DE3110348A1 - Spannfutter fuer ein drehwerkzeug - Google Patents

Description

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If 16. März 1981

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Cooper Industries, Inc. Houston, Texas, USA

"Spannfutter für ein Drehwerkzeug"

Die Erfindung betrifft ein Spannfutter zum lösbaren Festlegen · eines Bohrers oder eines anderen spanabhebenden Elementes, wobei das Putter an der drehbaren Ausgangswelle des motorgetriebenen Drehwerkzeuges oder dergleichen.befestigt ist. Der ! Ausdruck "spanabhebendes Element" kann Einrichtungen umfassen,

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wie Bohrer und zahlreiche Endbearbeitungswerkzeuge, wie Schleifund Engratungswerkzeuge, umlaufende Peilen, Präs- und Bohrwerkzeuge und andere umlaufende Einrichtungen, die einen Stiel oder einen Schaft uniassen, der lösbar mit einem Antriebskopf verbunden ist, der eine umlaufende Ausgangswelle umfaßt.

Ee sind zahlreiche Einspannfutter oder Einrichtungen zum Halten von spanabhebenden Elementen bekannt, die mit motorgetriebenen i Drehwerkzeugen, wie auch mit Maschinenwerkzeugen oder manuell j bedienbaren Werkzeugen verwendbar sind. Insbesondere benötigen j relativ hochtourig umlaufende Werkzeuge zum Bohren oder sogenannte Endbearbeitungswerkzeuge zum Schleifen, Peilen und Ent-I graten ein Spannfutter, das zum sicheren Pestlegen des span-

! abhebenden Elementes verwendbar ist, ein schnelles Lösen ermöglicht, so daß ein Element gegen ein anderes ausgetauscht werden kann, und daß das spanabhebende Element genau mit der Umlaufachse der Ausgangswelle des Werkzeuges ausrichtbar ist. Spannfutter für relativ hohe Umlaufgeschwindigkeiten sind in den US-PS Nm. 3 495 844, 3 762 732 und 3 794 335 beschrieben. Perner beschreiben die US-PS Nrn. 421 718 und 1 649 567 Spannfutter, die Klemmechanismen für das spanabhebende Element umfassen, die in mancher Beziehung dem erfindungsgemäßen Putter ähneln.

Die den bekannten Spannfuttern anhaftenden Probleme, die durch

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die Erfindung gelöst werden, betreffen hauptsächlich die Tat- !

sache, daß keines der "bekannten Spannfutter alle gewünschten Merkmale eines Futters kombiniert, das in erster Linie zur Verwendung mit relativ hochtourig umlaufenden von der Hand geführten, motorgetriebenen Drehwerkzeugen vorgesehen ist. Beispielsweise ist es wesentlich, ein Putter zu schaffen, das in der Lage ist, eine große Klemmkraft auf das spanabhebende Element auszuüben, ohne Schraubenschlüssel oder ähnliche Werkzeuge verwenden zu müssen, d.h. das Spannfutter sollte das spanabhebende Element schnell klemmen oder freigeben, ohne dabei irgendein Werkzeug verwenden zu müssen. Es ist ferner wichtig, daß das spanabhebende Element genau mit der Drehachse des Drehantriebes oder der Ausgangswelle des Werkzeuges fluchtend gehalten wird. Darüber hinaus ist es erwünscht, daß durch i

. hohe Drehzahlen des Putters keine Zentrifugalkräfte erzeugt j werden, die dazu neigen, die Haltekraft des spanabhebenden EIe-

mentes herabzusetzen. Diese und weitere Merkmale werden mit dem erfindungsgemäßen Spannfutter erreicht, wie der Beschreibung zu entnehmen ist.

Die Erfindung bezweckt ein Spannfutter für motorgetriebene

Drehwerkzeuge oder dergleichen zu schaffen, das insbesondere | geeignet ist, an Werkzeugen, die von Hand geführt werden und J eine relativ hohe Drehzahl haben und dem Bohren und dem soge-

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nannten Fertigbearbeiten dienen, verwendet zu werden.

Das erfindungsgemäße Spannfutter dient dem Anlegen einer erheblichen Einspannkraft an den Schaft eines spanabhebenden Elementes wie auch dem schnellen Lösen ohne dabei ein Werkzeug, wie Schraubenschlüssel oder dergleichen verwenden zu müssen. j Der das spanabhebende Element festlegende Mechanismus des Spann-j

ι futters gemäß der Erfindung umfaßt ein paar von hebelbetätigten j Backen zum Anlegen an den Schaft des spanabhebenden Elementes,

[ was für erhöhte Klemmkräfte sorgt, die nicht dazu neigen, das spanabhebende Element aus der Flucht mit der Drehachse der

: Werkzeugausgangswelle zu verschieben. Die hebelbetätigten Bak-

j ken werden durch eine Mutter zum Anlegen und Freigeben des ! spanabhebenden Elementes bewegt, die ein Gewinde kleiner Steij gung hat, und die auf die Backenhebel einwirkt, um eine hohe

ι Klemmkraft auszuüben, wobei zum Festklemmen und Lösen des spanabhebenden Elementes eine relativ geringe manuelle Drehkraft auf die Mutter auszuüben ist.

