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Dokumentenidentifikation DE69515672T2 07.09.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0775034
Titel SPANNZANGENFUTTER MIT DURCH AXIALE KRAFT BELASTETEM LAGER
Anmelder Kennametal Inc., Latrobe, Pa., US
Erfinder LEWIS, L., David, Raleigh, US;
WIGGINS, Keith, Raleigh, US
Vertreter Prinz und Kollegen, 81241 München
DE-Aktenzeichen 69515672
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 09.06.1995
EP-Aktenzeichen 959222969
WO-Anmeldetag 09.06.1995
PCT-Aktenzeichen US9507413
WO-Veröffentlichungsnummer 9605012
WO-Veröffentlichungsdatum 22.02.1996
EP-Offenlegungsdatum 28.05.1997
EP date of grant 15.03.2000
Veröffentlichungstag der Übersetzung europäischer Ansprüche 02.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.2000
IPC-Hauptklasse B23B 31/20

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Hülsen-Spannfutter und betrifft insbesondere ein Hülsen-Spannfutter mit einem Wälzlager zwischen Nasenring und Sicherungsmutter, das in einer zu der Rotationsachse des Spannfutters parallelen Richtung belastet ist.

Hülsen-Spannfutter mit Wälzlagern sind im Stand der Technik wohlbekannt. Derartige Spannfutter bestehen typischerweise aus einem Gehäuse, das lösbar mit der Spindel eines Drehwerkzeugs verbunden werden kann, welches eine Öffnung zur Aufnahme einer Hülse aufweist. Die Hülse enthält eine Reihe paralleler, in Längsrichtung ausgerichteter Einschnitte um ihren Körper, damit sie um den Schaft eines Werkzeugs herum radial zusammendrückbar ist, und endet in einem kegelstumpfförmigen Außenrand, der eine Gegenfläche bildet. Der Außenrand der Hülse ragt aus der Öffnung in dem Spannfutter-Gehäuse heraus und ist von einem Nasenring mit einer Schulterfläche umgeben. Die Schulterfläche des Nasenringes ist komplementär zu der Gegenfläche der Hülse gestaltet und drückt das Ende der Hülse nach Art eines Keils radial nach innen zusammen, wenn sie axial in Richtung zu dem Gehäuse des Spannfutters geschoben wird. Die Innenfläche der radial zusammengedrückten Hülse klemmt dann den Schaft eines drehbaren Schneidwerkzeugs wie etwa eines Bohrers oder eines Fräswerkzeugs.

Um den Spannfutter-Körper herum ist eine allgemein rohrförmige Sicherungsmutter vorgesehen, die den Nasenring in axialer Richtung schiebt, um die Hülse radial zusammenzudrücken. Der Innendurchmesser eines Endes der Sicherungsmutter steht in Gewindeeingriff mit dem Spannfutter-Körper, und das entgegengesetzte Ende der Sicherungsmutter ist mittels einer Lager vorrichtung drehbar mit dem Nasenring verbunden. Bei Präzisions-Hülsen-Spannfuttern, die dafür ausgelegt sind, den Schaft großer, sich bei hohen Drehzahlen drehender Schneidwerkzeuge fest zu greifen, ist die Verwendung einer Lagervorrichtung zur Verringerung der Reibung zwischen dem Nasenring und der Sicherungsmutter notwendig. Bei derartigen Hülsen-Spannfuttern müssen dickwandige Hülsen verwendet werden, bei denen große Radialkräfte erforderlich sind, damit sie ihre Elastizität überwinden und fest in Anlage mit dem Schaft eines Schneidwerkzeugs gelangen. Ohne Wälzlager zwischen Nasenring und Sicherungsmutter würde der Drehmomentbetrag, der nötig ist, um die Sicherungsmutter in eine axiale Stellung an dem Spannfuttergehäuse zu schrauben, in der sie die Hülse hinreichend zusammendrückt, wahrscheinlich die Kraft des durchschnittlichen Werkzeugmaschinenbedieners überschreiten. Selbst wenn der Bediener die Sicherungsmutter von Hand ausreichend drehen könnte, würde der von Hand aufzubringende hohe Drehmomentbetrag einen schnellen Werkzeugwechsel zumindest stark behindern. Zur Verringerung des Drehmoments zwischen der Sicherungsmutter und dem Nasenring soweit, daß es von dem Bediener der Maschine leicht manuell aufgebracht werden kann, wurden bei bekannten Hülsen-Spannfuttern entweder Nadellager oder Kugellager verwendet. Von Maschinenwärtern werden Kugellageranordnungen im allgemeinen gegenüber Nadellageranordnungen bevorzugt, weil der untere Teil der in Verbindung mit Kugellagern verwendeten Sicherungsmuttern nicht den Außenrand der Hülse verdeckt, wie dies bei in Verbindung mit Nadellagern verwendeten Sicherungsmuttern der Fall ist. Trotz dieses Vorteils ist den Anmeldern jedoch eine Reihe von Unzulänglichkeiten bei den Spannfutter-Konstruktionen mit Kugellagern aufgefallen, bei denen Verbesserungen vorgenommen werden könnten.

