DE4305576A1 - Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken oder Werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken oder Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen, die das Werkstück oder Werkzeug in Rotation versetzen mit einer zentral eingeleiteten Kraftübertragung.

Es ist bekannt, bei Spannvorgängen mit Spannvorrichtungen insbesondere, wenn es sich um die Übertragung hoher Kräfte handelt, den Spannvorgang über einen Vorschub auf einer schiefen Ebene einzuleiten. Die schiefe Ebene läßt sich so gestalten, daß die Kraftübertragung nahezu spielfrei verläuft. Der Neigungswinkel der schiefen Ebene ist frei wählbar und kann so bestimmt werden, daß der abgeschlossene Spannvorgang selbsthemmend aufrecht erhalten bleibt.

Bei Spannelementen, die einer Drehbewegung ausgesetzt sind, wie z. B. Backenfutter in Bohrmaschinen oder Drehbänken, wirkt während der Bearbeitung den Spannkräften eine Fliehkraft entgegen. Diese Fliehkräfte sind abhängig von der Drehzahl und dem Spannumfang des zu bearbeitenden Werkstückes. Damit muß die Spannkraft entsprechend groß genug sein, um den Fliehkräften entgegenzuwirken, um den Spanndruck aufrecht zu erhalten. An alle Kraftübertragungsglieder werden damit hohe Anforderungen gestellt.

Es ist bekannt, drei Backen in einem Futter radial gleiten zu lassen. Der Antrieb erfolgt über schiefe Ebenen. Die schiefen Ebenen sind hierbei immer in einer Richtung zum Drehmittelpunkt angeordnet, so daß alle Kräfte auch in dieser Richtung aufgebracht bzw. aufgefangen werden müssen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung zur Kraftübertragung zu schaffen, die einen Kraftfluß vom krafteinleitenden Element bis zum spannenden Werkstück bzw. Werkzeug erzeugt und die durch mehrfache Umlenkung der Kraft unabhängig von allen entgegenwirkenden Kräften die Spannkraft aufrecht erhält.

Die Bauelemente dieser Spannvorrichtung sollen in einfacher Bauweise fertigungstechnisch preisgünstig herstellbar sein. Der Futterkörper soll von Fliehkraftgewichten und deren Führung am Außenmantel nicht unterbrochen sein und in seiner Festigkeit bei allen auftretenden Belastungen stabil bleiben.

Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß die Kraft über mehrere Schieber umgelenkt wird, die untereinander über geneigte Flächen mit jeweils unterschiedlichen Winkeln, die jeweils einem Paar benachbarter Flächen zugeordnet sind, bewegt werden und bei denen der Flächenkontakt der Umlenkglieder untereinander in jeder Stellung aufrecht erhalten bleibt. Die Spannvorrichtung arbeitet in beiden Richtungen und ist somit sowohl zum Innenspannen als auch zum Außenspannen geeignet.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Spannvorrichtung, bei der die Spannkraft in Pfeilrichtung 8 verläuft.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Spannvorrichtung, bei der die Spannkraft in Pfeilrichtung 9 verläuft.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung.

Fig. 4 ist eine Frontalansicht für ein Drei-Backenfutter.

Fig. 5 ist ein Schnitt A-A durch Fig. 1.

Fig. 6 zeigt eine Frontalansicht eines Zweibackenfutters und

Fig. 7 zeigt den Schnitt AA durch ein Zweibackenfutter.

Die Spannvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1. In diesem Gehäuse sind alle an der Kraftübertragung beteiligten Elemente angeordnet. Die Kraftübertragung erfolgt über Kraftübertragungselemente, die aufeinander gleiten und unterschiedliche Flächenneigungen in Form schiefer Ebenen aufweisen. Die Krafteinleitung erfolgt durch Betätigung des Keilkolbens 2. Diese Betätigung kann hydraulisch oder von Hand erfolgen. Durch eine Kraft, die entweder den Keilkolben 2 in das Gehäuse hineinbewegt (Fig. 1) oder ihn aus dem Gehäuse herausbewegt (Fig. 2,) wird der Bewegungsvorgang eingeleitet. Wird der Keilkolben gemäß Fig. 2 in Pfeilrichtung 10 bewegt, so wird diese Kraft vom Keilkolben 2 auf den Gegengewichtskeilschieber 3 übertragen, indem die beiden Elemente auf ihrer geneigten Fläche 12 aufeinander gleiten. Der Gegengewichtskeilschieber 3 wird in der Papierebene der Zeichnung Fig. 2 nach oben gedrückt. Diese Bewegung bewirkt, daß der Umlenkkeilschieber 4 seinerseits über die geneigte Keilfläche 13 bewegt wird, und zwar in der Papierebene nach rechts. Die Schiebekraft des Umlenkkeilschiebers 4 wirkt nun ihrerseits auf den Grundbacken 5, der über die geneigte Fläche 14 der Papierebene nach unten gedrückt wird. Die Berührung des Grundbackens 5 mit dem Keilkolben 2 an der gemeinsamen Fläche 15 wird in dem Maße alle Bewegungen verändern, indem der Keilkolben in Pfeilrichtung 10 bewegt wird und damit auf der schiefen Ebene 15 ein Abgleiten des Grundbackens 5 um den Betrag möglich ist, wie er vom Umlenkkeilschieber 4 betätigt wird.

