DE3110348C2 - Spannfutter für ein Drehwerkzeug - Google Patents

Abstract

Spannfutter für ein Drehwerkzeug, mit einem Hauptteil (28), der eine zylindrische Bohrung (32) zur Aufnahme des Schaftes (36) eines spanabhebenden Elementes (37) aufweist, eine Hülse (46) umgibt den Hauptteil (28) und bildet einen Ringraum, in dem zwei gegenüberliegende Backen (56) angeordnet sind, die sich durch gegenüberliegende Schlitze (56) im Hauptteil zur festen Anlage am Schaft erstrecken. Die Backen umfassen je einen einstückigen Hebel (60) und einen äußeren Rand, der einen Schwenkpunkt bildet, um den die Hebel geschwenkt werden, um die Backen in Anlage an den Schaft zu drücken. Eine Mutter mit einem Auflaufflächenbereich (42) ist durch Gewinde mit dem Hauptteil verbunden und greift an den Hebel (60) in Abhängigkeit von dem manuellen Drehen der Mutter zum Klemmen und Freigeben des Schaftes an.

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter für ein Drehwerkzeug, mit einem eine Axialbohrung aufweisenden Hauptteil, in den der Schaft eines spanabhebenden Werkzeuges eingebracht werden kann, sowie mit zwei im Spannfutter angeordneten Backen, die an den Schaft anlegbar sind, wobei jede der Backen einen Hebel zu deren Bewegen in die am Schaft anliegende Stellung umfaßt, und mit einer auf ein vom Hauptteil getragenes Gewinde aufschraubbaren Mutter, die an den Hebel anlegbiir ist und dem Andrücken der Backen an den Schaft zu dessen Festlegung in der Axialbohrung dient.

Ein solches Spannfutter soll insbesondere ein schnelles Einspannen und ein schnelles Löse» eines spanabhebenden Werkzeuges ermöglichen, oihne daß ein anderes Werkzeug dazu erforderlich ist. Dabei kommt es darauf an, daß das Werkzeug genau mit der Drehachse des Drehwerkzeuges fluchtend ausgerichtet und gehalten werden kann. Außerdem muß die Klemmkraft genügend groß sein, um das Werkzeug während des Bearbeitungsprozesses sicher zu halten.

Ein Spannfutter der genannten Art, das den obigen Erfordernissen genügen soli, ist aus der Literatur bekannt (US-PS 4 21 718). Bei diesem Spannfutter sind die mehrteilig ausgeführten Spannbacken in Nuten im

ίο Hauptteil des Spannfutters um Stifte schwenkbar angeordnet Die Schwenkstifte der Spannbacken liegen etwa in der Mitte der Länge der Backen, so daß ein zweiarmiger Hebel entsteht, auf dessen einen Arm die Mutter einwirkt, während der andere Arm zum Festlegen des Schaftes des Werkzeuges dient Auf diese Weise ist die Klemmkraft, mit der die Backen am Schaft des Werkzeuges angreifen, etwa gleich der Kraft, mit der die Mutter auf das Ende der Hebel der Backen einwirkt

