DE69108784T2

DE69108784T2 - Schlüsselloses Spannfutter.

Info

Publication number: DE69108784T2
Application number: DE69108784T
Authority: DE
Inventors: Charles W Coleman; Dale K Wheeler
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2011-06-06
Also published as: JPH04226816A; DE69108784D1; AU7828191A; CA2043874A1; EP0461806B1; CA2043874C; EP0461806A1; US5195760A; AU650658B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spannfutter für das lösbare Einspannen eines Werkzeuges und insbesondere auf ein schlüsselloses Spannfutter, das einen zuverlässigen Betrieb in zwei Richtungen gewährleistet und ein Werkzeug von Hand festspannen und lösen kann und das wahlweise in Reaktion auf ein über das Spannfutter aufgebrachtes Drehmoment selbstspannend sein kann.
Es sind verschiedene Typen von Spannfuttern für das lösbare Einspannen des Schaftteils eines Werkzeugs bekannt. Das gebräuchliche Jacobs-Spannfutter schließt ein Kopfstück ein, das die Spannbacken und eine drehbar angebrachte Einstellmuffe einschließt, die eingestellt wird, um zu bewirken, daß die Spannbacken das Werkzeug einspannen oder lösen. Die Einstellmuffe schließt sich axial erstreckende Zahnradzähne ein, die angepaßt sind, um mit einem Zahnschlüssel zusammenzuwirken, um ein Einspannen und ein Lösen der Spannbacken von Hand zu gestatten. Die Forderung nach einem separaten Schlüssel verlangt ein Minimum an Handfertigkeit, um das richtige Anziehen der Spannbacken ohne jedes Rutschen zwischen dem Werkzeug und den Spannbacken durchzuführen. Der Spannschlüssel ist jedoch ein getrenntes Teil, das verlorengehen oder verschleißen kann.
Eine Anzahl von Bohrfuttern, die allgemein als schlüssellose Spannfutter bekannt sind, sind entwickelt worden, um die Verwendung eines Spannschlüssels zu vermeiden. Einige dieser Spannfutter sind so ausgeführt, daß sie eine anfängliche, Handanzugs- Spannkraft auf das Werkzeug aufbringen, wobei das Spannfutter in Reaktion auf ein über das Werkzeug und das Spannfutter aufgebrachtes Drehmoment selbstspannend ist. Einige dieser schlüssellosen Spannfutter sind mit Spannbacken versehen, die in Reaktion auf das Drehmoment am Werkzeug kippen und noch andere sind mit nockenförmigen Flächen versehen, die die Spannbacken berühren und mit ihnen zusammenwirken, um die Spannkraft zu erhöhen.
Für jedes selbstspannende, schlüssellose Spannfutter ist es wichtig, das Werkzeug in Reaktion auf ein anfängliches manuelles Spannen mit einer ausreichenden Einspannkraft durch den Anwender festzuspannen, so daß das Werkzeug bei jedem Vorwärts- oder Rückwärtsbetrieb nicht rutscht. Es ist weiterhin wichtig, daß das Spannfutter, wenn es in Reaktion auf ein aufgebrachtes Drehmoment selbstspannend ist, nicht soweit überspannt wird, daß durch die Spannbacken ein Quetschen der Hauptfläche des Werkzeugschaftes entsteht oder eine Verspann-Situation auftritt, bei der das Spannfutter nicht gelöst werden kann. Überspannnung und ein Verspannung sind bei kraftgetriebenen Werkzeugmaschinen, die für den Verbrauchermarkt bestimmt sind, allgemein nicht anzutreffen. Wo solche schlüssellosen Spannfutter jedoch für kraftgetriebene Werkzeugmaschinen verwendet werden, die für den kommerziellen und den industriellen Markt bestimmt sind, können die recht großen Drehmomente, die durch diese Werkzeugmaschinen erzeugt werden, ein unerwünschtes Überspannen hervorrufen.
Bekannte Spannfutter-Konstruktionen haben den Einweg-Ratschenmechanismus verwendet, um zu ermöglichen, daß ein Spannfutter in Reaktion auf ein vergrößertes, über das Spannfutter und das Werkzeug aufgebrachtes Drehmoment selbstspannend ist. Diese Konstruktionen ermöglichen, das das Spannfutter in progressiver Weise selbstspannend ist, so daß das Werkzeug zuverlässig eingespannt wird, wenn sich das Drehmoment vergrößert und ein Lösen des Spannfutters als Folge einer Umsteuer-Operation verhindert wird. So offenbart zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,213,623 von Rohm ein Bohrerspannfutter, bei dem eine Einstellmuffe drehbar an einem Spannfutterkörper angebracht ist, um die Einspannkraft einzustellen, die durch die im Spannfutterkörper angebrachten Spannbacken aufgebracht wird. Die Einstellmuffe und der Spannfutterkörper sind miteinander durch eine Einweg-Sperrklinken- Ratschen-Baugruppe verbunden. Wenn das Spannfutter in Reaktion auf die Drehung der Einstellmuffe in Bezug auf den Spannfutterkörper angezogen wird, rastet die Sperrklinke stufenweise in einer neuen Stellung ein, um den angezogenen Zustand des Spannfutters aufrechtzuerhalten und wenn das Spannfutter in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird, wird eine unbeabsichtigte gegenläufige Drehung der Einstellmuffe und ein Lösen der Spannbacken verhindert. Bei einem anderen Spannfutter, wie es im US- Patent Nr. 3,506,277 von Harms offenbart wird, ist eine Einstellmuffe drehbar auf einem Spannfutterkörper angeordnet, um ein Anziehen und Lösen der Spannbacken zu ermöglichen. Der Spannfutterkörper schließt Ratschenzähne ein, die auf einer axialen Endstirnfläche ausgebildet sind. Die Zähne können mit einem gleichen Satz von Zähnen auf einer vom Anwender einstellbaren, durch eine Feder vorgespannten Muffe eingreifen. Die Zähne sind miteinander im Eingriff, um eine Drehung der Einstellmuffe zum Einspannen des Werkzeuges zu ermöglichen, jedoch eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung, die das Werkzeug lösen würde, zu verhindern. Wenn auch diese Spannfutter für ihren vorgesehenen Zweck recht wirksam sind, hat der Spannfutter-Verwender nicht die vollständige Kontrolle über die Art und Weise, in der die Einstellmuffe betätigt wird und daher leiden diese Spannfutter an einer optimalen Betriebsflexibilität.
Eine wesentliche Verbesserung der schlüssellosen Spannfutter- Konstruktion wurde gemäß der Offenbarung des US-Patentes Nr. 4,848,779 von Wheeler u.a. erzielt. Wie im Wheeler-Patent offenbart ist, kann zur Verringerung der zwischenbetrieblichen Reibung im Spannfutter eine kleinflächige Kontaktstelle zwischen einer Hauptspindel und einem Spannbacken-Druckbauteil vorgesehen sein. Ein Sperrmechanismus kann für das Ein-Richtungs- oder Zwei-Richtungs-Sperren der relativen Drehbarkeit einer Spannfutter-Einstellmuffe und eines Spannbacken-Gehäuses, die zusammen die Einstellung der Spannfutter-Spannbacken steuern, vorgesehen sein. Weiterhin kann der Sperrmechanismus wahlweise außer Funktion gesetzt werden. Das Spannfutter kann weiterhin eine unelastisch verformbare Fläche zwischen einer Spannbacken- Führung und einer Mutter für die Aufnahme jeglicher angesammelter Fertigungstoleranzen einschließen, um ein Spannfutter mit einem minimalen Auslauf zur Verfügung zu stellen.
Somit offenbart das US-Patent 4,848,779 ein Spannfutter mit:
einem Spannbacken-Gehäuse mit einer vorne angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Werkzeuges, einer mittleren Führung, einer Anzahl von Spannbacken-Führungen und einer Längsachse (Ax);
einer Anzahl von Spannbacken, die in den Spannbacken-Führungen zwischen einer nach hinten offenen und einer nach vorne geschlossenen Position verschiebbar angeordnet sind;
einem Träger-Bauteil, das mit den Spannbacken in Eingriff steht und in der mittleren Führung verschiebbar angeordnet ist, um die Spannbacken relativ zueinander in der gleichen axialen Lage zu halten;
einer Mutter, die am Spannbacken-Gehäuse montiert ist und eine mit einem Gewinde versehene Öffnung aufweist, die koaxial zur Längsachse verläuft;
einer Gewindespindel, die in die Öffnung der Mutter eingreift und nach vorne bewegbar ist, um auf die Spannbacken eine Spannkraft aufzubringen, und nach hinten, um die Spannkraft zu lösen;
einem handbetätigbaren Verriegelungs-Bauteil, das zwischen (a) einer verriegelten Position, in welcher die Mutter zur Begrenzung der relativen Drehung der Spindel und der Mutter in Eingriff steht, und (b) einer entriegelten Position bewegbar ist, in welcher die Mutter außer Eingriff gebracht wird, um eine relative Drehung der Spindel und der Mutter zu ermöglichen;
einer hinteren Muffe, die an der Spindel montiert ist; wobei die Mutter und das Verriegelungs-Bauteil Zähne aufweisen, die in der verriegelten Position in Eingriff und in der entriegelten Position außer Eingriff stehen.
Zusätzlich zu den vorher genannten Verbesserungen werden nun weitere grundlegende Fortschritte offenbart, um das Einspannen und Ausspannen eines Werkzeuges zu vereinfachen, um die Betriebsreibung zu verringern, um den Verriegelungsmechanismus zu vereinfachen und zu verbessern und um den Auslauf zu begrenzen. Diese Fortschritte können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellen wir ein Spannfutter zur Verfügung mit:
einem Spannbacken-Gehäuse mit einer vorne angeordneten Öffnung zur Aufnahme eines Werkzeuges, einer mittleren Führung, einer Anzahl von Spannbacken-Führungen und einer Längsachse (Ax);
einer Anzahl von Spannbacken, die in den Spannbacken-Führungen zwischen einer nach hinten offenen und einer nach vorne geschlossenen Position verschiebbar angeordnet sind;
einem Träger-Bauteil, das mit den Spannbacken in Eingriff steht und in der mittleren Führung verschiebbar angeordnet ist, um die Spannbacken relativ zueinander in der gleichen axialen Lage zu halten;
einer Mutter, die am Spannbacken-Gehäuse montiert ist und eine mit einem Gewinde versehene Öffnung aufweist, die koaxial zur Längsachse verläuft;
eine Gewindespindel, die in die Öffnung der Mutter eingreift und nach vorne bewegbar ist, um auf die Spannbacken eine Spannkraft aufzubringen, und nach hinten, um die Spannkraft zu lösen;
einem handbetätigbarem Verriegelungs-Bauteil, das zwischen (a) einer verriegelten Position, in welcher die Mutter zur Begrenzung der relativen Drehung der Spindel und der Mutter in Eingriff steht, und (b) einer entriegelten Position bewegbar ist, in welcher die Mutter außer Eingriff gebracht wird, um eine relative Drehung der Spindel und der Mutter zu ermöglichen;
einer hinteren Muffe, die an der Spindel montiert ist; wobei die Mutter und das Verriegelungs-Bauteil Zähne aufweisen, die in der verriegelten Position in Eingriff und in der entriegelten Position außer Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet daß
die hintere Muffe und das Verriegelungs-Bauteil einen Vorsprung und einen Einschnitt aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen, um die relative Drehung der hinteren Muffe und des Verriegelungs-Bauteils zu begrenzen, wobei der Einschnitt eine sich quer zur Längsrichtung erstreckende Breite hat, die größer ist als die querverlaufende Breite des Vorsprungs, um ein vorbestimmtes Ausmaß relativer Drehung zwischen der hinteren Muffe und dem Verriegelungs-Bauteil zu ermöglichen; und
daß der Vorsprung und der Einschnitt eine automatische Spann-Einrichtung aufweisen, um die Spannbacken mit einem vorbestimmten Wert gegen ein Werkzeug festzuspannen, wenn die Spindel angetrieben wird, wobei das Werkzeug mit einem Werkstück in Eingriff steht und sich das Verriegelungs-Bauteil in der verriegelten Position befindet.
Ein Spannbacken-Druck-Bauteil oder ein Träger-Bauteil kann, verschiebbar im Spannbackengehäuse, mit den Spannbacken gekoppelt werden, um eine Druckkraft auf die Spannbacken aufzubringen und um die Spannbacken in der gleichen relativen axialen Lage zu halten. Eine Mutter kann am Spannbacken-Gehäuse montiert sein, die eine mit einem Gewinde versehene Öffnung hat, die koaxial zur Achse des Spannfutters verläuft. Eine Gewindespindel kann sich mit der Öffnung der Mutter in Eingriff befinden und nach vorne beweglich sein, um eine Spannkraft auf die Spannbacken aufzubringen, und nach hinten, um die Spannkraft zu beseitigen.
Das vordere Ende der Gewindespindel kann einen Vorsprung aufweisen, der mit dem Spannbacken-Druck-Bauteil über eine kleinflächige Kontaktstelle in Eingriff steht, um den Betriebsreibungsanteil des Spannbacken-Druck-Bauteils zu begrenzen und somit ein Spannfutter zur Verfügung zu stellen, das vom Anwender bequem mit der Hand festgespannt werden kann und das in Reaktion auf das über das Spannfutter übertragene Drehmoment selbstspannend ist.