Der Kraftverlauf ist somit zunächst axial durch die Bewegung des Keilkolbens 2 und wird dann in eine radiale Bewegungsrichtung übertragen durch Bewegung des Gegengewichtskeilschiebers 3, der seinerseits den Umlenkkeilschieber 4 wieder axial bewegt und dessen Bewegung wird wieder radial auf den Grundbacken 5 übertragen. Damit ist ein ständiger Wechsel zwischen axialer Kraftbewegung und radialer Kraftbewegung hervorgerufen worden.

Bei einer Bewegungsrichtungsumkehr durch entgegengesetzte Krafteinwirkung auf den Keilkolben 2 erfolgt der Bewegungsablauf in entgegengesetzter Richtung wie in Fig. 1 gezeigt. Somit wird die Kraft auf den Grundbacken 5 einmal in Pfeilrichtung 8 und zum anderen in Pfeilrichtung 9 ausgeübt. Es versteht sich von selbst, daß die Aufhebung einer Spannkraft durch entgegengesetzten Kraftfluß ausgehend von der Bewegungsrichtung des Keilkolbens 2, bewirkt wird.

Die Keilflächen 12, 13, 14, 15, die die schiefe Ebene in ihrer Wirkungsweise zwischen den aufeinandergleitenden Elementen 2, 3, 4, 5 darstellen, sind zweckmäßig mit unterschiedlichen Winkeln aufeinander abgestimmt. In Fig. 2 sind für jede Keilfläche zwischen zwei Elementen die Winkel in den Graden 25°, 30°, 45°, 15° angegeben. Diese Winkel haben sich als vorteilhaft erwiesen, sind aber jederzeit veränderbar, so daß die Erfindung nicht auf diese Winkeldarstellung beschränkt ist.

Alle vier Kraftübertragungselemente 2, 3, 4, 5 werden an ihren Keilflächen 12, 13, 14, 15 nur auf Druck und nicht auf Biegung belastet und können dadurch wechselweise aus Stahl und aus mit guten Gleiteigenschaften ausgestatteten Nichteisenmetallen bestehen. Eine solche Paarung besitzt besondere Eigenschaften, wie kleinere Reibwerte und keine Freßneigung und sie erhöht den Wirkungsgrad der Spannvorrichtung sowie die der zu übertragenden Spannkraft.

Die Gegengewichtskeilschieber 3 erfüllen eine Doppelfunktion. Sie sind sowohl als Fliehkraftgegengewicht als auch als Spannkraftübertragungselement wirksam. Die Umlenkkeilschieber 4 sind mit trapezförmig zueinander angeordneten Keilflächen versehen und dienen dazu, die Bewegungsrichtung der Grundbacken umzukehren. Alle beweglichen Elemente 2, 3, 4, 5 sind an ihren Berührungsflächen zu ihren Nachbarelementen mit großen ebenen Flächen versehen. Dadurch, daß an den einfachen Keilflächen nur Druckbelastungen auftreten, können die Keilkolben und damit auch die Mittelbohrung bei einem Backenfutter im Durchmesser kleiner ausgebildet werden. Eine kleinere Mittelbohrung bewirkt, daß die Grundbackenführungsnuten länger ausgebildet sein können.

Die Umlenkkeilschieber 4 übertragen einerseits die Spannkräfte, andererseits nehmen sie auch die Fliehkräfte, die auf die Gegengewichtskeilschieber 3 wirken, auf und übertragen diese auf die Grundbacken 5. Fliehkräfte, die auf die Grundbacken 5 einwirken, werden damit weitestgehend eleminiert. Diese Kraftübertragung erfolgt ohne nennenswerte elastische Deformation.