Mit einem solchen bekannten Spannfutter ist es zwar möglich, spanabhebende Werkzeuge durch Drehen der Mutter, also ohne Zuhilfenahme eines anderen Werkzeuges, einzuspannen und wieder zu lösen. Die Klemmkraft mit der dieses bekannte Spannfutter ein Werkzeug festhält, ist jedoof?nach den heutigen Erfordernissen nicht mehr ausreichend. (Hierzu sei angemerkt daß die oben zitierte US-Patentschrift aus dem Jahre 1890 stammt) Bei den dem heutigen Stand der Technik entsprechenden relativ hochtourig umlaufenden und von Hand geführten motorgetriebenen Drehwerkzeugen wäre bei Verwendung des bekannten Spannfutters ein sicheres Halten der Werkzeuge nicht mehr gewährleistet Einerseits ist für hohe Drehzahlen die Zentrierung der Werkzeuge, die längs zweier am Einspannende des Spannfutters angeordneter Backen erfolgt, unzureichend. Andererseits entstehen aufgrund der den Hauptteil des Spannfutters überragenden Sf-annbacken Zentrifugalkräfte, die bei hohen Drehzahlen die Haltekraft des Werkzeuges herabsetzen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spannfutter zu schaffen, das ein schnelles Einspannen und Lösen eines spanabhebenden Werkzeuges ermöglicht, wobei dieses Werkzeug genau mit der Drehachse des Drehwerkzeuges fluchtend gehalten wird. Darüber hinaus soll das Spannfutter so beschaffen sein, daß auch bei sehr hohen Drehzahlen keine die Hallekraft des Werkzeuges herabsetzenden Zentrifugalkräfte entstehen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hauptteil an der Seite des Spannfutters, an der der Schaft des Werkzeuges in dieses eingeführt wird, ein Außengewinde aufweist, auf das die Mutter aufschraubbar ist, daß der Hauptteil von einer Hülse umgeben ist, die zwischen diesem und ihrer inneren Oberfläche einen Ringspalt bildet, in dem die Backen angeordnet sind, daß die Backen einteilig gestaltet sind und je einen Bereich umfassen, der einen Schwerpunkt für jede Backe bildet, und daß die Hülse beim Verschrauben der Mutter mit dem den Schwerpunkt bildenden Bereich jeder Backe zu deren Verschwenken zusammenwirkt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion erfolgt das Festklemmen der spanabhebenden Werkzeuge in der Mitte des Futters. Auf diese Weise wird das Werkzeug über eine längere Strecke zentriert, so daß es

h^r> auch bei sehr hohen Drehzahlen genau mit der Drehachse des Drehwerkzeuges fluchtend gehalten werden kann. Die Backen des Spannfutters sind innerhalb einer den Hauptteil umgebenden Hülse angeordnet. Dies er-

inöglicht cine Gestaltung jedes Spannfutters, bei der Zentrifugalkräfte so gering wie möglich gehalten werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der den Schwenkpunkt bildende Bereich einen Rand, der an jeder Backe ausgebildet ist. Um diesen Rand werden die Hebel der Backen, die einstückig an die Backen angeformt sein können, geschwenkt, um die Backen in Anlage an den Schaft zu drücken.

Weiterhin kann die Hülse vom Hauptteii abnehmbar ausgebildet sein und das Spannfutter Einrichtungen zum Festlegen der Hülse am Hauptteii umfassen.

Bevorzugt ist das Spannfutter so ausgebildet, daß der Schwerpunkt jedes Hebels zwischen dem Schwenkpunkt und einer konischen Oberfläche, an der die Mutter angreift, liegt und daß die beim Umlaufen des Spannfutters auftretenden Zentrifugalkräfte in den Schwerpunkten auf den Hebel einwirken und die Klemmkraft der Backen auf den Schaft erhöhen. Durch diese Gestaltung isfid Anordnung «er Backen innerhalb des Spannfultcrs wird beim Umlaufen des Spannfutter? mit sehr hoher Drehzahl sogar eine Erhöhung der Spannkraft, also ein noch sichereres Festlegen des Werkzeuges während des Betriebes bewirkt.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannfutters ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine zum Teil aufgebrochen dargestellte Seitenansicht eines motorgetriebenen Drehwerkzeuges, das ein erfindungsgemäßes Spannfutter umfaßt;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das Spannfutter in einem größeren Maßstab;

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2 und F i g. 4 eine schaubildliche Ansicht einer der Spannfutter-Backen.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes, von Hand führbares motorgetriebenes Drehwerkzeug dargestellt. Das Drehwerkzeug 10 kann eines der üblichen Werkzeuge sein, die einen druckmittelgctricbenen Turbinen- oder Umlaufflügelmotor 12 aufweisen, der in einem Gehäuse 14 angeordnet ist. Druckmittel, wie Druckluft, wird dem Werkzeug über einen flexiblen Schlauch 16 zugeführt. Das Werkzeug 10 umfaßt ferner eine umlaufende Ausgangswelle 18. die direkt mit dem Motor verbunden isi. Die Welle 18 ist in einem Lager 20 drehbar gelagert, das im vorderen Bereich des Gehäuses 14 angeordnet ist

