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Druckmittelbetätigtes Spannzangenfutter
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Kraftbetätigte Spannzangenfutter dienen dazu, Mehrzweckdrehbänke und
Mehrzweckdrehmaschinen etwa für das Bearbeiten von Stangenmaterial umzurüsten. Diese
Spannzangenfutter werden als sogenannte Vorderendspannfutter bei Bedarf mit dem
vorderen Ende der Maschinenspindel verbunden, wo sonst das Dreibackenfutter sitzt.
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Gegenüber der normalen Spannzangeneinrichtung mit einem Zugrohr, das
vom hinteren Ende der Maschinenspindel her durch diese hindurch auf die Spannzange
aufgeschraubt wird und stets an dem von der Spannzange entfernten Ende betätigt
werden muß, haben die Vorderendspannfutter den Vorteil, daß die Durchlaßweite der
Maschinenspindel
voll ausgenutzt werden kann, daß das Betätigen
des Spannfutters von vorne, also von der Bearbeitungsstelle aus erfolgen kann und
daß das Spannen und Lösen im allgemeinen schneller und sicherer ausgeführt werden
kann.
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Die durch Muskelkraft mechanisch mittels einer kniehebelanordnung
betätigten Spannzangenfutter haben zwar einen sehr einfachen Aufbau und entsprechend
geringe Herstellungskosten. Ihre Spannkraft ist aber trotz der Kniehebelübersetzung
beschränkt.
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Wegen der notwendigen Übersetzung ist ihr Spannweg nur sehr klein.
Sie eignen sich daher nur für eng toleriertes, z.B. gezogenes oder geschältes Stangenmaterial
oder sonstwie vorbearbeitete Werkstücke geringen Durchmessers. Außerdem erfordern
sie bei jedem Spannvorgang einen nicht unbeträchtlichen Kraftaufwand durch die Bedienungsperson.
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Bei den druckmittelbetätigten Spannzangenfuttern ist der Bedienungsaufwand
auf das Betätigen von Schaltelementen verringert. Bei ihnen kann der Werkstückwechsel
schneller und vor allem sicherer ausgeführt werden und sie haben eine vielfach höhere
Spannkraft. Die bekannten druckmittelbetätigten Spannzangenfutter kann man in zwei
Gruppen einteilen. Die erste Gruppe umfaßt diejenigen Spannzangenfutter, die an
oder in ihrem umlaufenden Grundkörper einen Kraftspeicher aufweisen, der meist durch
mehrere Tellerfedersätze gebildet wird und der im Ruhezustand des Spannfutters die
Spannzange gespannt hält. Die Spannzange wird mittels eines druckmittelbetätigten
Kolbenantriebes gelöst, der in einem stillstehenden Arbeitsraum einen durch das
Druckmittel axial verschiebbaren Arbeitskolben aufweist, dessen Betätigungskraft
über Wälzlager auf die umlaufenden Teile des Spannfutters übertragen wird und dort
unter Überwindung der Spannkraft des Federkraftspeichers die die Spannzange einspannenden
Spannteile in axialer Richtung auseinanderbewegt und dadurch die Spannzange löst.
Die zweite Gruppe umfaßt diejenigen Spannzangenfutter, bei denen in oder an ihrem
umlaufenden Grundkörper ein Federkraftspeicher zum Spannen der
Spannzangen
nicht vorhanden ist. Bei diesen Spannfuttern wird die Spannkraft zum Spannen der
Spannzangen von außen her, von einem stillstehenden Arbeitskolben über Wälzlager
auf die umlaufenden Spannteile übertragen. Bei diesem Kolbenantrieb,der, wie bei
der ersten Gruppe der druckmittelbetätigten Spannfutter, einen Arbeitsraum und einen
darin durch das Druckmittel axial verschiebbaren Arbeitskolben aufweist, wird demnach
während des Spannbetriebes das Druckmittel ständig zugeführt und zum Lösen der Spannzange
die Druckmittelzufuhr unterbrochen.
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Meist ist noch eine Rückholfeder für die Spannteile vorhanden, die
nach der Unterbrechung der Spannkraft ein sicheres Lösen der Spannteile gewährleisten
soll.