Beispielsweise werden bei nahezu allen Hülsen-Spannfuttern aus dem Stand der Technik, bei denen Kugellager verwendet werden, die zwischen der Sicherungsmutter und dem Nasenring übertragenen Kompressionskräfte in einem Winkel aufgebracht, der zur Rotationsachse des Spannfuttergehäuses nicht parallel ist. Ein Beispiel für eine solche schiefe Belastung der Kugellager ist aus dem US-Patent Nr. 3,652,100 ersichtlich. Wegen der hohen Kompressionskräfte, die das Schraubengewinde der Sicherungsmutter in axialer Richtung zu erzeugen fähig ist, hat die winkelmäßige Ausrichtung der Kugellager in dem Nasenring dieses bestimmten Spannfutters zur Folge, daß die Lager am unteren Rand der Sicherungsmutter angrenzend an die Lager eine Umfangsspannung erzeugen. Mit der Zeit können diese Umfangsspannungen das zylindrische Profil der Sicherungsmutter deformieren und deren Leichtgängigkeit stören.

Bei einem anderen Typ von Hülsen-Spannfutter, der in dem US- Patent Nr. 3,365,204 offenbart ist, sind die Kugellager in einander gegenüberliegenden, in dem Nasenstück und in der Sicherungsmutter angebrachten Nuten angeordnet, die radial so ausgerichtet sind, daß die Kugellager dazu dienen, die Sicherungsmutter und den Nasenring miteinander zu "verkeilen". Leider werden die Nuten bei dieser Konstruktion oft durch die auf die äußere und die innere Hälfte jedes der Kugellager ausgeübten, axial gerichteten Scherkräfte im Laufe der Zeit in ihrer Form verbogen, wodurch wiederum die Laufruhe der Lager beeinträchtigt wird. Noch wichtiger ist, daß bei dieser speziellen Konstruktion die Kugellager zur Montage des Spannfutters durch eine Gewindebohrung in der Seitenwand der Sicherungsmutter hindurch eingesetzt werden müssen. Nachdem sämtliche Kugellager in die einander gegenüberliegenden Nuten eingesetzt worden sind, wird die Bohrung durch einen Gewindestift verschlossen. Da die Kugellager durch eine solche Bohrung hindurch angebracht werden müssen, wird nicht nur die Montage und Demontage dieses Hülsen-Spannfutters umständlich und zeitraubend, sondern es entsteht ferner an einer Stelle am Umfang der Sicherungsmutter ein Ungleichgewicht, das durch irgendeinen Auswuchtmechanismus ausgeglichen werden muß, wenn sich das Hülsen-Spannfutter bei hoher Drehzahl dreht.

Bei einer weiteren Art von Hülsen-Spannfutter, wie sie in dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. G 91 09 300.7 (nächstkommender Stand der Technik) offenbart ist, sind Kugellager in einander gegenüberliegenden, im Nasenstück und in der Sicherungsmutter angebrachten Nuten so angeordnet, daß nur axiale Kräfte von der Sicherungsmutter aus auf das Nasenstück ausgeübt werden. Die Flächen, mit denen die Kugeln die Sicherungsmutter und den Nasenring berühren, sind jedoch parallele, ebene Flächen. Aufgrund dessen ist am Außenumfang der Sicherungsnase ein Lagerring erforderlich, der die Kugeln während der Montage und während des Betriebs zurückhält. Was noch wichtiger ist, bei der aus dieser Schrift hervorgehenden Anordnung wird die Hülse außerdem nicht in dem Hohlraum zentriert. Um den Umfang der Sicherungsmutter herum sind vier Gewindeschrauben angeordnet und erstrecken sich durch den Körper der Sicherungsmutter, um mit dem Nasenring in Kontakt zu gelangen und diesen zu zentrieren. Deshalb ist es zum Zusammendrücken der Kugel zwischen zwei parallelen Flächen nicht nur notwendig, einen zusätzlichen Lagerring zum Zurückhalten der Kugeln zu verwenden, sondern ferner müssen in dem Versuch, den Nasenring und die Hülse zu zentrieren, Schrauben physisch festgezogen werden.