Die hebelbetätigten Backen bewirken darüber hinaus eine erhöhte Spannkraft auf das spanabhebende Element in Abhängigkeit von Zentrifugalkräften, die durch das Umlaufen des Futters erzeugt werden. Infolgedessen steigen die vom Spannfutter ausgeübten Klemmkräfte während des Arbeitens des Werkzeuges mit

! hoher Drehzahl an.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Spannfuttere besteht darin, daß das spanabhebende Element keine oder nur sehr geringe Neigung hat, in dem Spannfutter steckenzubleiben, wenn die Backen gelöst worden, sind.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das span- j

ι abhebende Element in einer Axialbohrung eines Tragkörpers im I Spannfutter gehalten wird, wodurch die koaxiale Flucht des [ spanabhebenden Elementes mit der Werkzeugantriebsachse leicht aufrechterhalten wird.

j Die Aufzählung der Vorteile zeigt, daß das erfindungsgemäße ; Spannfutter fast alle Merkmale aufweist, die ein Spannfutter

für Werkzeuge hoher Drehzahl aufweisen sollte, und darüber ! hinaus eine einfach konstruierte und kompakte Einrichtung darj stellt, die relativ wirtschaftlich herzustellen ist.

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

Pig. 1 eine zum Teil aufgebrochen dargestellte

Seitenansicht eines motorgetriebenen Drehwerkzeuges, das ein erfindungsgemäßes Spannfutter umfaßt;

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Pig. 2 einen Längsschnitt durch das Spannfutter
in einem größeren Maßstab;

Pig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Pig. 2
und

Pig. 4 eine schaubildliche Ansicht einer der Spannfutter-Backen, j

i In Pig. 1 der Zeichnung ist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes, ι von Hand führbares motorgetriebenes Drehwerkzeug dargestellt.
Das Drehwerkzeug 10 kann eines der üblichen Werkzeuge sein, j

die einen druckmittelgetriebenen Turbinen- oder Umlaufflügel- j motor 12 aufweisen, der in einem Gehäuse 14 angeordnet ist. j Druckmittel, wie Druckluft, wird dem Werkzeug über einen j

j flexiblen Schlauch 16 zugeführt. Das Werkzeug 10 umfaßt ferner ^:

eine umlaufende Ausgangswelle 18, die direkt mit dem Motor ver- ' bunden ist. Die Welle 18 ist in einem Lager 20 drehbar ge- ^: lagert, das im vorderen Bereich des Gehäuses 14 angeordnet i£t. !

Die Welle 18 trägt an ihrem dem Motor abgewandten Ende ein j Außengewinde 24, auf das ein als Ganzes mit 26 bezeichnetes \ Spannfutter aufgeschraubt ist. Wie Pig. 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 AusgangBwelle 18 dient, wie dies in Pig. 1 dargestellt ist. Der Hauptteil 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 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 umlaufende Peile 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 Werkzeugmotors verbunden und in entsprechenden Lagern gelagert werden (US-PS 3 728 052).

Der Hauptteil 28 des Spannfuttere 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

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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 ist durch Kopfschrauben 50 mit dem Hauptteil 28 verbunden, die in dieses eingeschraubt sind. Die Hülse 46 ist mit einer

j Bohrung 52 versehen, die einen Ringraum um den im Durchmesser I

verringerten Bereich 34 des Hauptteils 28 herum bildet.

Wie Pig. 2 und 3 zeigen, umfaßt das Spannfutter 26 zwei diametral gegenüber angeordnete Backen 54, die im Ringraum zwischen dem Hauptteil 28 und der Hülse 46 angeordnet sind. Die Backen 54 erstrecken sich durch längliche radial gerichtete Querschlitze im Hauptteil 28 des Putters, um am Schaft 36 ί des spanabhebenden Elementes 37 anzugreifen. Die Backen 54 sind mit konkaven Flächen 58 versehen, deren Krümmungen etwa dein Durchmesser der Bohrung 32 und dem Schaft 36 angepaßt sind. Infolgedessen können die Backen 54 gegen den Schaft gedruckt werden, um diesen reibend zu ergreifen, ohne eine Beschädigung der Oberfläche des Schaftee zu verursachen. Die Backen 54 sind mit Hebeln 60 einstückig ausgebildet, die sich axial in den

Ringspalt zwischen der Hülse 46 und dem Hauptteil 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 Pig. 2 und 4 zeigen, 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 Schwenkpunkt, um den Jede Backe verschwenkt wird, wenn die Mutter 40 gedreht wird, um sich gegen die konische Oberfläche r 62 zu legen. Die äußere Oberfläche 64 Jedes Hebels 60 ist in ι

i axialer Richtung vom gekrümmten Rand 66 zur konischen Oberfläche!

