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Dokumentenidentifikation DE69815532T2 29.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001004379
Titel Spannvorrichtung für einen Werkstück oder eine Stange
Anmelder Tornos S.A., Moutier, CH
Erfinder Schuettel, Patrick, 2762 Roches, CH
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69815532
Vertragsstaaten CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 25.11.1998
EP-Aktenzeichen 988111670
EP-Offenlegungsdatum 31.05.2000
EP date of grant 11.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.2004
IPC-Hauptklasse B23B 31/20

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist. Ein solches Verfahren ist aus dem Dokument EP-A-0 213 075 bekannt.

Bei den modernen Werkzeugmaschinen mit hoher Produktivität, die mit erhöhter Spindelgeschwindigkeit und mit Werkzeugen mit starker Spanabhebungskapazität arbeiten, wird das Problem des Haltens des Werkstücks oder der Stange in der Spindel, respektive des Spannens der in der Spindel montierten Zange sehr wichtig.

Die bekannten, rein mechanischen Spannvorrichtungen, die im Allgemeinen durch eine glockenförmige Kurve betätigt werden, können auf den oben erwähnten Maschinen nicht mehr verwendet werden, weil die Spannkraft durch mechanische Mittel, zum Beispiel Kugellager übertragen werden muss.

Die bekannten, rein pneumatischen Spannvorrichtungen bieten keine genügende Spannkapazität, ohne sehr voluminös zu sein. Andererseits verursacht ein Verschwinden des Drucks im Allgemeinen ein Lösen der Zange, was gefährlich sein kann, sowohl für die Maschine als auch für den Benutzer.

Um das Lösen der Zange im Fall des Verschwindens des Drucks zu vermeiden, ist es bekannt, das Spannen mittels der Kraft von Federmitteln auszuführen und für das Lösen pneumatische Mittel zu verwenden. Um eine genügende Spannkapazität zu erreichen, ist es nötig, sehr starke Federmittel zu verwenden, was entsprechende pneumatische Mittel für das Lösen erfordert.

Das Patent EP 0 213 075 beschreibt eine solche Spannvorrichtung mit einer Feder zum Aufbringen der Spannkraft und pneumatischen Mitteln zum Aufbringen der Lösekraft. Um eine genügende Lösekraft zu erreichen, ist die Vorrichtung mit einem hydraulischen Kraftverstärker ausgestattet. Weil der Durchmesser des pneumatischen Primärkolbens relativ gross ist, ist das Trägheitsmoment der Vorrichtung ziemlich hoch, was in einer Maschine, bei der die Spindel oft angehalten und beschleunigt wird, unerwünscht ist. Ferner besteht einer der Nachteile dieser Vorrichtung darin, dass Luftblasen in der Hydraulikflüssigkeit die Entnahme des Werkstücks oder der zu bearbeitenden Stange verunmöglichen können.

Ein erstes Ziel der Erfindung ist folglich, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen nicht aufweist, das heisst eine hohe Spannkraft bietet, keinen hydraulischen Kreis enthält und fähig ist, das zu bearbeitende Stück im Fall des Verschwindens des Drucks in der Zange gespannt zu halten.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist, eine Spannvorrichtung mit geringem Platzbedarf vorzuschlagen, die also eine geringe Trägheit hat und erlaubt, zu bearbeitende Stangen mit grossem Durchmesser aufzunehmen.

Ein drittes Ziel der Erfindung ist, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, deren Spannkraft einstellbar ist, zum Beispiel um sie an das Material des Werkstücks oder der zu bearbeitenden Stange anpassen zu können.

Ein viertes Ziel der Erfindung ist, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, deren für das Lösen nötige Kraft geringer ist als bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und bei der die ganze Spannkraft nicht nur durch eine Feder ausgeübt wird.

Diese verschiedenen Ziele werden durch eine Spannvorrichtung erreicht, welche die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 erwähnten Merkmale besitzt. Ausführungseinzelheiten, Varianten oder andere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein Ziel einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist, eine Spannvorrichtung vorzuschlagen, deren Konstruktion an die gewünschte Spannkraft wie auch an den für die Maschine verfügbaren Luftdruck angepasst werden kann. Dieses Ziel wird durch eine Ausführungsform nach dem unabhängigen Anspruch 4 erreicht.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist, eine Werkzeugmaschinenspindel vorzuschlagen, die mit einer Spannvorrichtung wie oben angegeben ausgestattet ist. Dieses Ziel wird durch eine Spindel nach dem Anspruch 15 erreicht.

