DE19546021C2 - Spannhülse für Drehwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannhülse für Drehwellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es sind Meß- und Steuermaschinen sowie Arbeitsmaschinen bekannt, die mit einer Drehwelle zum Drehen der Bearbeitungsgegenstände ausgerüstet sind. Der Gegenstand wird auf der Welle durch eine an der Welle angebrachte Spannhülse befestigt, die den zum Einspannen des Gegenstandes nötigen Axialschub liefert, indem sie z. B. einen Keil oder einen Flansch (oder aber indem sie selbst als Keil oder Flansch fungiert) an die entsprechenden Gegenelemente drückt, wodurch der Gegenstand zwischen diesen Elementen eingespannt und bündig an der Welle befestigt wird.

Ein Anwendungsbeispiel dieser Maschinen sind die Auswuchtmaschinen für PKW-Räder. Sämtliche bisher bekannten Spannhülsen sind innen auf der Bohrungsfläche mit einem Gewinde versehen, das zur Verschraubung auf der Gewindewelle dient. Einige der bekannten Spannhülsen sind mit Schnellspannsystemen ausgelegt, d. h. sie sind mit einem oder mehreren Segmenten versehen, die in eine bestimmte Gewindefläche der Welle eingreifen und können zur Lockerung von dieser radial verstellt werden, was eine rasche Verschiebung in axialer Richtung in die gewünschte Position zuläßt.

Sämtliche bekannten Spannhülsen basieren auf dem Prinzip, die Spannhülse durch Verschraubung auf der Welle festzuspannen und somit den Axialschub zur Einspannung des Gegenstandes herzustellen, indem der Spannhülse selbst das benötigte Anziehmoment verliehen wird.

Die bekannten Spannhülsen habenden Nachteil, daß sie mit Radialhebeln ausgerüstet werden müssen, deren Länge proportional zum benötigten Anziehmoment steht, da dieses durch Betätigen dieser Hebel herzustellen ist. Da nun die Welle sehr schnell dreht und die Hebel radial von der Spannhülse hervorstehen, besteht Verletzungsgefahr für die Bediener.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Anziehmoment manuell erreicht wird und daher keinen konstanten Wert hat. Durch ein zu starkes Andrehen wird das Gewinde überbeansprucht und die Entsperrung der Spannhülse erfolgt dann nur zwangsmäßig und mit dem Risiko einer mangelhaften Einspannung des Gegenstandes bei den meisten Spannhülsen mit Schnellspannsystem.

Aus der EP-A-0 433 925 A2 ist ein hydraulisches Spannelement bekannt, das ein hülsenartiges Bauteil aufweist, in dem ein mit Druckmittel beaufschlagter abgedichteter Raum angeordnet ist, in dem ein axial verschiebbarer schwimmender Ringkolben geführt ist, der einen federnden Flansch der Hülse beaufschlagt. Hydraulische Spanneinrichtungen sind auch aus der DE 44 28 701 A1 oder der WO 93/05 306 A1 bekannt. Eine pneumatische Spannvorrichtung zeigt beispielsweise die US 33 39 424.

Die Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung ist es, eine Spannhülse ahne die vorab genannten Nachteile zu realisieren.

