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Dokumentenidentifikation DE69416370T2 24.06.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0645209
Titel Spannfutter mit einem Drehmomentbegrenzer und einer geneigten Ebene zum abschiessenden Spannen
Anmelder Power Tool Holders Inc., Wilmington, Del., US
Erfinder Huff, Robert O., Piedmont, South Carolina 29673, US;
Shadeck, Louis M., Anderson, South Carolina 29621, US
Vertreter Patentanwälte Lippert, Stachow, Schmidt & Partner, 51427 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 69416370
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 09.09.1994
EP-Aktenzeichen 943066183
EP-Offenlegungsdatum 29.03.1995
EP date of grant 03.02.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.06.1999
IPC-Hauptklasse B23B 31/12
IPC-Nebenklasse F16D 7/04   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Spannfutter zum lösbaren Halten von Werkzeugen (z. B. Bohrerbits), und insbesondere auf solche Spannfutter, welche einfach und leicht bedient werden können, um sehr sicher ein Werkzeug zu halten, ohne daß ein Schlüssel zum Festlegen des Spannfutters an dem Werkzeug benötigt wird.

Spannfutter mit Schlüsseln zur Beaufschlagung des Spannfutters mit einem endgültigen Anzugsmoment zur sicheren Halterung eines Werkzeuges sind gut bekannt. Während derartige Spannfutter sehr erfolgreich waren, haben sie doch gewisse Nachteile. Beispielsweise muß der Schlüssel von dem Spannfutter entfernt werden, bevor das Spannfutter mit hoher Geschwindigkeit in Rotation versetzt wird (z. B. in einem Bohrvorgang). Ein fehlendes Entfernen des Schlüssels kann das Spannfutter ins Ungleichgewicht bringen, wenn dieses mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, oder verursachen, daß der Schlüssel von dem Spannfutter in radialer Richtung in einer möglicherweise gefährdenden Art und Weise weggeschleudert wird. Obwohl der Schlüssel deshalb häufig von dem Spannfutter zu entfernen ist, muß der Schlüssel dennoch irgendwie mit dem Spannfutter zusammengehalten werden, um nicht verlorengehen zu können.

Aufgrund dieser Nachteile von mit Schlüsseln versehenen Spannfuttern besteht ein steigendes Interesse in den letzten Jahren in Spannfuttern, welche manuell bedient werden können, ohne daß Schlüssel notwendig sind (s. zum Beispiel Huffat al. US- Patent 5,125,673 und Jordan et al. US-Patent 5,215,317, auf welches sich der Oberbegriff des Hauptanspruchs bezieht). Einige dieser schlüssellosen Spannfutter waren sehr erfolgreich, es besteht jedoch nach wie vor ein Verbesserungsbedarf.

Für ein zufriedenstellendes Spannfutter ist es erforderlich, daß dieses in der Lage ist, das Werkzeug sehr sicher zu halten. Spannbacken mit relativ engen Gewinden erfüllen diese Aufgabe, da enge Gewinde einen erhöhten mechanischen Vorteil bieten. Enge Gewinde bewirken jedoch, daß das Spannfutter vergleichsweise langsam zu betätigen ist, wodurch das Spannfutter für einige Anwender zu beanstanden oder sogar unakzeptabel wird. Ein Spannfutter sollte des weiteren so einfach und leicht wie möglich zu bedienen sein. Beispielsweise sollte es für den Bediener vorzugsweise möglich sein, eine einzelne und ihrer Art nach einfache Bewegung auszuüben, um das Spannfutter festzuziehen oder zu lösen. Das Spannfutter sollte sich des weiteren zuverlässig und automatisch nach jedem Gebrauch zurückstellen, so daß keine zusätzliche Rückstelloperation durch den Benutzer erforderlich ist.