Noch ein anderes Ziel ist, eine Werkzeugmaschine vorzuschlagen, insbesondere eine automatische Drehbank oder einen Drehautomaten, die mit mindestens einer Spindel ausgestattet ist, die mit einer Vorrichtung wie oben angegeben ausgerüstet ist. Dieses Ziel wird durch eine Maschine nach dem Anspruch 17 erreicht.

Die folgende Beschreibung beschreibt im Detail eine bevorzugte Ausführungsform einer Spindel, die mit einer Spannvorrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist und ist unter Betrachtung der beigefügten Zeichnung zu lesen, welche die Figuren enthält, unter denen:

die 1 einen Längsschnitt einer Werkzeugmaschinenspindel zeigt, die mit einer Spannvorrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist, wobei die Figur im Wesentlichen die Art zeigt, nach der die zwei folgenden Figuren zusammengesetzt sind,

die 2 den vorderen Teil der Spindel der 1 in grösserem Massstab zeigt und

die 3 den hinteren Teil der gleichen Spindel in grösserem Massstab zeigt.

Die in der 1 dargestellte Spindel 1 ist vornehmlich für eine Werkzeugmaschine bestimmt, insbesondere einen Drehautomaten, die fähig ist, eine Stange zu bearbeiten, die von hinten in einen zentralen, längs verlaufenden Kanal eingeführt wird, der die ganze Länge der Spindel durchläuft. Sie ist von im Wesentlichen zylindrischer Form, ihr vorderer Teil ist in der 2 im Schnitt dargestellt, während ihr hinterer Teil besonders in der 3 im Schnitt sichtbar ist.

Bezug nehmend zuallererst auf die 2, sieht man, dass die Spindel 1 (1) einen Spindelträger 2 enthält, der ein fester Teil der Maschine ist oder am Körper der Maschine befestigt werden kann. Ein Spindelkörper 3 ist koaxial zum Spindelträger 2 angeordnet und wird durch zwei Sätze von Kugellagern 20 getragen, die geeignet sind, die Rotation des Spindelkörpers 3 relativ zum Spindelträger 2 um die Längsachse der Spindel zu erlauben. Die Kugellager 20 wie auch die Befestigungsmittel des Spindelkörpers 3 erlauben keinerlei axiale Verschiebung des genannten Spindelkörpers relativ zum Spindelträger 2. Der Spindelkörper 3 enthält mindestens zwei radiale Durchgangslöcher 32, 33, die auf zwei verschiedenen Umfängen des Spindelkörpers 3 angeordnet sind und deren Nutzen weiter unten beschrieben wird; vorzugsweise hat man mehrere radiale Löcher 32, 33, die auf zwei verschiedenen Umfängen angeordnet sind. Um die Spindel 1 für die Bearbeitung des Stücks oder der Stange, die sie trägt, rotierend anzutreiben, ist der Spindelkörper 3 mit Antriebsmitteln ausgerüstet, zum Beispiel einer Riemenscheibe 34, die geeignet ist, einen Zahnriemen aufzunehmen (siehe 3).

Ein Einstellrohr 4 ist koaxial unmittelbar unter dem Spindelkörper 3 angeordnet und am genannten Spindelkörper durch ein Gewinde 40 befestigt, das in der 3 sichtbar ist. Indem man das Einstellrohr 4 mehr oder weniger unter den Spindelkörper 3 schraubt, hat man eine Längseinstellung der Position des genannten Einstellrohrs und folglich der Position des Druckrohrs relativ zum äusseren Körper 60, was eine Einstellung des initialen Durchmessers der Öffnung der Spannzange 6 erlaubt. Um die Position des Einstellrohrs 4 relativ zum Spindelkörper 3 zu sichern, ist eine Schraube 41 am Umfang des Spindelkörpers 3 angeordnet, um das Einstellrohr 4 in einer bestimmten axialen Einstellposition zu fixieren. Man wird weiter unten sehen, dass ein Druckluftkanal 902 dem Zwischenraum zwischen dem Spindelkörper 3 und dem Einstellrohr 4 folgen muss; zu diesem Zweck ist das Gewinde 40 vorzugsweise aus mehreren aufeinander folgenden, kreisförmigen, mit Gewinde versehenen Segmenten gebildet, die mindestens einen Durchgang für den Luftkanal 902 lassen.

