DE2331863A1

DE2331863A1 - Kraftbetaetigtes spannfutter

Info

Publication number: DE2331863A1
Application number: DE2331863A
Authority: DE
Inventors: Guenter Horst Roehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2234078A1; GB1425536A; FR2234078B1; US3926446A; IT1014351B

Description

PATENTANWALT DIPL-PHYS. DS.. HERMANN FAY

Günter Horst Röhm

7927 Sontheim Heinrich-Röhm-Str. 50

79 Ulm, 20. Juni 1973 sch PG/4006

Kraftbetätigtes Spannfutter

Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen mit mehreren in einem Futterkörper radial geführten Spannbacken, die zu ihrer Verstellung an einen oder mehrere Treibkolben angeschlossen sind, von welchen Jeder an der Drehung des Spannfutters teilnimmt und als Axialoder Drehkolben verstellbar in einem Zylinderraum des Futterkörpers angeordnet ist, wobei die beiden Zylinderteilräume beidseits des Treibkolbens wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar sind und hierzu über im Futterkörper befindliche Druckmittelkanäle und gegebenenfalls Rückschlagventile mit Druckmittelanschlüssen an einem am Futterkörper gelagerten feststehenden Veerteilerring in Verbindung stehen,

Derartige Spannfutter sind bekannt* Bei ihnen besitzt der Verteilerring zwei axial nebeneinander liegende, jeweils

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Adresse Telefon

79 Ulm/Donau, EnsingerstraSe 21 (07 31) 64946

Telegramme Pnxpat Uhndonau

Postscheckkonto Stuttgart 73231

Bankkonto

Deutsche Bank AG Ulm IM 671

radial zur Umfangsflache hin offene Nuten, die mit je
einem der Druckmittelanschlüsse in Verbindung stehen. Xn
jede Nut ist ein elastisch verformbarer Dichtring aus
Gummi oder dergl. eingelegt, der gegen die Nutseitenwände abdichtet und radiale Öffnungen zum Durchtritt des Druckmittels besitzt. Jedem Dichtring gegenüber befindet sich
in der Ümfangsfläche des Futterkörpers eine umlaufende
Sammelnut, in welcher jeweils einer der Druckmittelkanäle mündet· Wird einer der Druckmittelanschlüsse mit einer
Druckmittelquelle in Verbindung gebracht, so wird der zugeordnete Dichtring unter dem sich in seiner Nut aufbauenden Druck elastisch gegen die Umfangsflache des Futterkörpers gepreßt und dadurch der Spalt zwischen Verteilerring und Futterkörper abgedichtet, wobei das Druckmittel durch die radialen Öffnungen des Dichtringes in den Sammelkanal des Futterkörpers und von dort in den zugeordneten Zylinderteilraum strömt, um den Treibkolben in jeweils gewünschter Richtung zu verschieben» Nachteilig bei dieser Ausführungsform wie im übrigen auch bei allen ähnlichen Konstruktionen ist die Tatsache, daß der zusammen mit dem Verteilerring stillstehende Dichtring bei seiner Anpressung gegen den

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Futterkörper auf diesen eine hohe Reibung ausübt, so daß die Druckbeaufschlagung der Anschlüsse und das Überstörmen des Druckmittels vom Verteilerring zum Futterkörper nur bei Stillstand des Spannfutters erfolgen kann. Bei laufendem Spannfutter umuß dagegen die Druckmittelquelle abgeschaltet werden, damit sich der stillstehende Dichtring vom rotierenden Futterkörper lösen kann· Um dennoch auch dann die vom Druckmittel bewirkte Einspannung des Werkstückes aufrechtzuerhalten, muß das Druckmittel in den Zylinderteilräumen eingespjperrt werden, wozu steuerbare Rückschlagventilanordnungen dienen. Zeigen jedoch diese Rückschlagventile oder die Abdichtung des Treibkolbens in seinem Zylinderraum auch nur geringe Undichtigkeiten, so findet in dem jeweils unter Druck stehenden Zylinderraum ein Druckabfall statt mit der Gefahr, daß sich die Einspannung des Werkstückes bei laufendem Futter löst und das Werkstück vom Futter abfliegt.