Angesichts des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Spannfutter bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein manuell bedienbares schlüsselloses Spannfutter zu schaffen, welches keine besonders engen Backengewinde erfordert, um ein Werkzeug sehr sicher zu halten, sondern tatsächlich sicherer als herkömmliche schlüssellose Spannfutter mit engen Gewinden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein manuell bedienbares schlüsselloses Spannfutter zu schaffen, welches von dem Benutzer lediglich erfordert eine einzige unkomplizierte Bewegung zum Feststellen oder zum Lösen des Spannfutters auszulösen, und welches sich nach Benutzung in einer sehr zuverlässigen Art und Weise automatisch zurückstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden geleistet durch ein Spannfutter mit den Merkmalen gemäß dem Hauptanspruch. Es wird ein Spannfutter geschaffen, welches einen Drehmomentbegrenzer zwischen (1) dem Spannfutterteil (üblicherweise eine Hülse), welche manuell gedreht wird, um das Spannfutter an einem Werkzeug festzuspannen, und (2) dem Spannfutterteil (üblicherweise eine Mutter), welches durch die Hülse gedreht wird, um die Backen des Spannfutters zum Ergreifen des Werkzeuges vorzurücken. Sind die Backen an dem Werkzeug mit einem vorbestimmten Grad festgespannt, so verursacht der einem weiteren Festspannen entgegengesetzte Widerstand ein Auslösen des Drehmomentbegrenzers. Dies erlaubt der Hülse relativ zu der Mutter zu rotieren. Die oben beschriebene anfängliche Festspannung der Backen an dem Werkzeug engt des weiteren eine Vielzahl von rollenden Nockenfolgerelementen (z. B. Kugellagern) zwischen einer proximal abgeflachten Oberfläche der Mutter und einer distal abgeflachten Oberfläche, welche mit der Hülse rotiert, ein. Wenn sich die Hülse relativ zu der Mutter dreht, rollen die Nockenfolgerelemente entlang Segmenten der Oberflächen ab, zwischen welchen die Nockenfolgerelemente eingeengt sind. Diese Segmente auf zumindest einer der Oberflächen sind in Richtung auf die andere Oberfläche in der Richtung geneigt, in welcher die Nockenfolgerelemente abrollen, so daß die Nockenfolgerelemente die Mutter relativ zu dem Hauptkörper des Spannfutters axial vorwärts treiben, wenn die Nockenfolgerelemente abrollen. Diese Vorwärtsbewegung der Mutter treibt die Backen weiter vorwärts, wodurch eine abschließende Festlegung der Spannfutterbacken an dem Werkzeug erfolgt.

Wird das Spannfutter erneut gelöst, so sind die Nockenfol gerelemente nicht länger zwischen den Oberflächen, entlang welcher sie wie oben beschrieben abrollen, eingeengt. Eine vergleichsweise schwache Feder ist daher für eine automatische Rückführung der Nockenfolgerelemente in deren Ausgangspositionen relativ zu den geneigten Oberflächensegmenten, entlang welchen diese abrollen, wirksam.

Weitere Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung, deren Beschaffenheit und verschiedene Vorteile werden aus den beigefügten Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele deutlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, teilweise im Aufriß, eines erfindungsgemäß konstruierten Spannfutters,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Spannfutters nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 3 gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 4-4 gemäß Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist ein Spannfutter 10, welches entsprechend den Prinzipien dieser Erfindung konstruiert ist, einen Hauptkörper 20 mit einer zentralen longitudinalen Bohrung 22 und drei Nebenbohrungen 24 auf, welche äquidistant voneinander um die zentrale Längsachse 12 des Spannfutters angeordnet sind (nur eine der Bohrungen 24 ist in Fig. 1 sichtbar). Das proximale (am weitesten rechts liegende) Ende der Bohrung 22 ist dafür angepaßt, einen Antrieb für das Spannfutter (z. B. das Ende des Schaftes eines manuell oder motorisch angetriebenen Bohrers) aufzunehmen. Die Bohrungen 24 sind gegeneinander in der distalen Richtung (nach links) geneigt und kommunizieren mit dem distalen Teil der Bohrung 22.

Eine längs verlaufende Backe 30 ist in jeder der Bohrungen 24 angeordnet. Jede der Backen 30 ist entlang ihrer Längsachse 32 hin- und herbewegbar. Die Backen 30 werden durch die Mutter 40 hin- und herbewegt, welche drehbar auf dem Körper 20 konzentrisch mit der Achse 12 angeordnet ist und über ein Gewinde mit jeder der Backen 30 in Eingriff steht. Eine Rotation der Mutter 40 relativ zu dem Hauptkörper 20 bewirkt daher, daß die Backen 30 im Gleichgang bewegt werden, entweder in Richtung auf oder von der Achse 12 weg, in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Mutter. Die Mutter 40 wird durch Drehung der ringförmigen Fronthülse 50 gedreht, welche (wie die Mutter 40) drehbar auf dem Körper 20 konzentrisch mit der Achse 12 angeordnet ist. Im allgemeinen wird ein Drehmoment von der Hülse 50 auf die Mutter 40 durch den Ring 60 übertragen, welcher zwischen den Elementen 40 und 50 konzentrisch mit der Achse 12 angeordnet ist. Die Konstruktion und die Betriebsweise des Ringes 60 sind weiter unten im Detail beschrieben.

