DE3509922C1 - Spannvorrichtung zum Befestigen eines Werkstückhalters oder dergleichen an einer Spindel - Google Patents

Description

• In der US-PS 36 51 739 ist eine Spannvorrichtung be- schrieben, bei der mehrere Spannbacken mit einer Zugstange verbunden sind, die von einem Federspeicher in Spannrichtung belastet ist. Die Spannbacken haben an ihren freien Enden konische Außenflächen, die ebenso wie ihre konischen Innenflächen zur Spindel divergieren. Die Innenflächen sind unter einem Winkel von 300 zur Spindelachse geneigt, und ihre Außenflächen sind unter einem Winkel von ungefähr 200 zur Spindelachse geneigt. In der Spindel ist eine Hülse befestigt, die eine der konischen Außenfläche der Spannbacken entsprechende konische Innenfläche aufweist, an der die Spannbacken in der Spannstellung anliegen. Die vom Werkstückhalter auf die Spannbacken ausgeübten Kräfte werden daher nicht über den Federspeicher, sondern unmittelbar über die Hülse auf die Spindel übertragen.
• Die auf den Spannkopf des Werkstückhalters ausgeübte Zugkraft ist aber zur Vorspannkraft des Federspeichers direkt proportional.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Spannvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß die in den Spannbacken wirksame Zugkraft ohne Zwischenschaltung von Federelementen unmittelbar in die Spindel eingeleitet wird.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Spannbacken-Lagerteil in der Spindel ortsfest angeordnet ist, daß in der Spindel ein die Spannbacken umgebendes Spannbacken-Betätigungsteil axial verschiebbar angeordnet ist, das am vorderen Ende eine konische Innenfläche aufweist, daß die Spannbacken am vorderen Ende eine korrespondierende konische Außenfläche aufweisen und daß in der Spindel ein zweiter Federspeicher angeordnet ist, dessen eines Ende am Spindelgehäuse abgestützt ist und dessen anderes Ende sich in der einen Endstellung der Zugstange an der Rückseite des Spannbacken-Betätigungsteils abstützt und in der anderen Endstellung der Zugstange an einem radialen Vorsprung derselben abstützt, wobei das Spannbacken-Betätigungsteil in der einen Endstellung der Zugstange unter der Kraft des zweiten Federspeichers mit seiner konischen Innenfläche an der konischen Außenfläche der Spannbacken anliegt.
• Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Spannvorrichtung wird erreicht, daß die vom Werkstückhalter auf die Spannbacken ausgeübten Kräfte nicht über den Federspeicher, sondern unmittelbar über das Spannbakken-Lagerteil auf die Spindel übertragen werden.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung besteht darin, daß die von den Spannbakken auf den Werkstückhalter ausgeübte Axialkraft von der Vorspannkraft des zweiten Federspeichers weitgehend unabhängig und durch entsprechende Wahl der Neigung der zusammenwirkenden konischen Flächen frei wählbar ist. Um mit einer geringen Vorspannkraft des zweiten Federspeichers eine große Zugkraft auf den Werkstückhalter ausüben zu können, ist vorgesehen, daß die konische Fläche des am Werkstückhalter angeordneten Spannkopfes und die korrespondierenden Innenflächen der Spannbacken unter einem Winkel von mehr als 350 zur Achse der Spindel geneigt sind. Um eine Selbsthemmung zu erreichen, ist vorgesehen, daß die konische Innenfläche des Spannbacken-Betätigungsteils und die korrespondierenden Außenflächen der Spannbacken unter einem Winkel von weniger als 450 zur Achse der Spindel geneigt sind. Diese Kraftverstärkung ermöglicht die Verwendung eines verhältnismäßig kleinen Federspeichers und einer ebensolchen Antriebseinrichtung.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung ist vorgesehen, daß die konische Innenfläche des Spannbacken-Betätigungsteils und die konische Außenfläche der Spannbacken zum Werkstückhalter hin divergieren und daß der zweite Federspeicher das Spannbacken-Betätigungsteil zum Werkstückhalter hin belastet. In diesem Fall kann der Werkstückhalter als Dehnspanneinrichtung ausgebildet sein und am Spannkopf einen Druckbolzen aufweisen, so daß die Zugstange in einer über die Spannstellung hinaus vorgeschobenen Axialstellung auf den Druckbolzen einwirken kann. Dies ermöglicht ein vollautomatisches Spannen der Werkstückrohlinge und Abziehen der bearbeiteten Werkstücke durch entsprechendes Verschieben der Zugstange zwischen der Spannstellung und der vorgeschobenen Stellung. Wenn der Werkstückhalter ausgetauscht werden soll, dann genügt es, die Zugstange aus der Spannstellung un die Freigabestellung nach hinten zu ziehen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Spindel mit einem daran befestigten Werkstückhalter, wobei ein Spannmechanismus oberhalb der Längsachse in Spannstellung und unterhalb der Längsachse in Freigabestellung dargestellt ist, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie ll-ll, F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie 111-111 und F i g. 4 in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1.
