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Die
Erfindung betrifft ein Backenfutter mit mechanisch angetriebenem
Getrieberad mit einer Planspiralnut zur Lagefixierung von zu bearbeitenden
Werkstücken
in Werkzeugmaschinen.
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Es
sind eine Vielzahl von Mehrbackenfuttern bekannt, die mittels eines,
in einem Futtergehäuse angeordneten
Getrieberades mit einer Planspiralnut durch unterschiedliche Zahnräder mechanisch
angetrieben werden.
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So
ist aus der
DE 1810722
C ein selbstzentrierendes Spannfutter mit Klemmbacken bekannt,
die an ihrer Rückseite
Zähne tragen,
die in mindestens eine Verstellnut eines um die Spannfutterachse
drehbaren Ringflansches eingreifen zum gleichzeitigen radialen Verstellen
der Klemmbacken, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Zähne der Klemmbacken
und die Seitenwände
der Verstellnut in Richtung auf einen Punkt der Spannfutterachse geneigt
sind und Mittel zur axialen Verlagerung des Ringes gegenüber dem
Spannfuttergehäuse
vorhanden sind, durch die gleichzeitig radiale Spannungs- und Entspannungsbewegungen
in die Klemmbacken einleitbar sind. Dabei ist die Verstellnut eine
Spiralnut und der Ringflansch mit einem Zahnkranz verbunden ist,
mit dem mindestens ein Ritzel kämmt,
das zwecks gleichzeitiger radialer Verlagerung der Klemmbacken durch
einen Spanner oder Schlüssel mechanisch
antreibbar ist.
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In
der Offenlegungsschrift
DE
2304125 A wird ein Spannfutter mit einer die Spannbacken
radial führenden
Frontplatte und einer mit dieser verbundenen Deckplatte offenbart,
wobei ein für
die Radialverstellung der Spannbacken mit einer Spirale versehener
Zahnkranz in einer von der Deckplatte abgedeckten Ringnut der Frontplatte
drehbar gelagert ist und wobei die Stoßflächen zwischen der Frontplatte
und der Deckplatte in einer einzigen Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet
daß die
Front- und Deckplatte gegeneinander ausschließlich durch den Zahnkranz, der
auch in eine Ringnut in der Deckplatte eingreift, zentriert sind.
Aus der Zeichnung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels geht des weiteren hervor,
daß der Zahnkranz über ein
Triebrad mechanisch angetrieben wird, was die radiale Verstellung der
Spannbacken zur Folge hat.
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Die
Getrieberäder
mit einer Planspiralnut werden alle über unterschiedliche Zahnräder mechanisch
angetrieben. Sie weisen jedoch das Problem einer relativ kleinen
Kraftübertragung
auf.
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Aus
der
DE 3500002 A1 ist
auch ein Kraftspannfutter bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Futterkörper
ein Spannbacken-Antriebs-System
angeordnet ist. Das Spannbacken-Antriebs-System besteht aus mehreren
Gewindespindeltrieben, die jeweils über einen Schneckenantrieb angetrieben
werden. Die radiale Backenbewegung wird erzeugt durch einen Elektromotor über einen Synchron-Antrieb,
der mittels Kette oder Zahnriemen angetrieben wird.
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Dieses
Mehrbackenfutter kann zwar eine hohe Kraftübertragung erzeugen, aber nicht
mechanisch angetrieben werden. Durch die vielen Schneckenantriebe
ist die Lösung
außerdem
nicht nur konstruktiv, sondern auch kostenmäßig sehr aufwendig.
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Die
Druckschrift
DE 35
12 139 A1 geht von einem Spannfutter für Drehmaschinen aus, mit mindestens
zwei in einem Futterkörper
radial zur Futterachse verstellbar geführten Spannbacken und einer hinter
den Spannbacken koaxial und drehbar am Futterkörper gelagerten Ringscheibe,
die auf ihrer den Spannbacken zugekehrten Seite ein als Planspirale ausgebildetes
Gewinde aufweist, mit dem die Spannbacken über an ihrer Rückseite
vorgesehene Gewindezähne
im Eingriff stehen, wobei zum Verdrehen der Ringscheibe eine Schnecke
dient, die in einen Zahnkranz der Ringscheibe greift. Der Futterkörper weist
rückwärtig eine
angeformte verlängerte
Futterhülse
auf, mit deren Hilfe das Backenfutter in der Drehmaschine zentriert
und gehalten werden kann. Die Aufgabe sieht eine Schnellverstellung
der Spannbacken zur Änderung
des Spanndurchmessers vor. Die Lösung
offenbart eine in einem Ringkörper
gelagerte Schnecke. Der Ringkörper
ist koaxial zu dem Futterkörper
und der Ringscheibe angeordnet und gegenüber beiden verdrehbar gelagert.