Hinter der Mutter 40 (in der proximalen Richtung) ist eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Kugellagern 70 in einer ringförmigen Anordnung konzentrisch mit der Achse 12 unter Anordnung in gleichmäßig voneinander beabstandeten Ausnehmungen in einem Käfigring 72 vorgesehen (siehe auch Fig. 4). In der besonderen in den Figuren gezeigten Ausführungsform sind vier Kugeln 70 gleichmäßig beabstandet voneinander um die Achse 12 angeordnet. Hinter den Kugellagern 70 (wiederum in der proximalen Richtung) ist ein ringförmiger Nockenring 80 konzentrisch zu der Achse 12 angeordnet. Der Nockenring 80, welcher ein weiteres Teil ist, das im einzelnen unten beschrieben wird, wird durch die von der Hülse 50 radial in die in dem Nockenring 80 angeordneten Aussparungen 82 (Fig. 3) vorspringenden Ansätze 52 zu jedem Zeitpunkt gezwungen, zu rotieren.

Hinter dem Nockenring 80 (in der proximalen Richtung) ist eine weitere Kugellageranordnung vorgesehen, welche eine Vielzahl von Kugellagern 90 umfaßt, welche voneinander in einer ringförmigen Anordnung konzentrisch zu der Achse 12 durch den Käfigring 92 beabstandet angeordnet sind (der Käfigring 92 ist optional und kann, falls gewünscht, weggelassen werden). In der proximalen Richtung sind die Kugellager 90 auf ringförmigen Lagerspuren 100 des Hauptkörpers 20 gelagert. Eine Hinterhülse 110 ist an der Rückseite des Körpers 20 gesichert. Das Vorderteil 120 wird auf das distale Ende des Körpers 20 gepreßt und hierdurch die Halteelemente, wie zum Beispiel 40, 50 und 60, auf den Körper 20. Eine begrenzte Bewegung der Mutter 40 parallel zu der Achse 12 ist jedoch zugelassen.

Die Konstruktion des Ringes 60 und der dazugehörigen Teile ist im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Der Ring 60 weist ein Paar von diametral gegenüberliegenden, radial und axial sich erstreckenden Ansätzen 62 auf, von welchen jeder sich radial in einen zugeordneten, sich axial erstreckenden Kanal 42 der Mutter 40 erstreckt. Die Mutter 40 und der Ring 60 rotieren hierdurch zwangsweise zu jedem Zeitpunkt miteinander. Der Ring 60 weist des weiteren ein Paar von diametral gegenüberliegenden, sich radial und axial erstreckenden Ansätzen 64 auf, welche radial nach außen gerichtet von dessen äußeren Oberfläche hervorstehen. Jeder der Ansätze 64 weist eine im wesentlichen radiale Fläche 64b und eine im allgemeinen entgegengesetzt geneigte Fläche 64a auf. Radial innenliegend zu jedem der Ansätze 64 weist der Ring 60 eine umfängliche und sich axial erstreckende Ausnehmung 66 auf, welche dem benachbarten Ansatz 64 erlaubt, sich radial einwärts unter den oben beschriebenen bestimmten Bedingungen zu bewegen.

Die Ansätze 64 des Ringes 60 und die radial und axial sich erstreckenden Ansätze 54 der Hülse 50 greifen ineinander ein.