Ein Druckrohr 5 ist koaxial unmittelbar unter dem Einstellrohr 4 angeordnet und geeignet, sich axial relativ zum genannten Einstellrohr zu verschieben. Das Druckrohr 5 enthält eine Längsöffnung 50, die geeignet ist, eine zu bearbeitende Stange von hinten aufzunehmen und sie gegen den vorderen Teil der Spindel zu führen.

Das in der 2 sichtbare vordere Ende des Spindelkörpers 3 trägt einen Haltering 30 einer konventionellen Spannzange 6. Die Spannzange 6 ist zusammengesetzt aus einem äusseren, zylindrischen, rohrförmigen Körper 60, der geeignet ist, im Inneren einer Zylinderbohrung 31 im Endbereich des Spindelkörpers 3 unmittelbar hinter dem Ring 30 in Längsrichtung zu gleiten, und aus einem inneren, zylindrischen, rohrförmigen Körper 61, der geeignet ist, im Inneren einer Zylinderbohrung 600 des äusseren Körpers 60 in Längsrichtung zu gleiten. Der innere Körper 61 trägt auf seinem dem vorderen Ende der Spindel zugewandten Ende eine Mehrzahl von Spannelementen 610, die durch Längsschlitze voneinander getrennt sind und von denen jedes mit einem peripheren, äusseren, geneigten Oberflächenteil 611 ausgerüstet ist, der mit einer peripheren inneren Oberfläche 601 des äusseren Körpers 60 zusammenwirkt.

Weil die Spannelemente 610 gegen den Ring 30 zum Anschlag kommen, ist keinerlei axiale Bewegung des inneren Körpers 61 möglich. Es ergibt sich, dass also eine Verschiebung des äusseren Körpers 60 in der Figur gegen rechts relativ zum inneren Körper 61 ein Spannen der Spannelemente 610 um die zwischen diesen Spannelementen gehaltene Stange oder das zu bearbeitende Stück hervorruft, während eine Verschiebung des äusseren Körpers 60 gegen links ein Lösen bewirkt. Eine solche Anordnung ohne mögliche axiale Verschiebung der Spannelemente 610 erlaubt eine Bearbeitung mit grosser Präzision, weil während des Spannens oder des Lösens der Zange 6 dem Werkstück oder der zu bearbeitenden Stange keinerlei axiale Bewegung auferlegt wird. Die Spannzange 6 enthält ausserdem ein Federelement 62, zum Beispiel eine Schraubenfeder, die zwischen einer hinteren Fläche des inneren Körpers 61 und einer auf der hinteren Fläche des äusseren Körpers 60 angeordneten Schulter 602 angeordnet ist. Durch den durch die Feder 62 ausgeübten Druck, wird der äussere Körper 60 nach hinten zurückgestossen, tendiert also zum Lösen der Zange 6.

Man sieht insbesondere in der 3, dass der hintere Teil des Einstellrohrs 4 erweitert ist, um einen Platz zu schaffen, der für eine Aufnahme 70 eines Federelements 7 wie auch für eine pneumatische Spannvorrichtung 8 verfügbar ist, die weiter unten beschrieben wird.

Die Aufnahme 70 ist an der hinteren Seite durch eine kreisringförmige Fläche 800 einer am Einstellrohr 4 befestigten Wand 80 axial begrenzt und an der vorderen Seite durch eine kreisringförmige Fläche 510 einer am Druckrohr 5 angeordneten Schulter 51. Obwohl, nachdem seine axiale Position wie oben angegeben eingestellt wurde, das Einstellrohr 4 axial unbeweglich ist, drängt die an der Fläche 800 anliegende Feder 7 die Fläche 510 der Schulter 51 nach vorne und folglich auch das Druckrohr 5, das daran befestigt ist. Das vordere Ende des Druckrohrs 5 kommt zum Anliegen an einer hinteren Fläche des äusseren Körpers 60 der Spannzange 6, die Feder 7 tendiert also zum Spannen der Zange 6.

Im Ruhezustand der Vorrichtung unterliegt also die Zange 6 einerseits der Wirkung der Feder 62, die dazu tendiert, sie zu öffnen oder sie zu Lösen und andererseits der Wirkung der Feder 7, die dazu tendiert, sie zu schliessen oder sie zu spannen. Da die Federkonstante der Feder 7 grösser gewählt wurde als jene der Feder 62, schliesst sich die die Zange 6 im Ruhezustand. Man sieht in der 2, dass das Ende des Druckrohrs 5 nur an der hinteren Fläche des äusseren Körpers 60 zur Anlage kommt, um sie zu spannen. Daraus ergibt sich, dass im Fall des Rückzugs des Druckrohrs folglich die Feder 62 das Öffnen der Zange 6 erlaubt.