Dabei weist die Ringscheibe eine rückwärtige Führungshülse auf, an deren Umfangsfläche sich
der Zahnkranz befindet, in den die Schnecke eingreift, die im Ringkörper gelagert
ist und mit der Führungshülse der
Ringscheibe in Eingriff bringt. Diese ineinandergreifenden Teile
sind zueinander drehbar zum Teil auf der angeformten verlängerten
Hülse des
Futterkörper
gelagert und in den Futterkörper
und den Ringkörper
eingelassen und werden mit einer radial nach innen gehaltenen Ringschulter
und einem Sicherungsglied mit dem verlängerten Futterkörper verbunden.
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Der
konstruktive Aufbau des entgegengehaltenen Backenfutters weist eine
sehr aufwendige Konstruktion auf. Diese erfordert neben der Herstellung durch
die Vielzahl der ineinandergreifenden Teile eine aufwendige Montage
der einzelnen Baugruppen und sorgt für ein hohes Gewicht des Backenfutters.
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Die
Kraft der Schnecke muß über eine
Vielzahl von zueinander angeordneten und verdrehbaren Bauteilen
auf die Spannbacken übertragen
werden, wodurch Reibungsverluste entstehen und ein erheblicher Kraftaufwand
beim Spannen mit der Schnecke erforderlich ist. Die an dem Futterkörper angeformte Futterhülse vergrößert außerdem die
Bauhöhe
des Futterkörpers,
was neben dem höheren
Futtergewicht auch zu einem höheren
Schwungmoment führt. Außerdem besteht
bei dieser Bauform zwischen dem Spindelstock und dem Werkstück ein großer Abstand,
wodurch Schwingungen des Werkstücks
entstehen und die Arbeitsspindel einer hohen Beanspruchung unterliegt.
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Es
war deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Backenfutter mit mechanisch
angetriebenem Getrieberad mit einer Planspiralnut zur Lagefixierung
von zu bearbeitenden Werkstücken
in Werkzeugmaschinen zu schaffen, das mechanisch anzutreiben ist, eine
hohe Kraftübertragung
erzeugen kann und nicht nur zum Spannen, sondern auch zum Prägen von Werkstücken nutzbar
ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Backenfutter mit mechanisch angetriebenem
Getrieberad mit einer Planspiralnut mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Besonders
hervorzuheben ist es, daß der Antrieb
ein Schneckenantrieb ist, der in einer in die Mantelfläche des
Futtergehäuses
tangential eingeformten ersten Bohrung angeordnet und über eine Arretierungshülse mit
Innengewinde in einer zweiten Bohrung, die die erste Bohrung axial
tangiert, im Futtergehäuse
arretiert und über
eine, an der Schnecke des Schneckenantriebs angeformte, in tangentialer Richtung
aus der Mantelfläche
des des Futtergehäuses
herausragende Spannschlüsselaufnahme
mechanisch zu bedienen ist.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
des Schneckenantriebs im Futtergehäuse ermöglicht die vorteilhafte mechanische
Bedienung des Schneckenantriebs über
die aus dem Futtergehäuse
herausragende Spannschlüsselaufnahme,
in der Weise, wie das auch beim herkömmlichen Zahnradantrieb möglich ist.
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Von
besonderem Vorteil ist es des weiteren, daß die Schneckenwindungen einer
Schnecke des Schneckenantriebs über
eine tangentiale Öffnung
in der ersten Bohrung die Mantelfläche des Futtergehäuses in
Richtung der Ausnehmung durchdringen, in die Verzahnung des Getrieberads
eingreifen und dieses kreisförmig
bewegen, wodurch die in die Planspiralnut eingreifenden Backenträger mit
den Spannbacken radial und synchron zu bewegen sind.