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Bei den druckmittelbetätigten Spannzangenfuttern der ersten Gruppe
(z.B. nach DAS 16 02 716) sind der Kolbenantrieb zum Lösen der Spannzange und die
seine Lösekraft auf die umlaufenden Spannteile übertragenden Wälzlager nur während
der Zeitspanne belastet, während der die Spannzange für den Werkstückwechsel gelöst
ist. Bei diesen Spannzangenfuttern ist es aber sehr schwierig, die einzelnen Tellerfedersätze
des Federkraftspeichers auf eine untereinander gleiche Federkraft einzustellen,
um ein Verziehen oder Verkanten der gegeneinander gespannten Teile zu vermeiden.
Genau genommen ist das nur für einen ganz bestimmten Einstellzustand mit Hilfe einer
Einstellehre möglich. Da die Spannkraft des Federkraftspeichers wegabhängig ist,
wird die eingestellte Spannkraft nur bei einem ganz bestimmten Werkstückdurchmesser
erreicht. Bei Werkstücken mit Untermaß ist die Spannkraft kleiner und bei Werkstücken
mit übermaß ist sie größer als der Sollwert. Im erstgenannten Fall kann die sichere
Einspannung des Werkstückes gefährdet sein.
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Im letztgenannten Fall kann das Werkstück überbeansprucht werden,
wenn es aus einem Werkstoff geringer Festigkeit besteht oder wenn es sich um ein
dünnwandiges Hohlteil handelt. Bei diesen Spannzangenfuttern- läßt sich der Sollwert
der Spannkraft entweder überhaupt nicht oder nur mit großem Aufwand und unter großen
Schwierigkeiten und allenfalls in sehr groben Stufen
verändern und
an unterschiedliche Spannkraftanforderungen der Werkstücke anpassen. Die Einsatzmöglichkeiten
dieser Spannzangenfutter sind daher sehr beschränkt.
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Bei den Spannzangenfuttern der zweiten Gruppe läßt sich die Spannkraft
in weiten Grenzen verändern und an unterschiedliche Spannkraftanforderungen der
W rkstücke dadurch anpassen, daß der Druck des Druckmittels für die Betätigung des
Kolbenantriebes verändert wird. Diese Spannzangenfuttern haben aber den großen Nachteil,
daß die Wälzlager, die die Spannkraft von dem stillstehenden Kolbenantrieb auf die
umlaufenden Spannteile übertragen während des Spannbetriebes ständig voll belastet
sind. Dadurch sind sowohl die übertragbare Spannkraft wie auch die Betriebsdrehzahl
auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt.
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Dadurch sind die Einsatzmöglichkeiten auch dieser Spannzangenfutter
begrenzt.
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Der im Anspruch 1 genannten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein druckmittelbetätigtes Spannzangenfutter zu schaffen, dessen Einsatzmöglichkeiten
weiter reichen, als bei den bekannten Spannzangenfuttern.
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Durch die Anordnung des Arbeitsraumes am Grundkörp.er des Spannzangenfutters
und durch die Übertragung des Druckmittels von einem stillstehenden Zuführteil über
das Druckmittelübertragungsorgan zum umlaufenden Grundkörper kann der im Arbeitsraum
durch das Druckmittel axial verschiebbare Arbeitskolben unmittelbar, insbesondere
ohne Zwischenschaltung von Wälzlagern, auf das verschiebbare Spannteil einwirken
und somit auf denkbar unmittelbare Weise die Spannzange spannen. Durch Ändern des
Druckmitteldruckes kann die Spannkraft beliebig geändert und allen Spannkraftanforderungen
angepaßt werden. Durch das Fehlen von durch die Spannkraft belasteten Wälzlagern
kann dieses Spannzangenfutter bei allen vorkommenden Maschinendrehzahlen eingesetzt
werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Bei einem nach Anspruch 2 ausgestalteten Spannzangenfutter wird die
zylindris-che Führungs- und Gleitfläche zwischen dem Grundkörper und dem darin verschiebbaren
Spannteil durch das Druck-Allein mittel beaufschlagt. / schon dadurch, noch mehr
aber bei einem nach Anspruch 3 und 4 ausgestalteten Spannzangenfutter, wird insbesondere
beim Spannvorgang eine Druckschmierung für den verschiebbaren Spannteil geschaffen.