Die pneumatische Spannvorrichtung ist 8 in der 3 sichtbar. An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass im oberen Teil der 3 gewisse Zeichnungslinien weggelassen wurden, um den Durchgang der Druckluft besser sichtbar zu machen. Die Position jedes spezifischen Elements ist indessen im oberen und unteren Teil der 3 exakt die gleiche. Die pneumatische Spannvorrichtung 8 ist gebildet durch eine Mehrzahl von äusseren Wänden 80, 81, 82, 83, 84 und 85 in der Form aufeinander folgender Kreisringe, die durch ihre äusseren Anschlagflächen (vergleiche 3) zwischen der Schulter 43 des Einstellrohrs 4 und dem äusseren Ring 44 zusammengehalten werden. Der äussere Ring ist durch den elastischen Ring 45 am hinteren Ende 42 des Einstellrohrs 4 befestigt. Die äusseren Wände weisen an mehreren Stellen ihrer Ränder Ausnehmungen auf, um den Durchgang der Druckluft zu erlauben (siehe im oberen Teil der 3). In ähnlicher Art sind eine Mehrzahl von inneren Wänden 810, 820, 830, 840 und 850 in der Form aufeinander folgender Kreisringe am hinteren Ende 52 des Druckrohrs 5 befestigt. Die Innere Wände werden durch ihre inneren Anschlagflächen zusammengehalten (siehe im unteren Teil der 3) und sind auf dem Druckrohr 5 einerseits mit Hilfe des elastischen Rings 53 und des Teils 51 und andererseits mit Hilfe eines Satzes innerer Ringe 54 und des elastischen Rings 55 befestigt. Man findet ebenfalls an den inneren Wänden radiale und axiale Durchgänge für die Druckluft, die im oberen Teil der 3 sichtbar sind. Jede der inneren Wände 810, ... 850 ist zwischen zwei aufeinander folgenden äusseren Wänden 80, ... 85 zwischengeschaltet. Die Breite des freien Raums zwischen zwei aufeinander folgenden äusseren Wände 80, ... 85 ist grösser als die Breite einer im genannten Raum zwischengeschalteten inneren Wand 810, ... 850, folglich ist jede innere Wand von einem ersten Volumen umgeben, das durch die vorangehende äussere Wand begrenzt ist und einem zweiten Volumen, das durch die nachfolgende äussere Wand begrenzt ist. Die äusseren Wände 80, ... 85 sind am Einstellrohr 4 axial unbeweglich befestigt, wogegen die innere Wände 810, ... 850 am Druckrohr 5 axial beweglich befestigt sind, wobei die relativen Grössen dieser zwei Volumen nach der Verschiebung des Druckrohrs 5 variieren können. Torusförmige Dichtungen 86, 860 sind auf den inneren Kanten der äusseren Wände 80, ... 85, beziehungsweise auf den äusseren Kanten der inneren Wände 810, ... 850 angeordnet, um jedes der genannten ersten Volumen in Bezug auf die genannten zweiten Volumen zu dichten.

Die pneumatische Spannvorrichtung 8 wird durch eine Vorrichtung 9 vervollständigt, um sie unter Druck zu setzen (siehe 2), enthaltend insbesondere ein erstes Eingangs-Anschlussstück 90 für einen ersten Druck zum Spannen und ein zweites Eingangs-Anschlussstück 91 für einen zweiten Druck zum Lösen.

Das erste Anschlussstück 90 führt die Druckluft durch eine Leitung 900, welche aufeinander folgend den Spindelträger 2 wie auch eine Dichtungsbuchse 21 durchquert, deren innere Oberfläche in gleitendem Kontakt auf der zylindrischen, äusseren Oberfläche eines Teils des Spindelkörpers 3 ist. Die Buchse 21 enthält auf der inneren, in Kontakt mit dem Spindelkörper 3 stehenden Oberfläche eine Verteilkammer 901, die geeignet ist, das oder die Löcher 32 mit Druckluft zu speisen, die radial und regelmässig beabstandet auf einem Umfang des Spindelkörpers 3 unmittelbar gegenüber der Verteilkammer 901 angeordnet sind. Das oder die Löcher 32 münden in einen Luftkanal 902, der durch einen Raum gebildet ist, der zwischen dem inneren Durchmesser des Spindelkörpers 3 und dem äusseren Durchmesser des Einstellrohrs 4 angeordnet ist. Auf der 3 sieht man, dass dieser Kanal 902 sich gegen hinten fortsetzt, um in die Aufnahme 70 für die Feder 7 zu münden. Ein anderer Kanal 903 führt aus der Federaufnahme 70, um jede der Spanndruckkammern zu speisen, die durch die Wände 81 und 810, 82 und 820, 83 und 830, 84 und 840, 85 und 850 begrenzt sind.