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Durch
die direkte Übertragung
der Kräfte
des Schneckenantriebs auf das Getrieberad gestattet der Schneckenantrieb
außerdem
eine wesentlich höhere Kraftübertragung,
als dies ein hinlänglich
bekannter mechanischer Zahnradantrieb ermöglicht. Durch den stabilen
Sitz des Schneckenantriebs im Futtergehäuse und dessen Arretierung
mittels einer Arretierungshülse
wird die hohe Kraftübertragung
und eine hohe Funktionssicherheit unterstützt.
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Das
vorteilhafte Zusammenwirken des Schneckenantriebs mit dem Getrieberad
wird gewährleistet,
indem das Getrieberad ein Schneckenrad mit einer Planspiralnut ist,
an dem, nach Anspruch 2, die Verzahnung an der Umfangsfläche des Getrieberads
axial mit einer leichten Neigung zur Drehachse angeordnet ist und
das gleitende Eingreifen der Schnecke in die Verzahnung des Getrieberads
gestattet.
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Von
besonderem Vorteil ist auch der konstruktive Aufbau des Schneckenantriebs,
gemäß Anspruch
3. Die Lagerung der Schnecke in der erfindungsgemäßen Schneckenpfanne
gestattet einerseits eine stabile Arretierung im Futtergehäuse, das direkte
Eingreifen der Schneckenwindungen in die Verzahnung des Getrieberads
und andererseits die mechanische Bedienung von außen über die
Spannschlüsselaufnahme.
Die funktionelle Vielfalt des Schneckenantriebs ist insbesondere
durch die einfache, aber wirkungsvolle konstruktive Gestaltung der erfindungsgemäßen Schneckenpfanne
nach den Ansprüchen
4 und 5 gewährleistet.
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Die
einseitige Lagerung der Schnecke über den Bund im Zwischenraum
zwischen den beiden Bunden der Schneckenpfanne, nach Anspruch 6,
ermöglicht
neben der Halterung auch eine gewisse radiale Beweglichkeit der
Schnecke in der Schneckenpfanne, was die Montage des Schneckenantriebs
im Futtergehäuse
unterstützt.
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Schließlich kann
mit Hilfe des Schneckenantriebs das Backenfutter nicht nur mechanisch
angetrieben und eine hohe Kraftübertragung
erzeugt werden. Das Backenfutter mit Schneckenantrieb kann durch
die hohe Kraftübertragung
neben dem Drehen und Fräsen
auch zum Prägen
von Werkstücken
eingesetzt werden. Ein spezielles Prägefutter und die dazu erforderliche
Umrüstung
entfällt.
Die einfache Konstruktion und die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten
des erfindungsgemäß angetriebenen Backenfutters
führt demzufolge
auch zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben
werden. Die Zeichnungen zeigen dabei in
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1 eine
Draufsicht auf ein geöffnetes
und unbestücktes
Futtergehäuse,
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2 eine
Draufsicht auf das, mit Backenträgern
und Spannbacken sowie Schneckenantrieb und Getrieberad bestückte Futtergehäuse,
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3 Vorderansicht
einer Arretierungshülse,
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4 Draufsicht
auf Arretierungshülse
mit Innengewinde,
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5 Seitenansicht
eines Getrieberades umfangsseitiger Verzahnung,
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6 Draufsicht
auf das Getrieberad mit Planspiralnut,
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7 Eingriff
des Schneckenantriebs in das Getrieberad,
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8 Vorderansicht
einer leeren Schneckenpfanne,
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9 Seitenansicht
der leeren Schneckenpfanne,
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10 Draufsicht
auf die leere Schneckenpfanne,
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11 Vorderansicht
des komplettierten Schneckenantriebs,
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12 Seitenansicht
des komplettierten Schneckenantriebs,
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13 Draufsicht
auf den komplettierten Schneckenantrieb.