Die Welle 18 trägt an ihrem dem Motor abgewandten Ende ein Außengewinde' 24, auf das ein als Ganzes mit 26 bezeichnetes Spannfutter aufgeschraubt ist. Wie F i g. 2 zeigt, umfaßt das Spannfutter 26 einen länglichen zylindrischen Hauptteil 28, der in einem Ende ein axial ausgerichtetes Innengewinde 30 aufweist, das zur Befestigung des Spannfutters auf der Ausgangswelle 18 dient, wie dies in Fi g. 1 dargestellt ist. Der Hauptteii 28 des Spannfutters umfaßt eine Axialbohrung 32, die sich durch einen im Durchmesser verringerten Bereich 34 hindurcherstreckt und im wesentlichen koaxial zum Innengewinde 30 und der Drehachse der Welle 18 verläuft. Die Axialbohrung 32 dient der Aufnahme des eo Schaftes 36 eines umlaufenden spanabhebenden Elementes 37, das bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel als Schleifwerkzeug ausgebildet ist, das jedoch durch jedes andere spanabhebende Element ersetzt werden kann, beispielsweise durch einen Bohrer oder eine umiri.ufende Feile oder dergleichen. Die Axialbohrung 32 ist so bemessen, daß sie den Schaft des spanabhebenden Elementes eng passend aufnimmt.

um eine genaue Flucht mit der Drehachse der Welle 18 aufrechtzuerhalten. Um darüber hinaus die Flucht des Spannfutters mit der Drehachse zu verbessern, kann der Hauptteil 28 direkt mit dem Rotor des Werkzcugmoiors verbunden und in entsprechenden Lagern gelagert werden.

Der Hauptteil 28 des Spannfutters umfaßt ferner an dem dem Innengewinde 30 abgewandten Ende ein Außengewinde 38, das der Aufnahme einer Mutter 40 dient Die Mutter 40 weist einen konischen Auflaufflächenbereich 42 auf und ist im zylindrischen Teil mit einer Riffelung 44 versehen, um ein manuelles Drehen der Mutter ohne Verwendung eines Schraubenschlüssels oder eines anderen Werkzeuges zu ermöglichen.

Das Spannfutter 26 weist ferner eine rohrförmige Hülse 46 auf, die abnehmbar auf einem im Durchmesser größeren Bereich 48 des Hauptteiles 28 eng passend aufgebracht ist Die Hülse 46 ist durch Kopfschrauben 50 mit dera Hauptteil 28 verbunden, die in dieses eingeschraubt sind. Die Hülse 46 ist mL /dner Bohrung 52 verschen, die einen Ringraum um den ict Durchmesser verringerten Bereich 34 des Hauptteils 28 herum bildet.

Wie Fig.2 und 3 zeigen, umfaßt das Spannfutter 26 zwei diametral gegenüber angeordnete Backen 54, die im Ringraum zwischen dem Hauptteii 28 und der Hülse 46 angeordnet sind. Die Backen 54 erstrecken sich durch längliche radial gerichtete Querschiitze im Hauptteil 28 des Futters, um am Schaft 36 des spanabhebenden Elementes 37 anzugreifen. Die Backen 54 sind mit konkaven Flächen 58 versehen, deren Krümmungen etwa dem Durchmesser der Bohrung 32 und dem Schaft 36 angepaßt sind. Infolgedessen können die Backen 54 gegen den Schaft gedrückt werden, um diesen reibend zu ergreifen, ohne eine Beschädigung der Oberfläche des Schaftes zu verursachen. Die Backen 54 sind mit Hebeln 60 einstückig ausgebildet, die sich axial in den Ringspalt zwischen der Hülse 46 und dem Hauptteii 28 erstrecken und je mit einer konischen Oberfläche 62 versehen sind, die mit dem Auflaufflächenbereich 42 der Mutter 40 zusammenwirken kann. Die äußeren Oberflächen 64 der Hebel 60 sind gekrümmt, um der zylindrischen Oberfläche zu entsprechen, die durch die Bohrung 52 in der Hülse gebildet ist Wie Fig.2 und 4 zeiger.,bildet die äußere gekrümmte Oberfläche 64 jeder Backe 54 einen gekrümmten Rand 66 und eine Stirnfläche 68. Der Rand 66 ist an die zylindrische Fläche der Bohrung 52 anlegbar und dient als Schwenkpuiikt, um den jede Backe verschwenkt wird, wenn die Mutter 40 gedreht wird, um sich gegen die konische Oberfläche 62 zu legen. Die äußere Oberfläche*» jedes Hebels 60 ist in axialer Richtung vom gekrümmten Rand 66 zur konischen Oberfläche 64 hin etwas radial einwärts gensigt, um einen Zwischenraum für die Schwenkbewegung des Hebels um den gekrümmten Rand 66 herum zu schaffen.