Infolge der schwimmenden Lagerung" des verschiebbaren Spannteils sind die Reibungskräfte
verschwindend gering und die vom Arbeitskolben erzeugte Schubkraft kann voll in
Spannkraft umgesetzt werden. Gleichzeitig kann infolge der besonderen Wirkung dieser
Druckschmierung die Passung zwischen der zylindrischen Führungsfläche des Grundkörpers
und dem verschiebbaren Spannteil sehr eng gehalten werden, wodurch eine außergewöhnlich
hohe Spanngenauigkeit erreicht wird. Infolge der die ganze Führungsfläche des verschiebbaren
Spannteils erfassenden Druckschmierung wird ein Verschlein der aneinander entlanggleitenden
Zylinderflächen vermied-en5 wodurch zumindest insoweit die Lebensdauer des Spannzangenfutters
erheblich verlängert wird und die Spanngenauigkeit während der gesamten Lebensdauer
unverändert erhalten bleibt.
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Durch die Druckmittelleitung innerhalb der Wandung des verschiebbaren
Spannteils werden gesonderte Leitungen eingespart und der Aufbau des Spannzangenfutters
vereinfacht. Bei einem nach Anspruch 7 ausgesta-lteten Spannzangenfutter haben die
gemeinsam miteinander verschiebbaren Teile, nämlich der Arbeitskolben und die Spannhülse,
untereinander eine hohe Rundlaufgenauigkeit, wodurch ihre zylindrischen Führungs-
und Gleitflächen sehr genau miteinander fluchten Die Ausgestaltung des Spannzangenfutters
nach Anspruch 8 vereinfacht die Bearbeitung seines Grundkörpers. Bei Ausgestaltung
der Spannzangenfutters nach Anspruch 9 werden gesonderte Teile für die Bildung des
Arbeitsraumes eingespart und dadurch die Herstellungskosten für das Spannzangenfutter
erniedrigt Bei Ausgestaltu-ng des Spannzangenfutters
nach Anspruch
10 wird die Bearbeitung der zylindrischen Gleit- und Dichtungsfläche des Arbeitsraumes
erheblich erleichtert. Dadurch kann außerdem eine höhere Rundlaufgenauiqkeit und
Formgenauigkeit sowie eine bessere Oberflächenqualität erreicht werden. Die Ausgestaltung
des Spannzangenfutters nach Anspruch 11 vereinfacht die montage des Spannzangen
futters ganz erheblich. Bei Ausgestaltung des Spannzangenfutters nach Anaspruch
12 wird eine erhöhte Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Lssen des Sicherungsringes
des Arbeitsraumdeckels und damit dieses selbst erreicht.
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Durch eine Ausgestaltung des Spannzangenfutters nach hrispructì 13
uIrd das Druckmittelübertragungsorgan vor äußeren Einflüssen beuahrt, die seine
Wirkungsweise beeinträchtigen könnten. ei Ausgestaltung des Spannzangenfutters nach
Anspruch 14 wird sichergestellt, daß auch die geringen Leckmengen des Druckmittels
wieder dem Druckmittelumlauf zugeführt werden können.
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Bni folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Ze ichnunq im
Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Das Spannzangenfutter weist einen im wesentlichen als raotationskörper
ausgebildeten Grundkörper 1 mit einer axial durchgehenden Durchlaßoffnung 2 für
die Durchführung und Aufnahme der Werkstücke auf. Das in der Zeichnung links gelegene
Ende des Grundkörper 1 ist als Flanschteil 3 ausgebildet. Daran sind zuei gruppen
von in Umfangsrichtung einander abwechselnde Befes ti gungslöcher vorhanden, und
zwar einmal in Form von Gewindesacklönu 4 und einmal in Form von Durchgangslöchern
5. Mittels des Flanschteiles 3 und der einen oder der anderen Gruppe der Befestigungslöer
und dazu passender Schrauben kann das Spannzemgenfotter mit dem vorderen Ende der
Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine verbunden werden.
