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Dokumentenidentifikation DE202006003096U1 31.08.2006
Titel Einspannfutter
Anmelder Robert Schröder GmbH & Co. KG, 42369 Wuppertal, DE
Vertreter Patentanwälte Dr. Sturies Eichler Füssel, 42289 Wuppertal
DE-Aktenzeichen 202006003096
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 31.08.2006
Registration date 27.07.2006
Application date from patent application 23.02.2006
IPC-Hauptklasse B23B 31/117(2006.01)A, F, I, 20060223, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23B 31/10(2006.01)A, L, I, 20060223, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspannfutter für ein drehend angetriebenes Maschinenwerkzeug nach Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Einspannfutter werden infolge der verwendeten Schiebehülse, mit welcher der Schaft des Maschinenwerkzeugs, z.B. eines Werkzeughalters, gehalten wird, auch als Schnellspannfutter bezeichnet.

Zum Werkzeugwechsel bedarf es lediglich einer Verlagerung der Schiebehülse, so daß der von der Schiebehülse beaufschlagte Klemmkörper dann innerhalb des Wandungsdurchbruchs, wo er sitzt, frei verlagerbar ist.

Somit wird der Schaft des Maschinenwerkzeug freigegeben und kann einfach aus dem Einspannfutter herausgezogen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Einspannfutter der gattungsgemäßen Art von einfacher Bauweise zu schaffen, bei welchem insbesondere schnell laufende Maschinenwerkzeuge in Miniaturausführung von lediglich einigen Millimetern Schaftdurchmessern schnell auswechselbar sind.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Schiebehülse in derjenigen Endstellung, welche sie unter Einfluß der Federvorspannung einnimmt, mit einem Innenbund unter Kontakt am Klemmkörper anliegt, der wiederum einen entsprechend hohen Druck auf den kreiszylindrischen Schaft des Maschinenwerkzeugs ausübt. Da der Schaft des Maschinenwerkzeugs z.B. an derjenigen Stelle, wo der Klemmkörper aufsitzt, eine Sekantialnut besitzt, die allerdings nicht umläuft, ist darüber hinaus auch eine drehmomentfeste Einspannung gegeben.

Dem Klemmkörper ansich kommt daher eine Doppelfunktion zu. Er dient einerseits der axialen Sicherung des Werkzeugschafts und andererseits aufgrund der relativ geringen Drehmomente, die den Werkzeugschaft angreifen, auch als Drehverhinderungssperre.

Vorteilhafterweise weist hierzu der Schaft des Maschinenwerkzeugs an der betreffenden Stelle eine Bohrung oder – einfacher zu fertigen – eine lediglich tangential ausgebildete Nut auf, in welche der Klemmkörper bei Verlagerung der Schiebehülse in Richtung der ausgeübten Federkraft dann eingreift.

Es ist die Doppelfunktion des Klemmkörpers in Verbindung mit der kreiszylindrischen Bohrung im Grundkörper, durch welche eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung ermöglicht wird.

Der Grundkörper kann nämlich zur Aufnahme des Werkzeugschafts einfach mit einer kreiszylindrischen Bohrung axial durchsetzt sein, weil die Drehmomentübertragung über den Klemmkörper erfolgt.

Eine Maßnahme zur Erzielung relativ hoher Drehmomente ist – wie gesagt – die Anbringung einer tangentialen Nut am Werkzeugschaft.

Eine andere Maßnahme beruht auf der Überlegung, daß der Klemmkörper unter Formschluß am Werkzeugschaft anliegt und folglich einer anfänglichen Drehbewegung des Werkzeugschafts folgt.

Durch geeignete Maßnahmen kann daher auch eine sich selbst verstärkende Klemmwirkung in Umfangsrichtung einsetzen, wenn der Klemmkörper sich z.B. in dem Wandungsdurchbruch entsprechend verkantet.

Als letzte Maßnahme wäre es auch möglich, den Innenbund der Schiebehülse, welche außerhalb des Wandungsdurchbruchs am Klemmkörper anliegt, so zu gestalten, daß sich bereits bei geringer Verdrehung des Werkzeugschafts eine zwängende Einklemmung durch den Klemmkörper ergibt.

Wesentlich ist und bleibt allerdings die Doppelfunktion, da der Klemmkörper sowohl einer axialen Sicherung als auch einer Sicherung in Richtung einer möglichen Drehbewegung des Werkzeugschafts dient.