Diese Gefahr soll durch die Erfindung vermieden werden, der somit die Aufgabe zugrunde liegt, ein kraftbetätigtes Spannfutter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Übertritt des Druckmittels vom stillstehenden Verteilerring

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zum Futterkörper und dort in den jeweiligen Zylinderteilraum ständig, also auch bei laufendem Spannfutter erfolgen und also der jeweils unter Druck stehende Zylinderteilraum auch bei sich drehendem Putter mit der Druckmittelquelle in Verbindung bleiben kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verteilerring in eine an der Umfangsflache des Futterkörpers umlaufende Führungsnut eingesetzt und axial gegen die beiden Stirnflächen der Führungsnut durch Wälzlager abgestützt ist, daß ferner die Druckmittelkanäle in diesen Stirnflächen münden, und daß für jede Mündung ein eigener Dichtring vorgesehen ist, der koaxial zum Verteilerring jeweils in eine axial offene und mit einem der Druckmittelanschlüsse verbundene Ringnut des Verteilerringe eingesetzt, unter Bildung eines ringförmigen Druckraumes gegen die Seitenwände dieser Nut durch elastische Dichtmittel, die ein axiales Bewegungsspiel des Dichtringes ermöglichen, abgedichtet und mit einer zur Stirnfläche der Führungsnut parallelen Lauffläche, sowie mit einer darin mündenden axialen Druckmittelbohrung versehen ist, wobei der Druckraum der Ringnut über diese

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Druckmittelbohrung und *inen axial offenen Ringkanal in der Lauffläche dee Dichtringes und/oder der Stirnfläche der Führungsnut mit der zugeordneten Mündung der Druckmittelkanäle im Futterkörper in Verbindung steht, und wobei die Lauffläche de» Dichtringes im Vergleich zu seiner gegenüberliegenden, den Druckraum der Ringnut abschließenden Stirnfläche soweit vergrößert ist, daß der statisch· Druck des zwischen der Lauffläche des Dichtringes und der Stirnfläche der Führungsnut austretenden Druckmittel-Lecketromes den Dichtring gegen den im Druckraum der Ringnut herrschenden Druck nach Art eines hydrostatischen Gleitlagers entlastet, unter Umständen sogar von der Stirnfläche der Führungsnut geringfügig abhebt. Aus Platzgründen empfiehlt es sich die Dichtringe sich gegenüberliegend beidseits des Verteilerringes anzuordnen. Selbstverständlich besteht im übrigen die Möglichkeit, die Laufflächen der Dichtringe und/oder die Stirnflächen der Führungsnut mit einem verschleißfesten Gleitbelag su versehen.

Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht im wesentlichen darin, daß das Druckmittel, das ein hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel, insbesondere Druckfluft

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sein kann, den jeweils auf der Druckseite der Anordnung befindlichen Dichtring in einer Art schwimmendem Gleichgewicht hält, so daß der Anpreßdruck des Dichtringes gegen den umlaufenden Futterkörper gering ist, wobei sich im übrigen im Spalt zwischen den relativ zueinander bewegten Flächen aus dem als Leckstrom austretenden Druckmittel ein Druckpolster bilden kann, das jede direkte Reibung zwischen den Flächen weitgehend verhindert. Verschleißerscheinungen durch Reibung können daher weitgehend vermieden werden, so daß ia Ergebnis auch bei laufendem Spannfutter die Druckmittelquelk. angeschaltet bleiben kann und durch Lecks oder dergl. in Futter entstehende Druckmittelverluste jederzeit aus der Druckmittelquelle ersetzt werden können.

Ib folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung teilweise lediglich schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch ein Spannfutter nach der Erfindung.

Das in der Zeichnung dargestellte Spannfutter ist als sogenanntes Vorderendfutter mit freiem Drurchgang 1 ausgebildet.

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Es besitzt mehrere Ira Futterkörper 2 in radialen Nuten 3 verstellbare Spannbacken k, die am Futterkörper 2 um jeweils 120 Versetzt angeordnet sind und von welchen in der Figur nur eine dargestellt ist, wobei die Backen je nach Art der vorzunehmenden Einspannung verschieden gestaltet und mit nicht dargestellten Aufsatzbacken versehen sein können. Die Backen 4 sind über einen allgemein bei 5 angedeuteten üblichen Keiltrieb an einen an der Drehung des Spannfutters teilnehmenden Treibkolben 6 angeschlossen, wobei der Anschluß im Ausführungsbeispiel über eine Treibhülse 7 erfolgt, die am vorderen Ende jeweils Keilhaken 8 trägt, die zur Bildung der Keiltriebe 5 i* zugeordnete Keilnuten an den Spannbacken k eingreifen, so daß bei Verschiebung des Treibkolbens 6 in der Figur nach links die Spannbacken k radial nach innen, bei Verschiebung nach rechts dagegen radial nach außen verstellt werden.