Ein noch weiterer mit derartigen Hülsen-Spannfuttern aus dem Stand der Technik verbundener Nachteil besteht darin, daß die Kugellager bei einigen der Nuten in den Lagervorrichtungen nur eine Punkt- oder eine Linienberührung mit der Oberfläche der Nuten herstellen. Eine solche Punkt- oder Linienberührung erzeugt konzentrierte Spannungen in der Kugelausnehmung in dem Nasenring und der Sicherungsmutter, durch die letztendlich die Gestalt der Nuten verzerrt und wiederum die Leichtgängigkeit des Lagers gestört werden kann.

Außerdem passen bei vielen solcher Hülsen-Spannfutter nach dem Stand der Technik die Schulterflächen des Nasenringes im allgemeinen nicht immer genau mit der kegelstumpfförmigen Gestalt der Gegenflächen am Außenrand der Hülse zusammen. Eine derartige Fehlanpassung bei der Gestalt der Schulterfläche und der Gegenfläche kann wiederum dazu führen, daß die Hülse radial ungleichmäßig zusammengedrückt wird, was wiederum bewirken kann, daß die Klemmkräfte um den Werkzeug schaft ungleichmäßig sind. Schließlich sind bei solchen bekannten Hülsen-Spannfuttern keine Vorkehrungen getroffen, um zu vermeiden, daß Staub und Partikel in die Lagervorrichtung zwischen dem Nasenring und der Sicherungsmutter eintreten bzw. um ein Schmiermittel darin zurückzuhalten, was wiederum die Leichtgängigkeit behindern und zu die Lebensdauer verkürzendem Verschleiß führen kann.

Es besteht eindeutig ein Bedarf an einem verbesserten Hülsen- Spannfutter, bei dem durch die Übertragung von Reaktionskräften über die Kugellager keine unerwünschten Verwindungen oder Abnutzungsmuster entstehen, weder in der Sicherungsmutter noch in den Nuten, in denen die Lager rollen. Idealerweise könnte ein derartiges Hülsen-Spannfutter leicht zusammengebaut werden, ohne daß eine spezielle, die Kugeln aufnehmende Bohrung in der Wand der Sicherungsmutter nötig ist, wodurch nicht nur die Montage verlangsamt wird, sondern zudem ein unerwünschtes Ungleichgewicht im Hülsen-Spannfutter entsteht. Bei einem derartigen Hülsen-Spannfutter sollte auch durch irgendeine Maßnahme sichergestellt sein, daß die Schulterflächen des Nasenringes und die Gegenflächen um den Außenrand der Hülse gleichmäßig aneinander angreifen, und irgendein Mittel sollte vorhanden sein, um sowohl das Eintreten von Staub und Partikeln in die Lagervorrichtung zu vermeiden als auch ein Schmiermittel in dem Kugelrillenraum zurückzuhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, handelt es sich um ein Hülsen-Spannfutter, das sämtliche oben erwähnten Kriterien erfüllt und bei dem dennoch die im Stand der Technik auftretenden Nachteile vermieden sind. Das erfindungsgemäße Hülsen-Spannfutter umfaßt allgemein eine in einem drehbaren Gehäuse angeordnete Hülse, einen Nasenring, der um die Hülse herum angeordnet ist und einen Schulterabschnitt aufweist, um den elastischen Außenrand der Hülse radial zusammenzudrücken, eine Sicherungsmutter, die um das Spannfuttergehäuse herum angeordnet ist und mit diesem in Gewindeein griff steht und einen Flanschabschnitt aufweist, der einem Flanschabschnitt des Nasenrings gegenübersteht, um auf diesen in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse des Spannfuttergehäuses Kompressionskräfte aufzubringen. Ganz wichtig ist, daß das Hülsen-Spannfutter ferner eine Lagervorrichtung zum Übertragen der parallelen Kompressionskraft zwischen den einander gegenüberstehenden Flanschabschnitten des Nasenringes und der Sicherungsmutter enthält. Zu diesem Zweck weist die Lagervorrichtung einander gegenüberliegende Nuten auf den einander gegenüberstehenden Flanschen der Sicherungsmutter bzw. des Nasenringes sowie eine Mehrzahl von Kugellagern auf, die zwischen diesen Nuten angeordnet sind, wobei jede Nut im Querschnitt gesehen einen gekrümmten Abschnitt aufweist, dessen Gestalt komplementär zu den Kugellagern ist und der eine Linie überschreitet, die parallel zu der Rotationsachse des Spannfuttergehäuses ist, sowie einen ausgewuchteten Schnappring.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die gekrümmten Abschnitte der Nuten die gesamten einander gegenüberliegenden Flächen der einander gegenüberliegenden Flanschabschnitte des Nasenringes und der Sicherungsmutter. Zusätzlich erstreckt sich der gekrümmte Abschnitt jeder Nut vorzugsweise um wenigstens 100º um den Umfang der Kugellager herum. Die bezüglich der Fläche der Kugellager komplementäre Gestalt der gekrümmten Abschnitte bewirkt gemeinsam mit ihrer Erstreckung um 100º, daß die Kompressionskräfte von der Sicherungsmutter auf den Nasenring durch einen großflächigen Kontakt zwischen den Kugellagern und den Flächen der Nuten übertragen werden. Vorzugsweise befinden sich wenigstens 10º der Erstreckung jeder der Nuten um 100º auf einer Seite einer zur Rotationsachse des Spannfuttergehäuses parallelen Linie, um zu gewährleisten, daß diese Kompressionskräfte axial in einer parallelen Weise übertragen werden.

