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Dokumentenidentifikation DE20023446U1 09.06.2004
Titel Spannzangenkopf für teilbare Spannzangen
Anmelder Hainbuch GmbH Spannende Technik, 71672 Marbach, DE
Vertreter Kastner, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 71720 Oberstenfeld
DE-Aktenzeichen 20023446
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 09.06.2004
Registration date 06.05.2004
Application date from patent application 10.03.2000
File number of patent application claimed 100 11 868.2
IPC-Hauptklasse B23B 31/20

Beschreibung[de]

Bei Drehmaschinen, insbesondere bei Mehrspindel-Drehmaschinen, werden häufig Spannzangen verwendet, die zweiteilig ausgebildet sind und die ein Spannzangenrohr und einen Spannzangenkopf aufweisen, die mittels einer Kupplungsvorrichtung in axialer Richtung miteinander gekuppelt sind und im Bedarfsfall von einander getrennt werden können. Spannzangenrohr und Spannzangenkopf werden im folgenden kurz Spannrohr bzw. Spannkopf genannt.

Der Spannkopf weist innen eine Spannfläche für die einzuspannenden Werkstücke auf. Außen weist er einen Außenkonus auf, der sich in der Richtung von der Kupplungsvorrichtung zur freien Stirnseite hin erweitert.

Die Kupplungsvorrichtung zwischen dem Spannrohr und dem Spannkopf wird im allgemeinen durch radial ineinander greifende Vorsprünge und Rücksprünge gebildet. Am Ende des Spannrohres ist als Kupplungsteil ein Innenbund von zumindest annähernd rechteckigem Querschnitt vorhanden. Am Spannkopf wird der darauf abgestimmte Kupplungsteil durch einen Außenbund und durch eine daran anschließende umlaufende Nut gebildet, die auf den Innenbund am Spannrohr abgestimmt ist. Im gekuppelten Zustand greift der Außenbund am Spannkopf hinter den Innenbund am Spannrohr, wobei umgekehrt dessen Innenbund in die umlaufende Nut am Spannkopf hineinragt, so dass die einander zugekehrten Stirnflächen des Innenbundes und des Außenbundes aneinander anliegen.

Der Spannkopf ist in einzelne Spannbacken unterteilt, und zwar durch mehrere axial und radial durchgehende Trennschlitze, die am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Zwischen den Spannbacken sind elastische Verbindungsmittel vorhanden, die die Spannbacken elastisch miteinander verbinden und die zumindest im Betriebszustand des Spannkopfes eine tangentiale Spreizkraft auf die Spannbacken ausüben, die wegen der kreisförmigen Anordnung der Spannbacken zugleich auch eine radiale Komponente bewirkt.

Die elastischen Mittel zwischen den Spannbacken sind zumindest in dem der Kupplungsvorrichtung zugekehrten hinteren Längenabschnitt des Spannkopfes so elastisch, dass der Kupplungsteil der einzelnen Spannbacken ausreichend weit radial einwärts bewegt werden kann, damit die beiden Kupplungsteile außer Eingriff kommen und der Spannkopf vom Spannrohr gelöst werden kann. Dadurch können Spannköpfe mit unterschiedlicher Spannfläche gegeneinander ausgetauscht werden.

Das Auswechseln der Spannköpfe erfolgt mittels einer Wechselvorrichtung (DE 28 31 140.2 A1). Für den Einsatz einer solchen Wechselvorrichtung weist jeder Spannbacken des Spannkopfes wenigstens eine Ausnehmung auf, die von der freien Stirnseite des Spannbackens ausgeht und die sich im Betriebszustand des Spannkopfes zumindest annähernd parallel zur Längsachse des Spannkopfes erstreckt. Die Wechselvorrichtung weist eine, der Anzahl der Ausnehmungen am Spannkopf, gleiche Anzahl Koppelglieder auf, die auf die Form und Abmessungen der Ausnehmungen abgestimmt sind. Diese sind einzeln oder gegebenenfalls doppelt an je einem Schwenkarm der Wechselvorrichtung angeordnet, durch den sie von ihrer achsparallelen Ausgangsstellung nach einwärts verschwenkt werden können, bis die an den Koppelgliedern angekoppelten Spannbacken mit ihrem Kupplungsteil aus dem Kupplungsteil des Spannrohres radial einwärts herausbewegt sind. Danach kann der Spannkopf mittels der Wechselvorrichtung herausgehoben werden und in der Koppelstellung oder Ausgangsstellung der Wechselvorrichtung von dieser abgezogen werden. Die Schwenkarme werden in der Wechselvorrichtung entweder mittels einer mechanischen Verstellvorrichtung, zum Beispiel eines Spindeltriebes, oder mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Kolbenantriebes verstellt.