Der Treibkolben 6 ist axial verschiebbar in einem Zylinderraum 9 des Futterkörpers 2 angeordnet. Zur Verschiebung des Treibkolbens 6 können die beiden Zylinderteilräume 9a, 9b beidseits des Treibkolbens wahlweise mit einem pneumatischen oder hydraulischen Druckmittel, insbesondere Druckfluft, beaufschlat werden,

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Dazu sind sie über im Futterkörper 2 verlaufende Druckmittelkanäle 10a, 10b und 11a, 11b und über allgemein mit 12 bezeichnete/steuerbare Rückschlagventile mit Druckmittelanschlüssen 13a» 13b verbunden, die sich an einem am Futterkörper 2 gelagerten, feststehenden, also nicht an der Drehung des Futterkörpers teilnehmenden Verteilerring 14 befinden. Dieser Verteilerring ist in eine an der Umfangsfläche 2a des Futterkörpers 2 umlaufende Führungsnut 15 eingesetzt und axial gegen die beiden Stirnflächen 16 durch Kugellager 17 abgestützt. Um das Einsetzen des Verteillerringes 14 in die Führungsnut I5 zu ermöglichen, kann der Futterkörper zweiteilig ausgebildet sein, was aber in der Zeichnung der Einfachheit wegen nicht dargestellt ist. In den sich gegenüberliegenden Stirnflächen 16 der Führungsnut 15 münden jeweils bei 10a^Abzw. 10b'die DruckmittelkanfLle 10a, 10b, und jeder dieser Mündungen ist ein eigener Dichtring 18a, 18b zugeordnet, der sich im wesentlichen starr verhält und aus einem Metall oder steifen Kunststoff bestehen kann» Diese Dichtringe 18a, 18b sind jeweils koaxial zum Verteilerring in beidseits derselben befindliche Ringnuten 19a» 19b eingesetzt und gegen die Seitenwände der Nuten 19a bzw. 19 b durch

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elastische Diclitinittel 20 wie Gummiringe oder dergl_o abgedichtet, so daß im Nütinneren jeweils ein ringförmiger Druckraum 21a, bzw. 21b gebildet wird. Die elastischen Dichtmittel 20 sind so eingestellt und ausgebildet, daß sie ein zumindest geringes axiales Verschiebungsspiel der Dichtringe 18a, 18b in ihren Ringnuten 19a, 19b ermöglichen. Die Dichtringe 18a, 18b besitzen jeweils eine der zugeordneten Stirnfläche 16 der Führungsnut 15 zugewandte Lauffläche 22, die mit der Stirnfläche völlig planparallel läuft. In der Lauffläche 22 jedes Dichtringes 18a, 18b mündet eine axiale Druckmittelbohrung 23a» 23b. Der Druckraum 21a bzw. 21b steht über diese Druckmittelbohrung 23a bzw. 23b mit der zugeordneten Mündung 10 a'bzwo 10b' der Druckmittelkanäle 10a bzw. 10b im Futterkörper 2 in ständiger Verbindung, und zwar auch dann, wenn sich der Futterkörper 2 gegenüber dem Verteilerring 14 und den Dichtringen 18a, 18b dreht, was durch Ringkanäle 24a, 24b erreicht wird, die im Futterkörper 2, stattdessen oder zusätzlich auch in den Dichtringen 18a, 18b selbst vorgesehen sein können. Die Lauffläche 22 jedes Dichtringes 18a, 18b ist im Vergleich zu seiner gegenüberliegenden, jeweils den Druckraum 21 bzw. 21b