Damit der Nasenring gleichmäßig eine radiale Kompressionskraft um die Gegenfläche herum auf die Hülse aufbringt, ist vorzugsweise unterhalb der Schulterfläche des Nasenrings eine Nachgiebigkeitsnut vorgesehen, damit die Schulterfläche sich leichter an die Gegenfläche der Hülse anpassen kann. Durch eine derartige Nut entsteht ein dünneres, schürzenförmiges Schulterelement in dem Nasenring, das ein relativ nachgiebiges freies Ende hat.

Um zu verhindern, daß Staub und Partikel in die Lagervorrichtung eintreten und um ein Schmiermittel zurückzuhalten, sind vorzugsweise zwei O-Ringe zwischen benachbarten Flächen des Nasenringes bzw. der Sicherungsmutter angeordnet, sowohl vor als auch hinter den Kugellagern. Die O-Ringe sind für gute Verschleißeigenschaften vorzugsweise aus einem Elastomer mit hoher Abriebfestigkeit und geringer Reibung gebildet, wie etwa Polyurethan.

Da die flanschartigen Abschnitte des Nasenringes und der Sicherungsmutter so dimensioniert sind, daß der Nasenring frei und ohne mechanische Störung in der Sicherungsmutter angebracht werden kann, kann die Lagervorrichtung schnell zusammengebaut werden, indem man den ersten der beiden O- Ringe in eine Nut in der Sicherungsmutter einsetzt und dann die Kugellager in ihrer jeweiligen Nut in der Sicherungsmutter anbringt, den zweiten der beiden O-Ringe einsetzt, den Nasenring über die Kugellager gleiten läßt und dann einen Schnappring über dem Nasenring anbringt und diesen so über den Kugellagern sicher befestigt. Dann kann die Sicherungsmutter über das Ende des mit Gewinde versehenen Spannfutterkörpers geschraubt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hülsen-Spannfutters im Querschnitt;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Seite der Sicherungsmutter, des Nasenringes und der Kugellager des in Fig. 1 dargestellten Hülsen-Spannfutters, die insbesondere die Form der das Kugellager aufnehmenden Nut sowohl im Nasenring als auch in den Sicherungsmuttern zeigt; und

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Teilschnittansicht des Nasenringes, der Sicherungsmutter und der Lagervorrichtung des Hülsen-Spannfutters, in der die Einfachheit und Geschwindigkeit dargestellt sind, mit der diese Bauteile zusammen- oder auseinandergebaut werden können.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren gleiche Bauteile bezeichnen. Das Hülsen-Spannfutter 1 enthält allgemein ein zylindrisches Gehäuse 3, das eine Hülse 11 hält, die durch die Kombination aus einem Nasenring 23 und einer Sicherungsmutter 30 um einen nicht gezeigten Werkzeugschaft radial zusammengedrückt werden kann. Wie im einzelnen beschrieben werden wird, verringert die zwischen dem Nasenring 23 und der Sicherungsmutter 30 angeordnete Lagervorrichtung 45 nicht nur die Reibung, sondern überträgt in vorteilhafter Weise Kompressionskräfte bezüglich einer axialen Richtung auf eine parallele Weise, um zu vermeiden, daß möglicherweise verzerrende Umfangsspannungen aufgebracht werden.

