
ein Betätigungselement, welches an dem Spannfutterkopf zur axialen Bewegung in Antwort auf eine relative axiale Bewegung des Kolbens in dem zylindrischen Arbeitshohlraum angebracht ist, wobei das Betätigungselement einen Keil aufweist, der winkelmäßig zu der Drehachse ausgerichtet ist, und eine Spannanordnung, die gleitbar an dem Keil des Betätigungselementes gelagert ist und eine ringförmige Reihe von Klauen derart aufweist, daß eine Bewegung des Betätigungselementes in einer ersten axialen Richtung die Spannanordnung radial erweitert, und derart, daß eine Bewegung des Betätigungselementes in einer zweiten axialen Richtung die Spannanordnung radial zusammenzieht, wodurch die nicht drehbare Luftröhrenanordnung im wesentlichen frei von Vibrationen ist.