DE861043C

DE861043C - Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter fuer Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE861043C
Application number: DEW4371A
Authority: DE
Inventors: Robert Weiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1945-10-30
Filing date: 1950-10-24
Publication date: 1952-12-29
Also published as: NL148397B; US2557486A; NL72384C; FR933676A; BE468297A; NL68609C; GB619542A; CH256893A

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, bei welchem in einem als Käfig ausgebildeten zentralen Mitnehmer Klemmwalzen angeordnet sind, die von im Innern eines auf dem Mitnehmer drehbaren Zylinders angeordneten, zur Rotationsachse exzentrisch verlaufenden Kurvenflächen gesteuert werden, wobei die -Klemmwalzen an einzelnen Stellen im Durchmesser abgesetzt sind, wodurch an den Walzen radial vorspringende Bünde gebildet werden, und daß die Kurvenflächen mit für die Aufnahme dieser Bünde bestimmten Rinnen versehen sind.

Es sind Schnellwechsel-Spannfutter dieser Art bekannt, bei denen im Mitnehmerkäfig drei um je 120 Winkelgrade gegeneinander versetzte Klemmwalzen angeordnet sind. Für die Herbeiführung der Radialbewegung der Klemmwalzen sind in Scheiben angeordnete Kurvenflächen vorgesehen, von denen sich jede über fast 360 Winkelgrade erstreckt. Die einzelnen Scheiben sind aufeinandergestapelt und durch Nieten zu einem Paket vereinigt. Die Verwendung von sich annähernd über 360 Winkelgrade erstreckenden Kurvenflächen soll einen möglichst großen Spannbereich des Futters gewährleisten.

Bei derartigen Spannfuttern ist jedoch nur die Kurvenfläche jeder dritten Scheibe im Grundriß in ein und derselben Stellung angeordnet, so daß jede Klemmwalze nur auf jeder dritten Scheibe aufliegt. Zwischen diesen Auflagestellen besitzen die Klemmwalzen tiefe Eindrehungen von der Breite zweier Kurvenscheiben. Dadurch wird die tragende Linie der Klemmwalzen auf ein Drittel ihrer genannten Länge reduziert, was zur Folge hat, daß an den Kontakt-

stellen zwischen den Klemmwalzenbünden und den Kurvenflächen sehr hohe spezifische Drücke auftreten, welche, wie die Erfahrung gezeigt hat, das Material an den Kontaktstellen bis über die Elastizitätsgrenze beanspruchen und auch an den Schäften der eingesetzten Bohrer bleibende Eindrücke erzeugen. Um die Spannweite selbsttätiger Spannfutter zu vergrößern, ist auch schon vorgeschlagen worden, diese zweistufig auszubilden und zwischen den Klemmkörpern und den Kurvenflächen des Zylinders ein- und ausschaltbare Zwischenstücke anzuordnen, welche den radialen Weg der Klemmkörper zu vergrößern gestatten, wenn mit dem Spannfutter besonders dünne bzw. dicke Werkzeugschäfte erfaßt werden sollen. Zur Steuerung dieser Zwischenstücke sind besondere Kurvennuten vorgesehen, die parallel zu den den Klemmdruck erzeugenden Kurvenflächen verlaufen. Das Ein- und Ausschalten dieser Zwischenstücke ist jedoch sehr umständlich und der ganze Mechanismus wenig zuverlässig, so daß derartige Spannfutter in der Praxis der erforderlichen Betriebssicherheit ermangeln.

Gegenüber diesen bekannten Schnellwechsel-Spannfuttern zeichnet sich das erfindungsgemäße Spannfutter nun dadurch aus, daß der Zylinder mit den Kurvenflächen in der Achsenrichtung der Klemmwalzen verschiebbar ausgebildet ist, derart, daß in der einen Grenzstellung des axialen Verschiebungsweges die Klemmwalzen mit dem großen Durchmesser und in der anderen Grenzstellung mit dem kleinen Durchmesser auf den Kurvenflächen laufen, wobei an den von der Rotationsachse weitest abliegenden Bogenenden der Rinnen einwärts, d. h. gegen die Rotationsachse hin gebogene Steuerflächen vorgesehen sind, welche bei auf dem kleinen Durchmesser laufenden Walzen in die Bewegungsbahn der Walzenbünde hineinragen und gegen die Kurvenflächen hin ansteigend in diese übergehen, wodurch an dieser Stelle eine gewölbte Sitzfläche für die Walzenbünde gebildet wird, deren Wölbungszentrum mit dem Zentrum des Krümmungsradius der Kurvenfläche an dem von der Rotationsachse entfernten Ende zusammenfällt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Spannfutters gewährleistet einen außergewöhnlichen großen Spannbereich ein und desselben Futters. Bei dem Spannfutter nach der Erfindung sind die tragenden Flächen bzw. Linien der Klemmwalzen auch nicht auf ein Drittel, sondern lediglich auf die Hälfte ihrer Länge reduziert, so daß, wie die Erfahrung gezeigt hat, keine unzulässigen Flächenpressungen auftreten. Außerdem sind alle Klemmwalzen gleich, was fabrikationstechnisch von großem Vorteil ist, wobei ein in zur Rotationsachse quer verlaufender Richtung elastisch deformierbarer Bremsmantel drehbar außen auf den , Zylinder aufgesetzt ist.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι das zweistufige Schnellwechsel-Spannfutter im Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1, Fig. 3 einen weiteren Querschnitt nach der Linie HI-III in Fig. 1,