Erfindungsgemäß ist eine Spannhülse für Drehwellen, die einen Axialschub zum Einspannen von Gegenständen liefert und einen Körper mit einer Axialbohrung aufweist, durch die die Drehwelle geführt ist, wobei der Körper aus zwei axial zueinander beweglichen Teilkörpern besteht, wobei der erste Teilkörper mit Elementen zur axialen Befestigung der Welle versehen ist und der zweite Körper zur axialen Einspannung der Gegenstände dient, wobei einer der Teilkörper einen ringförmigen, koaxial zur Welle verlaufenden Hohlraum aufweist du der andere Teilkörper ein ringförmiges, in diesem Hohlraum axial verschiebbares kolbenartiges Teil aufweist, wobei zwischen dem kolbenartigen Teil und einer Radialwand des Hohlraums eine Schubkammer gebildet wird, wobei die Schubkammer mit einem Drucklufteinlaß und einem Luftauslaß versehen ist und eine Zunahme des Volumens der Schubkammer durch Zuführung von Druckluft einen Axialschub des Teilkörpers in Einspannrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle mit Querrillen oder Nuten versehen ist die senkrecht zur Achse der Welle verlaufen und daß die Elemente zur Befestigung des ersten Teilkörpers an der Welle wenigstens ein Element aufweisen, das zur axialen Befestigung der Welle in eine Querrille oder Nut eingreift und das durch radiale Verstellung von der Welle lösbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der Figuren in allen Einzelheiten erläutert. Hierbei wird die Realisierung in zwei verschiedenen Formen dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen axialen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der an der Drehwelle angebrachten Spannhülse;

Fig. 2 einen axialen Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Spannhülse in Entsprechung einer Ebene, die senkrecht zur Ebene der Fig. 1 steht;

Fig. 3 den Querschnitt in Entsprechung der Ebenen III-III der Fig. 2;

Fig. 4 den Querschnitt gemäß der Ebene IV-IV der Fig. 3 in vergrößerter Skala und

Fig. 5 den gleichen Querschnitt wie die Fig. 2, aber in Bezug auf die zweite Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1 bis 5 ist der Körper 2 der Spannhülse im wesentlichen zylindrisch, mit einer Axialbohrung 3, durch welche die Drehwelle 5 zur Einspannung des Bearbeitungsgegenstandes (nicht dargestellt) eingeführt wird.

Der Körper 2 besteht aus einem ersten Teilkörper 10 und aus einem zweiten Teilkörper 20, die axial zueinander bewegt werden können. Die Axialbohrung 3 erstreckt sich durch beide Körper.

Der erste Teilkörper 10 ist mit Elementen versehen (insgesamt mit 40 gekennzeichnet und in Folge genauer beschrieben), die ihn axial auf der Welle S befestigen. Der zweite Teilkörper 20 bewegt sich freiläufig in axialer Richtung und bedingt durch axiale Wirkung die Einspannung der Gegenstände. Insbesondere drückt er gegen einen hinteren Blockierkörper 6 (Keil oder Flansch), der den einzuspannenden Gegenstand gegen einen Anschlag (nicht dargestellt, da jeder beliebige, bekannte Anschlag verwendbar ist) sperrt.

Der erste Teilkörper 10 hat hinten einen zylindrischen Teil 10a mit internem Hohlraum 11, der ringförmig und koaxial zur Welle 5, mit konstantem Querschnitt verläuft.

Der Hohlraum 11 ist mit axialen Wänden versehen, außen ist er durch eine zylindrische Wand 12 und innen durch eine zylindrische Wand 13 begrenzt, deren Achse zur Achse A der Welle 5 ausgerichtet ist. Vorne ist er durch eine Radialwand 14 abgeschlossen.

Der zweite Teilkörper 20 enthält ein Kolbenteil 21, der in dem Hohlraum 11 axial verschiebbar ist. Das Kolbenteil 21 hat Ringform, die jener des Hohlraumes 11 entspricht, einen gleichmäßigen Querschnitt und ist genau passend zwischen den Wänden 12 und 13, hinter der Radialwand 14, verschiebbar. Dichtungen 22 und 23 am Kolbenteil 21 sorgen für absolute Dichtigkeit.

In Alternative zur gezeigten Lösung und mit der gleichen Wirkung, ist das Kolbenteil 21 im ersten Teilkörper 10 herstellbar, sowie der Hohlraum im Teilkörper 20.

Zwischen dem Teil 21 und dem Hohlraum 11 wird eine Schubkammer 11a (Teil des Hohlraumes 11) mit variablem Volumen definiert. Die Zunahme dieses Volumens bewirkt die axiale Verschiebung des zweiten Körpers 20 in der Richtung des zum Einspannen der Gegenstände benötigten Schubes. Hinter der Kammer 11a ist eine Radialwand 15 vorgesehen, die mit der externen Wand 12 vereint ist und dient zur Hubbegrenzung des Kolbenteiles 21.