64 hin etwas radial einwärts geneigt, um einen Zwischenraum für : die Schwenkbewegung des Hebels um den gekrümmten Rand 66 herum j 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 starke 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, um eich von der Anlage an den Backen wegzubewegen. Die relativ kleine

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Steigung dee Gewindes der Mutter 40 zusammen mit der Keilwirkung der Mutter 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 Arbeitsgewinn von annähernd 10:1 ergibt, wenn man die axiale Entfernung von der axialen Mitte der Oberfläche 62 zum Rand 66 im Vergleich zur axialen Entfernung vom 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 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 3,2 mm hat. Es wurde ferner bestimmt, daß eine Mutter 40 mit einem nominellen Gewindedurchmesser von etwa 4,5 nun und .2,5 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

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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 Elementes 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 Klemmkräfte auf den Schaft ausüben.

Wenn es erwünscht ist, den Schaft eines spanabhebenden Elementen 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 j 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 Schwerpunkt 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 ver- |

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schwenken, die die Klemmkraft auf den Schaft dee 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 ι andere Mittel festgelegt werden, beispielsweise durch zusammen- j wirkende 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

i darüber hinaus die Notwendigkeit des Montierens der Backen j auf festen Schwenkelementen, wie dies bei vielen bekannten Spannfuttern der Fall ist.

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Claims (8)

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   Cooper Industries, Ine,
   Houston, Texas, USA

   Patentansprüche

   M♦)Spannfutter für ein Drehwerkzeug, mit einem durch eine Antriebswelle antreibbaren Hauptteil, gekennzeichnet durch eine Axialbohrung 02) in dem Hauptteil (28)., die zu einem Ende des Hauptteils zur Aufnahme und zum Tragen eines Schaftes (36) eines spanabhebenden Elementes (37) geöffnet ist, durch eine den Hauptteil (28) umgebende Hülse (46), die einen Hingspalt zwischen dem Hauptteil (28) und der inneren Oberfläche der Hülse (46) bildet, durch mindestens zwei im Spannfutter angeordnete Backen (54), die an den Schaft (36) anlegbar sind, wobei Jede der Backen (54) einen Hebel (60) zum Bewegen der Backe (54) in die am Schaft (36) anliegende Stellung umfaßt und durch eine vom Spannfutter getragene Einrichtung, die an die Hebel (60) anlegbar ist und dem Andrücken der Backen (54) an den Schaft ! (36) zu dessen Pestlegen in der Bohrung (32) dient.

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2. 2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Hebel (60) anlegbare Einrichtung eine Mutter (4-0) umfaßt,die durch Gewinde auf den Hauptteil (28) aufschraubbar ist und einen Auflaufflächenbereich (42) umfaßt, der mit konischen Oberflächen (62) an den Hebeln beim Drehen der Mutter (40) zusammenwirkt und über die Hebel (60) ein Bewegen der Backen (54) in feste Anlage an den Schaft (36) hervorruft.
3. 3. Spannfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (60) der Backen (54) in dem besagten Hingspalt angeordnet sind, und daß die Backen (54) Je einen Bereich umfassen, der einen Schwenkpunkt bildet, um den die besagten Hebel (60) beim Anlegen der Mutter (40) an diese verschwenkt werden und die Backen (54) gegen den Schaft (36) drücken.
4. 4. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (54) durch die Hülse (46) und den Hauptteil (28) in dem Hingspalt gehalten sind.
5. 5. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schwenkpunkt bildende Bereich einen Rand (66) umfaßt, der an jeder der Backen(54) ausgebildet ist.
6. 6. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei diametral gegenüberliegend
   angeordnete Backen (54) umfaßt, die auf eine Schwenkbewegung der Hebel (60) radial einwärts bewegbar sind.
7. 7. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) von dem Hauptteil abnehmbar ausgebildet ist und daß das Spannfutter Einrichtungen zum Pestlegen der Hülse (46) am Hauptteil (28) umfaßt.
8. 8. Spannfutter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt Jedes der Hebel (60) zwischen dem Schwenkpunkt und der konischen Oberfläche (62)
   liegt und die beim Umlaufen des Spannfutters auftretenden
   Zentrifugalkräfte auf die Hebel in den Schwerpunkten einwirken und die Klemmkraft der Backen (54) auf den Schaft
   (36) erhöhen.