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An den Flanechteil 3 schließt ein hohlzylindrischer Fühzangsteil
6 an deE eine innere Zylinderfläche 7 und eine äaßere Z-linderfläche
8
aufweist, die miteinander fluchten. An der inneren Zylinderfläche 7 ist eine zylindrische
Spannhülse 9 axial verschiebbar geführt. Diese weist einen Innenkonus 11 zum Spannen
der Spannzange 12 auf, die ihrerseits mit einem Außenkonus 13 versehen ist. Die
Spannhülse 9 dient als das verschiebbare Spannteil zum Spannen der Spannzange 12.
An dem vom Flanschteil 3 abgekehrten Ende des Führungsteils 6 ist ein Spannring
14 mit dem Führungsteil 6 fest verbunden. Der Spannring 14 ist mit einem Außengewinde
versehen, mit dem er in ein entsprechendes Innengewinde am vorderen Ende des Führungsteils
6 eingeschraubt ist. Der Spannring 14 bildet ein stirnseitiges Widerlager für die
Spannzangen und stellt damit das ortsfeste Spannteil für diese dar.
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Innerhalb des Flanschteils 3 weist der Grundkörper 1 eine zylindrische
Ausnehmung 15 auf, die als Erweiterung der Durchlaßöffnung 2 an die innere Zylinderfläche
des Führungsteils 6 anschließt und mit dieser fluchtet. Die diese Ausnehmung 15
am Umfang abgrenzende Wand 16 des Grundkörpers 1 läuft nach der der Maschinenspindel
zugekehrten Seite hin frei aus. In einem gewissen axialen Abstand zur ebenen Übergangsfläche
zwischen der inneren Zylinderfläche 7 und der Ausnehmung 15 ist ein kreisringförmiger
Deckel 17 eingesetzt. In der zur Maschinenspindel. hinweisenden Axialrichtung wird
er mittels eines Sicherungsringes 18 gegenüber dem Grundkörper 1 abgestützt und
festgehalten. An seiner Umfangsfläche weist er eine Umfangsnut auf, in die eine
als Gleitdichtung wirkende Dichtungsmanschette 19 eingesetzt ist.
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Die Wand 16 der Ausnehmung 15, deren ebene Übergangsfläche zur inneren
Zylinderfläche 7 des Führungsteils 6 und der Deckel 17 grenzen im Grundkörper 1
auf drei Seiten einen Arbeitsraum 21 ab, in dem ein scheibenförmiger Arbeitskolben
22 mit kreisringförmiger Kolbenfläche axial verschiebbar angeordnet ist. Der Arbeitskolben
22 hat einen in Richtung zur Maschinenspindel hin sich bis zur Außenseite des Deckels
17 erstreckenden Ansatz 23,
an dessen zylindrischer Außenseite
die innere Umfangsfläche des Deckels 17 gleitend anliegt und mittels einer als Gleitdichtung
wirkenden Dichtungsmanschette 24 abgedichtet ist.
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Der Arbeitskolben 22 ist mit der Spannhülse 9 einstückig ausgebildet,
so daß ihre Zylinderflächen besonders genau miteinander fluchten und außerdem die
vom Arbeitsraum 21 her auf den Arbeitskolben 22 einwirkenden axialen Druckkräfte
unmittelbar auf die Spannhülse übertragen werden.
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Die innere Zylinderfläche 7 des Führungsteils 6 dient der Spannhülse
9 als Führungsfläche. Nahe an den Enden der gemeinsamen zylindrischen Berührungsfläche
des Führungsteils 6 und der Spannhülse 9 weist der Führungsteil 6 in seiner inneren
Zylinderfläche 7 je eine Umfangsnut 25 auf, in die je ein Rundschnurring 26 eingelegt
ist. Diese Rundschnurringe 26 wirken in axialer Richtung als Dichtelemente für die
gemeinsame ßerührungsfläche des Führungsteils 6 und der Spannhülse 9.
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Etwa in der Mitte der axialen Erstreckung des Führungsteils 6 ist
in dessen Wand eine radiale Durchgangsöffnung 27 vorhanden. In der Radialebenedieser
Durchgangsöffnung 27 weist die innere Zylinderfläche 7 des Führungsteils 6 eine
flache Umfangsnut 28 auf. Etwa in der gleichen Radialebeneweist die äußere Umfangsfläche
der Spannhülse 9 ebenfalls eine Umfangsnut 29 auf, so daß die beiden Umfangsnuten
28 und 29 in axialer Richtung sich zumindest teilweise überdecken.