Bedingt durch die reine Druckbeaufschlagung der Bewegungs- und Kraftübertragungselemente an ihren Keilflächen wird eine steifere Werkstückspannung erreicht, welche auch den an Grund- und Spannbacken auftretenden Flieh- und Stoßkräften widersteht. Die Keilflächen 12 und 15 am Keilkolben 2 von der Stirnseite der Spannvorrichtung aus betrachtet stehen in der Regel rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Grundbacken (Fig. 5A und 7A). Werden diese Keilflächen nicht rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Grundbacken angeordnet und hat der Keilkolben an seinem Umfang eine entsprechende Ausnehmung, so wird dieser durch die Kraftkomponenten und durch einen Prismen-Effekt immer spielfrei an der gleichen Seite der Mittenbohrung eines Backenfutters angelegt, und somit wird bei jedem Hub eine bessere Spannwiederholgenauigkeit erreicht und damit ein genaues Einzentrieren von Werkstücken auf Dauer erzielt.

Die Spannvorrichtung ist zweckmäßig mit einer abgedichteten Umlaufpumpenschmierung versehen, die bei jedem Keilkolbenhub das Schmierfett umwälzt. Dazu sind Fettkammern 6 gebildet, die durch Längsbohrungen im Keilkolben 7 im Volumen miteinander verbunden sind. Der Keilkolben pumpt durch jeden seiner Hübe das Schmierfett über Längsbohrungen im Keilkolben von Kammer zu Kammer und in die mit den Kammern in Verbindung stehenden Schmiernuten, die alle Führungsflächen mit Fett versorgen.

Claims (12)

1. Spannvorrichtung zum Spannen von Werkstücken oder Werkzeugen in Bearbeitungsmaschinen, die das Werkstück oder Werkzeug in Rotation versetzen mit einer zentral eingeleiteten Kraftübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Keilkolben (2) die Kraft auf einen Gegengewichtskeilschieber (3) übertragen wird, der auf einen Umlenkkeilschieber (4) wirkt, der seinerseits die Kraft auf einen Grundbacken (5) überträgt.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannkraft über mehrere Schieber (2, 3, 4, 5) umgelenkt übertragen wird, und daß die Schieber an ihren Enden mit Flächen (12, 13, 14, 15) versehen sind, die einen Neigungswinkel aufweisen, so daß jeweils zwei benachbarte Schieber auf ihrer geneigten Fläche wie auf einer schiefen Ebene aufeinander gleiten, und daß die Schieber jeweils winklig zueinander stehen.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axial angetriebene Keilkolben (2) mit den in axialer Richtung verlaufenden trapezförmig zueinander ausgebildeten Keilflächen (12, 15) versehen ist und bewegungsrichtungsabhängig über diese Keilflächen auf entsprechende Keilflächen der Gegengewichtskeilschieber (3) und der Grundbacken (5) wirkt und diese radial verschiebt.

4. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gegengewichtskeilschieber (3) und dem Grundbacken (5) ein Umlenkkeilschieber (4) angeordnet ist, der an seinen Enden mit Keilflächen (13, 14) versehen an den Keilflächen der Gegengewichtskeilschieber und der Grundbacken anliegt und in Abhängigkeit von deren radialer Bewegung axial verschiebbar ist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkeilschieber (4) an seinen Enden trapezförmig zueinander verlaufende Keilflächen besitzt.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen der Schieber an ihren Berührungsflächen zwischen jeweils zwei Schiebern plan aufeinander abgestimmt sind, und daß die paarweise einander zugeordneten Schieber an den einzelnen Umlenkpunkten (axial/radial) je einen anderen Neigungswinkel aufweisen.

7. Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen des Keilkolbens (2) auf einen gemeinsamen Mittelpunkt bezogen gleiche Winkel zueinander bilden.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen der Keilkolben (2) auf einen gemeinsamen Mittelpunkt bezogen ungleiche Winkel zueinander bilden.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche eines Keilkolbens (2) abschnittsweise zurückgesetzt ist, so daß der Keilkolben in Spannstellung einseitig in radialer Richtung an die Mittelbohrung der Spannvorrichtung spielfrei anlegbar ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) Fettkammern (6) vorgesehen sind, daß der Hubraum des Keilkolbens (2) an den Enden mit Dichtungen versehen ist und daß bei jeder Hubbewegung ein Schmierfettumlauf erfolgt.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung kleiner Reibwerte der Keilkolben (2) und der Umlenkkeilschieber (4) aus Nichteisenmetallen bestehen.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsschieber (3) und ihre Führungen den Außenmantel des Futterkörpers nicht durchbrechen.