Die Schubkammer 11a hat einen Drucklufteinlaß 50. Dieser Eingang 50 besteht aus einem Leitkanal 51, der in den vorderen Teil 10b des Teilkörpers 10 eingefügt ist und mit der Kammer 11a durch die Radialwand 14 hindurch in Verbindung steht. Seine äußere Öffnung hat eine auf eine Düse 53 abgestimmte Konfiguration (konvergent nach innen). Durch diese Düse tritt von einem externen Element Druckluft ein, z. B. die Düse einer Druckluftpistole, die an eine in vielen Werkstätten und Labors installierte Druckluftleitung angeschlossen ist.

Im Kanal 51 ist ein Sperrventil 54 angebracht, das den Einlaß der Druckluft in die Kammer 11a ermöglicht und deren Austritt verhindert. Gegenüber der Achse A wurde ein zweiter axialer Kanal 61 für den Auslaß der Druckluft aus der Kammer 11a hergestellt. Der Kanal 61 ist ebenso in das Teil 10b eingefügt und enthält ein Sperrventil 62, ähnlich dem Ventil 54, das normalerweise den Luftaustritt verhindert. Auf der nach außen liegenden Strecke des Kanals 61 ist eine dünne Stange 63 mit einer Taste 64 angebracht, die aus dem Körper 10 hervorsteht. Die Stange 63 wird normalerweise durch eine Feder nach außen gedrückt und in dieser Stellung wirkt sie nicht auf das Ventil 62. Wird die Stange 63 dagegen mit einem Finger nach innen gedrückt, so entfernt sie das Ventil 62 von seinem Sitz und ermöglicht somit den Ablaß der Druckluft aus der Kammer 11a durch den Kanal 61.

Im allgemeinen sind die Elemente 40 mit wenigstens einem Element 41 für die axiale Befestigung auf der Welle 5 versehen, das durch die radiale Verstellung von Hand entsperrt wird, da die Welle 5 auf ihrer Oberfläche axial mit einer Reihe von Querrillen versehen ist, die jeweils das Befestigungselement 41 aufnehmen.

Bei der ersten, in der Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform bestehen diese Rillen aus Nuten 42, die jeweils senkrecht zur Achse A verlaufen und längs der Welle 5 in axialer Richtung verteilt sind. Die auf das Befestigungselement 41 wirkenden Kontrastwände der Nuten 42a stehen senkrecht zur Achse A (wie in Fig. 4 gezeigt), oder sogar im Unterschnitt.

Das Befestigungselement 41 hat die Form eines Streifens, der sich radial in einem engen Radialsitz 43 bewegt. Dieser Radialsitz ist in dem ersten Teilkörper 10 hergestellt und durchschneidet die Bohrung 3. Der Sitz 43 läßt die Bewegung des Elements 41 ausschließlich in radialer Richtung zu, dies auch durch zwei Stifte 431, die am Teilkörper 10 befestigt und in zwei Radialschlitze 432 des Elements 41 eingeführt sind. Die Welle 5 wird durch eine Profilbohrung 44 des Elements 41 geführt. Das Element 41 greift im umliegenden Bereich der Bohrung 44 mit seinem Rand 41a in eine beliebige Nut 42 ein.

Das Element 41 bewegt sich frei zwischen zwei Grenzpositionen. Eine erste Position, in der es mit seinem Rand 41a innen über die Oberfläche der Bohrung 3 hinaussteht und demzufolge in eine Nut 42 (Fig. 4) eingreift und eine zweite Position, in der es mit seinem Rand und auch insgesamt nicht über die Bohrung 3 steht.