Fig. 4 und 5 je einen der Fig. 1 entsprechenden teilweisen Längsschnitt mit einzelnen Teilen in einer anderen Stellung,

Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4 und

Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 5.

In dem dargestellten Beispiel bezeichnet 1 den Futterkörper mit einer konischen Bohrung für die Aufnahme des unteren Endes 2 einer konischen Bohrspindel. Auf dem Futterkörper 1 ist ein Hohlzylinder 3 drehbar gelagert. Der Winkel, um welchen der Zylinder 3 gegenüber dem Futterkörper 1 gedreht werden kann, ist durch einen im Zylinder 3 verankerten Stift 4 und eine im Futterkörper vorgesehene kreissegmentförmige Aussparung 5 begrenzt. Wie aus den Fig. 1, 4 und 5 ersichtlich ist, ist die Höhe der Aussparung 5 in der g₀ Längsrichtung des Spannfutters größer bemessen als der Durchmesser des Stiftes 4, so daß der Zylinder 3 gegenüber dem Mitnehmer 1 auch axial in gewissen Grenzen verschoben werden kann. Eine in einer Eindrehung 6 des Futterkörpers 1 untergebrachte Spiralfeder 7 ist an einem Ende bei 8 im Zylinder 3 befestigt und am anderen Ende bei 9 im Futterkörper 1 verankert. Diese Spiralfeder ist so angeordnet, daß sie das Bestreben hat, den Zylinder 3 in Richtung des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles A gegenüber dem g₀ Futterkörper 1 zu drehen und hierbei den Stift 4 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Stellung am einen Ende der -Aussparung 5 zu halten.

Auf dem Zylinder 3 ist ein Mantel 10 drehbar gelagert und einerseits durch eine Schulter 11 des gs Zylinders 3 und. andererseits durch einen in einer Ringnut des Zylinders^!3 angeordneten Sicherungsring 12 gegen axiale Verschiebung gegenüber dem Zylinder 3 gehalten. Der Mantel 10 besteht aus einem elastisch deformierbaren Material, z. B. aus einem Kunstpreßstoff. Zur Erhöhung der Deformierbarkeit ist der Mantel 10 auf der Innenseite mit einer Anzahl in der Längsrichtung des Spannfutters verlaufenden rinnenförmigen Aussparungen 13 versehen.

Im unteren Teil ist der Futterkörper 1 mit drei um je 120 Winkelgrade gegeneinander versetzten radialen Schlitzen 14 versehen, wodurch drei Backen 15 gebildet werden, welche zusammen einen Käfig für drei Klemmwalzen 16 bilden, die in den Schlitzen 14 radial verschiebbar angeordnet sind. Die Klemmwalzen 16 n₀ sind mit in Abständen voneinander angeordneten Eindrehungen versehen, wodurch radial vorspringende Bünde 16' gebildet werden. Zur axialen Lagensicherung der Klemmwalzen 16 dient ein Deckel 17, welcher auf der Unterseite des Spannfutters angeordnet und mittels n₅ Schrauben 18 an den Backen 15 des Mitnehmers 1 befestigt- ist. Der radiale Hub der Klemmwalzen ist nach innen, gegen die Rotationsachse des Spannfutters zu, einerseits durch je einen in eine Bohrung 19 der Walzen eingreifenden Stift 20 und andererseits durch im Deckel 17 angeordnete Einfräsungen 21 begrenzt. Im Bereiche der Klemmwalzen 16 ist der Zylinder 3 auf der Innenseite mit drei Kurvenflächen 22 mit zur Rotationsachse des Spannfutters desaxialen Wölbungszentren versehen. In diesen Kurvenflächen sind in gleichmäßigen Abständen von-

einander Rinnen 23 ausgenommen, die zur Aufnahme der Walzenbünde 16' dienen.