• Wie dies aus F i g. 1 hervorgeht, ist in einem Spindelgehäuse 10 eine hohle Spindel 12 drehbar, aber axial fest gelagert. Die Spindel 12 ist am hinteren Ende mit einer Außenverzahnung 14 versehen, die mit einem (nicht gezeigten) Antriebszahnrad kämmt. Am vorderen Ende ist die Spindel 12 mit einem zylindrischen Zentrieransatz 16 versehen, den eine zur Drehachse der Spindel rechtwinklige Ringfläche 18 umgibt. Ein Werkstückhalter 20 hat eine entsprechende Zentrierausnehmung 22, die eine Ringfläche 24 umgibt. Der Werkstückhalter 20 wird auf die Spindel 12 aufgeschoben, bis seine Ringfläche 24 an der Ringfläche 18 der Spindel anliegt. In dieser Stellung fluchten die Achsen der Spindel 12 und des Werkstückhalters 20. Der Werkstückhalter 20 hat auf seiner von der Spindel 12 abgekehrten Seite einen zylindrischen Fortsatz 26, der zum Spannen eines ringförmigen Werkstücks, beispielsweise eines Zahnradrohlings 21 dient.
• Zum drehschlüssigen Verbinden des Werkstückhalters 20 mit der Spindel 12 dient ein Spannmechanismus.
• Dieser Spannmechanismus besteht aus vier Spannbakken 28, die mit einem in der Zentrierausnehmung 22 des Werkstückhalters 20 konzentrisch angeordneten Spannkopf 30 in Eingriff bringbar sind. Die Spannbakken 28 sind mit ihren vom Werkstückhalter 20 abgekehrten hinteren Ende in einer Ringnut eines Lagerteils 32 kippbar, aber axial fest gelagert und durch Stifte 29 gegen Drehung gesichert. Das Lagerteil 32 besteht aus einer Nabe mit vier Armen, die in der Bohrung der Spindel 12 axial fest angeordnet sind. In die Bohrung der Spindel 12 ist ferner ein verschiebbares Spannbacken-Betätigungsteil 34 eingesetzt. Dieses Betätigungsteil 34 besteht aus einem Ring, von dem vier Stege nach hinten ragen, die mit einem gesonderten Ring verschraubt sind.
• Wie aus F i g. 2 hervorgeht. sind die axialen Stege des Betätigungsteils 34 durch die radialen Arme des Lagerteils 32 geführt.
• In der Bohrung der Spindel 12 erstreckt sich eine koaxiale Zugstange 36, deren vorderes Ende in der Nabe des Lagerteils 32 und deren hinteres Ende in einem mit der Spindel 12 verschraubten Ring 38 axial verschiebbar geführt ist. Die Zugstange 36 ist mit einem vorderen und einem hinteren Bund 40 bzw. 42 versehen.