In absolut ähnlicher Art führt das zweite Anschlussstück 91 die Druckluft durch eine Leitung 910, welche aufeinander folgend den Spindelträger 2 wie auch eine Dichtungsbuchse 21 durchquert, unter der eine andere Verteilkammer 911 ein anderes oder andere Löcher 33 mit Druckluft speist, die in der gleichen Art angeordnet sind wie die Löcher 32. Das oder die Löcher 33 münden in einen Kanal 912, der im Wesentlichen durch einen Raum gebildet ist, der zwischen dem inneren Durchmesser des Einstellrohrs 4 und dem äusseren Durchmesser des Druckrohrs 5 angeordnet ist. Auf der 3 sieht man diesen Kanal 912, der sich gegen hinten fortsetzt, um in eine erste Kammer 913 zu münden, die auf der vorderen Fläche 511 angeordnet ist, welche der Fläche 510 der Schulter 51 der Aufnahme 70 gegenüberliegt und sich dann immer gegen hinten fortsetzt, um jede der Lösedruckkammern zu speisen, die durch die Wände 80 und 810, 81 und 820, 82 und 830, 83 und 840, 84 und 850 begrenzt sind.

So das erste Anschlussstück 90 mit einem ersten Luftdruck speisend, wird also dieser Luftdruck in die Aufnahme 70 eingeführt, wobei dieser Druck dann mit der Feder 7 zusammenarbeitet, um die Fläche 510 der Schulter 51 nach vorne zurückzustossen, wogegen er in den Spanndruckkammern, die durch die Wände 81 und 810, 82 und 820, 83 und 830, 84 und 840, 85 und 850 begrenzt sind, dazu tendiert, die Wände 810, 820, 830, 840 und 850 nach vorne zu stossen, die, gleich wie die Schulter 51, wie weiter oben angegeben am Druckrohr 5 befestigt sind. Dieser erste Luftdruck, der durch das Anschlussstück 90 eingeführt wird, bewirkt also das Spannen der Zange 6.

Wenn dieser erste Druck null ist und man das zweite Anschlussstück 91 durch einen zweiten Luftdruck speist, führt man also diesen Druck in die Kammer 913, wo er der Wirkung der Feder 7 entgegenwirkt, wie auch in die Lösedruckkammern, die durch die Wände 80 und 810, 81 und 820, 82 und 830, 83 und 840, 84 und 850 begrenzt sind, wo er auf die Wände 810, 820, 830, 840 und 850 wirkt, um sie gegen hinten zurückzustossen. So führt das Einführen eines Luftdrucks durch das Anschlussstück 91 zum Lösen der Zange 6.

Die durch die Zange 6 ausgeübte Spannkraft, die proportional zur Längsverschiebung des inneren Körpers 61 ist, wird also erzeugt durch die Summe der Kraft, die durch die Feder 7 ausgeübt wird, jene, die durch den ersten Luftdruck auf die Fläche 510 der Aufnahme 70 ausgeübt wird und jene, die durch den gleichen Luftdruck auf die Wände 810, 820, 830, 840 und 850 ausgeübt wird, wobei von dieser Summe die gegensinnige Kraft, die durch die Feder 62 ausgeübt wird, abzuziehen ist. Um die Zange 6 zu lösen, steht eine Kraft zur Verfügung, die aus der Summe der Kräfte gebildet wird, die durch den zweiten Luftdruck ausgeübt werden, die in entgegengesetzter Wirkung auf die Wände 511 wie auch 810, 820, 830, 840 und 850 wirkt, zuzüglich der durch die Feder 62 ausgeübten Kraft, wobei diese Summe der durch die Feder 7 ausgeübten Kraft entgegenwirkt. Die Spannkraft der Zange 6, die wie beschrieben erhalten wird, kann durch Variation des ersten Luftdrucks eingestellt werden, sogar während die Spindel dreht.