Die Ansätze 54 sind diametral einander gegenüberliegend angeordnet und stehen radial einwärts gerichtet von der Hülse hervor. Wie die Ansätze 64 weist jeder der Ansätze 54 eine im wesentlichen radiale Fläche 54b und eine im allgemeinen entgegengesetzt geneigte Fläche 54a auf. Wird die Hülse 50 in der durch den Pfeil 56 in Fig. 2 angezeigte Richtung gedreht (welches die Drehrichtung der Hülse ist, die zur Festlegung der Backen 30 an dem Werkzeug erforderlich ist), kann die Hülse 50 relativ zu der Mutter 40 rotieren, bis daß die geneigten Oberflächen 54a der Ansätze 54 die geneigten Oberflächen 64a der Ansätze 64 berühren. Anschließend bewirkt eine fortgesetzte Drehung der Hülse 50 in der Richtung 56, daß der Ring 60 und daher auch die Mutter 40 in der Richtung 56 rotieren. Dies bewirkt, daß die Backen 30 sich in distaler Richtung bewegen, bis daß das Werkzeug durch die Backen erfaßt ist.

Wenn die Backen 30 das Werkzeug berühren, wird es zunehmend schwierig, eine Drehung der Mutter 40 in der Richtung 56 fortzusetzen, da die von den Backen ausgeübte Angriffskraft auf das Werkzeug ansteigt. Des weiteren ist darauf hinzuweisen, daß eine weitere Konsequenz der von den Backen 30 auf das Werkzeug ausgeübten Angriffskraft eine Reaktionskraft ist, welche bewirkt, daß die Mutter 40 sich in der proximalen Richtung bewegt und eine komprimierende Kraft auf die Kugeln 70, den Nockenring 80 und die Kugeln 90 ausübt. Wenn das manuelle Drehmoment, welches auf die Hülse 50 auszuüben ist, um eine Drehung der Mutter 40 in der Richtung 56 fortzuführen, ein vorbestimmtes Schwellendrehmoment erreicht, so biegt sich der Ring 60 in der Nähe der Ansätze 64 und der Ausnehmung 66 einwärts, wodurch jedem der Ansätze 54 ermöglicht wird, den Ansatz 64, mit welchem er zuvor in Kontakt stand, zu passieren. Die auf diese Weise beschriebene Anordnung wirkt daher als ein sperrklinkenartiger Drehmomentbegrenzer. Wird der Anschlag dieses Drehmomentbegrenzers freigegeben, so kann die Hülse 50 fortfahren, in der Richtung 56 ohne weitere Drehung des Ringes 60 oder der Mutter 40 zu rotieren. Der Nockenring 80 setzt jedoch die Rotation in der Richtung 56 fort. Da die Kugeln 70 zwischen der Mutter 40 und dem Nockenring 80 eingepreßt sind, fangen die Kugeln 70 an, sich entlang der wechselseitig gegenüberliegenden Flächen der nicht rotierenden Mutter 40 und dem sich drehenden Nockenring 80 zu drehen. Sowie die Kugeln 70 abrollen, tragen sie den Käfigring 72 mit sich. Insbesondere ist zu bemerken, daß während dieser Betriebsphase der Käfigring 72 sich um die Achse 12 in der Richtung 56 mit der halben Geschwindigkeit dreht, mit welcher die Hülse 50 und der Nockenring 80 rotieren. Die Federn 130, welche sich, wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, zwischen der Hülse 50 und dem Käfigring 42 erstrecken, werden bei dieser Drehung der Hülse 50 relativ zu dem Käfigring 72 gedehnt (d. h. einer ansteigenden Spannung ausgesetzt).

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Oberfläche des Nockenringes 80, entlang welcher die Kugeln 70 wie oben beschrieben abrollen, vier gewölbte, voneinander um den Nockenring beabstandete Kanäle 84 auf. Jede der Kugeln 70 rollt in einem dieser zugeordneten Kanäle 84 ab. Diese Kanäle weisen konkave Querschnitte auf, um die konvexe äußere Oberfläche der Kugeln 70 zu ergänzen. Jeder der Kanäle 84 wird allmählich in der der Richtung 56 entgegengesetzten Richtung flacher. Demgemäß rollte jede Kugel, wenn der Nockenring 80 relativ zu der Mutter 40 in der Richtung 56 rotiert, von dem tieferen Ende 84a des zugeordneten Kanals in Richtung auf das flachere Ende 84b des Kanals. Der Nockenring 80 drängt hierdurch die Kugeln 70 zu einer Bewegung in die distale Richtung. Die Kugeln 70 wiederum drängen die Mutter 40 und die Backen 30 zu einer Bewegung in der distalen Richtung, wodurch der Griff der Backen 30 auf das von dem Spannfutter gehaltene Werkzeug signifikant festgezogen wird. Das extrem flache Ende 84b eines jeden Kanals 84 kann geringfügig tiefer sein als der unmittelbar benachbarte Bereich des Kanals, so daß die zugeordnete Kugel 70 die Neigung hat, an dem niedrigen Ende des Kanals zu verbleiben, bis daß das Spannfutter absichtlich durch Drehung der Hülse 50 entgegengesetzt der Richtung 56, wie oben im Detail beschrieben, gelöst wird.