Die Kombination der Einzelteile des Spannfutters 26 ergibt einen relativ hohen Arbeitsgewinn, durch den eine leichte bis mäßige manuelle Drehwirkung auf die Mutter 40 eine r'arke Klemmkraft der Backen 54 auf den Schaft 36 erzeugt, wobei jedoch die Backen keine Tendenz haben, in der Klemmstellung haften zu bleiben, wenn die Mutter zurückgedreht wird» ικη aicir von der Anlage an den Backen wegzubewegen. Die relativ kleine Steigung des Gewindes der Mutter 40 zusammen mit der Keilwirkung der Mutler gegen die konische Oberfläche 62 kann einen Arbeitsgewinn in der Größenordnung von 150 :1 ergeben. Darüber hinaus können die Backen 54 so proportioniert sein, daß der durch den Rand 66 erzeugte Schwenkpunkt einen Arbeiisgewinn

von annähernd 10 :1 ergibt, wenn man die axiale Entfernung von der axialen Mitte der Oberfläche 62 zum Rand 66 zur querliegenden Stirnfläche 70 der Backen mißt. Der Arbeitsgewinn, der durch den Schwenkpunkt, welcher vom Rand 66 gebildet ist, erreicht wird, kann in der s Tat durch die Lage des Randes selbst bei der Konstruktion der Backen justiert werden. Es wurde jedoch ein gesamter Arbeitsgewinn von annähernd 1500:1 als wünschenswert für ein Spannfutter festgelegt, das zum Einspannen eines spanabhebenden Werkzeuges oder Elementes dient, das einen Schaftdurchmesser von etwa 32 mm hat. Es wurde ferner bestimmt, daß eine Mutter 40 mit einem nominellen Gewindedurchmesser von etwa 4,5 mm und 25 Gänge pro mm und ein Winkel von etwa 30° für den Auflaufflächenbereich 42 zur Achse der Mutter den oben angegebenen Arbeitsgewinn erbringt, wobei praktisch keine Tendenz der Mutter zu Hemmungen besteht

Wie der Beschreibung zu entnehmen ist. ermöglicht das Spannfutter 26 ein einfaches und schnelles manuelles Einsetzen und Festklemmen eines spanabhebenden Elementes und ein gleich einfaches und schnelles Entfernen eines spanabhebenden Elementes, indem die Mutter 40 in eine Richtung oder in die andere gedreht wird. Darüber hinaus ist das Spannfutter 26 mit einem den Schaft haltenden Hauptteil 28 versehen, der eine zylindrische Bohrung zum Tragen des spanabhebenden Eiementes hat, die so dimensioniert werden kann, daß sie eine genaue axiale Ausrichtung des spanabhebenden Elementes bewirkt. Die genaue Ausrichtung des spanabhebenden Elementes wird darüber hinaus durch die Anordnung der gegenüberliegenden Klemmbacken 54 gesteigert, die entgegengesetzt gerichtete und praktisch gleiche Klernmkräfte auf den Schaft ausüben.