Für eine bequeme Bedienung des Spannfutters kann wahlweise ein entfernbarer Anschlag vorgesehen sein, der mit der Spindelspitze in Eingriff ist, um eine wahlweise Entfernung der Spindel aus der Mutter zu gestatten.
Wie in einer Ausführung offenbart ist, können die Spannbacken nach hinten und nach vorne zwischen einer nach hinten offenen und einer nach vorne geschlossenen Position durch Bewegung der Spindel nach hinten und nach vorne beweglich sein oder in Übereinstimmung mit einer Verbesserung, die in einer bevorzugten Ausführung offenbart wird, können sie nach vorn zu einer geschlossenen Position vorgespannt sein ("selbstzentrierend") und damit in Bezug auf die Bewegung der Spindel nicht beweglich sein.
Der Verriegelungs-Mechanismus kann wahlweise auch ein stufenweises Selbstspannen in der geschlossenen Position gestatten.
Ein zweites wahlweises Mittel, um ein stufenweises Selbstspannen bei der Verwendung des Spannfutters zu gewährleisten, ist die Dimensionierung und Beabstandung der beiden Zahnsätze, um (1) einen ersten begrenzten Maximalwert der relativen Drehung zwischen der Mutter und dem Verriegelungs-Bauteil in einer ersten Richtung (Festspannen) zu ermöglichen, um die Spindel nach vorne zu bewegen und (2) einen zweiten, begrenzten Maximalwert der relativen Drehung zwischen der Mutter und dem Verriegelungsbauteil in einer zweiten Richtung (Lösen) zu ermöglichen, um die Spindel zurückzubewegen. Der Wert der relativen Drehung für das Selbstspannen ist größer als der Wert der relativen Drehung für das Selbstlösen. Die Beabstandung der Zähne sichert weiterhin, daß die Zahnsätze einen zuverlässigen Sperrsitz aufweisen.
Gemäß dem zweiten Mittel für das Selbstspannen weist ein Zahn- Satz vorzugsweise ein treppenstufenförmiges Profil in axialer Richtung auf. Die Zähne des zweiten Zahn-Satzes sind zum ersten Zahn-Satz vom Gipfel der oberen Stufe bis in das Tal verschiebbar, welches benachbart zur unteren Stufe verläuft und sie können mit der Flanke des nachfolgenden, benachbarten Zahnes des ersten Zahn-Satzes eingreifen, wenn die Mutter und die Spindel relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel nach vorne zu bewegen und sie können mit der Flanke an der unteren Stufe eingreifen, wenn die Mutter und die Spindel relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel nach hinten zu bewegen.
Das schlüssellose Spannfutter kann so zusammengesetzt sein, daß der Auslauf des fertigen Spannfutters ohne Verwendung von bearbeiteten Bauteilen (außer der Spindel) minimal ist. Zu diesem Zweck ist eine unelastisch verformte Zwischenfläche zwischen einem Spannbacken-Druck-Bauteil (Träger-Bauteil) und der Spindel vorgesehen. Das schlüssellose Spannfutter kann zur Reinigung und Wartung auseinandergebaut und ohne Verlust des Auslaufes wieder zusammengebaut werden.
Um eine koaxiale Ausrichtung der Spindel und der Mutter zu gewährleisten, kann die Spindel einen geglätteten Präzisionswandteil (Außendurchmesser) aufweisen, der zu einem geglättetem Präzisionswandteil (Innendurchmesser) der Mutteröffnung paßt und der einen mit Gewinde versehenen Abschnitt aufweist, der zu einem mit Gewinde versehenen Abschnitt der Mutteröffnung paßt. Die koaxiale Ausrichtung der Spindel und der Mutter wird durch die Paß-Zwischenfläche der geglätteten Teile bestimmt. Die Gewinde der Paßgewinde-Abschnitte sind lose in Eingriff, um nur die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Spindel über die Mutter zu steuern, ohne die koaxiale Ausrichtung zu beeinträchtigen. Die Spindel ist vorzugsweise eine aus einem Stück bestehende Abtriebsspindel einer kraftgetriebenen Werkzeugmaschine, für die das Spannfutter verwendet wird.
Das Spannfutter kann weiterhin ein Verteiler-Bauteil einschließen, das im Spannbacken-Gehäuse angeordnet ist, um die Spannbacken zu beabstanden und deren Bewegung zu führen. Eine mittlere Führung wird durch die Führungsflächen des Verteiler-Bauteils und des Spannbacken-Gehäuses gebildet. Das Träger-Bauteil weist eine Nabe auf, die durch die mittlere Führung geführt wird und eine Anzahl von Speichen, die sich quer zur Nabe erstrecken und jeweils mit einer der Spannbacken in Eingriff stehen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung, werden Ausführungen ausführlicher durch ein Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Seitenansicht eines schlüssellosen Spannfutters, montiert an einer beispielhaften elektrischen Bohrmaschine mit einem Pistolen-Handgriff;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt des schlüssellosen Spannfutters von Fig. 1, wobei es sich um ein Spannfutter des Typs handelt, der auf die Antriebsspindel der elektrischen Bohrmaschine aufgeschraubt und von ihr wieder abgeschraubt wird.
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht des schlüssellosen Spannfutters von Fig. 1 und 2;
Fig. 4 einen Schnitt eines schlüssellosen Spannfutters des Typs, der als integrierter Bestandteil der elektrischen Bohrmaschine konstruiert ist, wobei die Spannbacken in einer zurückgezogenen Stellung dargestellt sind;
Fig. 5 einen Schnitt des schlüssellosen Spannfutters von Fig. 4 mit den Spannbacken in vorgeschobener Stellung;
Fig. 6 eine Endansicht einer Spannbacke zum Einspannen eines Werkzeuges;
Fig. 7 eine Seitenansicht der in Fig. 6 gezeigten Spannbacke;
Fig. 8 eine Ansicht eines Spannbacken-Druck-Bauteils von oben;
Fig. 9 einen Schnitt des Druck-Bauteils von Fig. 8;
Fig. 10 eine Ansicht des Spannbacken-Druck-Bauteils von Fig. 8 und 9 von der Seite, die der in Fig. 8 gezeigten entgegengesetzt ist;
Fig. 11 eine Seitenansicht, teilweise als Schnitt, einer Hauptspindel;
Fig. 12 eine vergrößerte Detailansicht des entfernten Endes der Hauptspindel von Fig. 11 in Eingriff mit dem Spannbacken-Druck- Bauteil von Fig. 8, 9 und 10;
Fig. 13 eine Endansicht einer Spannfutter-Einstellmuffe;
Fig. 14 eine Seitenansicht der Spannfutter-Einstellmuffe von Fig. 13 im Schnitt;
Fig. 15 eine Endansicht der Spannfutter-Einstellmuffe von der Seite, die der in Fig. 13 entgegengesetzt ist;
Fig. 16 eine Endansicht einer Spannfutter-Einstellmutter, die einen Satz von Zähnen auf der Endfläche zeigt;
Fig. 17 eine Seitenansicht der Spannfutter-Einstellmutter von Fig. 16 im Schnitt;
Fig. 17A eine isometrische Ansicht der Spannfutter-Einstellmutter von Fig. 16 und 17;
Fig. 17B eine Detailansicht der Spannfutter-Einstellmutter von Fig. 17 im Schnitt entlang der Linie 17B-17B von Fig. 17.
Fig. 18 eine Endansicht einer Verriegelungsplatte, die einen Satz von Zähnen für den wahlweisen Eingriff mit den Zähnen der Spannfutter-Einstellmutter zeigt, die in Fig. 16 dargestellt ist;
Fig. 19 eine Seitenansicht der Verriegelungsplatte von Fig. 18 im Schnitt;
Fig. 20 eine Endansicht der Verriegelungsplatte von der Seite, die der von Fig. 18 entgegengesetzt ist;
Fig. 21 eine Seitenansicht einer Steuermuffe im Schnitt;
Fig. 22 eine Detailansicht eines ersten Satzes von miteinander in Eingriff stehenden Zähnen für das wahlweise Verriegeln des Spannfutters;
Fig. 23 eine Detailansicht eines zweiten Satzes von miteinander in Eingriff stehenden Zähnen für das wahlweise Verriegeln des Spannfutters;
Fig. 24 eine Detailansicht eines dritten Satzes von miteinander in Eingriff stehenden Zähnen für das wahlweise Verriegeln des Spannfutters;
Fig. 25 eine Endansicht einer zweiten Ausführung einer Steuermuffe;
Fig. 26 eine Seitenansicht der Steuermuffe von Fig. 25 im Schnitt;
Fig. 27 eine Detailansicht eines Nockenprofils der Steuermuffe von Fig. 25 und 26;
Fig. 28 eine Endansicht einer zweiten Ausführung einer Verriegelungssplatte für das Zusammenwirken mit der Steuermuffe von Fig. 25 und 26;
Fig. 29 eine Detailansicht einer Nockenausbildung der Verriegelungsplatte von Fig. 28;
Fig. 30 eine Detailansicht, die den Eingriff des Nockenprofils der Steuermuffe mit der Nockenausbildung der Verriegelungsplatte von Fig. 28 zeigt;
Fig. 31 eine isometrische Projektion der Spannbacken-Baugruppe und der Spannfutter-Einstellmutter, montiert auf Dornen als Bestandteil des Montageverfahrens;
Fig. 32 eine detaillierte Draufsicht eines Rückseitenteils der Spannbacken-Führung, die eine Anzahl von verformbaren Pyramiden zeigt;
Fig. 33 eine Seitenansicht der in Fig. 32 gezeigten Fläche;
Fig. 34 einen Längsschnitt eines schlüssellosen Spannfutters gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung mit den Spannbacken gezeigt in einer normal geschlossenen Stellung;
Fig. 35 einen Längsschnitt des Spannfutters von Fig. 34 mit einem in den Spannbacken festgespannten Werkzeugmaschineneinsatz:
Fig. 36A einen Querschnitt des in Fig. 34 gezeigten Spannfutters entlang der Linie 36A-36A;
Fig. 36B einen Querschnitt des in Fig. 34 dargestellten Spannfutters entlang der Linie 36B-36B;
Fig. 37A einen Querschnitt des in Fig. 34 gezeigten Spannfutters entlang der Linie 37A-37A;
Fig. 37B und 37C Teilschnitte ähnlich wie Fig. 37A und sie zeigen zwei Betriebsstellungen der automatischen Spanneinrichtung für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter;
Fig. 38A eine Ansicht eines Spannbacken-Verteiler-Bauteils für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter entlang der Linie 38A-38A von Fig. 38B von hinten;
Fig. 38B einen Längsschnitt des in Fig. 38A gezeigten Verteiler- Bauteils entlang der Linie 38B-38B;
Fig. 38C eine Ansicht des in Fig. 38A und 38B gezeigten Verteilerbauteils entlang der Linie 38C-38C von Fig. 38B von vorn;
Fig. 38D einen Längsschnitt des in Fig. 38C gezeigten Verteiler- Bauteils entlang der Linie 38D-38D;
Fig. 39A eine Ansicht eines Anschlages für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter von hinten;
Fig. 39B einen Längsschnitt des in Fig. 39A gezeigten Anschlages entlang der Linie 39B-39B;
Fig. 40A einen Längsschnitt einer Mutter für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter;
Fig. 40B eine Ansicht der in Fig. 40A gezeigten Mutter entlang der Linie 40B-40B;
Fig. 40C eine Ansicht der in Fig. 40A gezeigten Mutter entlang der Linie 40C-40C;
Fig. 40D eine Teil-Seitenansicht der in Fig. 40B gezeigten Mutter entlang der Linie 40D-40D;
Fig. 41 eine Seitenansicht einer Spindel für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter;
Fig. 42A ein Längsschnitt einer Verriegeelungsmuffe für eine Verriegelungsbaugruppe des in Fig. 34 gezeigten Spannfutters;
Fig. 42B eine Ansicht der in Fig. 42A gezeigten Verriegelungsmuffe entlang der Linie 42B-42B von hinten;
Fig. 42C eine Ansicht der in Fig. 42A gezeigten Verriegelungsmuffe entlang der Linie 42C-42C von vorn und
Fig. 43 ist ein Längs-Teilschnitt der verformbaren Zwischenfläche zwischen der Spindel und dem Anschlag für das in Fig. 34 gezeigte Spannfutter.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen zwei Hauptausführungen des schlüssellosen Spannfutters und sie dienen, zusammen mit der Beschreibung, zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung; die erste Ausführung zeigt jedoch nicht die automatische Spanneinrichtung, die ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
Eine Ausführung eines schlüssellosen Spannfutters wird in Fig. 1 bis 33 gezeigt. Eine bevorzugte Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 34 bis 43 gezeigt.
Die erste Ausführung des Spannfutters 10 ist in Fig. 1 und 2 montiert an einer beispielhaften, konventionellen elektrischen Werkzeugmaschine 12 mit einem Pistolengriff gezeigt. Sie hat einen Handgriff 14 und einen Kipp-Steuerschalter 16. Wie in Fig. 1 und in den Schnitten von Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, ist das schlüssellose Spannfutter 10 um eine Achse Ax definiert und schließt eine Spannbacken-Baugruppe 18, eine Spannfutter-Einstellmuffe (oder hintere Muffe) 20, eine Steuermuffe 22 und eine Hauptspindel 24 ein.