Beim Betätigen der an einem Spannkopf angekoppelten Wechselvorrichtung wird vor allem das hintere Ende der Spannbacken radial einwärts bewegt. Da die Spannbacken selbst starr sind, werden bei dieser Einwärtsbewegung die elastischen Verbindungselemente zwischen den Spannbacken in Umfangsrichtung gestaucht. Der gummielastische Werkstoff der Verbindungselemente ist jedoch inkompressibel. Daher ruft die tangentiale Stauchung in den Verbindungselementen verhältnismäßig große elastische Formänderungen hervor. Solange die Anzahl der Wechsel eines Spannkopfes gering bleibt, erträgt der Werkstoff der Verbindungselemente diese starken Formänderungen. Wenn aber ein Spannkopf häufiger ausgewechselt wird, führen die starken Formänderungen zumindest örtlich zur Überbeanspruchung des Werkstoffes der Verbindungselemente und schließlich zur Zerstörung der Verbindungselemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannkopf für teilbare Spannzangen so zu gestalten, dass die elastischen Verbindungselemente der Spannbacken eine größere Anzahl von Auswechslungen ertragen als bei den herkömmlichen teilbaren Spannzangen. Diese Aufgabe wird durch einen Spannkopf mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Dadurch, dass die Trennschlitze zwischen den Spannbacken auf beiden Seiten je eine Erweiterung aufweisen, die von vorn nach hinten stetig zunimmt, und dadurch, dass die elastischen Verbindungselemente im Halbmesserbereich der Erweiterungen angeordnet sind, ergibt sich in der Draufsicht eine von vorn nach hinten zunehmende Verbreiterung der Verbindungselemente. Die beim Wechseln des Spannkopfes nach hinten zunehmende tangentiale Stauchbewegung wird dann von dem zunehmend breiteren Verbindungselement aufgenommen, so dass die spezifische Beanspruchung des Werkstoffes allenfalls noch geringfügig oder gar nicht mehr ansteigt. Auf Grund dieser zumindest verringerten spezifischen Beanspruchung des Werkstoffes der Verbindungselemente vermögen diese eine weitaus höhere Anzahl von Auswechselvorgängen zu ertragen, was eine entsprechende deutliche Erhöhung der Lebensdauer der Spannköpfe mit sich bringt.

Dadurch, dass die Erweiterungen und mit ihnen die elastischen Verbindungselemente in einem Halbmesserbereich angeordnet sind, der außerhalb der Spannfläche gelegen ist, und zwar außerhalb des für die betreffende Spannzangengröße üblichen Durchmesserbereiches der Spannfläche, wird die Spannfläche durch die Erweiterung für die Verbindungselemente nicht betroffen, so dass die Spannfläche für die Werkstücke nicht verkleinert wird und in vollem Ausmaße für das Einspannen der Werkstücke zur Verfügung steht.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 können die elastischen Verbindungselemente sich elastisch verformen, ohne an Nachbarteilen anzustoßen.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 3 erhalten die elastischen Verbindungselemente von Anfang an eine gewölbte Gestalt, so dass sie sich bei einer Verengung des Trennschlitzes zusätzlich aufwölben können und dadurch der Stauchvorgang abgemildert wird.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird durch den Fortsatz die Haftfläche für die Verbindung des elastischen Verbindungselementes mit den Seitenwänden der Spannbacken vergrößert und dadurch die Haltbarkeit der Verbindung verbessert. Das gleiche gilt für eine Weiterbildung nach Anspruch 5.

Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird durch das am vorderen Ende angeordnete Verschlusselement das Eindringen von Schmutzteilchen in die Trennschlitze verhindert, wobei durch die Vereinigung des Verbindungselementes mit dem Verschlusselement diese beiden Teile sich gegenseitig unterstützen und auch dadurch die Haltbarkeit der Verbindung zwischen den Spannbacken verbessert wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 und 2 eine teilweise geschnitten dargestellte Ansicht einer teilbaren Spannzange aus Spannrohr und Spannkopf zusammen mit einer Wechselvorrichtung im Ruhezustand bzw. beim Lösen des Spannkopfes;

3 eine Stirnansicht des Spannkopfes mit drei Trennschlitzen, teils mit einem darin angeordneten elastischen Verbindungselement und teils ohne dieses dargestellt;

4 eine ausschnittweise dargestellte Abwicklung des Spannkopfes im Bereich eines Trennschlitzes ohne elastisches Verbindungselement;

5 eine ausschnittweise dargestellte Abwicklung des Spannkopfes im Bereich eines Trennschlitzes mit elastischem Verbindungselement;

6 einen Längsschnitt des Spannzangenkopfes im Ruhezustand.