Nun folgt eine ausführlichere Beschreibung der verschiedenen Bauteile. Das zylindrische Gehäuse 3 ist um eine Achse A drehbar und hat ein proximales Ende 5 und ein distales Ende 7. Das proximale Ende 5 kann mittels eines nicht gezeigten Werkzeugkopplungsmechanismus lösbar mit einer Werkzeugspindel verbunden werden, und das distale Ende 7 weist eine konzentrisch angeordnete, verjüngte Öffnung 9 auf. Die Öffnung 9 nimmt eine Hülse 11 mit einer Außenfläche 13, deren Gestalt dazu komplementär ist, sowie mit einer Innenfläche 15 auf, die zylinderförmig ist, um den Schaft eines Werkzeugs wie etwa eines Bohrers oder Fräswerkzeugs (nicht gezeigt) aufzunehmen und mit diesem in Eingriff zu gelangen. Die Hülse 11 hat mehrere alternierende Längsschnitte 17 um ihren Umfang, damit der Körper der Hülse radial zusammengedrückt werden kann. Das distale Ende 19 der Hülse 11 endet in einer kegelstumpfförmigen Gegenfläche 21 um ihren Außenrand.

Der Nasenring 23 weist einen Schulterabschnitt 25 mit einer Fläche auf, deren Gestalt komplementär zu der kegelstumpfförmigen Gegenfläche 21 der Hülse 11 ist. Der Nasenring 23 umfaßt ferner einen Flanschabschnitt 27, wie gezeigt ist. Die Sicherungsmutter 30 hat eine rohrförmige Gestalt und weist ein unteres Ende 32, das den Nasenring 23 umschreibt, sowie ein oberes Ende 34 mit Schraubengewinden 36 an seinem Innendurchmesser auf, die in Schraubengewinde 38 am Außendurchmesser des distalen Endes 7 des Gehäuses 3 eingreifen. Die Schraubengewinde 36, 38 sind vorzugsweise Acme-Führungsgewinde, die genau, beständig und leicht laufen, um den Nasenring 23 längs der Achse A zu bewegen, wenn die Sicherungsmutter 30 manuell gedreht wird. Damit die Sicherungsmutter 30 leichter von einer Bedienungsperson erfaßt werden kann, sind mehrere Schlitze oder Klemmausnehmungen 40 für Schrauben- oder Mutternschlüssel in den gezeigten Positionen vorgesehen. Zudem können zwei Auswuchtringe 42a,b um das obere Ende 34 der Sicherungsmutter 30 herum vorgesehen sein. Die Auswuchtringe 42a,b können zur Korrektur von Unwuchten in dem Hülsen-Spannfutter 1 eingestellt werden, die sonst zu unerwünschten Schwingungen und möglichen Verschiebungen eines in der Hülse 11 befestigten Werkzeugs führen könnten. Derartige Auswuchtringe sind in dem auf Kennametal Inc. übertragenen US-Patent Nr. 5,074,723 beschrieben und beansprucht. Das untere Ende der Sicherungsmutter 30 endet in einem Flanschabschnitt 43, der dem Flanschabschnitt 27 des Nasenringes 23 gegenüberliegt und gegenübersteht.

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 enthält das Hülsen-Spannfutter 1 eine Lagervorrichtung 45 zur Verminderung der Reibung zwischen der Sicherungsmutter 30 und dem Nasenring 23, wenn die Sicherungsmutter gedreht wird, um den Schulterabschnitt 25 des Nasenringes 23 axial gegen die Gegenfläche 21 der Hülse 11 zusammenzudrücken und um diese Kompressionskräf te längs einer zu der Rotationsachse A parallelen Linie zu übertragen. Wie weiter oben erwähnt wurde, werden durch die parallele Übertragung dieser Kräfte längs der Achse A unerwünschte Umfangsspannungen und Scherbeanspruchungen in dem Nasenring 23 und der Sicherungsmutter 30 vermieden, die diese Bauteile verwinden oder einen übermäßigen Verschleiß verursachen. Zu diesem Zweck enthält die Lagervorrichtung 45 Nuten 47 und 49, die die einander gegenüberstehenden Flächen der Flanschabschnitte 27 und 43 des Nasenringes 23 bzw. der Sicherungsmutter 30 bilden. Die Gestalt dieser beiden Nuten 47, 49 ist komplementär zu der Krümmung mehrerer dazwischen angeordneter Kugellager 50. Da die Gestalt dieser Nuten 47, 49 zu der der Krümmung der Kugellager 50 komplementär ist, werden Kompressionskräfte zwischen dem Nasenring 23 und der Sicherungsmutter 30 in vorteilhafter Weise über eine Fläche im Gegensatz zu einem Punkt oder einer Linie zwischen den Kugellagern und den Nuten übertragen.