Wie in Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, schließt die Spannbacken-Baugruppe 18 ein Spannbacken-Gehäuse 28 ein, das als Rotationskörper um die Achse Ax ausgebildet ist, und eine äußere, geriffelte Spannfläche 36 (Fig. 1), um das manuelle Spannen zu erleichtern, und eine Innenbohrung 38 für die Aufnahme der Werkzeuge "T" unterschiedlicher Durchmesser, wie durch die punktierte Liniendarstellung in Fig. 3 dargestellt wird. Die Spannbacken-Führung 30 wird in inneren Öffnungen im Spannbacken-Gehäuse 28 aufgenommen, um drei Führungen 40 zu bilden, wobei jede eine Spannbacke 32 für die gesteuerte Bewegung zwischen der zurückgezogenen bzw. vorgeschobenen Stellung der Fig. 3 und 4 aufnimmt. Der Neigungswinkel zwischen den Führungen 40 und der Achse Ax wird als Funktion der beabsichtigen Anwendung gewählt. Ein 30º-Winkel wurde für die meisten Verbraucher- und kommerziellen Anwendungen als geeignet ermittelt. Ein kleinerer Winkel ergibt eine vergrößerte Spannkraft. Die Spannbacken 32 sind mit einem Spannbacken-Druck- Bauteil 34 verbunden, das wiederum mit dem Ende der Hauptspindel 24 gekoppelt ist, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Eine Spannfutter-Einstellmutter 42 ist am hinteren Stirnflächenende der Spannbacken-Baugruppe 18 mittels mit Gewinde versehenen Verbindungsklemmen 44 befestigt und sie schließt eine innere Gewindebohrung 46 ein, die sich mit dem Komplementärgewinde 48 der Hauptspindel 24 in Eingriff befindet, so daß eine Drehung der Spannbacken-Baugruppe 18 um die Achse Ax in der in Fig. 5 angegebenen Richtung bewirkt, daß die Spannbacken sich in Vorwärtsrichtung in ihren jeweiligen Führungen 40 bewegen, um ein Werkzeug "T" festzuspannen. Umgekehrt bewirkt eine Drehung der Spannbacken-Baugruppe 18 um Ax in der in Fig. 4 angegebenen Richtung, daß die Spannbacken-Baugruppe 18 sich in Bezug auf die Hauptspindel 24 nach rechts bewegt und die Spannbacken 32 nach hinten in ihren jeweiligen Führungen 40 zurückzieht, um die Einspannung des Werkzeuges "T" zu lösen.
Das Spannbacken-Gehäuse 26 ist vorzugsweise unter Verwendung von Sintermetalltechniken hergestellt und die Spannbacken-Führung 30 ist vorzugsweise aus Spritzgußaluminium, Zink oder Magnesium hergestellt, um, wie nachfolgend erläutert wird, eine hintere Stirnfläche darzustellen, die so gestaltet ist, daß sie sich während der Montage des Spannfutters verformt, um alle kumulierten Fertigungstoleranzen aufzunehmen und ein fertigbearbeitetes Spannfutter mit einem minimalen Auslauf zur Verfügung zu stellen.
Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, schließt jede Spannbacke 32 eine nach außen geneigte Stirnfläche 50 ein, die gegen die Führung 40 im Spannbacken-Gehäuse 28 drückt, einen sich in Querrichtung erstreckenden Vorsprung 52, der in einer Gleitbahn (nicht gezeigt) der Spannbacken-Führung 30 gehalten wird, und die konvergierenden Flächen 54 und 56, die eine innere Stirnkante 58 bilden, die angepaßt ist, mit der Außendurchmesserfläche eines Werkzeuges "T" in üblicher Weise in Eingriff zu stehen. Der Winkel zwischen der Werkzeugeingriffsfläche 58 und der geneigten Fläche 50 ist gleich dem Winkel der Führung 40, wie vorher erläutert wurde. Jede Spannbacke 32 schließt neben ihrem hinteren Ende einen Einschnitt 60 für die Aufnahme eines Teils des Spannbacken-Druck-Bauteils 34 ein, so daß die Spannbacken 32 sich in Reaktion auf die Relativbewegung des Spannbacken-Druck-Bauteils 34 sich als eine Einheit bewegen. In der bevorzugten Ausführung sind die Spannbacken 32 feinzugeschnitten aus Walzblechmaterial mit vorgeformten, geneigten, konvergierenden Spannbackenflächen, die auf ihr Endmaß gepreßt sind, um die Flächen 54 und 56 und die Werkzeug-Eingriffskante 58 zu bilden. Die Ausführung der Spannbacken 32 stellt ein schlüsselloses Spannfutter 10 mit einer "Nullkapazität" zu Verfügung, d.h., ein Spannfutter, das Werkzeuge "T" mit kleinem Durchmeser einspannen kann.
Wie in Fig. 8, 9 und 10 gezeigt, schließt das Spannbacken-Druck- Bauteil 34 ein Mittelteil 62 und drei, sich nach außen erstrekkende und gleichbeabstandete Arme 64 ein. Drei aufrechtstehende Abschnitte 66 sind zwischen den Armen 64 vorgesehen und bilden eine mittlere Öffnung für den Eingriff mit einem Vorsprung am Ende der Hauptspindel 24, wie nachfolgend erläutert wird. Die Innen-Stirnflächen der aufrechtstehenden Abschnitte 66 schließen eine erste Fläche 68 ein, gebildet bei einem ersten Durchmesser, und eine zweite Fläche, gebildet bei einem etwas kleineren Durchmesser, um an der Oberkante der aufrechtstehenden Abschnitte 66 einen inneren Rand 70 zu bilden, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Wie nachfolgend erläutert wird, spannen die aufrechtstehenden Sektionen 66 das entfernte Ende der Hauptspindel 24 ein, um mit einer kleinflächigen Kontaktstelle 72 (punktierte Linie in Fig. 8) in Eingriff zu kommen, um eine Druckkraft auf das Spannbacken-Druck-Bauteil 34 aufzubringen, das wiederum den Druck auf die Spannbacken 34 bringt um zwangsweise die Spannbacken 32 nach vorn zu bewegen oder zurückzuziehen.
Die Hauptspindel 24, die in einem Teilschnitt in Fig. 11 gezeigt ist, schließt an ihrem hinteren Abschnitt einen Teilabschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser 74 ein, der eine Innen-Gewindebohrung 76 für den Eingriff mit der Gewinde-Antriebsspindel 26 (Fig. 2) der elektrischen Bohrmaschine mit Pistolengriff in üblicher Weise aufweist. Ein sich axial erstreckender Abschnitt mit verringertem Durchmesser 78, der das Gewinde 48 trägt, erstreckt sich vor dem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 74 und trägt das Gewinde 48 für den Eingriff mit der Spannfutter- Einstellmutter 42, wie nachfolgend beschrieben ist. Die Hauptspindel 24 schließt an ihrem entfernten Ende einen Vorsprung für den Eingriff mit dem Spannbacken-Druck-Bauteil 34 ein, der allgemein mit 80 bezeichnet ist. Der Vorsprung 80 wird durch einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser 82, einem etwas vergößerten Rand 84, einem konisch ausgebildeten Abschnitt 86 und schließlich eine flache, vordere Druckfläche 88 gebildet.
Wie in der vergrößerten Einzelheit von Fig. 12 und in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, erstreckt sich der Vorsprung 80 zwischen den Innenstirnflächen der aufrechtstehenden Abschnitte 66 des Spannbacken-Druck-Bauteils 34, wobei der Außendurchmesser des Randes 84 des Vorsprunges etwas größer ist als der Innendurchmesser des Randes 70 des Spannbacken-Druck-Bauteils 34, so daß der Vorsprung 80 zwischen die aufrechtstehenden Sektionen 66 gedrückt wird, um zu ermöglichen, daß das entfernte Ende des Vorsprunges 80 in Eingriff mit dem Spannbacken-Druck-Bauteil 34 "einrastet" und somit die beiden Teile lösbar zusammenhält, währenddessen eine relative Drehung möglich ist. Die flache Druckfläche 88 des Vorsprungs 80 ist so ausgebildet, daß sie gegen die kleinflächige Kontaktstelle 72 (gezeigt in Fig. 8) des Spannbacken-Druck- Bauteils 34 drückt, um eine Druckkraft auf das Spannbacken- Druck-Bauteil 34 aufzubringen und weiter die Druckkraft über die sich radial erstreckenden Arme 64 auf die Spannbacken 32 aufzubringen. Im allgemeinen ist natürlich die Fläche der Kontakt stelle 72 kleiner als die Querschnittsfläche der Hauptspindel 24 (vorzugsweise 10 mm) und sie wird vorzugsweise durch einen Durchmessewr von 3 mm oder weniger definiert. Eine Kontaktstellenfläche so klein wie möglich ist bevorzugt. Das entfernte Ende der Hauptspindel 24 ist vorzugsweise induktionsgehärtet und das Spannbacken-Druck-Bauteil kann aus Sintermetall oder vorzugsweise aus präzisisonsgeformten Stahl hergestellt sein, um Kontaktflächen mit ausreichender Härte für die Aufnahme der erwarteten Beanspruchungen zur Verfügung zu stellen.
Das Vorsehen einer kleinflächigen Kontaktstelle 72 zwischen dem entfernten Ende der Hauptspindel 24 und dem Spannbacken-Druck- Bauteil 34 trägt zu einer Verringerung der inneren Reibung im schlüssellosen Spannfutter 10 bei, da alle Kräfte, die als Folge der relativen Drehung zwischen der Hauptspindel 24 und dem Spannbacken-Druck-Bauteil 34 entwickelt werden, auf relativ kleinen Radien von der Achse Ax wirken und folglich das Drehmoment und der Beitrag zur Betriebsreibung des schlüssellosen Spannfutters 10 gering sein wird. Die geringe Betriebsreibung des Spannfutters wird weiter durch die Verwendung einer Spindel 24 mit kleinem Durchmesser im Vergleich zum Außendurchmesser des Spannfutters verringert. Der Gewindeteil der Spindel weist vorzugsweise einen Außendurchmesser von 8-10 mm auf im Vergleich mit einem Außendurchmesser des Spannfutters von 40-50 mm. Das große Verhältnis verstärkt die Hebelwirkung des Bedieners auf ein Werkzeug beim Anziehen und Lösen der Spannbacken.
Die Spannfutter-Einstellmuffe 20, wie sie in Fig. 13, 14 und 15 gezeigt ist, schließt einen äußeren zylindrischen Teil 90, eine Endwand 92 am hinteren Ende und eine innere zylindrische Verlängerung 94, die koaxial zur Betriebsachse Ax des Spannfutters 10 gebildet ist. Der zylindrische Teil 90 schließt drei sich in Längsrichtung erstreckende Einschnitte 96 ein, die auf seiner inneren Wandfläche für den Eingriff einer Verriegelungsplatte, wie nachfolgend erläutert wird, ausgebildet sind, und eine Reihe von Längsstreifen 98 auf seiner äußeren Fläche, um das manuelle Spannen der Einstellmuffe 20 zu erleichtern. Ein Paar von parallelen Abflachungen 100 ist auf der Außenfläche der Einstellmuffe 20 (Fig. 13) neben der Endwand 92 ausgebildet, um das Festspannen mit einem Schraubenschlüssel oder einem ähnlichen Werkzeug zu erleichtern. Die innere zylindrische Verlängerung schließt eine durchgehende Bohrung 102 ein, die den vergrößerten Durchmesserteil 74 der Hauptspindel 24 mit einer Preßpassung aufnimmt, um die Spannfutter-Einstellmuffe 20 und die Hauptspindel 24 aneinander zu befestigen. Wenn es gewünscht wird, können zusätzliche Verriegelungseinrichtungen, einschließlich verschiedener Typen von Sprengringen und Klemmen, verwendet werden, um die Befestigung der Bauteile aneinander zu unterstützen.
Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind die Hauptspindel 24 und die Spannfutter-Einstellmuffe 20 an der Antriebsspindel 26 befestigt, wobei der Teil mit dem verringerten Durchmesser 78 der Hauptspindel 24 sich im Gewinde-Eingriff mit der Spannfutter- Einstellmutter 42 befindet, so daß die Drehung der Spannbacken- Baugruppe 18 und der verbundenen Spannbacken-Einstellmutter 42 relativ zur Spannfutter-Einstellmuffe 20 die Spannbacken 32 im Spannbackengehäuse 28 nach vorn bewegt oder zurückzieht.
Gemäß einem Merkmal schließt das schlüssellose Spannfutter 10 einen Verriegelungsmechanismus ein, der es ermöglicht, die Spannfutter-Einstellmuffe 20 und die Spannbacken-Baugruppe 18 relativ zueinander zu drehen, um ein Anziehen des Spannfutter von Hand oder ein Selbst spannen in Reaktion auf ein Drehmoment zu ermöglichen, das durch das Spannfutter übertragen wird und das durch den Bediener gesteuert werden kann, um ein Gegendrehen, das ein Lösen des Spannfutters während der Umsteueroperation bewirken könnte, zu vermeiden. Zusätzlich kann der Verriegelungsmechanismus die Spannfutter-Einstellmuffe 20 und die Spannbacken-Baugruppe 18 gegen Drehung in jeder Richtung verriegeln und er kann in einer Form der Erfindung wahlweise durch den Bediener in Betrieb gesetzt oder außer Betrieb gesetzt werden. Wie in Fig. 16 bis 20 gezeigt ist, schließt der Verriegelungsmechanismus eine Spannfutter-Einstellmutter 42, die vorher beschrieben wurde, und eine Verriegelungsplatte 104 ein. Die Spannfutter-Einstellmutter 42 (Fig. 16 bis 17B) schließt die mittlere Gewindebohrung 46, ein, die mit dem verringerten Durchmesserteil der Hauptspindel 24 in Eingriff ist, wie vorher beschrieben wurde, und eine Anzahl von Bohrungen 106, über die die mit Gewinde versehenen Befestigungsmittel 44 die Spannfutter- Einstellmutter 42 an der Spannbacken-Baugruppe 18 befestigen. Die Bohrungen 106 sind über die mittlere Achse der Spannfutter- Einstellmutter 42 in einer ungleichen Winkelverteilung verteilt, so daß die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken- Baugruppe 18 in einer Relation zusammengebaut werden können, um zu ermöglichen, daß das Spannfutter 10 auseinandergebaut, gewartet und wieder zusammengebaut werden kann, ohne einen Verlust des Auslaufes wie hergestellt zu erleiden, wie nachfolgend vollständiger beschrieben wird. In der bevorzugten Ausführung und wie in Fig. 16 gezeigt, sind