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Von der Umfangsnut 29 der Spannhülse 9 geht eine radiale Bohrung 31
aus, die sich einwärts bis in die Wandung der Spannhülse 9 hinein erstreckt. Daran
schließt sich eine axiale Bohrung 32 an, die sich in Richtung zum Arbeitskolben
22 hin und durch diesen hindurch erstreckt, so daß sie auf der dem Arbeitsraum 21
zugekehrten Stirnseite des Kolbens 22 in dem Arbeitsraum 21 mündet.
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In der Radialebene der radialen Durchgangsöffnung 27 im Führungsteil
6 ist auf dessen äußerer Zylinderfläche 8 ein Druckmittelübertragungsorgan
33
angeordnet. Dieses weist vier ringförmige Teile 34, 35, 36 und 37 auf, die ganz
bestimmte tluerschnittsformen tiaben. Die innengelegenen beiden ringförmillen leile
34 und 35 sind in axialer Richtung miteinander verschraub Ebenso sind der außen
gelegene ringförmige Teil 36 und der voti den übrigen drei Teilen umgebene ring
fö rin ige Teil 37 miteinander verschraubt. Die beiden innen gelegenen rinqförmigen
Teile 34 und 35 haben je eine miteinander fluchtende innere Zylinderfläche, mit
der sie an der äußeren Zylinderfläche des Führungsteils 6 am Grundkörper 1 mit Gleitpassung
anliegen. Die inneren Zylinderflächen der ringförmigen Teile 54- und 35 weisen je
eine Umfangsnut auf, in die ein Rundschnurring als Dichtelement eingelegt ist. In
dem zwischen diesen beiden Dicitelementen gelegenen Axialbereich weist der ringförmige
Teil 34 eine Umfangsnut 38 auf. Sie ist in etwa der gleichen Radialebene wie die
radiale Durchgangsöffnung 27 im Führungsteil 6 gelegen. In die Umfangsnut 38 des
ringförmigen Teils 34 münden mehrere in Umfangsrichtung verteilte Leitungswege des
Druckmi ttelüber tragungsorgans, die an der zylindrischen Außenseite des äußeren
ring förmigen Teils 36 von einer Umfangsnut 39 ausgehen. In axialer Richtung beiderseits
dieser Umfangsnut 39- sind zwei weitere Umfangsnuten vorhanden, in die Rundschnurringe
als Dichtelemente eingelegt sind. An der äusseren Umfangsfläche des ringförmigen
Teil 36 liegt eine innere Zylinderfläche 41 eines gegenüber dem Grundkörper 1 stillstehenden
Zuführteils 42 mit Gleitpassung an. In der gleichen Radialebene,in der die Umfangsnut
39 liegt, weist das Zufiihrteil 42 in seiner inneren Zylinderfläche 41 ebenfalls
eine Umfangsnut 43 auf. Das Zuführteil 42 weist einen in der Zeichnung oben gelegenen
Anschlußstutzen 44 für eine Druckmittelzuleitung und einen unten gelegenen Anschlußstutzen
45 für eine Druckmittelableitung auf.
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Das Zuführteil 42 hat einen näherungsweise U-förmigen Querschnitt,
dessen U-Profil zum Führungsteil 6 des Grundkörpers 1 hin offen ist. An dem dem
Führungsteil 6 zugekehrten Ende der
beiden stirnseitigen llanschteile
ist das Zuführteil 42 mittels je eines Kugellagers 46 und 47 auf der äußeren Zylinderfläche
8 des Führungsteils 6 gelagert. je eine Dichtungsmanschette 48 und 49 dichten das
Zufübrteil 42 gegenüber dem Grundkörper l ab.
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In der ebenen Übergangsfläche zwischen der Wand 16 der Ausnehmung
15 und der inneren Zylinderfläche 7 des Führungsleils 6 sind im Grundkörper l mehrere
axiale Ausnehmungen 51 vorhanden, in die einzelne Schraubendruckfedern 52 als Rückholfedern
für der Arvbeitskolben 22 eingesetzt sind. In dieser ebenen tibe rgangsfläche ist
auDe rdem mindestens eine weitere axiale Ausnehmunq 53 vorhanden, in die mit Spiel
ein e axial ja 1 ausgerichteter Bolzen 54 eingreift, der an Arbeitskolben 22 Pest
angeordnet ist, Dieser Bolzen die Ausnehmung 53 wirken als Verdrehsicherung für
den Arbeitskolben 22 und die Spannbülse 9 zusammen.