Die aus 1 und 2 ersichtliche Spannzange 10 wird durch ein Spannrohr 11 und einen Spannkopf 12 gebildet. Das Spannrohr 11 und der Spannkopf 12 sind im Betriebszustand über eine Kupplungsvorrichtung 13 miteinander gekuppelt (1), durch die sie auch voneinander getrennt werden können (2). Am Spannkopf 12 ist eine Wechselvorrichtung 14 angesetzt, um den Spannkopf 12 vom Spannrohr 11 zu lösen und um ihn gegen einen anderen Spannkopf auszuwechseln.

Wie aus 6 ersichtlich ist, hat der Spannkopf 12 näherungsweise die Gestalt eines hohlen Kegelstumpfes. Er weist auf seiner Innenseite eine Spannflächen 18 für die einzuspannenden Werkstücke auf. Auf seiner Außenseite weist der Spannkopf 12 einen zu seiner freien Stirnseite hin sich erweiternden Außenkonus 19 auf, der auf den Innenkonus der Hauptspindel der Drehmaschine abgestimmt ist, bei der die Spannzange 10 eingesetzt wird.

Der Spannkopf 12 ist durch drei axial und radial durchgehende Trennschlitze 21 in drei Spannbacken 22 unterteilt. Die Anzahl der Trennschlitze und der Spannbacken kann auch größer sein.

In den Trennschlitzen 21 ist je ein elastisches Verbindungselement 23 angeordnet, wie es in 3 bei den unteren beiden Trennschlitzen dargestellt ist.

In 3 oben und in 4 wurde der besseren Übersicht wegen das dort in Wirklichkeit vorhandene elastische Verbindungselement 23 nicht dargestellt. Wie dadurch ersichtlich wird, weisen die Trennschlitze 21 mehrere Abschnitt auf, die unterschiedlich gestaltet sind.

An die vordere Stirnfläche 24 des Spannkopfes 12 schließt ein erster Schlitzabschnitt 25 an, der radial ausgerichtet ist und von der Spannfläche 18 aus bis nach außen durchgeht. Dieser Schlitzabschnitt 25 hat eine verhältnismäßig geringe lichte Weite. Daran schließt der zweite Schlitzabschnitt 26 an, der sich in axialer Richtung bis zum hinteren Ende des Spannkopfes 12 erstreckt und der ebenfalls in radialer Richtung durchgeht. Dieser Schlitzabschnitt 26 hat eine größere lichte Weite. Die Seitenwände 27 und 28 des Schlitzabschnittes 26 gehen in der Draufsicht (4) mit je einer kreisbogenförmig verlaufenden Übergangsfläche in den engeren Schlitzabschnitt 25 über.

Im Bereich des weiteren Schlitzabschnittes 26 schließt auf beiden Seiten je eine Erweiterung 31 bzw. 32 an. Sie sind symmetrisch zur Mittelebene des Trennschlitzes 21 angeordnet. Die Erweiterungen 31 und 32 beginnen jeweils an einer Stelle 33 bzw. 34, die, von der Stirnfläche 24 aus betrachtet, hinter dem engen Schlitzabschnitt 25 und damit eine kurze Strecke von der Stirnfläche 24 entfernt gelegen ist. Sie erstrecken sich zumindest annähernd bis zum hinteren Ende des Spannkopfes 12. Ihre lichte Weite nimmt dabei stetig zu. Ihre Seitenfläche 35 bzw. 36 ist zweckmäßiger Weise eben ausgebildet. Die Ausnehmungen 31 und 32 haben eine ebene Grundfläche 37 bzw. 38. Die Erweiterungen 31 und 32 sind in einem Halbmesserbereich gelegen (3), der außerhalb des für die Spannfläche 18 üblichen Halbmesserbereiches gelegen ist.

Wie aus 3 und 6 ersichtlich ist, weist das elastische Verbindungselement 23 im wesentlichen zwei unterschiedliche Abschnitte auf, nämlich den radialen Abschnitt 41 und den axialen Abschnitt 42. Beide sind gemeinsam und einstückig hergestellt und dabei an den entsprechenden Flächenabschnitten der Spannbacken 22 anvulkanisiert. Dadurch halten sie die Spannbacken 22 als Spannkopf 12 zusammen.