die Bohrungen 106 in ungleichen Winkelabständen A1, A2 und A3 voneinander entfernt, wobei der Winkelabstand A1 gleich 120 Grad, der Winkelabstand A2 gleich 115 Grad und der Winkelabstand A3 125 Grad beträgt. Die hintere Stirnseite der Spannfutter-Einstellmutter 42 ist mit einem kreisförmigen Muster von radial ausgerichteten Zähnen 108 versehen, die mit der Verriegelungsplatte 104 zusammenwirken, um eine Verriegelungsfunktion in einer oder in zwei Richtungen zu erzielen. Wie in Fig. 17 und 17A gezeigt ist, ist das Zahnmuster durch Zwischen-Einschnitte 106 für die mit Gewinde versehenen Bestigungsmittel 44 unterbrochen. Zusätzlich, und wie im Detail in Fig. 17 gezeigt, umgeben Ring-Ränder 106b jede Bohrung 106 und stehen mit einer kleinen Distanz (z.B. 0,005 Zoll) über die vordere Stirnfläche der Spannfutter-Einstellmutter 42 über. Vorzugsweise weisen die Ring-Ränder 106b zur Verhütung einer relativen Drehung der Mutter 42 und der Spannbacken-Baugruppe 18 ein Dreieck-Profil auf mit einer nach vorn zeigenden Kante, die die verformbare hintere Fläche der Spannbacken-Baugruppe 18 während der Herstellung des schlüssellosen Spannfutters 10 durchdringt, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die Verriegelungsplatte 104 (Fig. 18 bis 20) schließt einen kreisförmigen, ringähnlichen Teil 110 mit drei Vorsprüngen 112 ein, die sich von der Umfangskante des kreisförmigen Teils 110 radial nach außen erstrecken. Eine Reihe von radial ausgerichteten Zähnen 114 sind auf einer Stirnfläche des ringähnlichen Teils 110 vorgesehen und so gestaltet, daß sie wahlweise mit den Zähnen 108 auf der Spannfutter-Einstellmutter 42 in Eingriff stehen, wie nachfolgend erläutert wird. Die Verriegelungsplatte 104 wird in der Spannfutter-Einstellmuffe 20 aufgenommen, wobei ihre Zähne 114 nach vorn zeigen und die Vorsprünge 112 in den Einschnitten 96 (Fig. 14 und 15) aufgenommen werden, die auf dem Inneren der Spannfutter-Einstellmuffe 20 ausgebildet sind. Wie in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist, ist in der Spannfutter-Einstellmuffe 20 eine Schraubenfeder 116 enthalten, die die Veeriegelungsplatte federnd in Vorwärtsrichtung drückt.
Die Steuermuffe 22 ist am Außendurchmesser der Spannfutter-Einstellmutter 42 zwischen der hinteren Stirnseite der Spannbacken- Baugruppe 18 und der Verriegelungsplatte 104 gelagert und ist um die Spannfutter-Einstellmutter 42 frei drehbar. Wie in Fig. 21 gezeigt wird, schließt die Steuermuffe 22 einen längeren rohrförmigen Abschnitt 118 und einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 120 an ihrem vorderen Ende ein. Das entgegengesetzte Ende 122 des rohrförmigen Abschnittes 118 stößt normalerweise gegen die Verriegelungsplatte 104, die dann wirksam wird, um den Flansch 120 in Reaktion auf die durch die Schraubenfeder 116 aufgebrachte Kraft federnd gegen die hintere Stirnfläche der Spannbacken-Baugruppe 18 zu drücken.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, wird die Steuermuffe 22 normalerweise durch die federbelastete Verriegelungsplatte 104 nach vorne gedrückt, damit die Zähne 114 auf der Verriegelungsplatte 104 mit den dazu passenden Zähnen 108 in Eingriff kommen, die am hinteren, stirnseitigen Ende der Spannfutter-Einstellmutter 42 ausgebildet sind. Die Steuermuffe 22 ist drehbar an der Spannfutter-Einstellmutter 42 montiert und kann, wie in Fig. 4 durch die ausgezogenen und gestrichelten Linien gezeigt, durch den Bediener in einer Vorwärtsrichtung gegen die Federkraft der Feder 116 in eine hintere Position bewegt werden, damit die Zähne 114 der Verriegelungsplatte 104 aus dem Eingriff mit den Zähnen 108 der Spannfutter-Einstellmutter 42 kommen. Wie nachfolgend erläutert wird, können das Profil der Zähne 108 und 114 sowie die Kraft, die durch die Feder 116 aufgebracht wird, gewählt werden, um das Spannfutter so einzustellen, daß die Spannbacken-Baugruppe 18 vollständig gegen eine relative Drehung zur Spannfutter-Einstellmuffe 20 entweder in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung arretiert wird, daß eine relative Drehung in Vorwärtsrichtung nur in Reaktion auf ein manuelles Spannen des Spannfutters sowie auf das durch das Spannfutter übertragene Drehmoment ermöglicht wird und daß die Verriegelungsfunktion wahlweise ermöglicht oder außer Kraft gesetzt wird.
Fig. 22 zeigt ein erstes Zahnprofil für die Zähne 114 der Verriegelungsplatte 104 und die Zähne 108 der Spannfutter-Einstellmutter 42. Wie gezeigt wird, weist jeder Zahn eine relativ steil geneigte Flanke 120, eine relativ flach geneigte Flanke 122 und einen flachen Zahnkopf 124 auf. Die Verriegelungsplatte 104 ist in Fig. 22 durch die Druckkraft der Feder federnd nach unten gedrückt, so daß die Zähne 114 und 108 miteinander in Eingriff sind. Wenn die Spannbacken-Baugruppe 18 und die mit ihr in Verbindung stehende Spannfutter-Einstellmutter 42 in der angezeigten Richtung gedreht werden, zum Beispiel beim manuellen Einspannen eines Werkzeuges "T" mit dem Spannfutter, gestattet das Profil der Zähne 114 und 108 eine relative Drehung, um es den Spannbacken 32 zu ermöglichen, das Werkzeug "T" festzuspannen. Umgekehrt verhindert das Zahnprofil jede Drehung in entgegengesetzter Richtung, die die Einspannung des Werkzeuges "T" lösen würde. Zusätzlich ermöglicht es die Form des Zahnprofils, daß das Spannfutter in Reaktion auf das Drehmoment, das durch das Spannfutter 10 von der Antriebsspindel 26 zum Werkzeug "T" übertragen wird, selbstspannend ist. Genauer gesagt, wenn das Werkzeug "T" mit einem Werkstück in Eingriff kommt, wird ein Reaktionsdrehmoment entwickelt, das versucht, die Spannbacken-Baugruppe 18 um die Hauptspindel 32 zu drehen, um die Spannbacken 32 nach vorne zu bewegen, um zu bewirken, daß sie das Werkzeug "T" einspannen. Wenn diese relative Drehung erfolgt, bewegen sich die Zähne 114 und 108 in andere Relativstellungen zueinander. Da das Zahnprofil von Fig. 22 eine Rückwärtsdrehung der Spannbacken-Baugruppe 18 in Bezug auf die Spannfutter-Einstellmuffe 20 verhindert, neigt das schlüsselose Spannfutter 10 nicht zum Lösen, selbst wenn die Drehrichtung der Antriebsspindel 26 umgesteuert wird. Um das Werkzeug "T" freizugeben, wird die Steuermuffe 22 mit der Hand ergriffen und entgegen der Druckkraft der Feder 116 nach hinten gezogen, um die Verriegelungsplatte 104 vom Ende der Spannfutter-Einstellmutter 42 außer Eingriff zu bringen. Wenn die Verriegelungsplatte 104 und die Spannfutter-Einstellmutter 42 außer Eingriff sind, kann die Spannbacken-Baugruppe 18 in Bezug auf die Spannfutter-Einstellmuffe 20 zurückgedreht werden, um zu bewirken, daß sich die Spannbacken-Baugruppe 18 in Bezug auf die Hauptspindel 24 nach vorne bewegt und die Spannbacken 32 zurückzieht und somit die Einspannung des Werkzeuges "T" löst.
Das Zahnprofil von Fig. 22 ist gut geeignet für die Verwendung in kraftgetriebenen Werkzeugmaschinen für den Hausgebrauch, bei denen das größte durch die Werkzeugmaschine entwickelte Drehmoment ausreichend ist, zu ermöglichen, daß das schlüssellose Spannfutter 10 vollständig selbstspannend ist, ohne die Gefahr eines Überspannens oder Verklemmens. Bei in der Industrie verwendeten kraftbetriebenen Werkzeugmaschinen kann jedoch das größte durch die Werkzeugmaschine entwickelte Drehmoment ausreichend sein, daß es möglich wird, daß das schlüssellose Spannfutter 10 überspannt wird und sich Bauteile im Spannfutter verziehen oder daß die Spannbacken 32 die Oberfläche des Werkzeuges "T" beschädigen.
Fig. 23 zeigt ein zweites Zahnprofil, das für den Einsatz in Industrie-Werkzeugmaschinen geeignet ist, bei denen es wünschenswert ist, das schlüssellose Spannfutter 10 gegen die Drehung in jeder Richtung zu "verriegeln". Wie gezeigt wird, haben die Zähne 114' und 108' gleiche, steil geneigte Flanken 126 und 128 und einen flachen Zahnkopf 130. Wenn sich die Zähne 114' und 108' miteinander in Eingriff befinden, ist jedes über das schlüssellose Spannfutter übertragene Drehmoment nicht ausreichend, die Zähne 114' und 108' relativ zueinander weiterzubewegen, um ein Selbstspannen in der Vorwärtsrichtung zu ermöglichen oder, umgekehrt, ein Lösen in der Rückwärtsrichtung. Wenn das Zahnprofil von Fig. 23 zur Anwendung kommt, wird das schlüssellose Spannfutter 10 mit der Hand angezogen, indem man zuerst die Steuermuffe 22 nach hinten zieht, um die Verriegelungsplatte 104 von der Spannfutter-Einstellmutter 42 außer Eingriff zu bringen und sie wird in dieser Stellung gehalten, während die Spannbakken-Baugruppe 18 in Bezug auf die Spannfutter-Einstellmuffe 20 gedreht wird, bis die Spannbacken 32 das Werkzeug "T" festspannen. Nach dem manuellen Spannen wird die Steuermuffe 22 freigegeben, damit die Feder 116 die Verriegelungsplatte 104 nach vorne drücken kann, um die Zähne 108' und 114' in Eingriff zu bringen. In dieser Situation wird der Winkel der Führung 40 des Spannbacken-Gehäuses 28 in Bezug auf die Achse Ax so gewählt, daß das manuelle Spannen des schlüssellosen Spannfutters 10 eine ausreichende Spannkraft aufbringt, um zu verhindern, daß das Werkzeug "T" in Bezug auf die Spannbacken 32 rutscht, wenn das vollständige Drehmoment der Werkzeugmaschinen entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zur Wirkung kommt. Das Zahnmuster von Fig. 23 verhindert somit ein Selbstspannen, wenn ein Drehmoment in Vorwärtsrichtung aufgebracht wird, oder ein Lösen, wenn in der umgekehrten Richtung gearbeitet wird.
Ein drittes Zahnprofil ist in Fig. 24 gezeigt und es ermöglicht dem schlüssellosen Spannfutter 10 ein bestimmtes Maß an Selbstspannen vor dem Selbstverriegeln. Wie in Fig. 24 gezeigt, ist die Verriegelungsplatte 104 mit den Zähnen 114" versehen, die eine relativ steile Flanke 132, eine andere Flanke, definiert durch die Flächen 134 und 136 und einen flachen Zahnkopf 138 aufweisen. Die Spannfutter-Einstellmutter 42 ist mit einem Komplementär-Zahnprofil zu dem der Zähne 114" versehen, um eine Reihe von wiederkehrenden Vertiefungen I1 und I2 zu bilden, wobei die Vertiefung I1 eine erste Tiefe d1 und die Vertiefung I2 eine zweite Tiefe d2 aufweist. Wie gezeigt, schließt die Vertiefung I1 eine geneigte Fläche 140 ein, die so gestaltet ist, daß sie mit der Fläche 136 in Eingriff kommt und die Vertiefung I2 schließt eine Fläche 140 für den Eingriff mit der Fläche 136 des Zahnes 114" und eine andere Fläche 144 für den Eingriff mit der Fläche 134 des Zahnes 114" ein. Wenn die Steuermuffe 22 nach dem manuellen Spannen des schlüssellosen Spannfutters 10 freigegeben wird, bewegt sich der Zahn 114" nach vorne in die Vertiefung I1, so daß die Fläche 136 mit der Fläche 140 in Eingriff kommt. In dieser Lage bewirkt jedes zusätzliche Drehmoment, das über das Spannfutter 10 in Reaktion auf das Aufbringen des Werkzeuges "T" auf das Werkstück übertragen wird, daß die Spannfutter-Einstellmutter 42 sich nach rechts in Fig. 24 dreht, wie durch den Pfeil angezeigt wird, und dadurch ein proportionales Selbstspannen des schlüssellosen Spannfutters 10 erfolgt und daß der Zahn 114" auf der Fläche 140 der Vertiefung I1 nach oben "reitet" und sich entlang der Fläche 142 zwischen den Vertiefungen zur Vertiefung 12 bewegt, wo der Zahn 114" in die Vertiefung I2 eintritt, wobei die Fläche 136 mit der Fläche 140 und die Fläche 134 mit der Fläche 144 in Eingriff kommt. Da die Vertiefung I2 eine größere Tiefe d2 aufweist, ist eine weitere Vergrößerung des über das schlüssellose Spannfutter 10 übertragenen Drehmomentes nicht in der Lage, daß ein weiteres Weiterbewegen und ein Selbstspannen bewirkt wird. Wie zu erkennen ist , ermöglicht das Zahnprofil von Fig. 24 ein manuelles Spannen des Spannfutters auf dem Werkzeug "T" und einen begrenzten Wert des Selbstspannens eines nicht vollständig angespannten Spannfutters in Reaktion auf das Drehmoment, das über das schlüssellose Spannfutter übertragen wird.