• In die Bohrung der Spindel 12 ist ein zweiter Ring 44 eingesetzt und gegen axiale Verschiebung gesichert. Ein erstes Tellerfederpaket 46 stützt sich an dem endseitigen Ring 38 der Spindel 12 und an dem hinteren Bund 42 der Zugstange 36 ab. Ein zweites Tellerfederpaket 48 stützt sich mit einem Ende an dem in die Spindel 12 eingesetzen zweiten Ring 44 ab, während es sich mit seinem anderen Ende in Abhängigkeit von der Axialstellung der Zugstange 36 entweder an deren vorderem Bund 40 oder aber am Spannbacken-Betätigungsteil 34 abstützt. Das aus der Spindel 12 herausragende Ende der Zugstange 36 ist über ein Axialdrucklager 50 mit dem beweglichen Teil 52 eines Hydraulikaggregates verbunden.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird im folgenden die Ausbildung des Spannmechanismus näher erläutert. Die vier Spannbacken 28, die an ihrem hinteren Ende mit einem nach innen ragenden Vorsprung in die Ringnut des Lagerteils 32 eingreifen, weisen an ihrem vorderen Ende eine innere und eine äußere konische Fläche auf.
• Während die äußere konische Fläche unter einem Winkel von näherungsweise 100 zum Werkstückhalter 20 hin divergiert, konvergiert die innere konische Lagerfläche unter einem Winkel von näherungsweise 500 zum Werkstückhalter 20 hin. Der Spannkopf 30 des Werkstückhalters 20 ist mit einer zu der inneren konischen Fläche der Spannbacken 28 korrespondierenden äußeren konischen Fläche versehen, und das Spannbacken-Betätigungsteil 34 ist mit einer zu der äußeren konischen Fläche der Spannbacken 28 korrespondierenden inneren konischen Fläche versehen. Das Spannbacken-Betätigungsteil 34 weist eine Einschnürung 54 auf, die in der zurückgezogenen Stellung des Betätigungsteils mit einem im hinteren Bereich der Spannbacken 28 angeordneten äußeren Vorsprung in Eingriff gelangen kann, um die Spannbacken radial nach außen zu verschwenken.
• Wenn die Zugstange 36 durch entsprechende Beaufschlagung des Hydraulikaggregates 52 aus ihrer in der oberen Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 gezeigten Spannstellung in ihre in der unteren Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 gezeigte Freigabestellung nach hinten bzw. nach rechts verschoben wird, dann nimmt ihr hinterer Bund 42 das erste Tellerfederpaket 46 mit, während ihr vorderer Bund 40 das Spannbacken-Betätigungsteil 34 und damit das zweite Tellerfederpaket 48 mitnimmt. Das hat zur Folge, daß das erste und zweite Tellerfederpaket 46 und 48 komprimiert werden. Wenn das Spannbacken-Betätigungsteil 34 nach hinten bzw. nach rechts bewegt wird, dann gelangt sein nach innen ragender Bund 54 mit dem äußeren Vorsprung 56 der Spannbacken 28 in Eingriff, wodurch diese nach außen verschwenkt werden und den Spannkopf 30 des Werkstückhalters 20 freigeben.
• Der Werkstückhalter 20 kann jetzt von der Spindel 12 abgezogen und gegen einen anderen Werkstückhalter, der für ein Werkstück 21 mit anderen Abmessungen bestimmt ist, vertauscht werden. Nachdem der neue Werkstückhalter 20 auf den Zentrieransatz 16 der Spindel 12 aufgesteckt wurde, wird das Hydraulikaggregat 52 umgesteuert, so daß die Zugstange 36 unter der Vorspannkraft des ersten und zweiten Tellerfederpaketes 46 und 48 nach links bewegt wird, bis sich deren vorderer Bund 40 im Abstand von dem mit dem Spannbakken-Betätigungsteil 34 verschraubten Ring befindet. In dieser Stellung des vorderen Bundes 40 der Zugstange 36, die in F i g. 1 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, kann das Spannbacken-Betätigungsteil 34 vom zweiten Tellerfederpaket 48 unbehindert nach links verschoben werden, bis seine innere konische Fläche an der äußeren konischen Fläche der Spannbacken zur Anlage gelant, wodurch diese radial nach innen gedrückt werden, bis sie mit ihren inneren konischen Flächen an der äußeren konischen Ringfläche des Spannkopfes 30 zur Anlage gelangen. Die von dem Betätigungsteil 34 auf die Spannbacken 28 ausgeübte Radialkraft wird durch die unterschiedliche Neigung der konischen Flächen in eine Axialkraft umgewandelt, die den Spannkopf 30 nach rechts zieht, so daß der Werkstückhalter 20 mit seiner Ringfläche 24 an die Ringfläche 18 der Spindel 12 angepreßt wird. Wenn jetzt auf den Werkstückhalter 20 eine von der Spindel 12 weg gerichtete Kraft ausgeübt wird, dann wird diese Kraft von den Spannbacken 28 über das mit diesen formschlüssig verbundene Lagerteil 32 eingeleitet, das sich mit seinen Armen an einem Bund der Spindel 12 abstützt.
• Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Fortsatz 26 des Werkstückhalters 10 als Dehnspannelement ausgebildet, d. h. der Werkstückhalter 20 ist hohl und mit einer Flüssigkeit gefüllt. Wenn die Zugstange 36 auf einen vom Spannkopf 30 abstehenden Druckbolzen 58 eine Druckkraft ausübt, dann wird die im Inneren des Werkstückhalters 20 enthaltene Flüssigkeit komprimiert und der Fortsatz 26 gedehnt, wodurch ein darauf angeordnetes ringförmiges Werkstück 21 gegen Verdrehen oder Verrutschen gesichert ist. Zum Festlegen des Werkstücks wird die Zugstange 36 über die Spannstellung hinaus nach vorne bewegt, bis sie die in der oberen Hälfte von F i g. 1 bzw. 4 dargestellte Lage einnimmt.
• Um einen automatischen Betrieb der Spannvorrichtung zu ermöglichen, sind an dem mit der Zugstange 36 verbundenen beweglichen Teil des Hydraulikaggregates 52 ein oder mehrere Steuervorsprünge 60 befestigt.
• Diesen Steuervorsprüngen ist ein Mikroschalter 62 zugeordnet, der ein die Beaufschlagung des Hydraulikaggregates kontrollierendes (nicht gezeigtes) Ventil steuert.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Spannvorrichtung zum Befestigen eines Werkstückhalters oder dergl. an einer rotierend antreibbaren Spindel mit einem im Inneren der hohlen Spindel angeordneten Kupplungsmechanismus zum Festlegen und Freigeben eines an der Rückseite des Werkstückhalters konzentrisch angeordneten, zur Spindel divergierenden konischen Spannkopfes, bestehend aus einer axial verschiebbaren Zugstange, mehreren zur Drehachse der Spindel konzentrisch angeordneten Spannbacken, die mit ihren hinteren Enden an einem Spannbacken-Lagerteil radial schwenkbar gelagert sind, einem die Zugstange in einer ersten Richtung belastenden Federspeicher und einer Antriebseinrichtung zum Verschieben der Zugstange unter Kompression des Federspeichers, wobei die Spannbacken an ihrer Innenseite Schrägflächen aufweisen, die in der einen Endstellung der Zugstange radial gegen den konischen Spannkopf des Werkzeughalters angepreßt sind und in der anderen Endstellung der Zugstange im Abstand vom Spannkopf angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Spannbacken-Lagerteil (32) in der Spindel (12) ortsfest angeordnet ist, daß in der Spindel (12) ein die Spannbacken (28) umgebendes Spannbacken-Betätigungsteil (34) axial verschiebbar angeordnet ist, das am vorderen Ende eine konische Innenfläche aufweist, daß die Spannbacken (28) am vorderen Ende eine korrespondierende konische Außenfläche aufweisen und daß in der Spindel (12) ein zweiter Federspeicher (48) angeordnet ist, dessen eines Ende am Spindelgehäuse (10) abgestützt ist und dessen anderes Ende sich in der einen Endstellung der Zugstange (36) an der Rückseite des Spannbacken-Betätigungsteils (34) abstützt und in der anderen Endstellung der Zugstange (36) an einem radialen Vorsprung (40) derselben abstützt, wobei das Spannbacken-Betätigungsteil (34) in der einen Endstellung der Zugstange (36) unter der Kraft des zweiten Federspeichers (48) mit seiner konischen Innenfläche an der konischen Außenfläche der Spannbakken (28) anliegt.
