DE3101315C3 - Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es ist ein Backenfutter der genannten Art durch die ältere DE-Patentanmeldung entsprechend der nachveröffentlichten DE-OS 29 03 904 bekannt, bei welchem der Backenträger im Bereich des Keiles mit einer solchen Ausnehmung versehen ist, daß die Keilnut im Backenträger im gesamten Bereich des Keiles wegfällt. Um diesen Bereich, in dem die Klemmbacke nicht geführt ist, klein zu halten, verläuft der Steg parallel zur Backenfutterachse, und er hat eine sehr kleine radiale Abmessung, weshalb der Flansch vergleichsweise stark ausgebildet werden muß, um eine ausreichende Festigkeit des Futters zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Backenfutter der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei vergleichsweise leichter Ausführung eine relativ große Festigkeit des Futters und eine relativ große Klemmkraft ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erreichbare Klemmkraft hängt wesentlich von der Festigkeit des Keiles und von der Führung des Keiles in der Keilnut des Backenträgers ab. Bei dem erfindungsgemäßen Backenfutter wird die Festigkeit des Keiles durch eine radiale Vergrößerung der Abmessung der Rippe ganz wesentlich erhöht, da die Biegespannungen bei Vergrößerung der radialen Abmessung der Rippe stark herabgesetzt werden. Da nach der Erfindung die Rippen in die Schlitze im Boden der Führungsnuten eingreifen, wird durch die Vergrößerung der radialen Abmessung der Rippen die Führung der Spannbacken im Spannbackenträger nicht beeinträchtigt. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, den Keil insgesamt bei hoher Festigkeit verhältnismäßig leicht auszubilden, wobei die Führung der Klemmbacken im Backenträger sogar verbessert wird. Insgesamt wird eine verbesserte Klemmkraftübertragung erreicht. Durch die mögliche Vergrößerung der radialen Abmessung der Rippe kann eine hohe Festigkeit des Keiles auch bei geringerer Stärke des Flansches erreicht werden, was eine Vergrößerung der Mittelbohrung im Futterkolben ermöglicht. Dies ermöglicht die Durchführung von Stangenmaterial mit größerem Durchmesser.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In der schematischen Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein bekanntes Spannfut­ ter, woraus sich die besondere Eingriffsart des Kei­ les auf jeder Klemmbacke in den Druckkolben ergibt,

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannfutter,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Backenträgers in dem Spannfutter nach Fig. 2, und zwar in vergrößer­ tem Maßstab,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der Backenbasen mit dem Keil in dem Spannfutter nach Fig. 2, und zwar im vergrößerten Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2, aus dem die Anordnung jedes Keiles in bezug auf den Backen­ träger und den Druckkolben ersichtlich ist, und zwar in einem vergrößerten Maßstab,

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht des Druckkolbens in dem Spannfutter nach Fig. 2, im vergrößerten Maßstab,

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich derjenigen nach Fig. 6, die aber eine Abwandlung des Druckkolbens zeigt,

Fig. 8 eine Teil-Schnittansicht eines weiteren abgewandel­ ten Druckkolbens und

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8 eines weiteren abgewandelten Druckkolbens.

Jede Klemmbacke 10 des in Fig. 1 schematisch dargestell­ ten, bekannten Spannfutters besitzt ein Ende, das in einen Keil 12 mit T-förmigem Querschnitt geformt ist, der gleitend in eine hinterschnittene Keilnut 14 in einem Druckkolben (Futterkolben) 16 eingreift. Dieser Druckkolben ist gleitend in einem ringförmi­ gen Backenträger (Futterkörper) 18 gelagert, welcher die Backen 10 trägt und deren Gleitbewegung entlang radialer Führungsnuten 20 er­ möglicht.