In der vorher beschriebenen Ausführung wird die Steuermuffe 22 normalerweise in Vorwärtsrichtung gedrückt, wobei die Feder 116 die Verriegelungsplatte 104 in Eingriff mit der Spannfutter- Einstellmutter 42 stößt. Um die Verriegelungsplatte 104 zeitweilig von der Spannfutter-Einstellmutter 42 außer Eingriff zu bringen, zieht der Bediener die Steuermuffe 22 entgegen der Kraft der Feder 116 nach hinten. Eine zweite Ausführung einer Steuermuffe 22' und eine veränderte Verriegelungsplatte 104' sind in Fig. 25 bis 30 gezeigt. Wie in Fig. 25 bis 27 gezeigt, ist die Steuermuffe 22' in der Gesamtkonfiguration ähnlich der Konfiguration der Steuermuffe 22 von Fig. 21 und schließt einen sich in Axialrichtung erstreckenden rohrförmigen Abschnitt 118, einen sich radial vergrößernden Bereich 120 an ihrem vorderen Ende und eine Verriegelungsplatten-Nockenfläche 150 an ihrem hinteren Ende ein. Wie in Fig. 27 gezeigt, schließt die Nockenfläche 150 eine Reihe von in Axialrichtung beabstandeten Vorsprüngen 152 mit einem ersten Nocken 154 und einen zweiten Nocken 156, angeordnet zwischen jedem Satz von Vorsprüngen 152 ein. Wie gezeigt wird, weist jeder der Nocken 154 und 156 jeweils ansteigende Nockenflächen und eine flache Verzögerungsfläche auf, wobei der Nocken 154 eine relativ höhere Verzögerungsfläche aufweist, als der Nocken 156.
Die Verriegelungsplatte 104' ist in ihrem Aufbau ähnlich der in Fig. 18 bis 20 gezeigten und schließt einen ringförmigen Teil 110 ein, der drei sich radial erstreckende Vorsprünge 112 und eine Reihe von radial ausgerichteten Zähnen 114 auf einer Seitenfläche aufweist. Wie in Fig. 29 gezeigt ist, schließt die Verriegelungsplatte 104' weiterhin drei gleichbeabstandete Nokkenformationen 160 radial nach außen von den Zähnen 114 ein. Wie in Fig. 29 gezeigt ist, schließen die Nockenformationen 160 jeweils die entgegengesetzt geneigten Nockenflächen 162 und 164 und die Zwischenfläche 166 ein.
Die Steuerbuchse 22' und die Verriegelungsplatte 104' sind mit den anderen Bauteilen des schlüssellosen Spannfutters 10 in der vorher beschriebenen Weise zusammengesetzt, so daß die sich axial erstreckenden Vorsprünge 152 der Steuermuffe 22' auf entgegengesetzten Seiten der Nockenformation 160 der Verriegelungsplatte 104' liegen, wie in Fig. 30 gezeigt ist. Die Steuermuffe 22' ist somit um die Spannfutter-Einstellmutter 42 zwischen einer ersten Position, gezeigt in Fig. 30, in der die Nockenformation 160 der Verriegelungsplatte 104' sich in Eingriff mit dem Nocken 154 der Steuermuffe 22' befindet, und einer zweiten Position (nicht gezeigt), in der die Nockenformation 160 mit dem Nocken 156 in Eingriff ist, drehbar. Wenn die Steuermuffe 22' sich in der ersten Position befindet, wirkt die größere Höhe D1 des Nockens 154, um die Verriegelungsplatte 104' von der Spannfutter-Einstellmutter 42 außer Eingriff zu bringen und somit die Verriegelungswirkung der Zähne auf die Verriegelungsplatte 104' und auf die Spannfutter-Einstellmutter 42 aufzuheben. Umgekehrt, wenn die Steuermuffe 22' in die zweite Position gedreht wird, in der die Nockenformation mit dem Nocken 156 in Eingriff kommt, gestattet es die relativ kleinere Höhe D2 den Zähnen 114 auf der Verriegelungssplatte 104' mit der Spannfutter-Einstellmutter 42 in Eingriff zu kommen, um den Verriegelungsmechanismus wirksam zu machen.
Wie zu erkennen ist, ermöglichen die Steuermuffe 22' und die Verriegelungsplatte 104' von Fig. 28 bis 30 eine Außerbetriebsetzung des Verriegelungsmechanismus, indem entweder die Steuermuffe 22' in der vorher beschriebenen Weise nach hinten gezogen wird, oder indem der Verriegelungsmechanismus in Reaktion auf die Drehung der Steuermuffe 22' in die eine oder in die andere Richtung außer Kraft oder in Kraft gesetzt wird.
Die Hauptbauteile des schlüssellosen Spannfutters 10 sind unter Verwendung einer Methode zusammengesetzt, nach der das hergestellte Spannfutter einen sehr geringen Auslauf aufweist und die es weiterhin gestattet, das Spannfutter wiederholt zu demontieren, zu warten und wieder zusammenzubauen, ohne den Auslauf des neu hergestellten Spannfutters zu beeinträchtigen. Wie in Fig. 31 gezeigt ist, sind die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 jeweils auf Präzisionsdornen 200 und 202 montiert, die sich in genauer Ausrichtung zueinander entlang der Hauptachse Ax des Spannfutters befinden. Die Dorne 200 und 202 sind vorzugsweise Spreizdorne und sind an den Axialbohrungsflächen der jeweiligen Bauteile angeordnet. So ist zum Beispiel der Dorn 200 an der Gewindebohrung 46 der Spannfutter-Einstellmutter 42 angeordnet und der Dorn 202 an der Innenbohrung 38 der Spannbacken-Baugruppe 18. Wenn die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 auf ihren jeweiligen Dornen 200 und 202 montiert sind, befinden sie sich somit in einer optimalen axialen Ausrichtung. Wie vorher in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, setzt sich die Spannbacken-Baugruppe 18 teilweise aus dem Spannbacken-Gehäuse 28 und der Spannbacken-Führung 30 zusammen. Während die Spannfutter-Einstellmutter 42 und das Spannbacken-Gehäuse 28 vorzugsweise unter Verwendung von Sintermetall-Techniken hergestellt sind, um Präzisionsflächen zu erhalten und die Spannbacken-Führung 30 aus einem Präzisisons- Spritzgußmetall, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt ist, können die kumulierten Toleranzen der Bauteile so sein, daß die Paßflächen der Spannfutter-Einstellmutter 42 und der Bauteile der Spannbacken-Baugruppe 18, d.h. die vordere Stirnfläche 206 (Fig. 17A) der Spannfutter-Einstellmutter 42 und die hintere Stirnfläche 204 der Spannbacken-Baugruppe 18 nicht genau senkrecht zur Hauptachse Ax liegen und somit zum Auslauf des Spannfutters wie neu hergestellt beitragen können.
Um den Auslauf während der Erstmontage des Spannfutters bei der Herstellung so gering wie möglich zu halten, ist eine der beiden Paßflächen, wie zum Beispiel die hintere Fläche 204 der Spannbacken-Baugruppe 18 durch ein verformbares Material gebildet. Die Spannbacken-Führung 30 ist vorzugsweise aus Aluminium oder Zinkmagnesium gefertigt und besteht aus der Fläche 204, wie in Fig. 31 gezeigt ist. Als Alternative kann eine getrennte Abstandsscheibe oder ein Abstandsring (nicht gezeigt) mit den gewünschten Kennwerten vorgesehen sein. Wie in Fig. 31 und 32 gezeigt, ist die Fläche 204 mit zahlreichen pyramidenförmigen Strukturen 208 versehen, die sich von der Fläche 204 nach oben erstrecken. Die Strukturen sind vorzugsweise als vierseitige Pyramiden mit einer Höhe h' zwischen 0,005 und 0.015 Zoll ausgebildet und schließen einen Winkel von 90º ein. Die Pyramiden 208 werden in einem Rechteckmuster gestaltet, um eine verformbare oder zerbrechbare Fläche zur vorderen Stirnfläche 206 der Spannfutter-Einstellmutter 42 hin darzustellen und sie werden vorzugsweise während des Spritzgießens der Spannbacken-Führung 30 gebildet.
Beim Zusammenbauen des schlüssellosen Spannfutters 10 wird die Spannfutter-Einstellmutter 42 auf ihrem Dorn 200 und die Spannbacken-Baugruppe 18 auf ihrem Dorn 202 montiert. Wie vorher angegeben, sind die Dorne 200 und 202 präzise auf der Hauptachse Ax des Spannfutters angeordnet und richten somit die Spannfutter- Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 zueinander aus und positionieren die Flächen 204 und 206 einander gegenüber. Während die hintere Stirnfläche 204 der Spannbacken-Baugruppe 18 und die vor der Stirn-Paßfläche 208 der Spannfutter- Einstellmutter 42 nominell senkrecht zur Hauptachse Ax angeordnet sind, sind die Fertigungstoleranzen so, daß diese beiden Flächen aus ihrer idealen senkrechten Lage abweichen können. In dieser Situation, wenn die beiden Flächen aneinander befestigt sind, würde die Hauptachse der Spannfutter-Einstellmutter 42 in Bezug zu der der Spannbacken-Baugruppe 18 etwas schiefwinklig sein. Jedes durch die Spannbacken-Baugruppe 18 eingespannte Werkzeug "T" würde dann um die Hauptachse Ax taumeln. Die Spannfutter- Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 werden, zum Beispiel unter hydraulischem Druck zusammengedrückt, während sie positionell durch die Dorne 200 und 202 auf gespannt sind, um eine präzise gegenseitige Ausrichtung ihrer jeweiligen Hauptachsen mit der Hauptachse Ax zu sichern. Wenn die Fläche 204 der Spannbacken-Baugruppe 18 und die Fläche 206 der Spannfutter- Einstellmutter 42 nicht senkrecht zur Hauptachse Ax sind, d.h. die Flächen 204 und 206 sind nicht parallel zueinander, wird der Zwangseingriff der beiden Flächen 204 und 206 ein wahlweises Zerbrechen der Pyramidenstrukturen 208 verursachen. Genauer gesagt werden je nach der nicht senkrechten Querausrichtung der Flächen 204 und 206 einige der Pyramidensstrukturen 208 im wesentlichen zerbrochen, während andere nur in geringem Maße zerbrochen werden. Im Ergebnis wird eine Zwischenfläche erzeugt, die für jede Spannfutter-Einstellmutter 42 und Spannbacken-Baugruppe 18 einmalig ist, um ihre einmaligen dimensionalen Kennwerte aufzunehmen, während die Spannfutter-Einstellmutter 42 und ihre Spannbacken-Baugruppe 18 entlang der Hauptachse Ax präzise ausgerichtet bleiben. Um die einmalige Zwischenfläche der Flächen 204 und 206 zu erhalten, die eine präzise Ausrichtung hervorruft, dringen ringförmige Ränder 106B (Fig. 17B) in die Fläche 204 ein und verhindern jede relative Drehung zwischen den Flächen 204, 206 während der Verwendung des Spannfutters. Jede relative Drehung würde eine Veränderung der präzisen axialen Ausrichtung der Teile zur Folge haben, die bei der Erstmontage erreicht wurde.
Wie vorher in Bezug auf Fig. 16 erläutert wurde, sind die Bohrungen für die Gewinde-Befestigungsstücke 44, die die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 zusammenhalten, asymmetrisch ausgerichtet, so daß die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 in tatsächlich nur einer relativen Winkelstellung zusammengebaut werden können. Auch die Ränder 106B passen leicht wieder in die Paßverformungen in der Fläche 204, so daß erneut eine präzise Ausrichtung erreicht wird. Wenn daher die Spannfutter-Einstellmutter 42 und die Spannbacken-Baugruppe 18 in der vorher beschriebenen Weise zusammengebaut werden, weist das sich ergebende schlüssellose Spannfutter 10 einen minimalen Auslauf auf und kann weiterhin wiederholt auseinandergebaut, gereinigt oder in anderer Weise gewartet und wieder zusammengebaut werden, ohne einen Verlust oder eine Verschlechterung des ursprünglichen Auslaufes bei der Herstellung zu erleiden.
Während in der bevorzugten Ausführung die Pyramidenstrukturen 208 gezeigt wurden, sind auch andere Flächenkonfigurationen, die die beabsichtigte Funktion erfüllen, geeignet, einschließlich verschiedener Arten von "Waffelmustern". Im allgemeinen muß die verformbare Struktur der Elemente eine ausreichende Höhe 'h' aufweisen, um die erwartete Ausrichtungsabweichung der Flächen 204 und 206 aufzunehmen und die Elemente müssen ausreichend weit voneinander entfernt sein, damit das verformte Material quer fließen kann.
Wie in Fig. 34 bis 43 gezeigt, schließt die zweite und bevorzugte Ausführung fünf grundlegende Verbesserungen in der Konstruktion und im Betrieb des Spannfutters im Vergleich zur ersten Ausführung ein, nämlich, (1) vorn federnd vorgespannte Spannbacken zum Einspannen eines in das Spannfutter eingesetzten Werkzeuges, (2) eine Verriegelungsbaugruppe für das Verhindern eines übermäßigen Anziehens oder eines Lösens der Spannbacken in Bezug auf ein im Spannfutter angebrachten Werkzeuges, (3) eine automatische Spann-Einrichtung für das Einspannen eines Werkzeuges in den Spannbacken, wenn die Anwendung beginnt, (4) eine verformbare Zwischenfläche zwischen der Spindel und dem Anschlag für die Hilfe bei der Ausrichtung der Spannfutter-Bauteile beim Zusammenbau und (5) eine Spindel/Mutter-Konstruktion für eine genauere Ausrichtung.
Wie in Fig. 34 bis 43 gezeigt ist, umfaßt das Spannfutter 301 eine Spannbacken-Baugruppe 303, eine Gewindespindel 305, eine hintere Muffe 307 mit Preßsitz auf der Spindel 305 und eine Verriegelungsbaugruppe 309 zwischen hinterer Muffe 307 und Spannbacken-Baugruppe 303. Die Spannbacken-Baugruppe 303 schließt ein Spannbacken-Gehäuse 311 mit einer vorn angebrachten Öffnung 313 für die Aufnahme eines Werkzeuges 315, eine mittlere Führung 317, eine Anzahl von Spannbacken-Führungen 319, 321, 323 und eine Längsachse Ax ein.