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abschließenden Stirnfläche 25 so vergrößert, daß der statische Druck des zwischen der Lauffläche 22 und der Stirnfläche 16 der Führungsnut 15 austretenden Leckstromes des Druckmittels den Dichtring 18a bzw. 18b gegen den im jeweiligen Druckraum 21a bzw_o 21 b herrschenden Druck zumindest nahezu in eimen gleichsam schwimmenden Gleichgewicht hält, so daß die Andruckkraft des Dichtringes gegen die ihm zugeordnete Stirnfläche 16 sehr klein ist und damit Verschleißerscheinungen praktisch kaum mehr eine Rolle spielen» Es besteht sogar die Möglichkeit, die Verhältnisse so zu wählen, daß sich der Dichtring geringfügig·mit seiner Lauffläche 22 von der jeweiligen Stirnfläche 16 nach Art eines hydrostatischen Gleitlagers abhebt, so daß sich im drehenden Betrieb des Spannfutters ein Druckpolster aus dem Druckmittel zwischen den relativ gegeneinander bewegten Flächen bildet und eine unmittelbare Reibung zwischen den feststehenden Dichtringen 18a, 18b und dem Futterkörper 2 vollständig vermieden wird. In jedem Fall kann auf solche Weise zwischen dem Dichtring und der Stirnfläche 16 eine praktisch nicht oder mit nur sehr geringen Antriebsverlusten verbundene Dichtwirkung aufrecht erhalten werden, die es immer ermöglicht, die Zylinderteilräume 9a. oder 9b auch während der

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Drehung des Futtere von den Druckmittelanschlüssen 13a» 13b her ständig mit dem Druckmittel, insbesondere Druckluft, zu beaufschlagen« Der im Dichtspalt zwischen Lauffläche 22 und Stirnfläche 16 austretende Leckstrom stört bei Verwendung von Druckluft als Druckmittel nicht. Wird ein hydraulisches Druckmittel verwendet, kann der Leckstrom durch Sammelnuten ohne weiteres aufgefangen und abgeführt werden, was in der Zeichnung aber nicht dargestellt ist.

Zum Betrieb des beschriebenen Futters mit beispielsweise Druckluft kann die Druckluftquelle weichselweise mit den Anschlüssen 13a, 13b verbunden werden. Erfolgt die Zufuhr der Druckluft über den Anschluß 13a, so strömt die Luft durch die Bohrung 23a, den Ringkanal 24a und durch die Kanäle 10a und 11b in den Zylinderteilraum 9b, da sich das Rückschlagventil 12a unter dem Druck der Luft öffnet. Gleichzeitig verschiebt der Luftdruck den Steuerkolben 12c nach rechts, der somit das Rückschlagventil 12b zwangsweise öffnet, so daß die Luft aus dem Zylinderteilraum 9a durch die Kanäle 11a

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und 10b, die Ringnut 24b, die Bohrung 23 b und durch den
Anschluß 13b entweichen kann. Im Ergebnis bewegt sich
der Treibkolben 6 in der Zeichnung nach links. Der umgekehrte Bewegungsablauf ergibt sich, wenn der Anschluß 13b mit der Druckquelle verbunden wird, wobei der Steuerkolben 12c eine entsprechende Umsteuerung erfährt und das Rückschlagventil 12a öffnet, so daß der Zylinderteilraum 9t> entspannt werden kann. Xn dem Jeweils unter Druck stehenden Druckraum 21a oder 21b drückt die Luft den Dichtring 18a bzw. 18b nach außen gegen die entsprechende Stirnfläche 16 der Führungsnut 15· Jedoch baut der zwischen der Lauffläche 22 und der Stirnfläche 16 nach außen entweichende Leckstrom einen
Gegendruck auf, der je nach dem Verhältnis der > Dichtringflächen 22 und 25 der gegen die Stirnfläche 16 gerichteten Kraft entgegenwirkt und dadurch diese Kraft verringert oder sogar gänzlich aufheben kann, so daß in jedem Fall die direkte "trockene" Seibung zwischen Dichtring und Futterkörper
keine erhebliche Rolle spielt. Um insoweit Schwierigkeiten auch beim Umschalten der Druckmittelquelle, wenn sich also das Kräftespiel am Dichtring noch nicht vollständig eingestellt hat, zu vermeiden, kann es sich im übrigen empfehlen,

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die Stirnfläche 16 oder/und die Lauffläche 22 mit einem verschleißfesten, reibungsarmen Belag aus geeigneten Kunststoffen, wie Polyamiden, zu versehen. - In dem jeweils nicht unter Druck stehenden Druckraum 21a bzw. 21 b kann die entweichende Luft keine nennenswerte Kraft auf den Dichtring ausüben. Hier reicht daher der statische Druck der fast entspannten Luft im zugeordneten Ringkanal 24a bzw. 24b aus, um den Dichtring gegen eine etwaige Kraft der elastischen Dichtmittel 20 soweit in seine Ringnut 19a bzw. 19b zurückzudrükken, daß störende Reibungen auch hier zwischen Dichtring und Futterkörper vermieden werden.