Der radiale Abschnitt 41 ist in dem Übergangsbereich zwischen dem engeren Schlitzabschnitt 25 und dem weiteren Schlitzabschnitt 26 angeordnet (5 und 6). Er geht von der Spannfläche 18 bis zum Außenkonus 19 durch und schließt den Trennschlitz zwischen diesen beiden Flächen vollständig ab.

Der axiale Abschnitt 42 schließt an den radialen Abschnitt 41 an und erstreckt sich bis zum hinteren Ende des Spannkopfes 12.

Der axiale Abschnitt 42 des Verbindungselementes 23 weist mehrere Profilabschnitte auf, und zwar den mittleren Profilabschnitt 43, die beiden seitlichen Profilabschnitte 43 und 44 und die beiden inneren Profilabschnitte 46 und 47.

Der mittlere Profilabschnitt 43 ist in dem gleichen Halbmesserbereich wie die Erweiterungen 31 und 32 des Trennschlitzes 21 gelegen. Darin wiederum ist er außerhalb des Halbmesserbereiches der Grundflächen 37 und 38 gelegen, die die Übergangsfläche zwischen den Erweiterungen 31 und 32 und dem weiteren Schlitzabschnitt 26 bilden. Dieser Profilabschnitt 43 hat die Form eines Abschnittes eines Kreisringzylinders, dessen Zylinderachse zumindest annähernd mit der Längsachse des Spannkopfes 12 fluchtet. In den Bereichen, in denen der mittlere Profilabschnitt 43 an die Seitenwände 35 und 36 der Erweiterungen 31 bzw. 32 stößt, ist er an diesen anvulkanisiert. An den den Seitenwänden 35 und 36 benachbarten Randbereich des mittleren Profilabschnittes 43 schließen die seitlichen Profilabschnitte 44 und 45 an, die sich an den Seitenwänden entlang bis zur Grundfläche 37 bzw. 38 hin erstrecken. Daran wiederum schließen der innere Profilabschnitt 46 bzw. 47 an, die sich auf einander zu bis zum weiteren Schlitzabschnitt 26 hin erstrecken. Die seitlichen Profilabschnitte 44 und 45 und die inneren Profilabschnitte 46 und 47 sind ebenfalls an den Wänden der Spannbacken 22 anvulkanisiert. Das ergibt eine verhältnismäßig große Haftfläche für den axialen Abschnitt 42 des Verbindungselementes 23, der das Kernstück des elastischen Verbindungselementes 23 bildet.

10 Spannzange 11 Spannzangenrohr 12 Spannzangenkopf 13 Kupplungsvorrichtung 14 Wechselvorrichtung 15 Innenbund 16 Außenbund 17 Nut 18 Spannfläche 19 Außenkonus 21 Trennschlitze 22 Spannbacken 23 Verbindungselement 24 Stirnfläche 25 erster Schlitzabschnitt 26 zweiter Schlitzabschnitt 27 Seitenwand 28 Seitenwand 29 Ausnehmunq 31 Erweiterung 32 Erweiterung 33 Anfangsstelle 34 Anfangsstelle 35 Seitenfläche 36 Seitenfläche 37 Grundfläche 38 Grundfläche 41 radialer Teil 42 axialer Teil 43 mittlerer Profilabschnitt 44 seitlicher Profilabschnitt 45 seitlicher Profilabschnitt 46 unterer Profilabschnitt 47 unterer Profilabschnitt

Anspruch[de]
  1. Spannzangenkopf für teilbare Spannzangen aus Spannzangenrohr und Spannzangenkopf, mit den Merkmalen:

    – an dem dem Spannzangenrohr (11) zugekehrten Endabschnitt ist der eine Kupplungsteil (16) einer Kupplungsvorrichtung (13) vorhanden, der auf den anderen Kupplungsteil (15) abgestimmt ist, der am Spannzangenrohr (11) angeordnet ist,

    – auf der Innenseite des Spannzangenkopfes (12) ist eine Spannfläche (18) für die Werkstücke vorhanden,

    – auf der Außenseite ist ein Außenkonus (19) vorhanden, der sich in der Richtung vom Kupplungsteil (16) zur freien Stirnseite (24) hin erweitert,

    – der Spannzangenkopf (12) ist in einzelne Spannbacken (22) unterteilt, und zwar durch Trennschlitze (21),