Spannbacken mit Federvorspannung

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind eine Anzahl von federvorgespannten Spannbacken 325, 327, 329 verschiebbar in den jeweiligen Führungen 319, 321, 323 zwischen einer hinteren, geöffneten Position (Fig. 35) und einer vorderen, geschlossenen Position (Fig. 34) angeordnet. Die Spannbacken-Führungen 319, 321, 323 werden weiterhin durch ein Verteiler-Bauteil 331 gebildet, das im hinteren Ende des Spannbacken-Gehäuses 311 angeordnet ist. Das Verteiler-Bauteil 331 (Fig. 36, 38B, 38C, 38D) weist drei aufrechtstehende Wände 333, 335, 337 auf, die dazu dienen, die Spannbacken 325, 327, 329 zu beabstanden und deren Bewegung zu führen sowie drei beabstandete Aussparungen 339, 341 und 343, um die Basis einer entsprechenden Spannbacke 325, 327, 329 aufzunehmen. In Fig. 34, 35 sind zwecks übersichtlicherer Darstellung Teile des Verteiler-Bauteils 331 weggelassen. Ein Anschlag 345 (Fig. 34, 36B) befindet sich mit den Spannbacken 325, 327, 329 in Eingriff und ist in der mittleren Führung 317 für das Halten jeder Spannbacke in der gleichen relativen axialen Lage verschiebbar angeordnet. Die Führung 317 (Fig. 36B) wird durch die inneren, bogenförmigen Führungsflächen 342 im Spannbackengehäuse definiert. Die bogenförmigen Flächen 340 an den Wänden 333, 335, 337 sind geringfügig von der Führung 317 beabstandet und berühren bei der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in der Führung 317 nicht den Anschlag 345. Der Anschlag 345 (Fig. 34, 36B, 39A, 39B) schließt eine zylindrische Nabe 344 ein, die durch die Flächen 342 geführt wird, und drei sich radial erstreckende Speichen 347, 349, 351, die durch die Seiten 346 der Wände 333, 335, 337 geführt werden. Die Speichen 347, 349, 351 werden jeweils in einem Einschnitt 352 aufgenommen, die in der Basis jeder Spannbacke 325, 327, 329 ausgebildet ist. Wie aus dem Vergleich von Fig. 34, 35 ersichtlich ist, bewegt die Vorwärtsbewegung der Spannbacken 325, 327, 329 jede Spannbacke zur Längsachse Ax hin und vergrößert das Eindringen jeder Speiche 347, 349, 351 in die jeweiligen Einschnitte 352. Die Spannbacken 325, 327, 329 sind nach vorne durch Vorspann-Einrichtungen 353 in eine geschlossene Position vorgespannt. Die Vorspann-Einrichtung 353 ist vorzugsweise eine Schraubenfeder.
Eine Mutter 355 (Fig. 34, 35, 40) ist am Gehäuse 311 befestigt und weist eine Gewindeöffnung 357 koaxial zur Längsachse Ax auf. Die Mutter 355 ist vorzugsweise durch eine Anzahl von Bolzen 359 (nur einer ist gezeigt) am Gehäuse 311 befestigt, die sich in den Öffnungen 360, 361, 362 befinden. Die Mutter 355 kann auch am Gehäuse 311 befestigt werden, indem sie integriert mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Wie in Fig. 38A, 40C gezeigt ist, weist die Öffnung 361 eine solche Form auf, daß sie genau mit einem Vorsprung 364 auf das Verteiler-Bauteil 331 paßt. Auf der vorderen Stirnfläche der Mutter (Fig. 40) ist jede Öffnung 360, 361, 362 von einem ringförmigen Rand 368 (der dem Rand 106B von Fig. 17B der ersten Ausführung entspricht) umgeben, der nach dem Zusammenbau in die hintere Fläche 366 des Verteiler-Bauteils 331 hineinragt. Im Ergebnis dessen, können die Mutter 355 und das Verteiler-Bauteil 331 in nur einer relativen Winkellage für den gleichen Zweck, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ausführung (Fig. 1 bis 33) erläutert wurde, zusammengebaut und auseinandergebaut werden. Um eine verformbare Zwischenfläche mit der Mutter 355 zu bilden, weist die hintere Fläche 366 des Verteiler-Bauteils 331 zahlreiche Pyramidenstrukturen (nicht gezeigt) auf, die mit den Pyramidenstrukturen 208, die im Zusmamenhang mit Fig. 31, 32 gezeigt und beschrieben sind, identisch sind.
Die Spindel 305 befindet sich im Gewindeeingriff mit der Mutteröffnung 357. Sie ist nach vorn, zum Anschlag 345 hin beweglich, um mit dem Anschlag 345 und den Spannbacken 323, 325, 327 in Eingriff zu kommen und sie in einer axialen Lage zu befestigen und um eine Spannkraft auf die Spannbacken aufzubringen. Die Spindel ist nach hinten, vom Anschlag 345 weg, beweglich, um die Spannkraft aufzuheben. Die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Spindel 305 wird durch die relative Drehung der Spannbacken- Baugruppe 303 (Spannbackengehäuse 311, Verteiler-Bauteil 331 und Mutter 355) in bezug auf die Spindel 305 gesteuert, die an der hinteren Muffe 307 und an der Verriegelungsbaugruppe befestigt und mit ihr drehbar ist. In der vorliegenden bevorzugten Ausführung bildet die Spindel 305 auch die Abtriebswelle der kraftgetriebenen Werkzeugmaschine. Die Spindel 305 wird in der kraftgetriebenen Werkzeugmaschine durch ein Lager 356 abgestützt und wird über ein Zahnrad (nicht gezeigt) angetrieben, das sich im Preßsitz auf dem Abschnitt 358 der Spindel 305 befindet. Die Spindel 305 kann in einer anderen Variante auch ein mit einem Gewinde versehenes offenes Ende für die Wiederanbringung auf einer Werkzeugmaschinenspindel sein, ähnlich wie die Spindel 24 der ersten Ausführung.
In Betrieb wird das Werkzeug 315 in das Spannfutter 301 eingesetzt, indem man die Basis des Werkzeuges axial durch die Öffnung 313 in die mittlere Führung 317 einsetzt. Die Basis des Werkzeuges 315 stößt die Spannbacken 325, 327, 329 entgegen der Vorspannung der Feder 353 nach hinten und beabstandet dadurch die Spannbacken auf einen Durchmesser, der ausreicht, den Durchmesser des Werkzeuges 315 aufzunehmen. Das Werkzeug 315 wird vorzugsweise in die Führung 317 eingesetzt, bis das Werkzeug 315 mit der vorderen Stirnfläche des Anschlages 345 in Eingriff kommt. Die Feder 353 bringt die Spannbacken nach vorn federnd mit dem Werkzeug in Eingriff, um das Werkzeug koaxial zum Festspannen in der Führung 317 zu halten. Das Werkzeug 315 kann dann in der Führung 317 festgespannt werden, indem man die Verriegelungsbaugruppe 309 außer Eingriff bringt und die Spannbacken- Baugruppe 303 (Spannbacken-Gehäuse 311, Verteiler-Baugruppe 331 und Mutter 361) in Bezug auf die Spindel 305, die Muffe 307 und die Verriegelungsbaugruppe 309, die zusammen befestigt sind, dreht. Vorzugsweise wird eine Hand verwendet, um die Verriegelungsbaugruppe zu ergreifen und außer Eingriff zu bringen und die andere Hand wird verwendet, um das Spannbacken-Gehäuse 311 zu ergreifen und es in Bezug auf die Verriegelungs-Baugruppe 309 zu drehen. Weil das Werkzeug 315 in einer koaxial zentrierten Position gehalten wird, besteht keine Notwendigkeit, das Werkzeug 315 festzuhalten, wenn die Spannkraft aufgebracht wird. Auf diese Weise wird die Spindel 305 nach vorn in die mittlere Führung 317 bewegt, bis die Spitze der Spindel 305 sich fest mit der hinteren Stirnfläche des Anschlages 345 in Eingriff befindet, um eine Spannkraft auf den Anschlag 345 und weiter auf die Spannbacken 325, 327, 329 aufzubringen. Wenn die Spannbacken von Hand auf dem Werkzeug 315 in dieser Weise festgespannt sind, sind die Spannbacken-Baugruppe 303 und die Spindel 305 zusammen drehbar.
Wie zu erkennen ist, vereinfacht die Verwendung der feder-vorgespannten Spannbacken die Montage eines Werkzeuges im Spannfutter 301, weil es nicht erforderlich ist, das Werkzeug 315 nach dem Einsetzen in die Öffnung 313 festzuhalten. Das Selbst- Halterungs-Merkmal der durch eine Feder vorgespannten Spannbakken ist auch vorteilhaft, wenn ein Anwender das Spannfutter 301 durch Drehen der Spindel 305 durch Krafteinwirkung der Werkzeugmaschine festspannen will. In diesem Falle wird eine Hand verwendet, um den Kippschalter der Bohrmaschine zu betätigen und die andere Hand wird verwendet, um die Verriegelungsbaugruppe 309 und das Spannbacken-Gehäuse 311 zusammen zu ergreifen.