2. 2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche des am Werkstückhalter (20) angeordneten Spannkopfes (30) und die korrespondierenden Innenflächen der Spannbacken (28) unter einem Winkel von mehr als 350 zur Achse der Spindel (12) geneigt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Innenfläche des Spannbacken-Betätigungsteils (34) und die korrespondierenden Außenflächen der Spannbacken (28) unter einem Winkel von weniger als 450 zur Achse der Spindel (12) geneigt sind.
4. 4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (28) und das Spannbacken-Betätigungsteil (34) Steu erkanten aufweisen, die in der Freigabestellung des Betätigungsteils miteinander in Eingriff gelangen, um die Spannbacken zu spreizen.
5. 5. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Innenfläche des Spannbacken-Betätigungsteils (34) und die konische Außenfläche der Spannbacken (28) zum Werkstückhalter (20) hin divergieren und daß der zweite Federspeicher (48) das Spannbacken-Betätigungsteil (34) zum Werkstückhalter (20) hin belastet.
6. 6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (20) als Dehnspanneinrichtung ausgebildet ist und am Spannkopf (30) einen Druckbolzen (58) aufweist und daß die Zugstange (36) in einer über die Spannstellung hinaus vorgeschobenen Stellung mit dem Druckbolzen (58) in Eingriff bringbar ist.

   Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Befestigen eines Werkstückhalters oder dergl. an einer rotierend antreibbaren Spindel mit einem im Inneren der hohlen Spindel angeordneten Kupplungsmechanismus zum Festhalten und Freigeben eines an der Rückseite des Werkstückhalters konzentrisch angeordneten, zur Spindel divergierenden konischen Spannkopfes, bestehend aus einer axial verschiebbaren Zugstange, mehreren zur Drehachse der Spindel konzentrisch angeordneten Spannbacken, die mit ihren hinteren Enden an einem Spannbacken-Lagerteil radial schwenkbar gelagert sind, einem die Zugstange in einer ersten Richtung belastenden Federspeicher und einer Antriebseinrichtung zum Verschieben der Zugstange unter Kompression des Federspeichers, wobei die Spannbacken an ihrer Innenseite Schrägflächen aufweisen, die in der einen Endstellung der Zugstange radial gegen den konischen Spannkopf des Werkstückhalters angepreßt sind und in der anderen Endstellung der Zugstange im Abstand vom Spannkopf angeordnet sind.

   Durch das gattungsgemäße DE-GM 82 15 293 ist bereits eine Spannvorrichtung dieser Gattung bekannt, bei der die Spannbacken mit ihren hinteren Enden an der Zugstange radial schwenkbar gelagert sind, indem sie einen vorspringenden Bund derselben hintergreifen.

   Wenn die Zugstange unter der Wirkung des Federspeichers in die Spannstellung vom Werkstückhalter weg verschoben wird, dann nimmt sie die Spannhacken mit, bis deren Schrägflächen am konischen Spannkopf des Werkstückhalters zur Anlage gelangen. Da die Spannbacken in der Bohrung der Spindel geführt sind und nicht radial ausweichen können, werden sie gegen den Spannkopf des Werkstückhalters angepreßt und ziehen diesen in die Spindel hinein. Bei dieser bekannten Spannvorrichtung ist die auf den Spannkopf des Werkstückhalters ausgeübte Zugkraft zur Vorspannkraft des Federspeichers direkt proportional, und die Vorspannkraft des Federspeichers wird über die Spannbacken auf den Spannkopf übertragen.

   Bei einer in der GB-PS 12 46 967 beschriebenen Spannvorrichtung sind die Spannzangen mit einem Block einstückig verbunden, der gegenüber der Spindel in Axialrichtung begrenzt verschiebbar ist. Der Block und die mit diesem verbundenen Spannzangen sind in einer mit der Zugstange verbundenen Hülse angeordnet, die mit einem nach innen ragenden Flansch die vorderen freien Enden der Spannbacken hintergreift.

   Bei dieser bekannten Spaanvorrichtung ist demzufolge die auf den Spannkopf des Werkstückhalters ausgeübte Zugkraft zur Vorspannkraft des Federspeichers direkt proportional, und die von dem Werkstückhalter auf die Spannbacken ausgeübte Zugkraft wird über die Hülse und die Zugstange unter Zwischenschaltung des Federspeichers auf die Spindel übertragen.