Wenn es erwünscht ist, den Schaft eines spanabhc- j5 benden Elementes in das Spannfutter 26 einzusetzen, wird die Mutter so gedreht, daß sich die Backen um die entsprechenden Ränder 66 so verschwenken können, daß die konkaven Backenoberflächen 58 das Einführen des Schaftes in die Bohrung 32 gestatten. Die Mutter 40 wird dann durch Drehen in die entgegengesetzte Richtung nur von Hand angezogen, um die Backen 54 in Zwangsanlage an den Schaft zu verschwenken. Durch das Legen des vom Rand 66 gebildeten Schwenkpunktes dicht an die Stirnfläche 70 jeder Backe heran, wird der Schwenkpunkt jeder Backe zwischen den Rand 66 und das Ende der Backe gelegt, das an der Mutter anliegt. Infolgedessen neigen die Backen sich in eine Richtung zu verschwenken, die die Klemmkraft auf den Schaft des spanabhebenden Elementes durch die Zentrifugalkraft vergrößert, die auf die Backen durch ihre entsprechenden Schwerpunkte einwirkt wenn die Drehzahl des Spannfutters ansteigt

Der Beschreibung ist ferner zu entnehmen, daß das Spannfutter 26 in einfachster Weise zusammengefügt und auseinandergebaut werden kann, um einen Einzelteil oder mehrere Teile des Spannfutters zu ersetzen. Die Hülse 46 könnte am Hauptteil 28 durch andere Mittel festgelegt werden, beispielsweise durch zusammenwirkende Gewinde am Hauptteil und an der Hülse. Ferner werden die Backen dadurch, daß sie mit radial einwärts gerichteten Bereichen versehen sind, die die konkaven Flächen 58 bilden und die sich in die Schlitze 56 der Backen hineinerstrecken, in dem Ringraum zwischen der Hülse 46 und dem Hauptteil 28 auch dann gehalten werden, wenn die Mutter 40 vom Hauptteil entfernt ist Die eigenartige Gestaltung der Backen 54 und die Mittel zum Festlegen und Betätigen der Backen eliminieren darüber hinaus die Notwendigkeit des Montierens der Backen auf festen Schwenkelemcntcn, wie dies bei vielen bekannten Spannfuttern der Fall ist

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Spannfutter für ein Drehwerkzeug, mit einem eine Axialbohrung aufweisenden Hauptteil, in den der Schaft eines spanabhebenden Werkzeuges eingebracht werden kann, sowie mit zwei im Spannfutter angeordneten Backen, die an den Schaft anlegbar sind, wobei jede der Backen einen Hebel zu deren Bewegen in die am Schaft anliegende Stellung umfaßt, und mit einer auf ein vom Hauptteil getragenes Gewinde aufschraubbaren Mutter, die an den Hebel anlegbar ist und dem Andrücken der Backen an den Schaft zu dessen Festlegen in der Axialbohrung dient, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptteil (28) an der Seite des Spannfutters (1OX an der der Schaft (36) des Werkzeuges (37) in dieses eingeführt wird, ein Außengewinde (38) aufweist, auf das die Mutter (40) aufschraubbar ist,
daß der Hauptteil (28) von einer Hülse (46) umgeben ist, die zwischen diesem und ihrer inneren Oberfläche (52) einen Ringspalt bildet, in dem die Backen (54) angeordnet sind,

daß die Backen (54) einteilig gestaltet sind und je einen Bereich umfassen, der einen Schwerpunkt für jede Backe bildet, und

daß die Hülse (46) beim Verschrauben der Mutter (40) mit dem den Schwenkpunkt bildenden Bereich jeder Backe zu deren Verschwenken zusammenwirkt.

2. Spannfutter nach Atispruch (, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schwenkpunkt bildende Bereich einen Rand (66) umfaßt, der -^i jeder Backe (54) ausgebildet ist

3. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) vom Hauptteil (28) abnehmbar ausgebildet ist und daß das Spannfutter (10) Einrichtungen (50) zum Festlegen der Hülse (46) am Hauptteil (28) umfaßt.

4. Spannfutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt jedes der Hebel (60) zwischen dem Schwenkpunkt und einer konischen Oberfläche (62), an der die Mutter (40) angreift, liegt und daß die beim Umlaufen des Spannfutters (10) auftretenden Zentrifugalkräfte in den Schwerpunkten auf die Hebel einwirken und die Klemmkraft der Backen (54) auf den Schaft (36) erhöhen.