Verriegelungs-Baugruppe

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung und wie in Fig. 34, 35, 37, 40, 42 gezeigt, ist die Verriegelungs-Baugruppe 309 zwischen einer verriegelten Position, um die Drehung der Spindel 305 relativ zur Mutter 355 zu begrenzen, und einer unverriegelten Position, um die Drehung der Spindel 305 relativ zur Mutter 355 zu gestatten, beweglich. Die Verriegelungs-Baugruppe 309 umfaßt eine äußere Muffe 363 und eine innere Muffe 365, die koaxial die Spindel 305 und die Mutter 355 umgeben und die in Längsrichtung zwischen einer vorderen vorgespannten, verriegelten Position und einer hinteren, unverriegelten Position verschiebbar sind. Die Muffen 363, 365 sind aneinander befestigt und sind vorn durch eine Schraubenfeder 367 vorgespannt, die sich koaxial zur Spindel 305 zwischen einer Endwand 369 der hinteren Muffe 307 und einer Endwand 371 der Muffe 365 erstreckt.
Die hintere Muffe 307 ist mit einem Preßsitz auf einem keilverzahnten Segment 379 (Fig. 34, 41) der Spindel 305 an der Spindel 305 befestigt und weist eine Anzahl von sich axial erstreckenden Führungen 381 (Fig. 37A) auf. Die innere Veriegelungsmuffe 365 weist eine Anzahl von Führungen 383 auf, die mit den Einstellmuffen-Führungen 381 verriegelt sind, um die relative Drehung der Verriegelungsmuffen 365 in Bezug auf die hintere Muffe 307 zu begrenzen und um eine Bewegung der Muffe 365 in Bezug auf die Muffe 307 nach vorne und nach hinten zu gestatten. Wie in Fig. 37A gezeigt ist, werden die Führungen 383, 381 vorzugsweise durch eine Anzahl von Vorsprüngen dargestellt, die sich von der Außenwand der Muffe 365 aus erstrecken und in der Außenwand der Muffe 365 axial verlaufen und die jeweils mit einer Anzahl von Einschnitten verriegelt sind, die sich axial entlang der Innenwand der Einstellmuffe 307 erstrecken. Die Muffe 365 ist teleskopisch in der Muffe 307 nach vorne und nach hinten verschiebbar und nach vorne vorgespannt, um eine Anzahl von sich nach vorn erstreckenden Zähnen 373 auf der Endwand 371 mit einem Komplementärsatz von sich nach hinten erstreckenden Zähnen 375 auf der Rückwand 377 der Mutter 355 in der verriegelten Position in Eingriff zu bringen und sie ist von Hand entgegen der Vorspannung der Feder 367 zurückziehbar, um die Zähne 373, 375 in der unverriegelten Position außer Eingriff zu bringen.
Wie in Fig. 40B, 40D, 42C gezeigt ist, sind die Zahnsätze 373, 375 so dimensioniert und beabstandet, daß ein erster, begrenzter Maximalwert der relativen Drehung zwischen der Mutter 355 und der Muffe 365 in einer ersten Richtung ermöglicht wird, um die Spindel 305 nach vorne zu bewegen und ein zweiter, begrenzter Maximalwert der relativen Drehung zwischen der Mutter 355 und der Muffe 365 in einer zweiten Richtung, um die Spindel 305 zurückzubewegen. Der erste Wert ist größer als der zweite Wert. Wie in Fig. 42C gezeigt ist, sind die Zähne 371 vorzugsweise in 40 Stufen beabstandet und zentriert. Wie in Fig. 40B, 40D gezeigt ist, sind die Zähne 373 vorzugsweise in 20 Stufen beabstandet und zentriert und gewährleisten ein stufenweises Selbstspannen zwischen 0 und 20 und ein stufenweises Lösen zwischen 0 und ungefähr 12. Jeder Zahn 375 (Fig. 40D) weist in axialer Richtung ein treppenstufenförmiges Profil auf, mit einer oberen Stufe 385 und einer unteren Stufe 387. Ein Zahn 373 ist vom Gipfel einer oberen Stufe 385 bis in das Tal 389 der benachbarten unteren Stufe 387 verschiebbar und kann mit der Flanke 391 des nachfolgenden, benachbarten Zahnes 385 eingreifen, wenn die Mutter 355 und die Spindel 305 relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel 305 nach vorne zu bewegen und er kann mit der Flanke 395 der nachfolgenden unteren Stufe 387 eingreifen, wenn die Mutter 355 und die Spindel 305 relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel nach hinten zu bewegen.
Beim Betrieb erfolgt das stufenweise Selbstspannen, wenn das Werkzeug 315 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Es wird verursacht durch das über das Spannfutter übertragene Drehmoment in Reaktion auf das Aufbringen des Werkzeuges 315 auf ein Werkstück, wodurch die Mutter 355 nach rechts gedreht wird (in Fig. 40D, wie durch den Pfeil 392 angezeigt wird). Das stufenweise Selbstspannen kann von 0 bis 20 reichen. Ein abgeschwächter Wert des Selbstspannens ist wünschenswert, um zu sichern, daß das Werkzeug 315 durch das Spannfutter bei Anwendungen in kraftgetriebenen Werkzeugmaschinen mit hohen Drehmomenten eingespannt gehalten wird. Nach dem manuellen Festspannen durch die relative Drehung der Spannbacken-Baugruppe 303 und der Spindel/Muffen- Baugruppe 305, 307, kann zu Anfang ein Zahn 373 mit einem Zahn 375 auf jeder der benachbarten Flächen 385, 387, 389 eingreifen. Wenn die Mutter 355 nach rechts gedreht wird, wenn das Werkzeug 315 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, kann die Mutter 355 gedreht werden, bis ein Zahn 373 mit einer Flanke 391 eines Zahnes 375 in Eingriff kommt, indem der Zahn 373 über die Flächen 385, 387, 389 gleitet, die in der Höhe abnehmen.
Das stufenweise Selbstlösen tritt ein, wenn ein Werkzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird und es wird durch das vom Werkstück über das Spannfutter übertragene Drehmoment verursacht, das bewirkt, daß die Mutter 355 sich nach links bewegt (in Fig. 40D, wie durch den Pfeil 393 angezeigt wird). Das Lösen der Mutter 355 wird durch die Bewegung eines Zahnes 373 zwischen dem Eingriff mit der Flanke 391 und der gegenüberliegenden Flanke 395 begrenzt. Die Begrenzung des Selbstlösens auf weniger als den vollen Wert 20 zwischen benachbarten oberen Stufen 385 der Zähne 375 ist wünschenswert, um zu verhindern, daß ein Werkzeug in den Spannbacken 325, 327 und 329 des Spannfutters zu lose wird.
Das stufenweise Selbstspannen ist wünschenswert, um zu sichern, daß das Werkzeug 315 für das Bohren in Vorwärtsrichtung ausreichend festgespannt ist. Der große Abstand der Zähne 375 ist wünschenswert, um zu sichern, daß die Zähne 373 einen zuverlässigen Sitz aufweisen und zusammen mit den Zähnen 375 eine Verriegelung bewirken, jedoch ein stufenweises Selbstlösen gestatten, wenn das Werkzeug in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, was nicht erwünscht ist. Die vorher genannten Einschränkungen in der Zahnkonstruktion begrenzen die Werte des Lösens auf annehmbare Werte, während sie ein höheres Niveau des Selbstspannens gestatten. Die bevorzugten Werte des Selbstspannens und des Selbstlösens wurden empirisch bestimmt. Ein übermäßiger Wert des Selbstspannens führt schließlich dazu, daß der Anwender das Spannfutter nicht lösen kann, um das Werkzeug zu entfernen. Ein stufenweises Selbstlösen wird gestattet, um die Zuverlässigkeit des Sitzes und des Verriegelns der Zähne 373, 375 zu erhöhen.

Automatische Spann-Einrichtung

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt das Spannfutter eine automatische Spann-Einrichtung 397, um das Selbstspannen der Backen 325, 327, 329 an einem Werkzeug 315 unter dem Wert, der der Konstruktion der Zähne 373, 375 entspricht, weiter zu verstärken. Wie am besten in Fig. 34, 37 zu sehen ist, ist die Spann-Einrichtung 397 mit der Spindel 305, der Innenmuffe 365 und der Mutter 355 zum Festspannen der Backen 325, 327, 329 mit einem vorbestimmten Wert gegen ein Werkzeug, in Eingriff, wenn (1) die Spindel 305 angetrieben ist, (2) das Werkzeug 315 mit einem Werkstück in Eingriff steht und (3) sich die Muffe 365 in der verriegelten Position befindet. In der in Fig. 37A, 37B, 37C dargestellten bevorzugten Ausführung umfaßt die automatische Spann-Einrichtung 397 die Verriegelungseinschnitte 381 und die Vorsprünge 383, die die relative Drehung der Einstellmuffe 307 und der Innenmuffe 365 begrenzen. Jeder Einschnitt 381 weist eine bogenförmige Breite auf, die sich quer zur Längsachse Ax erstreckt, wobei diese Breite größer ist, als die bogenförmige Breite des Vorsprunges 383, um einen vorbestimmten Wert der relativen Drehung zwischen der hinteren Muffe 307 und der Innenmuffe 365 zu gestatten. Die Muffe 365 ist somit in Bezug auf die Muffe 307 innerhalb der Bewegungsgrenzen drehbar, die durch die Bewegung der Vorsprünge 383 in den Einschnitten 381 zugelassen wird. Wenn ein Werkzeug 315 manuell eingespannt wird, kommen die Zähne 373, 375 außer Eingriff und die Vorsprünge 383 werden entgegen dem Uhrzeigersinn in den Einschnitten bewegt, wie in Fig. 37B gezeigt ist. Wenn die Verriegelungsbaugruppe 309 verriegelt ist und sich das Werkzeug 315 mit einem Werkstück in Eingriff befindet, werden die Vorsprünge 383 im Uhrzeigersinn im Einschnitt 381 verschoben, um stufenweise ein Selbstspannen mit einem vorbestimmten Wert durchzuführen. Die Größe der Bewegung der Vorsprünge 383 in den Einschnitten 381 bestimmt den Wert des durch die automatische Spann-Einrichtung vorgesehenen Selbstspannens zusätzlich zu dem Selbstspannen von 0 - 20, das durch die Zähne 373, 375 bewirkt wird.
Um die automatische Spann-Einrichtung zu betätigen, wird die Verriegelungsbaugruppe 309 außer Eingriff gebracht, indem die Muffe 365 nach hinten entgegen der Vorspannung der Feder 367 geschoben wird, um die Muffenzähne 373 und die Mutternzähne 375 außer Eingriff zu bringen. Die Spannbacken-Baugruppe 303 wird manuell im Uhrzeigersinn (gesehen, wenn man von vorn auf das Spannfutter sieht) gedreht, während die hintere Muffe 307 zunächst festgehalten wird (Fig. 37A). Wenn die Spannbacken 325, 327, 329 gegen ein Werkzeug 315 gespannt werden, werden die Spannbacken-Baugruppe 303 und die Spindel/Muffen-Baugruppe 305, 307 als eine Einheit im Uhrzeigersinn gedreht (Fig. 37A), während die Muffe 365 in der zurückgezogenen Position gehalten wird. Durch Halten der Muffe 365 in einer zurückgezogenen Position werden die Vorsprünge 383 in den Einschnitten 381 verschoben, bis die Vorderkante des Einschnittes 381 mit der Hinterkante des Vorsprunges 65 in Eingriff ist, wie in Fig. 37B gezeigt ist. Wenn das Festspannen des Werkzeuges abgeschlossen ist, wird die Muffe 365 freigegeben und wird federvorgespannt in eine verriegelte Position, mit den Zähnen 373, 375 in Eingriff, gebracht. Nach dem anfänglichen Bohren mit dem Werkzeug 315 in einem Werkstück, wird entgegen dem Uhrzeigersinn ein Drehmoment auf die Spannbacken-Baugruppe 303 über die Zähne 373, 375 auf die Muffe 365 aufgebracht. Wie in Fig. 37C gezeigt ist, wird die Muffe 365 automatisch im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Spindel 305 und die hintere Muffe 307 gedreht, um die Vorderkanten der Vorsprünge 383 mit den Hinterkanten der Einschnitte 383 in Eingriff zu bringen. Das bewirkt eine Vorwärtsbewegeung der Spindel 305 in Richtung zum Anschlag 345 und ein verstärktes Spannen der Spannbacken 325, 327, 329 gegen ein Bohrerwerkzeug 315.

Verformbare Spindel/Anschlag-Zwischenfläche

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt das Spannfutter weiterhin, wie in Fig. 43 gezeigt ist, eine verformbare Zwischenfläche 401 zwischen dem Anschlag 345 und der Spindel 305 zur Erleichterung der koaxialen Ausrichtung der Spindel 305 und des Anschlags 345. Die verformbare Zwischenfläche 401 umfaßt die Zwischenfläche zwischen der Vorderfläche 403 der Spindelspitze 405 und einen zentral angeordneten Vorsprung 407 am Anschlag 345 und die Zwischenffläche zwischen einer Kante 409 an der Spindelspitze 405 und der Innenwand 411 eines Randes 413, der am Anschlag 345 ausgebildet ist, welcher den Vorsprung 407 umgibt. Die Randwandung 411 und die Spitzenseitenwand 412 sind in nach außen divergierenden Winkeln geneigt, so daß die Berührung zwischen der Spitze 405 und dem Rand 413 auf ein schmales Band begrenzt ist, das die Kante 409 umgibt. So beträgt zum Beispiel in der bevorzugten Ausführung der Winkel θ&sub1; zwischen der Wand 411 und der Horizontalen 30º und der Winkel θ&sub2; zwischen der Wand 412 und der Horizontalen 29º. Alternativ können die Randwand 411 und die Spitzenseitenwand 412 in nach innen divergierenden Winkeln geneigt sein (von der Zwischenfläche zwischen den Wänden 411, 412). Der Vorsprung 407 weist eine solche Größe auf, daß er nach der Verformung eine kleinflächige Stelle entsprechend den für die Stelle 72 (Fig. 8) der ersten Ausführung festgelegten Kriterien bildet. In der bevorzugten Ausführung ist das entfernte Ende der Spitze so kegelstumpfförmig, daß die Stirnfläche 403 und die umgebende Kante 409 kreisförmig sind und der Rand 413, der am Anschlag 345 ausgebildet ist, ringförmig. Es ist zu erkennen, daß ein weiter Bereich von Komplementärformen geeignet ist, um den Zielen der Begrenzung der Kontaktfläche zwischen der Spindel 305 und dem Anschlag 345 und der Begrenzung der Verformbarkeit der Zwischenfläche 401, wenn die Spindel 305 nach dem Zusammenbau des Spannfutters in Eingriff mit dem Anschlag 345 gedrückt wird, zu genügen. Die Spindel 305 ist aus Stahl und der Anschlag 345 aus präzisionsgestanztem Stahl hergestellt.
Wenn das Spannfutter das erste Mal zusammengebaut wird, werden die Spannbacken-Baugruppe 303 und die Mutter 355 und die hintere Baugruppe der hinteren Muffe 307 und die Spindel 305 in einer genauen, koaxialen Ausrichtung gehalten. Somit weisen, wenn die Spindel 305 mit dem Anschlag 345 in Eingriff geschraubt ist, die Spitze 405 und der Anschlag 345 einen präzisen Sitz in Bezug aufeinander auf, der mit der koaxialen Ausrichtung ihrer Baugruppen verträglich ist. Die Zwischenfläche zwischen der Kante 409 und der Randseitenwand 411 wird durch die Kante 409 verformt, die in die Seitenwand 411 einschneidet und eine kreisförmige Aussparung bildet. Die Zwischenfläche zwischen dem Vorsprung 407 und der Spindelspitzen-Stirnfläche 403 wird durch die Bildung einer abgeflachten Fläche auf dem Vorsprung 407 verformt, die wie die kleinflächige Kontaktstelle in der ersten Ausführung wirkt. Beim nachfolgenden Gebrauch des Spannfutters 11, hält der Anschlag 345 das Spannbackengehäuse in einer genauen Ausrichtung mit der Spindel, weil (1) ein Präzisionssitz des Anschlages 345 in der mittleren Führung und (2) eine präzisionsgeformte Zwischenfläche 401 zwischen der Spindel 305 und dem Anschlag 345 vorhanden ist.