Aus dem vorgesagten ist ersichtlich, daß der Boden eines jeden Kanals 84 eine Rampe, geneigte Ebene oder Nockenoberfläche ist, wobei die zugeordnete Kugel 70 einen rollenden Nachfolger zur Übertragung der axialen Bewegung derselben als ein Nachfolger zu der Mutter 40 und daher zu den Backen 30 darstellt. Die Steigung eines jeden Kanals 84 ist extrem allmählich, so daß ein sehr großer mechanischer Vorteil aus der Drehung der Hülse 50 relativ zu der Mutter 40 während der Bedienung des Nockenringes 80 in der eben beschriebenen Art und Weise zu sehen ist. Es ist festzuhalten, daß jeder Kanal 84 einen Winkel von ungefähr 70º einschließt. Die Hülse 50 dreht sich daher in der Richtung 56 über einen Winkel von ungefähr 140º, um die Kugeln 70 von dem tieferen Ende 84a der Kanäle 84 zu den niedrigeren Enden 84b der Kanäle zu rollen. Da die Ansätze 54 um ungefähr 180º von der Hülse 50 getrennt sind und die Ansätze 64 um ungefähr 180º von dem Ring 60 getrennt sind, nachdem die Ansätze 54 und 64 einander passieren, um ein Abrollen der Kugeln 70 einzuleiten, erreichen die Kugeln die flachen Enden 84b der Kanäle 84, bevor die Ansätze 54 wieder mit den Ansätzen 64 in Eingriff stehen.

Wenn es gewünscht ist, das Spannfutter zu lösen und das von den Backen 30 gehaltene Werkzeug zu entfernen, so ist die Hülse 50 entgegengesetzt der Richtung 56 zu drehen. Dies bewirkt, daß die Kugeln 70 von den flachen Enden 84b der Kanäle 84 zurück zu den tieferen Enden 84a der Kanäle rollen, wodurch ein Teil des Druckes der Backen 30 auf das Werkzeug zurückgenommen wird. Nähern sich die Kugeln 70 den tieferen Enden der Kanäle 84, so kommen die radialen Flächen 54b der Ansätze 54 in Kontakt mit den radialen Flächen 64b der Ansätze 64. Als Ergebnis dieses Kontaktes bewirkt die fortgesetzte Drehung der Hülse 50 entgegengesetzt der Richtung 56, daß der Ring 60 und die Mutter 40 entgegengesetzt der Richtung 56 rotieren. Dies führt dazu, daß sich die Backen 30 zurückziehen und das Werkzeug von dem Spannfutter freigegeben wird. Wird der Druck der Backen auf das Werkzeug in ausreichendem Maß zurückgenommen, so sind die Elemente 70, 80 und 90 nicht länger zwischen der Mutter 40 und der Lagerspur 100 zusammengedrückt. Dies erlaubt den Federn 130 (welche unter Spannung in der Umfangsrichtung zwischen Hülse 50 und der Käfigring 72 wirken), den Käfigring 72 (falls notwendig) relativ zu den Elementen 50 und 80 zu drehen, so daß die Kugeln 70 zu den tieferen Enden 84a der Kanäle 84 zurückkehren. Das Spannfutter ist dann vollständig und zuverlässig nach jeder Benutzung wieder zurückgestellt, so daß es stets für die nächste Verwendung bereit ist. Da die Federn 130 nur dann zur Drehung des Käfigringes 72 benötigt werden, wenn im wesentlichen keine Kompressionskraft auf die Kugeln 70 wirkt, kann die Stärke der Federn 130 relativ klein sein, so daß selbst wenn diese vollständig gestreckt sind, diese nicht signifikant dazu neigen, das festgespannte Spannfutter dadurch zu lösen, daß die Kugeln 70 stark dazu gedrängt werden, von den flachen Enden 84b der Kanäle 84 zu den tieferen Enden 84a dieser Kanäle zu rollen.