Wie am besten unter Bezugnahme auf Fig. 2 zu sehen ist, ist die Gestalt der Nut 47 in dem Flanschabschnitt 27 des Nasenringes 23 im Querschnitt ein Bogen 51, der ungefähr 100º einschließt, von denen etwa 10º einen über die Mitte hinausgehenden Abschnitt 53 bilden, der im Gegenuhrzeigersinn eine Linie L überschreitet bzw. sich über diese hinaus erstreckt, wobei die Linie L zur Rotationsachse A parallel ist und durch die Mitte des Kugellagers 50 läuft. Die 100º-Erstreckung des Bogens 51 stellt einen großflächigen Kontakt zwischen den komplementär gestalteten Flächen der Kugellager 50 und der Nut 47 sicher. Der über die Mitte hinausgehende Abschnitt 53 des Bogens 51 gewährleistet, daß von der Sicherungsmutter 30 erzeugte Kompressionskräfte auf die Kugellager 50 über deren zentrale Abschnitte bezüglich der Linie L übertragen werden, wodurch verhindert wird, daß seitlich gerichtete Kraftkomponenten entstehen, die unerwünschte Umfangs- oder Scherspannungen an dem Nasenring 23 erzeugen können. Der Querschnitt der Nut 49, die die gegenüberstehende Fläche des Flanschabschnitts 43 der Sicherungsmutter 30 bildet, ist ein Bogen 55, der einen Winkel von etwa 153º einschließt, wovon unge fähr 26º einen über die Mitte hinausgehenden Abschnitt 57 bilden, der im Gegenuhrzeigersinn eine Linie L überschreitet bzw. sich über diese hinaus erstreckt, wobei die Linie L zur Rotationsachse A parallel ist. Auch hier stellt die 153º- Erstreckung des Bogens 55 einen großflächigen Kontakt zwischen den Lagern 50 und der Nut 49 der Sicherungsmutter 30 sicher, während der um 26º über die Mitte hinausgehende Abschnitt 57 gewährleistet, daß die von der Sicherungsmutter 30 erzeugten Kompressionskräfte längs der zur Rotationsachse A parallelen Linie L durch die Kugellager 50 übertragen werden. Somit stellt die Form und Ausrichtung der Nut 49 der Sicherungsmutter 30 sicher, daß durch die Reaktionskräfte der Kugellager 50 keine unerwünschten Umfangs- oder Scherkräfte auf den Flanschabschnitt 43 der Sicherungsmutter 30 aufgebracht werden, wenn die Sicherungsmutter 30 manuell nach oben in Richtung zum proximalen Ende 5 des Gehäuses 3 geschraubt wird.

Um zu verhindern, daß Staub und Partikel in die Lagervorrichtung 45 eintreten und sie beschädigen, und zum Zurückhalten eines Schmiermittels weist das Hülsen-Spannfutter 1 gemäß der Erfindung ferner O-Ringe 61 und 65 sowohl vor als auch hinter den Kugellagern 50 auf, wie gezeigt ist. Eine ringförmige Ausnehmung 59 umschreibt den Innenrand des unteren Endes der Sicherungsmutter 30, um den O-Ring 61 aufzunehmen, der bevorzugt aus einem elastischen, reibungsarmen und verschleißfesten Elastomer wie etwa Polyurethan gebildet ist. Der Querschnittsdurchmesser des O-Rings 61 ist so gewählt, daß dann, wenn der O-Ring 61 in der in Fig. 2 gezeigten Stellung in die ringförmige Ausnehmung 59 eingesetzt wird, zwischen benachbarten Vorderflächen 62a,b der Sicherungsmutter 30 bzw. des Nasenringes 23 eine Dichtung entsteht. In gleicher Weise ist eine weitere ringförmige Ausnehmung 63 im unteren Ende 32 der Sicherungsmutter 30 knapp oberhalb der Lagernut 49 vorgesehen. Auch in diesem Fall ist der Querschnittsdurchmesser eines zweiten O-Ringes 65 so gewählt, daß zwischen benachbarten Flächen 66a,b eine Fluiddichtung entsteht, die verhindert, daß Staub und Partikel in die Lagervorrichtung 45 ein dringen, was unerwünscht ist, während aber ein Schmiermittel zurückgehalten wird. Es ist besonders vorteilhaft, einen O- Ring 65 vorzusehen, der die Rückseite der Lagervorrichtung 45 gegen Staub und Partikel abdichtet, weil "verirrte", Partikel enthaltende Flüssigkeit aus den Kühlmittel-Sprays, die während der Bearbeitungsvorgänge verwendet werden, nicht nur auf die Vorderseite des Hülsen-Spannfutters 1 auftrifft, sondern aufgrund des Kühlmitteldrucks in den Sicherungsmutterlagerbereich eintritt.