Die vorteilhaften Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Insbesondere bei den üblichen Maschinenwerkzeugen mit einem dünnen Werkzeugschaft von etwa 3mm bis 4mm in Verbindung mit den heute ebenfalls üblichen sehr hohen Drehzahlen von bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute kommt es auch bei einer festen Einspannung etwa im unteren Drittel des Werkzeugschafts zu Resonanzschwingungen, die letztlich zum Schwirren des Maschinenwerkzeugs führen können.

Hier schafft eine Weiterbildung der Erfindung Abhilfe, bei welcher der Grundkörper im Kopfbereich, also auf der Einsteckseite, eine umlaufende Innennut aufweist, in welche ein Ring aus elastomerem Material eingepaßt ist.

Der Innendurchmesser des eingepaßten Ringes ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Werkzeugschafts, so daß hier eine zusätzliche Einspannung des Werkzeugschafts hervorgerufen wird, mit deren Hilfe die freischwingende Länge des Werkzeugschafts zwischen der Angriffsstelle des Klemmkörpers und dem Sitz des Werkzeugs selbst verringert wird.

Dadurch lassen sich also die Schwingungsamplituden ggf. erheblich verringern, während zugleich die Eigenfrequenzen erhöht werden.

Ein unruhiger Lauf des Maschinenwerkzeugs durch die gefürchteten Eigenfrequenzen wird daher zuverlässig vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;

2a mögliches Ausführungsbeispiel eines zugehörigen Werkzeugschafts.

Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.

Die Figuren zeigen ein Einspannfutter 1 für ein drehend angetriebens Maschinenwerkzeug.

Das Maschinenwerkzeug ist nicht gezeigt. Es ist lediglich der Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs gezeigt.

Das Einspannfutter weist einen zentralen hohlzylindrischen Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 besitzt ein Antriebsende 3 für die Maschinenspindel 4 und ein gegenüberliegendes Einsteckende 5 für den Schaft 6 eines Maschinenwerkzeugs.

Der Grundkörper 2 wird umgeben von einer Schiebehülse 7, die – hier – in Richtung zum Einsteckende 3 unter Federvorlast steht.

Die Schiebehülse 7 kann auch in der anderen Richtung unter Federvorlast stehen. Zu diesem Fall geltend die folgenden Ausführungen entsprechend.

Die Federvorlast wird aufgebracht von einer Druckfeder 8, die sich zwischen einem Außenbund des Grundkörpers 2 und einem inneren Absatz der Schiebehülse 7 abstützt.

Die Schiebehülse ist zwischen einer vorderen Endstellung 9 und einer hinteren Endstellung 10 verlagerbar.

Sie besitzt eine umlaufende Innennut 11, welche in der durch die zusammengedrückte Druckfeder 8 vorbestimmten Endstellung 10 mit einem Wandungsdurchbruch 12 im Grundkörper 2 fluchtet.

Im Wandungsdurchbruch 12 befindet sich ein Klemmkörper 14, dessen Radialabmessungen größer als die Wandstärke des Grundkörpers 2 an der Stelle des Wandungsdurchbruchs 12 sind.

Ggf. muß auch noch ein Radialspiel 15 berücksichtigt werden, welches sich zwischen dem Innenbund 13 der Schiebehülse 7 und dem Außendurchmesser des Grundkörpers 2 an der Stelle des Wandungsdurchbruchs 12 ergibt.

Der Innenbund 13 ist an der Schiebehülse 7 dort angeordnet, wo diese in der vorderen Endstellung 9, wenn sie unter der Vorlast der Druckfeder 8 steht, ihre Endstellung erreicht.

Wesentlich ist, daß der hohlzylindrische Grundkörper 2 insbesondere in demjenigen Längsbereich, in welchem der Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs sitzt, innen kreiszylindrisch hohl ist, so daß er zur Aufnahme eines kreiszylindrischen Schafts 6 des Maschinenwerkzeugs ausgelegt ist.

Der Innendurchmesser dieser kreiszylindrischen Ausnehmung entspricht daher dem Außendurchmesser des kreiszylindrischen Schafts des Maschinenwerkzeugs.

Darüberhinaus dient der Klemmkörper 14 in derjenigen Position der Schiebehülse 7 in welcher sich der Innenbund 13 am Klemmkörper 14 abstützt, in welchem also der Innenbund 13 der Schiebehülse 7 mit dem Wandungsdurchbruch 12 fluchtet, sowohl als axiale wie auch als drehmomentfeste Einspannvorrichtung des kreiszylindrischen Schafts 6 des Maschinenwerkzeugs.