Normalerweise wird das Element 41 durch eine Feder in dieser ersten Position festgehalten. In die zweite Position kann das Element 41 anhand seiner Taste 35, die von außen her zugänglich ist, gebracht werden. Hierbei wird es manuell gegen den Druck der Feder 36 geschoben.

Die Taste 35 ist in einer günstigen Position im Sitz 16 angebracht, der auf der äußeren Fläche des Körpers 10 angeordnet ist, so daß sie radial zur zylindrischen Oberfläche des Teils 11b, an dessen Oberfläche die Spannhülse den maximalen Durchmesser erreicht, eigentlich nicht hervorsteht.

Auch wenn die dargestellten Nuten 42 am gesamten Umfang verlaufen, können diese Nuten und der Rand 41 anders verlaufen. Es ist z. B. möglich, daß die Nuten 42 lediglich längs eines oder mehrerer Bögen des Umfanges der Welle 5 verlaufen. Selbst der Querschnitt der Welle 5 kann, wenn auch nur im Bereich der Spannhülse, eine andere Form als die gezeigte kreisförmige haben.

Während der Verwendung ist zur raschen Positionierung der Spannhülse die Taste 35, wodurch das Element 41 in die zweite Position gebracht wird, zu drücken. Die Spannhülse kann jetzt frei und schnell auf der Welle 5 gleiten, bis sie mit ihrem zweiten Körper 20 gegen den Blockierkörper 6 positioniert ist. Nun ist die Taste 35 freizugeben, wonach das Element 41 in die erste Position geschoben wird und hier mit seinem Rand 41a in eine Nut 42 eingreift. An dieser Stelle wird durch die Düse 53 die Druckluft in die Kammer 11a eingelassen, wodurch der zweite Körper 20 mit einer bestimmten Kraft, die den Schub der Spannhülse zum Einspannen des Gegenstandes bedingt, gegen den Blockierkörper 6 gedrückt wird.

Inzwischen wird der Körper 10 vom Anschlag des Elementes 41 gegen die Wand 42a festgehalten. Nachdem diese senkrecht (oder sogar im Unterschnitt) zum Axialschub steht, besteht keine radiale Kraftauswirkung von Seiten irgendwelcher Komponenten und die stabile Position des Elementes 41 innerhalb der Nut 42 ist somit gewährleistet.

Um die Einspannwirkung aufzuheben, genügt es, die Taste 64 für den Druckauslaß aus der Kammer 11a zu betätigen.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden lediglich durch die Befestigungselemente 40. Bei dieser Lösung können beliebige Elemente, die normalerweise für Spannhülsen mit Schnellspannung verwendet werden, zum Einsatz kommen.

Die in Fig. 5 gezeigten Befestigungselemente 40 sind des gleichen Typs wie jene der Italienischen Patentanmeldung RE93U000026, die am 15.04.1993 vom gleichen Anmelder hinterlegt wurde.

In diesem Fall ist die Welle 5, auf der sich die Spannhülse bewegt, mit einem Schraubgewinde 5a versehen und das Befestigungselement besteht aus einem Endmaß 45, das durch einen Axialbolzen 46a an einem außen mit einer Taste 46b ausgestatteten Ringplättchen 46 befestigt ist.

Das Endmaß 45 und das Plättchen 46 können radial in einem entsprechenden Radialsitz 47 in dem Teilkörper 10 bewegt werden, der senkrecht zur Achse A steht und die Axialbohrung 3 durchschneidet. Der Sitz 47 des Plättchens 46 und des Endmaßes 45 ermöglicht deren Bewegung ausschließlich in radialer Richtung. Die zur Oberfläche der Welle 5 gerichtete Oberfläche 45a des Endmaßes 45 ist mit einem Gewinde versehen, das in das Gewinde der Welle 5 eingreift. Das Plättchen 46 hat dagegen eine mittige Bohrung, durch die die Welle 5 geführt wird, ohne daß sie miteinander in Berührung kommen.