Ein ausgewuchteter Schnappring 68, der elastisch in eine rechteckige Nut 69 in der Sicherungsmutter 30 eingesetzt werden kann, hält die zwischen dem Nasenring 23 und der Sicherungsmutter 30 gebildete Lagervorrichtung 45. Im folgenden wird ausführlicher erörtert, daß die Verwendung eines einzigen einfachen, ausgewuchteten Schnapprings 68, der den Nasenring 23 und die Sicherungsmutter 30 zusammenhält, nicht nur die Montage, sondern auch die Demontage der Lagervorrichtung 45 erleichtert.

Nun werden die vorteilhaften Merkmale des Nasenringes 23 ausführlicher erörtert. In dem Schulterabschnitt 25 ist eine ringförmige Nachgiebigkeitsnut 72 vorgesehen, die ein schürzenförmiges, freitragendes Schulterelement 74 bildet. Das Schulterelement 74 hat zwar einen ziemlich starren proximalen Abschnitt 76, aber auch einen distalen Abschnitt 78, der nachgiebiger als der Schulterabschnitt 25 ohne Nachgiebigkeitsnut 72 ist. Wenn also der Bediener der Maschine die Sicherungsmutter 30 dreht, um den Nasenring 23 axial so zu bewegen, daß das freitragende Schulterelement 74 nach Art eines Keils an der kegelstumpfförmigen Gegenfläche 21 der Hülse 11 angreift und diese radial nach innen drückt, dann führen die Nachgiebigkeitseigenschaften des flexiblen, distalen Abschnitts 78 des Schulterelements 74 zu einem gleichmäßigen Kontakt zwischen der Schulter- und der Gegenfläche und zu verbesserten Klemmeigenschaften. Durch einen solchen gleichmäßigen Kontakt wird wiederum die Hülse 11 gleichmäßig radial nach innen derart zusammengedrückt, daß ihre Innenflä che 15 gleichmäßig an einem (nicht gezeigten) Werkzeugschaft über dessen gesamten Umfang angreift und ihn klemmt.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie einfach und schnell der Nasenring 23, die Sicherungsmutter 30 und die Lagervorrichtung 45 zusammen- oder auseinandergebaut werden können. Zur Montage wird zunächst der unterste O-Ring 61 in die ringförmige Ausnehmung 59 der Sicherungsmutter 30 gesetzt. Als nächstes wird die Sicherungsmutter 30 auf eine ebene Fläche gesetzt, und die Kugellager 50 werden in die Nut 49 eingesetzt. Die relativ große, etwa 153º betragende bogenförmige Erstreckung der Nut 49 in Verbindung mit dem sich über ungefähr 26º erstreckenden, über die Mitte hinausgehenden Abschnitt 57 verhindert, daß die Kugeln 50 leicht aus der Nut 49 herausfallen, wenn sie darin eingesetzt sind. Danach wird der hintere O-Ring 65 in die ringförmige Ausnehmung 63 gesetzt. Dann kann man den Nasenring 23 leicht über die Kugellager 50 gleiten lassen, da der Außendurchmesser des Flanschabschnitts 27 kleiner als der Innendurchmesser aller Abschnitte der Sicherungsmutter 32 oberhalb der Kugellager 50 ist. Schließlich wird der Schnappring 68 in die rechteckige Nut 69 eingesetzt, und die rohrförmige Sicherungsmutter 30 wird um das distale Ende 7 des Gehäuses herum positioniert und mittels der ineinandergreifenden Gewinde 36 und 38 daran angeschraubt. Durch die Einfachheit, mit der der Nasenring 23, die Sicherungsmutter 30 und die Lagervorrichtung 45 zusammen- und auseinandergebaut werden können, ist es leicht, die Lagervorrichtung 45, falls notwendig, von Zeit zu Zeit zu reinigen und die O-Ringe 59 und 65 zu ersetzen oder irgendwelche anderen Wartungs- oder Austauschmaßnahmen an diesen Bauteilen durchzuführen.