Der Klemmkörper 14 weist daher eine Doppelfunktion auf.

Er dient einerseits dazu, daß axiale Herausfallen des Schafts 6 des Maschinenwerkzeugs zu verhindern, während zugleich auch eine Klemmfunktion in Umfangsrichtung vorgesehen ist.

Dabei ist es wesentlich, daß der Wandungsdurchbruch 12 von einem Tiefenanschlag 16, gegen welchen die Stirnfläche des eingesteckten Schafts 6 stößt, mit einer vorbestimmten Wandstärke 17 beabstandet ist.

Auf diese Weise gelangt man nämlich zu einer Einspannung des Schaftes 6 im mittleren Bereich, so daß trotz des unvermeidlichen Radialspiels des Werkzeugschafts 6 in der kreiszylindrischen Bohrung des Grundkörpers 2 infolge der notwendigen Übergangspassung nur bedingt freie Schwingungen entstehen können.

Es entsteht nämlich durch den Klemmkörper 14 eine Einspannstelle des Schafts 6, die in Richtung zur Schaftmitte verlagert ist, so daß eventuell auftretende Resonanzschwingungen nur geringe Amplituden aufweisen werden und vor allem auch nur bei hohen Frequenzen.

Die vorgesehende Wandstärke 17, die den Abstand zwischen dem Tiefenanschlag 16 und der Einspannstelle des Schafts 6 bestimmt, dient daher dem Zweck, die freie an eventuellen Resonanzschwingungen beteiligte Länge des Schafts 6 zu verringern.

Hier wird der Tiefenanschlag 16 durch einen den Grundkörper 2 quer durchsetzten Stift 18 gebildet.

Der Stift ist vor dem Kopfende der Maschinenspindel 4 angeordnet und sitzt in einer dem Grundkörper 2 quer durchsetzenden Radialbohrung.

Beim Einstecken des Schaftes 6 stößt dieser mit seinem vorausgehenden Stirnende irgendwann an den quer verlaufenden Stift 18 und kann dann durch Loslassen der Schiebehülse 7 von dem Klemmkörper 14 axial und in Umfangsrichtung starr gehalten werden.

Da die Schiebehülse 7 zudem in dieser Endstellung durch die Druckfeder 8 gegen den oberen Sperring 21 gehalten wird, ist der Schaft 6 betriebssicher eingespannt.

Will man darüber hinaus noch weiter die freie Schwinglänge des eingesteckten Schafts 6 verringern, bietet es sich an, im Bereich des Kopfendes des Grundkörpers 2 eine umlaufende Innennut 19 vorzusehen, in die ein Ring aus elastomerem Material eingelegt ist.

Dieser Ring besitzt einerseits gute Dämpfungseigenschaften und kann darüber hinaus einen Innendurchmesser aufweisen, der geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Schaftes 6 ist.

Dies gilt in gleichem Maße für die kreiszylindrische Ausnehmung des Grundkörpers 2, in welche der Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs eingesteckt ist.

Infolge der dann elastischen aber spielfreien Umfassung des Schaftes 6 an der am weitesten in Richtung zum Werkzeug vorgelagerten Stelle werden die an einer freien Schwingung eventuell beteiligten Längsabmessungen des Schafts 6 weiter verringert und infolge dessen die Amplituden verkleinert und die Frequenzen erhöht.

Der Elastomerring 20 kann z.B. aus Gummi oder Silikon oder ähnlichem Material bestehen.

Anstelle des Elastomerringes kann an dieser Stelle auch eine Zentriervorrichtung in Form einer Spannzange oder von Stahlfedern o.ä. vorgesehen sein. Diese Weiterbildung bietet sich insbesondere bei größeren Schaftdurchmessern als 3mm bis 4mm an, z.B. 6mm bis 12mm oder mehr.

Darüber hinaus zeigt 2 eine Detailansicht eines Schaftes 6, der von dem Klemmkörper 14 in vorgegebenem Abstand A – von der Stirnfläche des Einsteckendes aus gemessen – beaufschlagt wird.

Dabei bemißt sich der Abstand A von derjenigen Mantellinie des Stiftes 18, welche die Einstecktiefe des Schafts 6 in das Einspannfutter 1 begrenzt bis zu derjenigen Stelle, wo der Klemmkörper 14 den Schaft 6 beaufschlagt.

