DE3146719C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidbetätigbares hohles Spannfutter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Spannfutter dieser Art werden im allgemeinen "Front-Spannfutter" genannt und oft zum Bearbeiten von Rohren für Ölbohrgeräte und Elektrodenstangen von Elektroöfen eingesetzt. Diese Spannfutter sind zum Bearbeiten von Stangen- und Rohrmaterial mit verhältnismäßig großen Durchmessern geeignet.

In jüngerer Zeit werden weithin numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen eingesetzt. In vielen Fällen werden dabei zur Erhöhung der Verläßlichkeit bei solchen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen die Klemm- und Lösezustände der Werkstücke durch elektrische Aufnehmer für die Verlagerung der Klemmbacken des Spannfutters überwacht.

Für diesen Zweck ragt bei einem üblichen fluidbetätigbaren Spannfutter (vgl. z. B. DE-GM 19 67 010, S. 1, Abs. 2), bei welchem das Spannfutter und ein Fluidzylinder zur Betätigung der Klemmbacken getrennt sind, die Kolbenstange des Betätigungskolbens von dessen Rückseite her in den Zylinder ein, der am rückwärtigen Ende der Maschinenspindel angeordnet ist, und die Stellung des Endes der Kolbenstange wird an einem Punkt rückwärts vom Zylinder mittels Grenzschaltern oder Annäherungsschaltern erfaßt, um so die Verlagerungen der Klemmbacken zu messen.

Im Gegensatz dazu ist bei einem fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter, bei welchem das Spannfutter und der die Klemmbacken betätigende Zylinder eine einheitliche Konstruktion bilden, im Hinblick auf die grundsätzliche Funktion des Spannfutters die Anordnung eines Rohres oder einer Stange zum Übertragen der Verlagerungen des hohlen Kolbens zu einer Stelle rückwärts von der Maschinenspindel in der Durchgangsbohrung der Spindel nicht zulässig. Aus diesem Grunde ist ein Erfassen der Verlagerungen der Klemmbacken an einem Punkt rückwärts von der Spindel wie bei dem beschriebenen Spannfutter üblicher Bauart nicht möglich, so daß es zwingend erforderlich schien, diese Messung an einem Punkt vorne an der Spindel vorzunehmen.

Bei einem fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter dieser Bauart (US-PS 39 18 352, Fig. 5) ist ein rückwärtiger, an der Maschinenspindel befestigter Deckel auf der Rückseite des Futterkörpers vorgesehen, auf dessen Innenseite eine Zylinderkammer vorgesehen ist, wobei eine Führungshülse im Futterkörper und in einem zentralen Loch des rückwärtigen Deckels montiert und mit dem Futterkörper verbunden ist und wobei ein hohler Kolben auf dem äußeren Umfang dieser Führungshülse gleitend angeordnet ist.

Bei diesem Spannfutter mag es zwar möglich sein, auf der Rückseite des hohlen Kolbens eine von dem rückwärtigen Deckel nach hinten ragende Kolbenhülse anzuordnen und die Stellung dieser Kolbenhülse mittels Schaltern zu erfassen. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Konstruktion muß jedoch die Kolbenhülse auf der Innenseite der Anbringung des rückwärtigen Deckels an der Spindel angeordnet sein, wodurch es praktisch unmöglich ist, Bewegungen dieser Kolbenhülse zu erfassen. Eine andere Meßmethode, welche ausführbar erscheinen könnte, könnte darin gesehen werden, mehrere Stifte in dem hohlen Kolben einzubetten, die Verlagerungen dieser Stifte nach außen aus dem Spannfutterkörper zu führen und diese Verlagerungen zu messen. Ein Meßsystem zum Anwenden dieser Methode wäre jedoch kompliziert und schwierig in die Praxis umzusetzen. Somit steht bei gattungsgemäßen hohlen Spannfuttern ein praktisches Meßsystem, mit dem elektrisch die Verlagerungen des Kolbens und damit der Klemmbacken erfaßt werden können, nicht zur Verfügung.

Bei einem fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art (DE-GM 19 67 010) ist der Ringkolben von einer Ringscheibe ohne angesetzte Hülse od. dgl. gebildet, wobei die Ringscheibe radial innen und außen über Dichtungen abgedichtet längs der Wände des Zylinderkörpers gleiten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Schwierigkeiten bei fluidbetätigbaren hohlen Spannfuttern zu überwinden und ein gattungsgemäßes Spannfutter zu schaffen, bei welchem bei praktischer Bauart die Verlagerungen des Kolbens und damit der Klemmbacken elektrisch an einer Stelle vor der Maschinenspindel erfaßt werden können, wobei die Steifigkeit des Futterkörpers erhöht werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.