Ist es als nächstes gewünscht, ein Werkzeug in das Spannfutter einzuklemmen, so wird die Hülse 50 wiederum in die Richtung 56 gedreht. Die ersten ungefähr 180º dieser Drehung können erforderlich sein, um zu bewirken, daß die geneigten Oberflächen 54a der Ansätze 54 mit den geneigten Oberflächen 64a der Ansätze 64 wieder in Angriff stehen (die Kugeln 70 rollen nicht während dieser Relativbewegung zwischen der Hülse 50 und der Mutter 40, da die Kugeln 70 dann nicht zwischen der Mutter und dem Ring 80 eingeengt sind). Danach wird durch die fortgesetzte Drehung der Hülse 50 in der Richtung 56 der Ring 60 und die Mutter 40 in der gleichen Richtung gedreht, wodurch die Backen 30 sich in der distalen Richtung in Richtung auf das einzuklemmende Werkzeug bewegen. Die Bedienung des Spannfutters wird dann fortgesetzt, wie zuerst oben beschrieben.

Einer der Vorteile des Spannfutters 10 ist der, daß die Hülse 50 im wesentlichen von der Mutter 40 entkoppelt ist, während das Spannfutter an dem Werkzeug festgesetzt ist. Die Trägheit der Mutter 40 wird hierdurch reduziert. Dies steigert das Vermögen des Spannfutters festgespannt zu sein und Vibrationen und Beschleunigungen in der Längsrichtung und der Umfangsrichtung zu widerstehen.

Obwohl die unterschiedlichen Bestandteile des Spannfutters 10 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein können, sind besonders bevorzugte Materialien für die Hülse 50 und den Ring 60 jeweils Nylon und Acetal.

Das vorstehend Gesagte dient lediglich der Beschreibung der Prinzipien dieser Erfindung und verschiedene Abwandlungen können von mit diesem Fachgebiet vertrauten Personen durchgeführt werden, ohne den Erfindungsgedanken und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Anzahl von solchen Komponenten wie den Ansätzen 54, den Ansätzen 64, den Kugeln 70 und den Kanälen 84 wunschgemäß variiert werden. Ist das Spannfutter auf einem Werkzeug mit einer Spindelfeststellung montiert, so kann die Hülse 50 sich weiter zu der Rückseite hin erstrecken und die separate rückseitige Hülse 110 kann weggelassen werden. Als ein weiteres Beispiel einer möglichen Abwandlung können die Kanäle 84 von der distalen Oberfläche des Ringes 80 zu der entgegengesetzten proximal ausgerichteten Oberfläche der Nut 40 bewegt werden oder derart geneigte Kanäle können auf beiden dieser Oberflächen vorgesehen sein. Sich radial erstreckende Rollenlager können anstelle der Kugeln 70 verwendet werden, mit geeigneten Veränderung der Gestalt der Kanäle 84, um die Rollen anstatt der Kugeln aufzunehmen. Anstelle der Anordnung von einwärts ausgelenkten Ansätzen 64 zur Passierung der Ansätze 54 können die Ansätze 54 auswärts ausgelenkt sein, um eine derartige Passage zuzulassen. Anstelle der Anordnung von Anschlagoberflächen 54b und 64b, welche derart angeordnet sind, um miteinander in Eingriff zu stehen, bevor die Hülse 50 den gesamten Weg zurück in die Position gedreht ist, in welcher die zugeordneten geneigten Oberflächen 54a und 64a einander gegenüberliegen, können die Ansätze 54 und 64 derart geformt sein, daß diese sehr einfach einander passieren, wenn die Hülse 50 in der lösenden Richtung gedreht wird, und andere Anschlagoberflächen (wie die Oberflächen 54b und 64b aber mit zumindest unterschiedlichen Winkelstellungen und möglicherweise auch unterschiedlichen axialen Positionen) können dann miteinander in Eingriff stehen, um eine weitere Drehung der Hülse 50 ent gegengesetzt der Richtung 56 ohne eine ähnliche das Spannfutter lösende Drehung des Ringes 60 und der Mutter 40 zu verhindern. Diese alternativen Stopperoberflächen können, falls gewünscht, auf anderen Elementen als den Elemente 50 und 60 angeordnet sein. Als weiteres Beispiel einer möglichen Abwandlung kann die drehmomentbegrenzende Betätigung zwischen Hülse 50 und Ring 60 alternativ zwischen Ring 60 und Mutter 40 vorgesehen sein. Anstelle des in den Figuren gezeigten lösbaren Drehmomentbegrenzers in Art eines Anschlages kann der Drehmomentbegrenzer vom Reibungstyp sein. Ein derartiger reibungsariger Drehmomentbegrenzer macht von der Tatsache vorteilhaft Gebrauch, daß die statische Reibung zwischen zwei Oberflächen größer ist als die Gleitreibung zwischen diesen Oberflächen unter ansonsten ähnlichen Bedingungen. Die statische Reibung zwischen den Elementen 50 und 60 würde dann genutzt werden, um ein Drehmoment von der Hülse 50 auf den Ring 60 zu übertragen, bis ein Schwellendrehmoment erreicht wird, von welchem Punkt an eine reduzierte Gleitreibung der Hülse 50 gestatten würde, relativ zu dem Ring 60 zu rotieren.