Zur Erzielung einer besonders hohen drehmomentfesten Einspannung wird vorgeschlagen, daß derartiger Werkzeugschaft 6 mit zumindest einer lediglich über einen Teilumfang laufenden Nut 22 versehen ist, so daß der Klemmkörper 14, der von dem Innenbund 13 in Klemmstellung gehalten wird, tatsächlich in Umfangsrichtung eine Klemmwirkung auf den Schaft 6 ausübt, welche zu einer drehmomentfesten Einspannung führt.

Dabei wird der Klemmkörper bei einer Drehbewegung des Schaftes 6 in Umfangsrichtung gegen den Innenbund 13 gepreßt und auf diese Weise auf Druck belastet. Da der Klemmkörper 14 radial nicht ausweichen kann, ist die erforderliche Klemmfunktion in Umfangsrichtung sichergestellt.

Der Innenbund 13 verhindert dabei ein radiales Ausweichen des Klemmkörpers nach außen, so daß das von der Maschinenspindel 4 ausgeübte Drehmoment über die Klemmfunktion des Klemmkörpers 14 in Umfangsrichtung voll auf den Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs übertragen wird.

1Einspannfutter 2Grundkörper 3Antriebsende 4Maschinenspindel 5Einsteckende 6Schaft des Maschinenwerkzeugs 7Schiebehülse 8Druckfeder 9vordere Endstellung 10hintere Endstellung 11Innennut 12Wandungsdurchbruch 13Innenbund 14Klemmkörper 15Radialspiel 16Tiefenanschlag 17Wandstärke 18Stift 19Innennut 20Elastomerring 21Sperring 22Nut AAbstand

Anspruch[de]
  1. Einspannfutter (1) für ein drehend angetriebenes Maschinenwerkzeug, mit einem zentralen hohlzylindrischen Grundkörper (2), der ein Antriebsende (3) für die Maschinenspindel (4) und ein gegenüberliegendes Einsteckende (5) für den Schaft (6) eines Maschinenwerkzeugs aufweist; der Grundkörper (2) wird umgeben von einer Schiebehülse (7), die in eine Richtung unter Federvorlast (8) steht; die Schiebehülse (7) ist zwischen zwei Endstellungen (9, 10) verlagerbar; die Schiebehülse (7) besitzt eine umlaufende Innennut (11) dort, wo die Innennut (11) in derjenigen Endstellung (10), die in Richtung gegen die Federvorlast (8) erreicht wird, mit einem Wandungsdurchbruch (12) des Grundkörpers (2) fluchtet sowie einen umlaufenden Innenbund (13) dort, wo der Innenbund (13) in derjenigen Endstellung (9), die in Richtung der Federvorlast (8) erreicht wird, mit demselben Wandungsdurchbruch (12) fluchtet; in dem Wandungsdurchbruch (12) sitzt ein Klemmkörper (14) dessen Radialabmessung größer als die Wandstärke des Grundkörpers (2) zuzüglich eines eventuell vorliegenden Radialspiels (15) zwischen dem Innenbund (13) der Schiebehülse (7) und dem Außendurchmesser des Grundkörpers (2) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische Grundkörper (2) innen kreiszylindrisch hohl zur Aufnahme eines kreiszylindrischen Schafts ((6) des Maschinenwerkzeugs ist und daß der Klemmkörper (14) bei fluchtend ausgerichtetem Innenbund (13) der Schiebehülse (7) sowohl als axiale wie auch als drehmomentfeste Einspannvorrichtung des kreiszylindrischen Schafts (6) dient.
  2. Einspannfutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandungsdurchbruch (12) von einem Tiefenanschlag (16) des Einspannfutters (1) ausgehend mit einer vorbestimmten Wandstärke (17) zum Tiefenanschlag (16) beabstandet ist.
  3. Einspannfutter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefenanschlag (16) von einem den Grundkörper (2) quer durchsetzenden Stift (18) gebildet wird, der vor dem Kopfende der Maschinenspindel (4) angebracht ist.
  4. Einspannfutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) an seinem Einsteckende eine umlaufende Innennut (19) zur Aufnahme eines Ringes (20) aus elastomerem Material aufweist.
  5. Einspannfutter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Ringes (20) aus elastomerem Material geringfügig kleiner als die kreiszylindrische Ausnehmung des Grundkörpers (2) für den Schaft (6) des Maschinenwerkzeugs ist.
  6. Einspannfutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) an seinem Einsteckende eine zusätzliche Spannzange aufweist.
  7. Einspannfutter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) am Antriebsende für die Maschinenspindel ein Innengewinde aufweist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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