Bei einem Spannfutter nach der Erfindung wird durch die von der Rückseite des Ringkolbens wegragende Kolbenhülse, die gleitend in einen Zwischenraum zwischen dem Futterkörper und dem Zylinderkörper paßt und aus dem Zylinderkörper nach hinten herausragt, erreicht, daß elektrische Aufnehmer, vorzugsweise Annäherungsschalter, zum Erfassen der Stellungen der Kolbenhülse an einer Stelle hinter dem Zylinderkörper angeordnet werden können. Dadurch können die Bewegungen der Klemmbacken auf einfache Weise indirekt erfaßt werden, wobei eine steife Konstruktion des Futterkörpers erzielt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen von vorteilhaften Ausführungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführung eines fluidbetätigbaren hohlen Spannfutters gemäß der Erfindung, wobei gewisse Teile weggelassen sind,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 gesehen in Pfeilrichtung,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt längs der durch die Linie III-III in Fig. 2 angedeuteten Ebene in Richtung der Pfeile,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1 in Pfeilrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche eine Zugstange und einen Keilblock darstellt,

Fig. 6 einen Teilschnitt, welcher die Anordnung einer Hilfsbacke an einer Hauptbacke darstellt,

Fig. 7 eine Teilansicht der Anordnung nach Fig. 6 von rechts und

Fig. 8 in einem Längsschnitt eine Hälfte einer anderen Ausführung eines Spannfutters gemäß der Erfindung.

Ein erstes Beispiel eines fluidbetätigbaren hohlen Spannfutters, das eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, sei nun anhand der Fig. 1 bis 7 beschrieben.

Dieses fluidbetätigbare hohle Spannfutter 1 hat einen hohlen Futterkörper 2 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 3 und an seinem Außenabschnitt einen Vorderteil 2a mit großem Durchmesser (rechter Teil in Fig. 2) und einen Hinterteil 2b mit kleinerem Durchmesser (linker Teil in Fig. 2).

Wie am besten in Fig. 1 und 3 zu erkennen ist, ist der Futterkörper an seiner Frontseite mit drei Klemmbacken-Montageschlitzen 4 versehen, die T-Querschnitt haben und durch Bearbeiten in die Frontseite des Futterkörpers in gleichen Winkelabständen mit radialer Ausrichtung eingebracht sind. Auf einer Seite jedes Klemmbacken-Montageschlitzes 4 (auf der im Uhrzeigersinn liegenden Seite gemäß Fig. 1) ist ein Einsatzloch 5 als Durchgangsloch durch den Vorderteil 2a des Futterkörpers 2 parallel zur Spannfutterachse eingearbeitet. Jeder Klemmbacken-Montageschlitz 4 ist mit dem zugehörigen Einsatzloch 5 über eine Gleitnut 6 verbunden, die parallel zur Spannfutterachse verläuft und parallele, gegenüberliegende Gleitflächen 6a, 6a aufweist, die senkrecht zu den Seitenflächen des Montageschlitzes 4 stehen.

Die Frontseite des Futterkörpers 2 ist ferner mit einer flachen Aussparung 7 zur Aufnahme einer Abdeckplatte für jedes Einsatzloch 5 und die zugehörige Gleitnut 6 versehen. Ferner sind mehrere (beim gezeigten Beispiel 9) Bolzenlöcher 8 im Futterkörper 2 für Spannfutter- Montagebolzen im Futterkörper 2 parallel zu seiner Achse als Durchgangslöcher ausgebildet, die von der Frontseite zur Rückseite des Futterkörpers 2 führen und auf einem gemeinsamen Mittenkreis 9 im Abstand von den Klemmbacken-Montageschlitzen 4 und nahe der zentralen Durchgangsbohrung 3 liegen. Der Durchmesser des Mittenkreises 9 ist gleich demjenigen eines Mittenkreises von Bolzenlöchern 11 in der Hauptspindel 10 der Werkzeugmaschine gewählt, an welcher das Spannfutter 1 montiert ist. Die Bolzenlöcher 8 sind ferner koaxial mit den entsprechenden Bolzenlöchern 11 angeordnet. Die Rückseite des Vorderteils 2a des Futterkörpers 2 ist um den äußeren Umfang mit einer abgesetzten Schulter 12 zum Ansetzen des Frontendes eines ringförmigen Zylinderkörpers 28 versehen, der im folgenden beschrieben wird (Fig. 2).