An den der Rotationsachse des Spannfutters weitest abliegenden Enden gehen die Rinnen 23 in je eine Steuerfläche 24 über, wobei zwischen den Einmündungsstellen der Steuerflächen 24 und den von der Rotationsachse des Spannfutters weitest abliegenden Enden der Kurvenflächen 22 je eine sich über ein Bogenstück 25' bis 25" erstreckende Sitzfläche 25 verbleibt, deren Radius dem Radius der Walzenbünde 16' entspricht.

Fig. 3 zeigt die Klemmrollen in ihrer radialen äußersten Stellung für die Aufnahme eines Bohrers mit großem Schaftdurchmesser (strichpunktiert gezeichnet). Die Spiralfeder 7 ist bestrebt, den Zylinder 3 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles A gegenüber dem Mitnehmer 1 zu drehen. Hierbei werden die Klemmwalzen 16 durch die Kurvenflächen 22 radial nach innen gegeil den Bohrerschaft gepreßt. Da die Kurvenflächen gegenüber der Rotationsachse des Futters in einer Steigerung verlaufen, wirkt der Klemmdruck der Spiralfeder 7 nicht genau radial auf die Klemmwalzen, sondern schließt in seiner Druckrichtung mit der durch das Walzenzentrum verlaufenden Radialen einen spitzen Winkel ein. Dieser Winkel ist derart bemessen, daß sein Tangens kleiner ist als der Reibungskoeffizient zwischen dem Zylinder 3 und den Klemmwalzen. Hierdurch wird ein selbsthemmender Reibungsschluß zwischen dem Zylinder 3 und den Klemmwalzen bewirkt, so daß der Reaktionsdruck des auf dem Werkzeugschaft lastenden Klemmdruckes den Zylinder 3 nicht im Öffnungssinne zurückzudrehen vermag; der Bohrerschaft bleibt zwischen den Walzen 16 festgeklemmt und wird bei rotierendem Spannfutter durch Reibungsschluß mitgenommen.

Wird ein Bohrer in das Spannfutter eingesetzt,

dessen Schaftdurchmesser etwas kleiner ist als in Fig. 3 gezeichnet, so liegen die Kurvenflächen 22 mehr in der Kurvenmitte bzw. an den hinteren, der Rotationsachse näher liegenden Enden an den Klemmwalzen an. Der Spannbereich entspricht genau dem doppelten Wert der Steigung der Kurvenflächen zwischen dem der Rotationsachse am nächsten gelegenen und dem weitest abliegenden Punkt.

Soll ein Bohrer mit kleinerem Schaftdurchmesser eingespannt werden, so muß das Futter auf die zweite Stufe umgeschaltet werden. Hierzu wird der Mantel 10 des rotierenden Spannfutters von Hand erfaßt, stillgehalten und etwas zusammengedrückt, wobei sich der Mantel deformiert und dabei eine Bremswirkung auf den Zylinder 3 ausübt. Durch die Bremswirkung wird der Zylinder 3 gegenüber dem Mitnehmer 1 relativ zurückgehalten, wobei die Klemmwalzen 16 infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft zunächst in ihre aus Fig. 3 ersichtliche äußerste Stellung gelangen, wobei die Klemmwalzen mit ihrem kleinen Durchmesser d auf den Kurvenflächen 22 abrollen. In der aus Fig. 3 ersichtlichen äußersten Stellung stoßen die Klemmwalzen mit den Bünden 16' gegen die Steuerfläche 24 der Rinnen 23. Wird nun ein weiterer zusätzlicher Bremsdruck auf den Mantel 10 ausgeübt, so wird der Zylinder 3 weiter relativ gegenüber dem Mitnehmer 1 zurückgedreht, und zwar in zum Pfeil A entgegengesetztem Richtungssinne. Hierbei werden die Klemmwalzen von den ansteigenden Steuerflächen 24 radial nach einwärts bewegt, soweit sich die Walzenbünde 16' aus den Rinnen 23 herausheben. Diese Bewegung dauert so lange an, bis der Stift 4 an dem einen Ende der Aussparung 5 zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 6 strichpunktiert dargestellt ist. In dieser Stellung sind die Walzenbünde 16' gänzlich aus den Rinnen 23 herausgehoben und liegen auf den Sitzflächen 25 auf. In dieser Stellung der Walzen wird der Zylinder 3 durch einen auf den Mantel 10 in Richtung des in Fig. 5 eingezeichneten Pfeiles B ausgeübten Zug nach unten bewegt, bis der Stift 4 an der unteren Begrenzungsfläche der Aussparung ansteht (Fig. 5). In dieser Stellung liegen die Klemmwalzen nicht mehr mit ihrem kleinen Durchmesser d, sondern mit dem großen Durchmesser ihrer Bünde 16' an den Kurvenflächen 22 an. Wird nun der Bremsmantel 10 losgelassen, so eilt der Zylinder 3 unter der Wirkung der Feder 7 der Bewegung des Mitnehmers 1 im Sinne des eingezeichneten Pfeiles A wieder voraus, wobei die Klemmwalzen von den Kurvenflächen 22 radial nach innen geschoben werden, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Je nach dem Schaftdurchmesser des Bohrers bleiben die Klemmwalzen in einer Zwischenstellung zwischen den beiden in Fig. 6 und 7 dargestellten Grenzstellungen stehen, wobei sie, wie weiter oben beschrieben, gegen den Bohrerschaft gepreßt werden und diesen unter Reibungsschluß festhalten.