Wie ersichtlich, besitzt der Druckkolben 16 ein Paar gegenüber­ liegender, überstehender Teile 22, die durch jede hinterschnittene Keilnut 14 gebildet werden. Wenn ein Werkstück gehalten wird, erhalten die Klemmbacken 10 Kräfte in einer radial nach aus­ wärts zum Backenträger 18 gerichteten Richtung, wie es durch den Pfeil A angedeutet ist. Somit übt der Keil 12 jeder Backe ein Biegemoment B auf die überstehenden Teile 22 des Druckkol­ bens 16 aus, wodurch diese um ihre Punkte C der Berührung mit den Kanten des Backenträgers 18 gebogen werden. Die nach auswärts gerichteten Kräfte A und das Biegemoment B vergrößern sich proportional zu der Rotationsgeschwindigkeit des Spann­ futters. Deshalb können die überstehenden Teile 22 des Druck­ kolbens (16) im Bereich D brechen.

Es folgt nun eine Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels der Erfindung, wie es in den Fig. 2 bis 6 schematisch dargestellt ist.

Unter besonderem Bezug auf Fig. 2 enthält das durch Keilwir­ kung betätigte Backenfutter gemäß der Erfindung folgende Teile:

• 1. einen ringförmigen Backenträger (Futterkörper) 24 mit mehreren, vorzugs­ weise drei hinterschnittenen Führungsnuten 26, die in ra­ dialer Richtung verlaufen;
• 2. Klemmbacken 28, die gleitend in die entsprechenden Führungs­ nuten 26 im Backenträger 24 eingreifen und Keile 30 aufweisen, die mit ihnen aus einem Stück bestehen;
• 3. einen Druckkolben (Futterkolben) 32, der gleitend im Backenträger 24 ge­ lagert ist und sich in axialer Richtung bewegen kann, um die radiale Bewegung der Klemmbacken 28 durch Keilwirkung hervorzurufen.

In der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles und in den Ansprüchen bedeuten die Richtungsausdrücke "Vorder-" und "Rück-" sowie "nach vorn" und "nach rückwärts" die Rich­ tungen nach rechts bzw. nach links in dem Spannfutter, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Somit besitzt beispielsweise der Backen­ träger 24 die hinterschnittenen Führungsnuten 26 in seiner Vorderfläche, und es springen die Keile 30 von den Klemmbacken 28 nach rückwärts vor. Ferner werden die Ausdrücke "innere" und "äußere" sowie "einwärts" und "auswärts" in bezug auf die Achse des Spannfutters als innerste Lage verwendet. Die Keile 30 sind deshalb an den inneren Enden der Klemmbacken 28 angeord­ net.

Der Backenträger 24 besitzt drei hinterschnittene Führungsnuten 26, die in seiner Vorder­ fläche 34 mit konstanten Winkelabständen in radialer Richtung vorgesehen sind, vgl. auch Fig. 3. Außerdem besitzt der Backenträger 24 je Führungsnut 26 einen Schlitz 36, der im Boden 38 jeder Führungsnut 26 so angeordnet ist, daß er sich vom inneren Ende radial nach auswärts er­ streckt und kurz vor dem äußeren Ende endet.

Jede Klemmbacke 28 ist als geteilte Backe dargestellt, die gemäß Fig. 2 aus einer Aufsatzbacke 40 und einer Grundbacke 42 besteht, wobei die Teile 40, 42 durch Bolzen oder in irgendeiner anderen Art zusammengehalten sind. Die Klemmbacken können natürlich auch aus einem einzigen Stück bestehen. Wie im einzelnen in Fig. 4 dargestellt, weist jede Klemmbacke 28 bzw. der Grundbacke 42 einen T-förmigen Quer­ schnitt auf, so daß sie gleitend in eine der hinterschnittenen Führungsnuten 26 im Backenträger 24 eingreifen kann. Der vom inneren Ende jeder Grundbacke 42 nach rückwärts vorspringende Keil 30 besitzt ebenfalls T-förmigen Querschnitt. Dieser Keil 30 besteht aus einer sich radial vom Backenträger 24 erstrecken­ den Rippe 44 und aus einem Flansch 46 am inneren Ende der Rippe. Der Flansch 46 verläuft unter einem Winkel zur Achse des Spannfutters, um so als Keil zu wirken. Der äußere Teil der Rippe 44 greift bewegbar oder gleitbar in jeden Schlitz 36 im Backenträger 24 ein.