    – – die am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind und

    – – die in axialer und radialer Richtung durchgehen,

    – zwischen je zwei einander benachbarten Spannbacken (2) ist ein elastisches Verbindungselement (23) vorhanden,

    – – das aus einem gummielastischen Werkstoff hergestellt ist,

    – – das mit den Seitenwänden (35; 36) der Spannbacken (22) unlösbar verbunden ist,

    – – das im Betriebszustand des Spannzangenkopfes (12) auf die beiden Spannbacken (22) eine zumindest tangential ausgerichtete Spreizkraft ausübt und

    – – das zumindest in dem der Kupplungsvorrichtung (13) benachbarten Endabschnitt so elastisch ist, dass der Kupplungsteil (16) des Spannzangenkopfes (12) radial einwärts außer Eingriff mit dem Kupplungsteil (15) am Spannzangenrohr (11) bewegbar ist,

    – in jedem Spannbacken (22) ist eine Ausnehmung (29) für den Eingriff einer Wechselvorrichtung (13) vorhanden, gekennzeichnet durch die Merkmale,

    – die Trennschlitze (21) weisen auf beiden Seiten je eine Erweiterung (31; 32) auf,

    – – die zumindest an einer in der Nachbarschaft der freien Stirnseite (19) gelegenen Stelle (33; 34) beginnt,

    – – die sich zumindest annähernd bis zum hinteren Ende der Spannbacken (22) erstreckt und,

    – – die dabei zumindest annähernd stetig zunimmt,

    – die Erweiterung (31; 32) ist in einem Halbmesserbereich angeordnet, der in radialer Richtung außerhalb der Spannfläche (18) gelegen ist,

    – die Erweiterungen (31; 32) sind symmetrisch zur Mittelebene des Trennschlitzes (21) angeordnet und ausgebildet,

    – das elastische Verbindungselement (23) ist zumindest ab der Anfangsstelle (33; 34) der Erweiterung (31; 32) der Trennschlitze (21) mit der Seitenwand (35; 36) der Erweiterung (31; 32) dauerhaft verbunden.
  2. Spannzangenkopf nach Anspruch 1, mit dem weiteren Merkmal:

    – das elastische Verbindungselement (23) ist in einem Halbmesserbereich angeordnet, der in radialer Richtung außerhalb der Übergangsfläche (37; 38) zwischen der Erweiterung (31; 32) und dem nicht erweiterten Trennschlitz (26) gelegen ist.
  3. Spannzangenkopf nach Anspruch 1 mit dem weiteren Merkmal:

    – das elastische Verbindungselement (23) hat zumindest ab der Anfangsstelle (33; 34) der Erweiterung (31; 32) die Form eines Abschnittes eines Kreisringzylinders, dessen Zylinderachse zumindest annähernd mit der Längsachse des Spannzangenkopfes (12) fluchtet.
  4. Spannzangenkopf nach Anspruch 2, mit dem weiteren Merkmal:

    – an den der Seitenwand (35; 6) der Erweiterung (31; 32) benachbarten Randbereich des elastischen Verbindungselementes (23) schließt ein in radialer Richtung einwärts ausgerichteter Fortsatz (44; 45) an, der sich an der Seitenwand (35; 36) der Erweiterung (31; 32) entlang, bevorzugt, bis zur Übergangsfläche (37; 38) zwischen der Erweiterung (31; 32) und dem nicht erweiterten Trennschlitz (26) erstreckt.
  5. Spannzangenkopf nach Anspruch 4, mit dem weiteren Merkmal:

    – an den radial einwärts gerichteten Fortsatz (44; 45) des elastischen Verbindungselementes (23) schließt ein weiterer Fortsatz (46; 47) an, der sich entlang der Übergangsfläche (37; 38) zwischen der Seitenwand (35; 36) der Erweiterung (31; 32) und dem nicht erweiterten Bereich (26) des Trennschlitzes (21) erstreckt.
  6. Spannzangenkopf nach Anspruch 1, mit dem weiteren Merkmal:

    – das elastische Verbindungselement (42) schließt an seinem der freien Stirnseite (24) des Spannzangenkopfes (12) zugekehrten vorderen Ende an ein elastisches Verschlusselement (41) an,

    – – das sich zumindest annähernd von der Außenkonusfläche (19) bis zumindest annähernd zur Spannfläche (18) hin erstreckt und

    – – das bevorzugt aus dem gleichen Werkstoff wie das elastische Verbindungselement (42) hergestellt ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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