Man sieht also, dass im Fall des Verschwindens des ersten Drucks und des zweiten Drucks die Spannkraft der Zange 6 der durch die Feder 7 ausgeübten Kraft entspricht, vermindert durch jene, die durch die Feder 62 ausgeübt wird. Diese Eigenschaft ist wichtig, denn sie erlaubt aus Sicherheitsgründen, dass im Fall des Verschwindens der Druckluftspeisung das Werkstück oder die zu bearbeitende Stange in der Zange 6 eingespannt bleibt.

Angesichts der Differenz der durch die Federn 7 und 62 ausgeübten Kräfte und weil im hier betrachteten Beispiel die Oberflächen der Wände 510 und 511 wie auch die zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Wände 810, 820, 830, 840 und 850 ungefähr den gleichen Wert haben, muss der zweite, dem Lösen der Zange 6 dienende Luftdruck höher sein als der erste Luftdruck, der zum Spannen der Zange 6 dient.

Man stellt also fest, dass Konstrukteur oder Benutzer über eine gewisse Anzahl von Parametern verfügt, mit denen er spielen kann, um die gewünschte Spannkraft der Zange 6 zu erhalten, wobei diese Parameter sind: die Konstante der Feder 7, die Konstante der Feder 62, der erste Luftdruck, der zweite Luftdruck, die aktive Oberfläche der Wände 510 und 511, die zwei aktiven Oberflächen der Wände 810, ... 850 wie auch die Zahl der Druckkammern, die auf beiden Seiten der genannten Wände 810, ... 850 angeordnet sind. Die oben beschriebene Ausführungsform enthält fünf bewegliche Wände 810, ... 850 mit fünf Druckkammern, die das Spannen bewirken und fünf Druckkammern, die das Lösen bewirken. Im Fall, in welchem der zur Verfügung stehende Luftdruck schwach ist, ist es möglich, noch weitere Spanndruckkammern hinzuzufügen, um die Spannkraft zu erhöhen. In einer Variante und zum Beispiel falls man nur einen einzigen Luftdruck benutzen kann oder will, ist es auch möglich, die Vorrichtung mit einer Anzahl von Lösedruckkammern zu versehen, die höher ist als die Anzahl der de Spanndruckkammern, wobei die Differenz der durch die Druckkammern ausgeübten Kräfte der Differenz der durch die Federn ausgeübten Kräfte entspricht. Für eine ähnliche Wirkung und im Fall wo die Kraft, die durch den zweiten Luftdruck auf die Fläche 511 ausgeübt wird, der Differenz der durch die Federn ausgeübten Kräfte entspricht, würde es genügen, die Aufnahme 70 nicht mit dem ersten Druck zu speisen, um zu erlauben, jeden der Kreise separat durch einen gleichen Luftdruck zu speisen, der zum Spannen oder zum Lösen dient.

Die mehrstufige Anordnung der Spanndruckkammern und der Lösedruckkammern, wobei jeder Satz von Kammern durch den entsprechenden Luftdruck parallel gespiesen wird, erlaubt eine Verminderung des totalen Durchmessers der Spindel, beziehungsweise eine Erhöhung des Durchmessers des Durchgangs 50 für die Stange. Eine solche kompakte Anordnung begrenzt das Trägheitsmoment der Spindel.

Es ist unvermeidbar, dass bei den Eingangs-Anschlussstücken 90 und 91 eine leichte radiale Kraft auf die Dichtungsbuchsen 21 ausgeübt wird, die durch den Druck der Druckluft auf die radialen Ringe der Anschlussstücke 94 hervorgerufen wird. Um eine einseitige Belastung und folglich eine Exzentrizität der Buchsen zu verhindern, ist für jedes Eingangs-Anschlussstück mindestens ein Zusatzanschluss 94 vorgesehen, damit die radialen Kräfte ausgeglichen werden. Die Zusatzanschlüsse sind mit Verschlussstopfen 92 abgedichtet.

Eine Mehrzahl torusförmiger Dichtungen 93 ist an geeigneten Stellen angeordnet, um die Kanäle 902, 903, 912, 913 zu schliessen und Luftdruckverluste zu vermeiden.

Die Vorrichtung zur Speisung mit Druckluft wurde mit zwei Buchsen 21 beschrieben, eine für jedes Anschlussstück 90 und 91. Es ist selbstverständlich möglich, nur eine einzige Buchse 21 zu haben, die mit zwei Leitungen 900 und 910 ausgerüstet ist, wie auch nur zwei Verteilkammern 901 und 911.