Anspruch[de]

1. Hülsen-Spannfutter (1) zum radialen Zusammendrücken eines elastischen Randes einer Hülse (11), die konzentrisch in einem um eine Rotationsachse (A) drehbaren Gehäuse (3) angeordnet ist, mit:

(a) einem Nasenring (23), der um die Hülse (11) herum angeordnet ist und einen Schulterabschnitt (25) aufweist, um den elastischen Rand radial zusammenzudrücken;

(b) einer Sicherungsmutter (30), die mit dem Gehäuse (3) in Gewindeeingriff steht und um den Nasenring (23) herum angeordnet ist und einen Abschnitt (55) aufweist, der einem Abschnitt (51) des Nasenringes (23) entlang der Rotationsachse (A) des Gehäuses (3) gegenübersteht, um eine axial gerichtete Kompressionskraft auf den Nasenring (23) aufzubringen, so daß der Schulterabschnitt (25) des Nasenringes (23) den elastischen Rand radial zusammendrückt; und

(c) einem Lagermittel (45) zum Übertragen der Kompressionskraft zwischen den einander axial gegenüberstehenden Abschnitten (51, 55) über einen Bereich in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse (A), mit einer ersten Nut (47) und einer zweiten Nut (49), die einander gegenüberliegen und auf den einander gegenüberstehenden Abschnitten des Nasenringes (23) bzw. der Sicherungsmutter (30) angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Kugellagern (50), die zwischen den Nuten (47, 49) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) jede Nut (47, 49) im Querschnitt gesehen einen gekrümmten Abschnitt aufweist, dessen Gestalt komplementär zu den Kugellagern (50) ist, wobei jeder Abschnitt eine Linie (L) übergreift, die parallel zu der Achse (A) ist und durch die Mitte jedes Kugellagers (50) läuft; und

b) die Sicherungsmutternut (49) um die Rotationsachse (A) konzentrisch ist.

2. Hülsen-Spannfutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (55) der zweiten Nut (49) die Fläche des gegenüberstehenden Abschnitts (55) der Sicherungsmutter (30) bildet, die dem Abschnitt (51) des Nasenringes (23) gegenüberliegt.

3. Hülsen-Spannfutter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (51) der ersten Nut (47) die Fläche des gegenüberstehenden Abschnitts (51) des Nasenringes (23) bildet, die dem Abschnitt (55) der Sicherungsmutter (30) gegenüberliegt.

4. Hülsen-Spannfutter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (51, 55) jeder Nut (47, 49) sich um wenigstens 100º um den Umfang der Kugellager (50) herum erstreckt.

5. Hülsen-Spannfutter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens 10º der 100º jedes gekrümmten Abschnitts (51, 55) jenseits einer axialen Linie (L) erstrecken, die durch die Mitte der Kugellager (50) läuft.

6. Hülsen-Spannfutter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel (61) zum Versperren des Eintretens von Staub und Partikeln in einen Raum zwischen den einander gegenüberliegenden Nuten (47, 49) auf den einander gegenüberstehenden Abschnitten (51, 55) der Sicherungsmutter bzw. des Nasenringes und zum Zurückhalten eines Schmiermittels innerhalb des Raumes.

7. Hülsen-Spannfutter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Staub versperrende Mittel einen O- Ring (61) enthält.

8. Hülsen-Spannfutter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nasenring (23) frei von der Sicherungsmutter (30) abnehmbar ist, wenn die Sicherungsmutter (30) vom Gehäuse (3) abgenommen ist, und ferner enthaltend einen ausgewuchteten Schnappring (68) zum Zurückhalten des Nasenringes (23) in einer der Sicherungsmutter (30) gegenüberstehenden Stellung.

9. Hülsen-Spannfutter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel (72), um den Schulterabschnitt (25) des Nasenringes (23) bezüglich des radial elastischen Randes (21) der Hülse (11) nachgiebig zu machen.

10. Hülsen-Spannfutter (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachgiebigkeitsmittel (72) eine Nut (72) enthält, welche einen unterhalb des Schulterabschnitts (25) befindlichen Außenrand des Nasenringes (23) umschreibt, um dem Schulterabschnitt (25) eine nachgiebige Elastizität zu verleihen.







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