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Fiir derl Einsatz an einer Werkzeugmaschine wie z.B einer Rlehrzweckdrehmaschine,
wird der Grundkörper mittels seines Planschteiles 3 am vorderen Ende der Maschinenspindel
befestigt. Der Spannring 14 wird gelöst, eine Spannzange 12 mit dem gewünschten
Spanndurchmesser wird in die Spannhiilse 9 axial eingeschoben und der Spannring
14 wieder befestigt. Im Ruhezustand des Spannzangenfutters ist der Arbeitskolben
22 durch die Rückholfedern 52 in der Zeichnung nach links verschoben, so daß der
Innenkonus 11 der Spannhülse 9 und der Außenkonus 13 der Spannzange 12 allenfalls
lose ane inarider an 1 legen, so daß die S'iririzange 12 ungespann t ist. Nach dem
Ein führen eines Werkstücke entweder von vorn, d.h. in der Zeichnung von rechts
oder durch die hohle Haschinenspindel hindurch von hinten bis in die Spannzange
12 hinein, wird über den Anschlußstutzen 44 ein Druckmittel unter Druck zugeleitet.
Das Druckmittel wird von dem stets stillstehenden Zuführteil 42 aus mittels des
auch als "hydraulischer Schleifring" (Konstruktien, Heft 7/74) bezeichneten Druckmittelübertragungsorgans
33 zum vorübergehend
durchgeleitet stillstehenden oder dauernd
umlaufenden Grundkörper 11. Von der Übergangsstelle zwischen dem Druckmittelübertragungsorgan
33 und dem Führungsteil 6 des Grundkörpers 1 aus gelangt das Druckmittel durch die
radiale Durchgangsöffnung bis zur Umfangsnut 28 der inneren Zylinderfläche 7 des
Führungsteils 6.
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Von da tritt es in die Umfangsnut 29 der Spannhülse 9 über.
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Das Druckmittel dringt dabei auch entlang der gemeinsamen Berührungsfläche
zwischen dem Führungsteil 6 und der Spannhülse 9 bis zu den diese Fläche abdichtenden
Rundschnurringen 26 vor und sorgt dadurch für eine schwimmende Lagerung der Spannhülse
9 im Führungsteil 6 des Grundkörpers 1. Von der Umfangsnut 29 aus gelangt das Druckmittel
über die radiale Bohrung 31 und die anschließende axiale Bohrung 32 bis in den Arbeitsraum
21 hinein. Dort übt das Druckmittel durch seine Druckkraft eine axiale Schubkraft
auf den Kolben 22 aus, aufgrund derer der Kolben 22 die Spannhülse 9 gegen den.Spannring
14 hin verschiebt. Dabei wird die Spannzange 12 mit ihrem, den Außenkonus 13 aufweisenden
Abschnitt zwischen den durch die Spannhülse 9 und den Spannring 14 gebildeten beiden
Spannteilen eingespannt, wodurch sie sich um das Werkstück schließt und dieses für
die Bearbeitung festhält. Die Spannkraft,mit der das Werkstück festgehalten wird,
kann durch Andern des hydrostatischen Druckes des Druckmittels nach Belieben eingestellt
werden.
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Zum Lösen der Spannzange 12 wird der Überdruck des Druckmittels auf
einen geringen Wert von etwa 2 bis 3 bar verringert.
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Dadurch vermögen die als Rückholfedern auf den Arbeitskolben 22 einwirkenden
Schraubendruckfedern 52 den Arbeitskolben 22 zurückzudrücken und dadurch die Spannhülse
9 mit ihrem Innenkonus 11 von der Spannzange 12 mit dem Außenkonus 13 zurückzuziehen.
Dadurch federn die Spannbacken der Spannzange 12 auseinander, so daß das Werkstück
wieder freigegeben wird.
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L e e r s e i t e