Die beschriebene Spindel wird einzig durch pneumatische Mittel für das Spannen oder das Lösen der Zange 6 betätigt. In einer Variante wäre es auch möglich, sie durch die beschriebenen pneumatischen Mittel für das Spannen der Zange 6 zu betätigen und durch mechanische Mittel, zum Beispiel Nocken, für ihr Lösen. Eine solche Variante würde den Vorteil beibehalten, das Werkstück oder die zu bearbeitende Stange im Fall des Verschwinden des Luftdrucks in der Zange gespannt zu halten und den zusätzlichen Vorteil besitzen, das gewünschte Lösen des Werkstücks oder der Stange im Fall des Verschwindens des Luftdrucks erlauben zu können.

Die obige Beschreibung betrifft eine Spindel, die mit einer Längsöffnung 50 für eine zu bearbeitende Stange ausgerüstet und vornehmlich für einen Drehautomaten bestimmt ist. In diesem Fall ist einer der Vorteile einer mit einer Spannvorrichtung nach der Erfindung ausgerüsteten Spindel, dass es nicht nötig ist, für die Betätigung der Zange 6 zum Schliessen oder Öffnen die Rotation der Spindel beziehungsweise der Stange anzuhalten. Es ist augenfällig, dass es auch möglich ist, eine Spindel zu bauen, die mit einer Spannvorrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist, die keine Längsöffnung enthält, zum Beispiel für eine automatische Drehbank. Durch den Platz, der folglich im mittleren Teil der Spindel verfügbar wird, wird diese kürzer. Eine Werkzeugmaschine kann auch mehr als eine Spindel wie weiter oben beschrieben enthalten. Eine Spindel wie beschrieben kann leicht auf einer existierenden Maschine installiert werden, wodurch es ermöglicht wird, den Durchmesser von Stangen zu erhöhen, welche diese Maschine aufnehmen kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Spannen, angewandt in einer Spannvorrichtung für ein Werkstück oder eine Materialstange, das beziehungsweise die in einer rotierenden Zange (6) einer Spindel (1) einer Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erreichens einer grossen und einstellbaren Spannkraft die durch die Zange (6) ausgeübte Spannkraft erreicht wird durch die Addition einer ersten Axialkraft, die durch ein erstes Federelement (7) ausgeübt wird und einer zweiten Axialkraft, die durch einen ersten Luftdruck auf eine Fläche mindestens einer Wand (810, 820, 830, 840, 850) ausgeübt wird, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der genannten Spindel angeordnet ist, wobei die genannten ersten und zweiten Axialkräfte in einer ersten axialen Richtung ausgeübt werden, die parallel zur Längsachse der Spindel ist.
  2. Verfahren zum Spannen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösen der Zange (6) erreicht wird durch eine dritte Axialkraft, die durch einen zweiten Luftdruck auf eine andere Fläche mindestens einer Wand (810, 820, 830, 840, 850) ausgeübt wird, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der genannten Spindel angeordnet ist, wobei die genannte dritte Axialkraft in einer zweiten axialen Richtung parallel zur Längsachse der Spindel ausgeübt wird, wobei die zweite axiale Richtung entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist.
  3. Verfahren zum Spannen nach Anspruch 2, dadurch