Es wird darauf hingewiesen, daß das äußere Ende der Rippe 44 nach einwärts geneigt ist, während sie sich von der Grundbacke 42 nach rückwärts erstreckt. Fig. 2 zeigt, daß das äußere Ende jedes Schlitzes 36 im Backenträger 24 radial auswärts in bezug auf das geneigte äußere Ende der darin enthaltenen Rippe 44 endet. Wie sich ferner aus Fig. 5 ergibt, sollte die Breite E des Schlitzes 36 so nahe wie möglich der Breite F der Rippe 44 entsprechen.

Gemäß Fig. 2 und 6 besitzt der Druckkolben 32 die Form eines hohlen, mit einem Flansch versehenen Zylinders. In dem Flansch des Druckkolbens 32 sind hinterschnittene Keil­ nuten 48 vorgesehen, und zwar mit konstanten Umfangsabständen, die die Flansche 46 und Teile der Rippen 44 der Keile 30 glei­ tend aufnehmen. Jede Keilnut 48 ist in bezug auf die Achse des Druckkkolbens 32 oder des gesamten Spannfutters geneigt. Somit bewegen sich bei Bewegung dieses Druckkolbens 32 in axialer Rich­ tung des Backenträgers 24 alle Klemmbacken 28 durch Keilwir­ kung in radialer Richtung des Backenträgers. Die Außenfläche 50 des Druckkolbens 32 befindet sich im Gleitkontakt mit der Innenfläche 52 des Backenträgers 24, und zwar mit einem kleinstmöglichen Spiel (vgl. auch Fig. 5).

Fig. 2 zeigt ferner eine Haltevorrichtung 54 in Form eines Hohlzylinders, dessen rückwärtiges Ende in den Druckkolben 32 eingepaßt ist. Ein Flansch 56 auf dem Vorderende dieser Haltevorrichtung 54 ist bei 58 am Backenträger 24 festgeschraubt, und er befindet sich im Eingriff mit den inneren Enden der Grundbacken 42.

In dem durch Keilwirkung betätigten Backen-Spannfutter der vorbeschriebenen Konstruktion erhalten die Klemmbacken 28 radial nach auswärts gerichtete Kräfte, wenn sie ein Werkstück auf einer Werkzeugmaschine halten. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, sind es die gegenüberliegenden überstehenden Teile 60 des Druckkolbens 32, die paarweise durch jede hinterschnittene Keilnut 48 in diesem gebildet sind, welche die nach auswärts gerichteten Kräfte der Klemmbacken 28 über die Flansche 46 ihrer Keile 30 aufneh­ men, um die Klemmbacken 28 in ihrer Stellung auf dem Backenträger 24 zu halten. Da die Außenfläche 50 des Druckkolbens 32 sich in gleitendem Kontakt mit der Innenfläche 52 des Backenträgers 24 befindet, erhalten die überstehenden Teile 60 des Druckkol­ bens 32 praktisch keine Biegespannungen, sondern nur Druckspan­ nungen. Dies trifft auch dann zu, wenn die Spannbacken bei ansteigender Drehgeschwindigkeit des Spannfutters einer größeren Zentrifugalkraft ausgesetzt sind, so daß die überstehenden Teile 60 des Druckkolbens 32 wirksam gegen Bruch oder Verformung aufgrund von Biegespannungen geschützt sind.

Um die hinsichtlich Festigkeit und Klemmkraft gewünschten Ergebnisse zu verwirk­ lichen, müssen gewisse vorgeschriebene Abmessungsverhältnisse zwischen den Schlitzen 36 im Backenträger 24, den hinterschnit­ tenen Keilnuten 48 im Druckkolben 32 und den Keilen 30 der Klemmbacken 28 bestehen. So sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 folgende Voraussetzungen gegeben:

• 1. Die Breite G des Flansches 46 jedes Keiles 30 ist größer als der Abstand H zwischen jedem Paar gegenüberliegender, überstehender Teile 60 des Druckkolbens 32.
• 2. Der Abstand H ist nur geringfügig größer als die Breite F der Rippe 44 jedes Keiles 30.
• 3. Die Breite E jedes Schlitzes 36 im Backenträger 24 ist geringer als die Breite G des Flansches 46.
• 4. Die Breite E des Schlitzes 36 ist für beste Ergebnisse ungefähr gleich dem Abstand H zwischen dem Paar überstehender Teile 60 des Druckkolbens 32.