Es ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Drehmomentbegrenzer vorzugsweise "passiv" in dem Sinne sind, daß sie keine Energie in einem signifikanten Ausmaß speichern. Dies gilt sowohl für den beschriebenen lösbaren Drehmomentbegrenzer des Anschlagtyps als auch den oben beschriebenen alternativen Reibungstyp-Drehmomentbegrenzer. Diese passiven Drehmomentbegrenzer übertragen ein auf diesen ausgeübtes Drehmoment aber, im Unterschied zum Beispiel zu einer Feder, speichern sie keine Energie in signifikantem Umfang, welche eine Lösung des Spannfutters bewirken könnte, nachdem es in dem Werkzeug festgesetzt wurde und während das Werkzeug benutzt wird.


Anspruch[de]

1. Spannfutter (10) zum lösbaren Einspannen eines Werkzeuges, aufweisend:

einen Hauptkörper (20);

eine Vielzahl von longitudinalen Backen (30) zur Einspannung des Werkzeuges, welche zur Ausführung einer Bewegung relativ zu dem Hauptkörper (20) angebracht sind, wobei jede Backe (30) relativ zu dem Hauptkörper parallel zu der Längsachse der Backe bewegbar ist und die Längsachsen der Backen (30) synclinal zu der distalen Richtung entlang des Hauptkörpers (20) angeordnet sind;

eine drehbar auf dem Hauptkörper (20) angebrachte Mutter (40), wobei die Mutter (40) des weiteren zur Ausführung einer begrenzten axialen Bewegung relativ zu dem Hauptkörper parallel zu der distalen Richtung angeordnet ist und über ein Gewinde an jede der Backen (30) angreift, um eine parallele Bewegung der Backen zu deren Längsachsen zu bewirken, wenn die Mutter (40) relativ zu dem Hauptkörper (20) gedreht wird oder wenn die Mutter (40) axial relativ zu dem Hauptkörper (20) parallel zu der distalen Richtung bewegt wird;

eine drehbar auf dem Hauptkörper (20) angeordnete Hülse (50);

eine Vielzahl von abrollenden Nockenfolgerelementen (70), welche zwischen einer im wesentlichen proximal abgeflachten ersten Fläche der Mutter (40) und einer im wesentlichen distal abgeflachten zweiten Fläche, welche relativ zu dem Hauptkörper (20) mit der Hülse (50) rotiert, wobei die Nockenfolgerelemente (70) zwischen der ersten und der zweiten Fläche nur dann axial eingeengt sind, nachdem die Backen (30) begonnen haben, ein Werkzeug einzuspannen und die Mutter (40) relativ zu dem Körper (20) in der proximalen Richtung als Reaktion auf die durch die Backen (20) auf das Werkzeug ausgeübte Werkzeugeinspannkraft bewegt; und