Anstelle eines gemeinsamen Treibkolbens 6 für sämtliche Spannbacken k kann auch für jede Spannbacke h in an sich bekan*nter Weise ein eigener Treibkolben vorgesehen werden. Je nach Ausbildung der Kraftübertragung zwischen dem oder den Treibkolben und den Spannbacken können die Treibkolben außer als Axialkolben auch als Drehkolben bei entsprechender Ausbildung und Anpassung des "Zylinder"-Raumes ausgeführt sein.

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Claims

-Ik-

Ansprüche

/ 1.JKraftbetätigtes Spannfutter für Drehmaschinen mit mehreren in einem Futterkörper radial geführten Spannbacken, die zu ihrer Verstellung an einen oder mehrere Treibkolben angeschlossen sind, von welchen jeder an der Drehung des Spannfutters teilnimmt und als Axialkolben oder Drehkolben verstellbar in einem Zylinderraum des Futterkörpers angeordnet ist, wobei die beiden Zylinderteilräume beidseits des Treibkolbens wahlweise mit Druckmittel beaufschlagbar sind und hierzu über im Futterkörper befindliche Druckmittelkanäle und gegebenenfalls Rückschlagventile mit Druckmittelanschlüssen an einem am Futterkörper gelagerten feststehenden Verteilerring in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerring (14) in eine an der Umfangsflache (2a) des Futterkörpers (2) umlaufende Führungsnut (15) eingesetzt und axial gegen die beiden Stirnflächen (16) der Führungsnut durch Wältzlager (17) abgestützt ist, daß ferner die Druckmittelkanäle (iOa, 10b) in diesen

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Stirnflächen (i6) münden, und daß für jede Mündung (1Oa', 10b') ein eigener Dichtring (i8a, 18b) vorgesehen ist, der koaxial zum Verteilerring (15) jeweils in eine axial offene und mit einem der Druckmittelanschlüsse (I3a» 13b) verbundene Ringnut (i9a, 19b) des Verteilerringes eingesetzt, unter Bildung eines ringförmigen Druckraumes (21a, 21b) gegen die Seitenwände dieser Nut (i9a, 19b) durch elastische Dichtmittel (20), die ein axiales Bewegungsspiel des Dichtringes (i8a, 18b) ermöglichen, abgedichtet und mit einer zur Stirnfläche (16) der Führungsnut (15) parallelen Lauffläche (22), sowie mit einer darin mündenden axialen Druckmittelbohrung (23a, 23b) versehen ist, wobei der Druckraum (21a, 21b) der Ringnut (i9a, 19b) über diese Drucknittelbohrung (23a, 23b) und einen axial offenen Ringkanal (24a, 24b) in der Lauffläche (22) des Dichtringes (I8a, 18b) und/oder der Stirnfläche (16) der Führungsnut (I5) mit der zugeordneten Mündung (iOa'_f 10b') der Druckmittelkanäle (iOa, 10b) im Futterkörper (2) in Verbindung stfcht, und wobei die Lauffläche (22) des Dichtringes (18a, 18b) im Vergleich zu seiner gegenüberliegenden,

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den Druckraum (21a, 21b) der Ringnut abschließenden Stirnfläche (25) vsoweit vergrößert ist, daß der statische Druck des zwischen der Lauffläche (22) des Dichtringes (i8a, 18b) und der Stirnfläche (16) der Führungsnut (15) austretenden Druckmittel-Leckstromes den Dichtring (i8a, 18b) gegen den im Druckraum (21a, 21b) der Ringnut (i9a» 19b) herrschenden Druck nach Art eines hydrostatischen Gleitlagers entlastet, unter Umständen sogar,von der Stirnfläche (16) der Führungsnut (15) geringfügig abhebt.
2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (I8a, 18b) sich gegenüberliegend beidseits des Verteilerringes (1^) angeordnet sind.
3. Spannfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (22) der Dichtringe (l8a, 18b) und/oder die Stirnflächen (16) der Führungsnut (15) ^mi* einem verschleißfesten Gleitbelag versehen sind.

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