Nicht weniger wichtig als die Starrheit und Festigkeit des Druckkolbens 32 sind die Starrheit und Festigkeit der Klemm­ backen 28 und des Backenträgers 24. Die maximale radiale Ab­ messung I (Fig. 4) des Keiles 30 auf jeder Grundbacke 42 sollte etwa die Hälfte der radialen Abmessung J der Grundbacke 42 nicht überschreiten. Ein größerer Keil ist in bezug auf das größere Gewicht der Backe und auch im Hinblick auf ihre größere Zentrifugalverschiebung im Betrieb des Spannfutters ungünstig. Die verhältnismäßig kleine Abmessung I des Keiles 30 macht es auch möglich, die Länge K (Fig. 3) jedes Schlitzes 36 auf einem gewissen Minimum zu halten und somit einen unzu­ lässigen Abfall in der Festigkeit des Backenträgers 24 zu ver­ meiden. Es ist auf diese Weise auch möglich, die Backen 28 in dem sehr seltenen Fall eines Bruches des Druck­ kolbens 32 oder der Keile 30 vor einem Herausschleudern zu bewahren.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die T-förmige Ausbildung jedes Keiles 30 wohl berechnet ist, um in Verbin­ dung mit dem Druckkolben 32 die Klemmbacken 28 an ihrer Stelle auf dem Backenträger 24 zu halten, auch wenn auf sie im Betrieb nach auswärts gerichtete radiale Kräfte ausgeübt werden. Bei einer zweckmäßigen Wahl der Breiten F und G der Rippe 44 und des Flansches 46 an der Grundbacke 42 kann der Außendurchmesser des Druck­ kolbens 32 auf ein gewisses Minimum reduziert werden, und es kann der Durchmesser einer Bohrung 62 in der Haltevorrichtung 54, die für das Einsetzen einer zu bearbeitenden Werkstoffstange vor­ gesehen ist, auf ein Maximum vergrößert werden. Das geneigte äußere Ende der Rippe 44 jedes Keiles 30 dient dazu, sein Ge­ wicht zu verringern und die Festigkeit des Backenträgers 24 zu erhöhen.

Fig. 7 zeigt eine geringfügige Abwandlung des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, wobei diese Abwandlung Abfasungen 64 an einem Paar der vorderen Außenecken des Druckkolbens 32 aufweist, die durch jede hinter­ schnittene Keilnut 48 im Druckkolben gebildet sind. Diese Ab­ fasungen 64 bewirken eine Erhöhung der Biegsamkeit der überstehenden Teile 60 des Druckkolbens 32. Da ferner der Backenträger 24 nach Fig. 3 bei 36 geschlitzt ist, wird der Kontakt zwischen den Lagerflächen 50 und 52 des Druckkolbens 32 und des Backenträgers 24 immer enger, wenn die Druckkräfte auf die überstehenden Teile 60 ansteigen.

Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, ist der Abstand L zwischen den gegenüberliegenden Enden jedes Paares der Ab­ fasungen 64 kleiner als die Breite G des Flansches 46 jedes Keiles 30. Die Anordnung von Abfasungen 64 ist deshalb vorzu­ ziehen, weil die Abfasungen 64 zu einer weicheren Gleitbewegung der Lagerflächen 50, 52 und zu einer höheren Spannwirkung beitragen.

Die Fig. 8 und 9 sind Querschnittsdarstellungen unterschied­ lich abgewandelter hinterschnittener Keilnuten 48a und 48b im Druckkolben 32. In Fig. 9 ist die Unterfläche jedes überstehenden Teiles 60b so geneigt, daß die Dicke jedes überstehenden Teiles allmählich in Richtung auf seine Spitze abnimmt. Der zugehörige Flansch 46 des Keiles 30 ist so geformt, daß er in diese hinterschnittene Keilnut 48b paßt. Eine solche Ausbildung trägt zu der erhöhten Festigkeit der überstehenden Teile 60b und des Flansches 46 des Keiles 30 bei. Es ist selbstverständlich, daß die in die­ se Keilnuten 48a und 48b einzupassenden Keile eine entsprechen­ de Form haben. Diese Abwandlungen zeigen aber nur zwei Bei­ spiele zahlreicher solcher möglichen Abwandlungen, die dazu bestimmt sind, die Starrheit zu vergrößern und/oder eine Spannungskonzentration zu vermeiden.