Das Endmaß 45 kann zwischen einer Grenzposition, in der sich seine Oberfläche 45a mit dem Gewinde 5a verschraubt und einer zweiten Grenzposition, in der die Oberfläche 45a nicht von der Oberfläche der Bohrung 3 hervorsteht, radial verstellt werden. Das Plättchen 46 und das Endmaß 45 werden normalerweise von einer Feder in dieser ersten Position gehalten und durch Betätigen der Taste 46b werden sie in die zweite Position gebracht.

Das Endmaß 45 hat seitlich hinten eine Oberfläche 45b (vorteilhaft, aber nicht unabdingbar), die schräg zur Achse A steht. Der Neigungswinkel ist, auf der Axialebene, gleich oder kleiner als jener der Flankenneigung des Gewindes 5a. Die dementsprechende Oberfläche des Sitzes 47, gegen welche die Oberfläche 45a gerichtet ist, hat den gleichen Neigungswinkel. Diese Eigenschaften schließen die Gefahr aus, daß infolge der Flankenneigung des Gewindes 5a das Endmaß 45 radial entfernt wird und sich infolge der radialen Schubkomponenten, die auf das Endmaß selbst wirken, aus dem Gewinde 5a löst.

Die Spannhülse dieser Ausführungsform wird auf die gleiche Weise wie die vorhergehende verwendet.

Dank der Tatsache, daß der von der Spannhülse gelieferte Einspannschub nicht durch manuelles Drehen der Spannhülse rund um die Achse A erreicht wird und die Spannhülse überhaupt nie gedreht werden muß, kann die Spannhülse außen zylinderförmig gestaltet sein und braucht nicht mit Hebeln oder anderen radial hervorstehenden Elementen zur Rotation versehen sein.

Darüber hinaus kann nachdem der Einspannschub durch die in die Kammer 11a eingeführte Druckluft hergestellt wird, in der Kammer der Druckwert problemlos konstant gehalten und auf den gewünschten Einspannschub abgestimmt werden. Auf diese Weise wird bei jedem Arbeitsgang der gleiche Einspannschub erreicht.

Claims (2)

1. Spannhülse für Drehwellen, die einen Axialschub zum Einspannen von Ge­ genständen liefert und einen Körper (2) mit einer Axialbohrung aufweist, durch die die Drehwelle geführt ist,
wobei der Körper (2) aus zwei axial zueinander beweglichen Teilkörpern (10, 20) besteht,
wobei der erste Teilkörper (10) mit Elementen (40) zur axialen Befestigung der Welle (5) versehen ist und der zweite Körper (20) zur axialen Einspannung der Gegenstände dient,
wobei einer der Teilkörper einen ringförmigen, koaxial zur Welle (5) verlaufen­ den Hohlraum aufweist und der andere Teilkörper ein ringförmiges, in diesem Hohlraum axial verschiebbares kolbenartiges Teil (21) aufweist,
wobei zwischen dem kolbenartigen Teil (21) und einer Radialwand des Hohl­ raums (11) eine Schubkammer (11a) gebildet wird,
wobei die Schubkammer (11a) mit einem Drucklufteinlaß (50) und einem Luft­ auslaß versehen ist und eine Zunahme des Volumens der Schubkammer durch Zuführung von Druckluft einen Axialschub des Teilkörpers in Einspannrichtung bewirkt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle mit Querrillen oder Nuten versehen ist, die senkrecht zur Achse (A) der Welle (5) verlaufen,
daß die Elemente (40) zur Befestigung des ersten Teilkörpers (10) an der Welle (5) wenigstens ein Element (41) aufweisen, das zur axialen Befestigung der Welle (5) in eine Querrille oder Nut (42) eingreift und das durch radiale Ver­ stellung von der Welle (5) lösbar ist.

2. Spannhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (41) mit einem Rand (41a) in die Nut (42) ein­ greift und sich zwischen zwei Grenzpositionen bewegt, in denen dieser Rand (41a) in der axialen Bohrung (3) hervorsteht, bzw. nicht hervorsteht.