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1 zeigt
die Innenansicht eines leeren Futtergehäuses 1 in einer bevorzugten
materialsparenden Außenkontur
mit vorzugsweise drei Führungsnuten 1.1,
die in einer oberen Planfläche
zur Aufnahme von je einem Backenträger 2 mit Spannbacke 3 in
herkömmlicher
Weise angeordnet sind, mit einem angeformten Hohlzylinder 1.2 und
einer Mantelfläche 1.3,
die von den Führungsnuten 1.1.
in radialer Richtung durchdrungen sind, einer kreisflächenförmigen Ausnehmung 1.4 zwischen
dem Hohlzylinder 1.2 und der Mantelfläche 1.3, die von einer gegenüberliegenden
Planfläche
in den Innenraum des Futtergehäuses 1 eingeformt
ist und zur Aufnahme eines Getrieberades 4 dient, einer
erfindungsgemäß tangential
in der Mantelfläche 1.3 angeordneten Bohrung 1.3.1 mit
einer Öffnung 1.3.3 die
tangential in der Bohrung 1.3.1 verläuft und in die Ausnehmung 1.4 mündet, wobei
die Bohrung 1.3.1 zur Aufnahme eines Schneckenantriebs 6 und
die Öffnung 1.3.3, zur
Durchdringung von Schneckenwindungen 6.1.1 einer Schnecke 6.1 des
Schneckenantriebs 6 vorgesehen ist und mit einer Bohrung 1.3.2 in
der Mantefläche 1.3,
die die tangentiale Bohrung 1.3.1 axial tangiert und zur
Aufnahme einer Arretierungshülse 7 mit Innengewinde 7.1 zur
Arretierung des Schneckenantriebs 6 dient.
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In 2 ist
das Futtergehäuse 1 mit
vorzugsweise drei Backenträgern 2 mit
je einer, in den Zeichnungen nicht näher dargestellten, Spannbacke 3,
die in den Führungsnuten 1.1 radial
beweglich geführt
sind und an ihrer, in den Innenraum des Futtergehäuses 1 ragenden
Fläche
mehrere, in den Zeichnungen nicht näher dargestellte, kreisförmig um
die Drehachse des Backenfutters verlaufende Nasen aufweisen. In
der Ausnehmung 1.4 des Futtergehäuses 1 ist ein Getrieberad 4 mit
einer Planspiralnut 4.1 in Richtung der Backenträger 2 eingesetzt,
wodurch die Nasen der Backenträger 2 in
die Planspiralnut 4.1 des Getrieberads 4 eingreifen
können.
Das Getrieberad 4 ist, nach 5 und 6,
mit einer Verzahnung 4.2 ausgestattet, die axial und ein
wenig geneigt zur Drehrichtung an der Umfangsfläche des Getrieberads 4 angeordnet
ist. Der Eingriff in die Verzahnung 4.2 des Getrieberads 4 ist über die
erfindungsgemäße tangentiale Öffnung 1.3.3 in
der tangentialen Bohrung 1.3.1 und in der Mantelfläche 1.3 des
Futtergehäuses 1 gewährleistet.
In der tangentialen Bohrung 1.3.1 ist ein Schneckenantrieb 6 so
eingesetzt, daß die
Schneckenwindungen 6.1.1 einer Schnecke 6.1 die Öffnung 1.3.3 durchdringen
und, wie in 7 näher dargestellt, in die Verzahnung 4.2 des
Getrieberads 4 eingreifen können und daß eine an der Schnecke 6.1 angeformte
Spannschlüsselaufnahme 6.1.3.
aus der Mantelfläche 1.3 des
Futtergehäuses 1 herausragt.
Um dem Schneckenantrieb 6 in der tangentialen Bohrung 1.3.1 der
Mantelfläche 1.3 des
Futtergehäuses 1 stabil
und funktionssicher arretieren zu können, wird eine, in 3 und 4 näher gezeigte
Arretierungshülse 7 mit
einem Innengewinde 7.1 mittels eines in das Innengewinde 7.1 eingeschraubten
Gewindebolzens in die, die Öffnung 1.3.3 axial
tangierende, Bohrung 1.3.2 geschoben, bis die Arretierungshülse 7 in eine
Ausnehmung 6.2.4 eingreift, die an der äußeren Mantelfläche 6.2.1 einer Schneckenpfanne 6.2 des
Schneckenantriebs 6 angeordnet ist. Wenn die Arretierungshülse 7 in
der Bohrung 1.3.2 von außen unsichtbar verschwunden und
der Schneckenantrieb 6 fest im Futtergehäuse 1 verankert
ist kann der als Montagehilfsmittel dienende Gewindebolzen aus der
Arretierungshülse 7 heraus
geschraubt und das Futtergehäuse 1 mit
einer herkömmlichen,
in den Zeichnungen vernachlässigten,
Trägerplatte
verschlossen werden.