    gekennzeichnet, dass eine vierte, durch ein zweites Federelement (62) ausgeübte Kraft, die in der genannten zweiten axialen Richtung ausgeübt wird, zum Lösen der Zange (6) beiträgt.
  4. Spannvorrichtung funktionierend nach dem Verfahren zum Spannen nach einem der vorangehenden Ansprüche und enthaltend einen Spindelkörper, der im Inneren eines Spindelträgers rotierend angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Druckrohr (5) enthält, das koaxial im Inneren des Spindelkörpers (3) angeordnet und fähig ist, relativ zum genannten Spindelkörper axial zu gleiten, wobei die axiale Verschiebung des genannten Druckrohrs das Spannen oder das Lösen der Zange steuert, und ein Einstellrohr (4), das koaxial zwischen einem hinteren Teil des Spindelkörpers (3) und einem hinteren Teil des Druckrohrs (5) angeordnet ist, wobei das genannte Einstellrohr axial fixiert ist, eine Aufnahme (70) für das genannte erste Federelement (7), die zwischen dem genannten Einstellrohr (4) und dem genannten Druckrohr (5) eingebaut und auf einer Seite durch eine kreisringförmige Fläche (800) einer am Einstellrohr (4) befestigten Wand (80) und auf der anderen Seite durch eine kreisringförmige Fläche (510) einer am Druckrohr befestigten Schulter (51) axial begrenzt ist, wobei die genannte, durch das genannte erste Federelement (7) ausgeübte erste Kraft dazu tendiert, die zwei genannten Flächen (800, 510) auseinander zu drängen, beziehungsweise das Druckrohr (5) in der genannten ersten axialen Richtung zu verschieben, mindestens eine Spanndruckkammer, die zwischen mindestens einer am Einstellrohr (4) befestigten Wand (81, 82, 83, 84, 85) und mindestens einer am Druckrohr (5) befestigten Wand (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut ist, wobei die genannte oder die genannten Spanndruckkammern durch den genannten ersten Luftdruck gespiesen werden.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (70) des genannten ersten Federelements (7) auch durch den genannten ersten Luftdruck gespiesen wird, um als zusätzliche Spanndruckkammer zu dienen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lösedruckkammer auf den anderen Flächen der am Einstellrohr (4) befestigten Wände (80, 81, 82, 83, 84) und den anderen Flächen der am Druckrohr befestigten Wände (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut ist, wobei die genannte oder die genannten Lösedruckkammern durch den genannten zweiten Luftdruck gespiesen werden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der anderen Fläche (511) der Schulter (51) gelegene Aufnahme auch durch den genannten zweiten Luftdruck gespiesen wird, um als zusätzliche Lösedruckkammer zu dienen.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftdruck durch ein Anschlussstück (90) zugeführt wird, das eine den Spindelträger (2) durchquerende Leitung (900) speist, dann eine Buchse (21), die mit einer Verteilkammer (901) ausgerüstet ist, die mindestens ein Loch (32) speist, das den Spindelkörper (3) radial durchquert und in einen Kanal (902) mündet, der koaxial zwischen dem Spindelkörper (3) und dem Einstellrohr (4) eingebaut ist, wobei der genannte Kanal die genannte oder die genannten Spanndruckkammern speist, die zwischen mindestens einer am Einstellrohr (4) befestigten Wand (81, 82, 83, 84, 85) und mindestens einer am Druckrohr (5) befestigten Wand (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kanal (902) auch die Aufnahme (70) des genannten ersten Federelements (7) speist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftdruck durch ein Anschlussstück (91) zugeführt wird, das eine den Spindelträger (2) durchquerende Leitung (910) speist, dann eine Buchse (21), die mit einer Verteilkammer (911) ausgerüstet ist, die mindestens ein Loch (33) speist, das den Spindelkörper (3) radial durchquert und in einen Kanal (912) mündet, der koaxial zwischen dem Einstellrohr (4) und dem Druckrohr (5) eingebaut ist, wobei der genannte Kanal die genannte oder die genannten Lösedruckkammern speist, die zwischen mindestens einer am Einstellrohr (4) befestigten Wand (80, 81, 82, 83, 84) und mindestens einer am Druckrohr (5) befestigten Wand (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Kanal (912) auch eine auf der anderen Fläche (511) der Schulter (51) gelegene Aufnahme speist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, durch das genannte erste Federelement (7) ausgeübte Axialkraft grösser ist, als die genannte vierte, durch das genannte zweite Federelement (62) ausgeübte Kraft.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Spanndruckkammern, die zwischen den am Einstellrohr (4) befestigten Wänden (81, 82, 83, 84, 85) und den am Druckrohr (5) befestigten Wänden (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut sind und die Zahl der Lösedruckkammern, die zwischen den am Einstellrohr (4) befestigten Wänden (80, 81, 82, 83, 84) und den am Druckrohr (5) befestigten Wänden (810, 820, 830, 840, 850) eingebaut sind, variabel sind, insbesondere zum Anpassen der Vorrichtung an den zur Verfügung stehenden Luftdruck, um ausreichende Kräfte zum Spannen und Lösen zu erreichen.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (902) für den ersten Luftdruck und der Kanal (912) für den zweiten Luftdruck jeder mit mindestens zwei Muffen (94) ausgerüstet sind, die symmetrisch um die Buchse verteilt sind, um die durch die Druckluft auf die Buchse ausgeübten radialen Kräfte symmetrisch zu verteilen.
  15. Spindel (1) einer Werkzeugmaschine, ausgerüstet mit einer Spannzange (6) für ein zu bearbeitendes Werkstück oder eine Stange, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14 enthält.
  16. Spindel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Längsöffnung (50) für den Durchgang einer zu bearbeitenden Stange hat.
  17. Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einer Spindel ausgerüstet ist, die eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14 enthält.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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