Claims (10)

1. Durch Keilwirkung betätigtes Backenfutter für eine Werkzeugmaschine zum Klemmen eines zu bearbeitenden Werkstückes mit einem ringförmigen Backenträger mit mehreren in seiner Vorderfläche radial angeordneten Führungsnuten, mit mehreren jeweils in einer Führungsnut des Backenträgers in radialer Richtung gleitend geführten Klemmbacken zum Klemmen und Lösen des Werkstückes und mit einem im Backenträger gleitend gelagerten, in axialer Richtung bewegbaren Kolben, wobei jede Klemmbacke mit einem Keil versehen ist, der eine sich radial in bezug auf den Backenträger erstreckende Rippe und einen mit der Rippe aus einem Stück bestehenden Flansch aufweist, der sich in einer senkrecht zur Rippe verlaufenden Richtung erstreckt, wobei ferner der Kolben mehrere Keilnuten enthält, welche die jeweiligen Keile aufnehmen, um eine Bewegung der Klemmbacken in radialer Richtung des Backenträgers durch Keilwirkung bei einer Bewegung des Kolbens in seiner axialen Richtung zu bewirken, wobei der Kolben gegenüberliegende, überstehende Teile aufweist, die paarweise durch jede Keilnut gebildet sind und die zwischen dem Backenträger und dem Flansch jedes Keiles liegen, wobei bei geklemmtem Werkstück die Außenfläche jedes überstehenden Teiles zu dessen Abstützung an der Innenfläche des Backenträgers anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Backenträger (24) im Boden (38) jeder Führungsnut (26) einen Schlitz (36) enthält, der sich vom inneren Ende jeder Führungsnut (26) radial nach außen erstreckt, daß jeder Schlitz (36) so ausgebildet ist, daß er den äußeren Teil jeder Rippe (44) aufnehmen kann und dieser äußere Teil der Rippe (44) somit in radialer Richtung in dem Schlitz (36) bewegbar ist.

2. Backenfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Klemmbacke (42) eine dem Boden jeder Führungsnut (26) gegenüberliegende Haupt-Führungsfläche aufweist und daß diese Haupt-Führungsfläche an den gegenüberliegenden Seiten der Rippe (44) ein Paar Ausschnitt-Teile aufweist, um so ein Paar zusätzlicher Führungsflächen am inneren Teil der Klemmbacke (42) zu bilden.

3. Backenfutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar äußerer, vorderer Ecken der überstehenden Teile (60) mit Abfasungen (64) versehen ist.

4. Backenfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (36) enger ist als jede Führungsnut (26).

5. Backenfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der Rippe (44) jedes sich von einer Klemmbacke (42) nach rückwärts erstreckenden Keiles (30) nach einwärts geneigt ist.

6. Backenfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende jedes Schlitzes (36) im Backenträger (24) parallel zum äußeren Ende der darin enthaltenden Rippe (44) orientiert ist.

7. Backenfutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung jedes Keiles (30) in radialer Richtung des Backenfutters kleiner ist als etwa die halbe radiale Abmessung jeder Klemmbacke (28).

8. Backenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (36) in dem Backenträger (24) eine Breite aufweist, die etwa gleich dem Abstand zwischen jedem Paar gegenüberliegender, überstehender Teile (60) des Kolbens (32) ist.

9. Backenfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Keilnut (48) an beiden seitlichen Enden im Querschnitt kreisförmige Ausweitungen aufweist, in die entsprechend ausgebildete Teile des Flansches (46) eingreifen (Fig. 8).

10. Backenfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Begrenzungen der gegenüberliegenden, überstehenden Teile (60b) des Kolbens (32) dachförmig abgeschrägt sind (Fig. 9).