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In 11, 12 und 13 ist
der konstruktive Aufbau des kompletten erfindungsgemäßen Schneckenantriebs 6 näher dargestellt.
Der Schneckenantrieb besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einer herkömmlichen
Schnecke 6.1 mit Schneckenwindungen 6.1.1, einem
radialen Bund 6.1.2 und einer stirnseitig angeformten Spannschlüsseaufnahme 6.1.3,
die in 13 zu sehen sind und aus einer
multifunktionalen Schneckenpfanne 6.2, die in 8, 9 und 10 dargestellt
ist. In 10 ist die leere Schneckenpfanne 6.2 gezeigt,
die im wesentlichen ein zylindrischer Hohlkörper mit einer Mantelfläche 6.2.1 ist,
die in axialer Richtung eine, über
die gesamte Länge
verlaufende Unterbrechung 6.2.2 aufweist, die etwa ein
Drittel des Kreisumfangs ausspart und die nach 9 der
Schneckenpfanne 6.2 einen krallenförmigen Querschnitt verleiht.
An der inneren Mantelfläche 6.2.1 der
Schneckenpfanne 6.2 sind an einem Ende zwei, radial nach
innen gerichtete, im Bereich der Unterbrechung 6.2.2, ebenfalls
unterbrochene Bunde 6.2.3 angeformt. Die beiden Bunde 6.2.3 bilden
einen Zwischenraum 6.2.5 zueinander der etwa der Breite
des Bundes 6.1.2 der Schnecke 6.1 entspricht.
Die sich jeweils gegenüberliegenden zwei
freien Enden der Bunde 6.2.3 überragen die Kanten der Unterbrechung 6.2.2 der
Schneckenpfanne 6.2 gabelförmig, was in 8 erkennbar
ist. Außerdem
weist die äußere Mantelfläche 6.2.1 der Schneckenpfanne 6.2 eine
tangentiale Ausnehmung 6.2.4 zur Arretierung des Schneckenantriebs 6 auf. Die
Multifunktionalität
der Schneckenpfanne 6.2 ist dadurch gewährleistet, daß sie im
Zwischenraum 6.2.5 zwischen den beiden Bunden 6.2.3 die
Schnecke 6.1 aufnimmt und drehbar hält. Durch die Unterbrechung 6.2.2 in
der Mantefläche 6.2.1 ist
das Eindringen bzw. Eingreifen der Schneckenwindungen 6.1.1 in
die tangentiale Öffnung 1.3.3 des
Futtergehäuses 1 und
damit das Eingreifen in die Verzahnung 4.2 des Getrieberads 4 gewährleistet.
Die offene Stirnfläche
der Schneckenpfanne 6.2 sichert das stirnseitige Durchdringen
der Spannschlüsselaufnahme 6.1.3 durch
das Futtergehäuse 1 und
damit die mechanische Bedienbarkeit des Schneckenantriebs 6.
Schließlich
gestattet die tangentiale Ausnehmung 6.2.4 in der äußeren Mantelfläche 6.2.1 der Schneckenpfanne 6.2 die
funktionssichere Arretierung des Schneckenantriebs 6 mit
Hilfe der Arretierungshülse 7 im
Futtergehäuse 1.
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- 1
- Futtergehäuse,
- 1.1
- Führungsnuten,
- 1.2
- Hohlzylinder,
- 1.3
- Mantelfläche,
- 1.4
- Ausnehmung,
- 2
- Backenträger,
- 3
- Spannbacken,
- 4
- Getrieberad,
- 4.1
- Planspiralnut,
- 4.2
- Verzahnung,
- 6
- Schneckenantrieb,
- 6.1
- Schnecke,
- 6.1.1
- Schneckenwindungen,
- 6.1.2
- Bund,
- 6.1.3
- Spannschlüsselaufnahme,
- 6.2
- Schneckenpfanne,
- 6.2.1
- Mantelfläche,
- 6.2.2
- Unterbrechung,
- 6.2.3
- Bund,
- 6.2.4
- Ausnehmung
- 6.2.5
- Zwischenraum,
- 7
- Arretierungshülse,
- 7.1
- Innengewinde