Um zu verhindern, daß die Klemmwalzen beim Abbremsen des Zylinders 3 aus der in Fig. 3 dargestellten äußeren Grenzstellung des Spannbereiches unbeabsichtigt in die in Fig. 6 dargestellte Schaltstellung übergehen, ist die Anordnung so getroffen, daß der von den Backen 15 auf die Walzen 16 ausgeübte Druck D (Fig. 3) nicht mehr in tangentialer Richtung, sondern etwas nach außen gerichtet wird. Dies wird in dem dargestellten Beispiel dadurch erreicht, daß die gegen die Walzen stoßenden Kanten der Backen 15 mit einer Anflachung 15' versehen sind, so daß der Abstand der Angriffspunkte der Backen 15 an den Walzen beim Beginn des Auflaufens der letzteren auf die Kurvenflächen 24 von der Spannfuttermittelachse etwas kleiner ist als der Abstand der Walzenachse von der Spannfuttermittelachse. Dadurch wird eine radiale Druckkomponente D₁ erzeugt, welche das Bestreben hat, die Walzen radial nach außen zu drücken. Erst wenn bei stärkerem Zusammendrücken des Bremsmantels 10 diese radiale Druckkomponente durch den Gegendruck der Steuerfläche 24 überwunden wird, laufen die Klemmwalzen auf den Steuerflächen auf, um schließlich in die Schaltstellung gemäß Fig. 6 zu gelangen, in welcher Stellung die Klemmwalzen durch den am einen Ende der Aussparung 5 anliegenden Arretierbolzen 4 gehalten werden. iao

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter für Werkzeugmaschinen, insbesondere Bohrmaschinen, bei welchem in einem als Käfig ausgebildeten Spann-

futterkörpcr Klrmmwalzen angeordnet sind, die von im Innern eines auf dem Spannfutterkörper drehbaren Zylinders angeordneten, zur Rotationsachse exzentrischenKurvenflächengesteuertwerden, wobei die Klemmwalzen an einzelnen Stellen im Durchmesser abgesetzt sind, wodurch an den Walzen radiale vorspringende Bünde gebildet werden, und bei dem die Kurvenflächen mit den für die Aufnahme dieser Bünde bestimmten Rinnen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder mit den Kurvenflächen in der Achsenrichtung der Klemmwalzen (i6) verschiebbar ausgebildet ist, derart, daß in der einen Grenzstellung des Zylinders (3) die Klemmwalzen (16) mit dem großen Durchmesser und in der anderen Grenzstellung mit dem kleinen Durchmesser auf den Kurvenflächen (22) laufen, wobei an den von der Rotationsachse weitest abliegenden Bogenenden der Rinnen (22) einwärts, d. h. gegen die Rotationsachse hin gebogene Steuerflächen (24) vorgesehen sind, welche bei auf dem kleinen Durchmesser laufenden Walzen (16) in die Bewegungsbahn der Walzenbünde (16') hineinragen und gegen die Kurvenflächen hin ansteigend in diese übergehen, wodurch an dieser Stelle eine gewölbte Sitzfläche (25) für die Walzenbünde (16') gebildet wird, deren Radius dem Radius der Walzcnbünde (16') entspricht, wobei ein in zur Rotationsachse quer verlaufender Richtung elastisch deformierbarer Bremsmantel (10) drehbar außen auf den Zylinder (3) aufgesetzt ist.
2. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmantel (10) aus deformierbarem Material besteht.
3. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsmantel (10) zur Unterstützung der Deformierbarkeit mit Längsrinnen (13) versehen ist.
4. Zweistufiges Schnellwechsel-Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Angriffspunkte der Backen (15) an den Walzen bei Beginn des Auflaufens der letzteren auf die Kurvenfläche (24) von der Spannfuttermittelachse etwas kleiner ist als der Abstand der Walzenachse von der Spannfuttermittelachse, so daß der von den Backen auf die Walzen ausgeübte Druck (D) nicht mehr in genau tangentialer Richtung, sondern etwas nach außen gerichtet wirkt, und somit eine radiale Druckkomponente (D₁) erzeugt wird, die das Bestreben hat, die Walzen (16) radial nach außen zu drücken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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