Mittel (130), um jedes Nockenfolgerelement (70) federnd zu dringen, automatisch in dessen ursprüngliche Stellung relativ zu zumindest einer der ersten und zweiten Oberfläche zurückzukehren, wenn die Nockenfolgerelemente (70) nicht zwischen den ersten und zweiten Fläche eingeengt sind;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmomentbegrenzungskupplung (60) vorgesehen und betriebsmäßig zwischen der Hülse (50) und der Mutter (40) angeordnet mit diesen verbunden ist, um zu bewirken, daß die Mutter (40) relativ zu dem Hauptkörper (20) mit der Hülse (50) in einer die Backen festspannenden Richtung rotiert, bis daß die Backen (30) begonnen haben, das Werkzeug einzuspannen, und daß mehr als ein vorbestimmtes Schwellendrehmoment auf die Hülse (50) auszuüben ist, um die Drehung der Mutter (40) in der die Backen festlegenden Richtung fortzuführen, wonach die drehmomentbegrenzende Kupplung (60) freigegeben wird, so daß die Hülse (50) fortfahren kann, in der die Backen festlegenden Richtung mit einer zumindest wesentlich reduzierten Drehmomentübertragung von der Hülse (50) auf die Mutter (40) und daher ohne weitere Drehung der Mutter (40) in der die Backen festlegenden Richtung zu rotieren;

daß jedes der Nockenfolgerelemente (70) aus den Ausgangsstellungen relativ zu den ersten und zweiten Flächen entlang eines gewölbten Segmentes von jeder der ersten und zweiten Flächen abrollt, wenn die Nockenfolgerelemente (70) zwischen der ersten und zweiten Fläche eingeengt sind und nachdem die drehmomentbegrenzende Kupplung gelöst wurde und die Hülse (50) fortfährt in der die Backen festlegenden Richtung relativ zu der Mutter (40) zu rotieren, und daß wenigstens eines der Segmente, entlang welchem jedes der Nockenfolgerelemente (70) abrollt, in Richtung auf die anderen Segmente geneigt ist, entlang welchen das Nockenfolgerelement in der Richtung abrollt, in welcher das Nockenfolgerelement rollt, so daß die Nockenfolgerelemente (70) die Mutter (40) zwingen, sich in die distale Richtung relativ zu dem Hauptkörper (20) zu bewegen und hierbei die Backen (30) an dem Werkzeug weiter festlegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfolgerelemente (70) miteinander durch einen ringförmigen Käfigring (72) verbunden sind, welcher umfänglich um den Hauptkörper (20) angeordnet ist und welcher relativ zu dem Hauptkörper (20) und relativ zu der ersten und zweiten Fläche drehbar ausgeführt ist, und daß das Mittel zur federnden Beaufschlagung eine Feder (130) aufweist, welche in der umfänglichen Richtung zwischen dem Käfigring (72) und wenigstens einer der ersten und zweiten Flächen wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentbegrenzende Kupplung (60) eine lösbare Anschlagkupplung (54, 64) zwischen der Hülse (50) und der Mutter (40) aufweist, daß die lösbare Anschlagkupplung ein Drehmoment von der Hülse (50) auf die Mutter (40) überträgt, wenn die Hülse (50) in der die Backen festlegenden Richtung gedreht wird, bis daß das Drehmoment das Schwellendrehmoment erreicht, wonach die lösbare Anschlagkupplung (54, 56) gelöst wird und im wesentlichen kein Drehmoment von der Hülse (50) auf die Mutter (40) während der fortgeführten Rotation der Hülse (50) in der die Backen festlegenden Richtung überträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Nockenfolgerelemente (70) eine Kugel ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Segment entlang welchem jedes der Elemente abrollt ein Kanal (84) ist, welcher einen konvexen Querschnitt zur Aufnahme eines Bereichs der Oberfläche einer Kugel aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kanäle (84) in der Richtung, in welcher die Kugel in dem Kanal rollt, zunehmend flacher wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß des weiteren Stopmittel (54b, 64b) umfaßt sind, welche betriebsmäßig gekoppelt sind zwischen der Hülse (50) und der Mutter (40), um eine Rotation der Hülse (50) um mehr als einen vorbestimmten Betrag relativ zu der Mutter (40) in einer Richtung entgegengesetzt der die Backen festlegenden Richtung zu verhindern.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Segmente entlang welchen die Nockenfolgerelemente (70) rollen ein Bogen ist, welcher im wesentlichen konzentrisch mit einer Achse angeordnet ist, um welche die Mutter (40) konzentrisch rotiert.







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