Spindel/Mutter-Ausrichtung

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung und wie am besten in Fig. 34, 40A, 41 gezeigt ist, weist die Spindel 305 einen präzisionsgeschliffenen, zylindrischen ersten Abschnitt 415 auf, der mit einem präzisionsgeformten, glattwandigen ersten Abschnitt 417 der Mutteröffnung 357 zusammenpaßt und sie hat einen mit Gewinde versehenen zweiten Abschnitt 421, der mit einem mit Gewinde versehenen zweiten Abschnitt 423 der Mutteröffnung 419 zusammenpaßt. Der mit Gewinde versehene Abschnitt der Spindel 421 weist eine abgeflachte, äußere Fläche auf, die im Durchmesser gleich dem Durchmesser der glatten Sektion 415 der Spindel ist. Die Spindelsektion 421 wird durch Gewindeschneiden und darauffolgendes Schleifen auf einen genauen Außendurchmesser, wodurch die scharfen Punkte der Gewinde abgeflacht werden, ausgebildet. Die Zwischenfläche zwischen der glatten Sektion der Spindel 415 und der glatten Sektion der Mutter 417 bestimmt die genaue koaxiale Ausrichtung der Mutter 355 und der Spindel 305. Die Gewinde der mit Gewinde versehenen Spindelsektion 421 und der mit Gewinde versehenen Muttersektion 423 sind so ausgebildet, daß sie nur in losem Eingriff stehen, um die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Spindel über die Mutter zu steuern, ohne die koaxiale Ausrichtung zu beeinträchtigen. Die zylindrischen Paßflächen der Mutter und der Spindel ermöglichen eine größere Präzision bei der koaxialen Ausrichtung im Vergleich zu einer Paß-Zwischenfläche, die teilweise von der Gewindeschneid-Genauigkeit für die Ausrichtung abhängt.
Eine entfernbare Feststelleinrichtung 425 befindet sich im Preßsitz auf der Spindelspitze 405 und erstreckt sich durch das vordere Ende der Mutter 355, um eine Entfernung der Spindel 305 von der Mutter 355 bei Normalbetrieb zu verhindern und um ein wahlweises Entfernen der Spindel 305 von der Mutter 355 zur Wartung des Spannfutters 301 zu ermöglichen. Die Spindelspitze 405 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der Mutteröffnung 357 und sie weist einen leicht vergrößerten Rand 431 auf , um einen festen Reibungssitz mit dem Innendurchmesser der Feststelleinrichtung 425 zu bilden. Die Feststelleinrichtung 425 ist vorzugsweise eine konische Unterlegscheibe mit einem Außendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Mutteröffnung 357 und etwas kleiner als der Innendurchmesser der Verteileröffnung 429 und die eine vordere konvexe Fläche 427 aufweist. Wenn die Spindel 305 zurückbewegt ist, ist der Maximalwert für die Positionierung der Unterlegscheibe 425 in der Verteileröffnung 429 mit der hinteren Stirnfläche der Unterlegscheibe in Eingriff mit der vorderen Stirnfläche der Mutter 355 erreicht, wobei die Verteileröffnung 429 die Abflachung der Unterlegscheibe 425 begrenzt, um ein Entfernen der Spindel 305 von der Mutter 355 bei Normalbetrieb zu verhindern. Zum Entfernen wird für eine relative Drehung der Mutter 355 und der Spindel 305 eine hohe Drehmomentenlast manuell auf das Spannfutter 301 aufgebracht, um das Verschieben der Spitze 405 von der Feststelleinrichtung 425 zu erzwingen.
Die vorliegende Erfindung bietet zahlreiche vorteilhafte Merkmale, die einzeln oder in Kombination genutzt werden können. Das schlüssellose Spannfutter kann eine relativ geringe innere Betriebsreibung aufweisen, weil die Kontaktfläche zwischen der Hauptspindel und dem Spannbacken-Bauteil (oder dem Anschlag) klein ist und weil die Spindel in Bezug auf den Außendurchmesser des Spannfutters einen kleinen Außendurchmesser aufweist. Der Verriegelungsmechanismus kann die Verriegelung der Spannfutter- Einstellmuffe in Bezug auf das Spannbacken-Gehäuse in einer oder in zwei Richtungen verriegeln, der Verriegelungsmechanismus kann wahlweise außer Funktion gesetzt werden und es ist ein zuverlässiger Sitz für das Verriegeln und/oder das stufenweise Selbstspannen vorhanden. Die Montage des Werkzeuges im Spannfutter kann durch die nach vorne federvorgespannten (selbstzentrierenden) Spannbacken zum Einspannen eines Werkzeuges, das in das Spannfutter eingesetzt ist, vereinfacht werden. Das Spannfutter kann anfangs mit einer oder mehreren verformbaren Flächen zusammengebaut werden, die jede kumulierte Fertigungstoleranz aufnehmen, um ein fertiges Spannfutter mit minimalen Auslauf zur Verfügung zu stellen. Weiterhin können zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Zusammenbaus und zur Verringerung des Auslaufes die Spindel und die Mutter mit einer glattwandigen Zwischenfläche versehen werden, um die koaxiale Ausrichtung der Mutter und Spindel genau zu steuern.
Somit ist aus der vorhergehenden Beschreibung zu erkennen, daß als ein Ergebnis der vorliegenden Erfindung ein hochwirksames, schlüsselloses Spannfutter und ein Verfahren für seinen Zusammenbau zur Verfügung gestellt werden, wobei der Hauptzweck, neben den anderen Zielen, vollständig erfüllt wird.

Claims

1. Spannfutter, mit:

einem Spannbacken-Gehäuse (28, 311) mit einer vorne angeordneten Öffnung (313) zur Aufnahme eines Werkzeugs (T; 315), einer mittleren Führung (38; 317), einer Anzahl von Spannbacken-Führungen (40; 319, 321, 323) und einer Längsachse (Ax);

einer Anzahl von Spannbacken (32; 325, 327, 329), die in den Spannbacken-Führungen zwischen einer nach hinten offenen und einer nach vorne geschlossenen Position verschiebar angeordnet sind;

einem Träger-Bauteil (345), das mit den Spannbacken in Eingriff steht und in der mittleren Führung verschiebbar angeordnet ist, um die Spannbacken relativ zueinander in der gleichen axialen Lage zu halten;

einer Mutter (42, 355), die am Spannbacken-Gehäuse montiert ist und eine mit einem Gewinde versehene Öffnung (46; 357) aufweist, die koaxial zur Längsachse verläuft;

einer Gewindespindel (48; 305), die in die Öffnung der Mutter eingreift und nach vorne bewegbar ist, um auf die Spannbacken eine Spannkraft aufzubringen, und nach hinten, um die Spannkraft zu lösen;

einem handbetätigbaren Verriegelungs-Bauteil (22, 104, 42; 309), das zwischen (a) einer verriegelten Position, in welcher die Mutter zur Begrenzung der relativen Drehung der Spindel und der Mutter in Eingriff steht, und (b) einer entriegelten Position bewegbar ist, in welcher die Mutter außer Eingriff gebracht wird, um eine relative Drehung der Spindel und der Mutter zu ermöglichen;

einer hinteren Muffe (307), die an der Spindel montiert ist;

wobei die Mutter und das Verriegelungs-Bauteil Zähne (373, 375) aufweisen, die in der verriegelten Position in Eingriff und in der entriegelten Position außer Eingriff stehen; dadurch gekennzeichnet, daß:

die hintere Muffe und das Verriegelungs-Bauteil einen Vorsprung (383) und einen Einschnitt (381) aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen, um die relative Drehung der hinteren Muffe und des Verriegelungs-Bauteils zu begrenzen, wobei der Einschnitt eine sich quer zur Längsachse erstrekkende Breite hat, die größer ist als die querverlaufende Breite des Vorsprungs, um ein vorbestimmtes Ausmaß relativer Drehung zwischen der hinteren Muffe und dem Verriegelungs- Bauteil zu ermöglichen; und

daß der Vorsprung und der Einschnitt eine automatische Spann-Einrichtung aufweisen, um die Spannbacken mit einem vorbestimmten Wert gegen ein Werkzeug festzuspannen, wenn die Spindel angetrieben wird, wobei das Werkzeug mit einem Werkstück in Eingriff steht und sich das Verriegelungs- Bauteil in der verriegelten Position befindet.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, wobei sich der Einschnitt axial entlang der inneren Wand der hinteren Muffe erstreckt, wobei das Verriegelungs-Bauteil (309) eine Muffe (365) aufweist und bezüglich der hinteren Muffe (307) ineinanderschiebbar einstellbar ist, und wobei der Vorsprung (383) von einer äußeren Wand der Verriegelungs-Muffe vorsteht.

3. Spannfutter nach Anspruch 1, wobei die Mutter einen ersten Satz beabstandeter Zähne (375) aufweist, wobei das Verriegelungs-Bauteil (309) und ein zweiter Satz beabstandeter Zähne (373) sowie die Größe und der Abstand der beiden Zahn-Sätze einen ersten, begrenzten Maximal-Wert der relativen Drehung zwischen der Mutter und dem Verriegelungs-Bauteil in einer Richtung ermöglichen, um der Spindel nach vorne zu bewegen.

4. Spannfutter nach Anspruch 3, wobei die Größe und der Abstand der beiden Zahn-Sätze (373, 375) in einer zweiten Richtung einen zweiten, begrenzten Maximal-Wert der relativen Drehung zwischen der Mutter (355) und dem Verriegelungs-Bauteil (309) ermöglichen, um die Spindel (305) zurückzubewegen, wobei der erste Wert größer ist als der zweite Wert.

5. Spannfutter nach Anspruch 1, wobei jeder Zahn (375) eines Zahn-Satzes (375) in axialer Richtung ein treppenstufenförmiges Profil mit der unteren und der oberen Stufe (385, 387) aufweist, wobei die Zähne des zweiten Satzes vom Gipfel der oberen Stufe bis in das Tal (389) verschiebbar sind, welches benachbart zur unteren Stufe verläuft, und mit der Flanke (391) des nachfolgenden, benachbarten Zahnes (385) des ersten Zahn-Satzes eingreifen können, wenn die Mutter und die Spindel relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel nach vorne zu bewegen, und mit der Flanke (395) an der unteren Stufe (387) eingreifen können, wenn die Mutter und die Spindel relativ zueinander gedreht werden, um die Spindel nach hinten zu bewegen.

6. Spannfutter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorspann- Einrichtungen (353), um die Spannbacken federnd in eine geschlossene Position vorzuspannen.

7. Spannfutter nach Anspruch 1, wobei durch relative Drehung des Spannbacken-Gehäuses (28) und der Spindel (48) in einer ersten Richtung eine Kraft auf gebracht wird, um die Spannbacken (32) nach vorne zu bewegen, und durch eine relative Drehung in der entgegengesetzten Richtung eine Kraft aufgebracht wird, um die Spannbacken (32) nach hinten zu bewegen.

8. Spannfutter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

ein Verteiler-Bauteil (30; 3.31), das im Spannbacken- Gehäuse angeordnet ist, um die Spannbacken zu beabstanden und deren Bewegung zu führen, wobei das Verteiler-Bauteil einer Anzahl sich axial erstreckender Wände (333, 335, 337) aufweist, wobei jede Wand eine Führungsfläche (346) hat;

wobei das Spannbacken-Gehäuse eine Anzahl sich axial erstreckender Führungsflächen (342) aufweist, die jeweils benachbart zu einer der Führungsflächen (346) des Verteiler- Bauteils verlaufen;

wobei die mittlere Führung (38; 317) durch die Führungsflächen des Verteiler-Bauteils und die Führungsflächen des Spannbacken-Gehäuses gebildet ist; und

wobei das Träger-Bauteil (34; 345) eine Nabe (62; 344) hat, die mit der mittleren Führung in Eingriff steht und durch diese geführt wird, und eine Anzahl von Speichen (64; 347, 349, 351) aufweist, die sich quer zur Nabe erstrecken und jeweils mit einer der Spannbacken in Eingriff stehen.