Je eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnete Klemmbacke ist in je einer der drei Klemmbacken-Montageschlitze 4 des Futterkörpers 2 montiert und wie folgt aufgebaut. Eine Hauptbacke 15 ist gleitend in jedem Klemmbacken-Montageschlitz 4 geführt. Im Front- Mittelteil jeder Hauptbacke 15 ist eine Mutternut 16 von T-Querschnitt durch Bearbeiten geformt. Auf der Frontseite jeder Hauptbacke 15 sind auf beiden Seiten der Mutternut 16 Zähne 15a mit Sägezahnform ausgebildet. Ferner ist eine Keil- bzw. Schrägverzahnung 15b, deren Zähne relativ zur Gleitrichtung der Hauptbacke 15 mit einer Neigung nach hinten und gegen den äußeren Umfang des Futterkörpers 2 versehen sind, auf einer Seitenfläche jeder Hauptbacke 15 nächst dem Einsatzloch 5 ausgebildet.

In der Mutternut 16 jeder Hauptbacke 15 ist eine Klemmbacken-Mutter 17 beweglich aufgenommen. Zähne 18a einer Aufsatzbacke 18 kämmen mit den erwähnten Zähnen 15a jeder Hauptbacke 15, und die Aufsatzbacke 18 ist mit der Hauptbacke 15 durch zwei Befestigungsbolzen 19 verbunden, die in die Klemmbacken-Mutter 17 eingeschraubt sind.

Die beschriebene Hauptbacke 15 hat innere Endflächen 15c, die dem Inneren der Durchgangsbohrung 3 des Futterkörpers 2 zugewandt sind und in denen Gewindelöcher 20 für Montagezwecke vorgesehen sind. Nach Wunsch kann eine Hilfsbacke 22 an der inneren Endfläche 15c gemäß den Fig. 6 und 7 durch Einschrauben von Bolzen 21 in die Gewindelöcher 20 angebracht werden.

Je ein Keilblock 23 gemäß Fig. 5 ist in jeder Gleitnut 6 des Futterkörpers 2 so angeordnet, daß er parallel zur Achsrichtung des Spannfutters darin gleitverschieblich ist. Jeder Keilblock 23 hat eine Keilverzahnung 23a auf der der zugehörigen Klemmbacke 14 zugewandten Seite. Diese Keilverzahnung 23a kämmt mit der Keilverzahnung 15b jeder Hauptbacke 15. Der Keilblock 23 hat ferner einen Vorsprung 23b an der dem Klemmbacken 14 abgewandten Seite. In jedes Einsatzloch 5 des Futterkörpers 2 ist eine Zugstange 24 gleitend und gasdicht eingepaßt. Das rückwärtige Ende der Zugstange 24 ist mit einem im folgenden noch beschriebenen Hohlkolben 34 gekuppelt. An ihrem Frontabschnitt hat die Zugstange 24 an einer Seitenfläche eine Aussparung 24a zum Zusammenwirken mit dem Vorsprung 23b des Keilblocks 23 (Fig. 3, 5).

In jede flache Aussparung 7 ist eine Abdeckplatte 25 eingesetzt und mittels Schrauben 26 befestigt. Die Abdeckplatte 25 soll das Eindringen von Spänen,Verschnitt und Schneidöl in die Gleitnut 6 verhindern (Fig. 1, 3).

Der Futterkörper 2 kann direkt mit der Frontseite der Spindel 10 der Werkzeugmaschine dadurch verbunden werden, daß Befestigungsbolzen 27 durch die Bolzenlöcher 8 des Futterkörpers 2 gesteckt und die Bolzenenden in die Bolzenlöcher 11 der Spindel 10 eingeschraubt werden (Fig. 2).

Der schon erwähnte ringförmige Zylinderkörper 28 (Fig. 2, 4) ist gasdicht mittels einer großen Anzahl von Schrauben 29A auf der Schulter 12 des Futterkörpers 2 befestigt und umgibt somit den Hinterteil 2b des Futterkörpers 2. Als vorderen Abschnitt hat der Zylinderkörper 28 eine Zylinderbohrung 28a relativ großen Innendurchmessers und als rückwärtigen Abschnitt eine Hülsen-Gleitbohrung 28b verhältnismäßig geringen Innendurchmessers, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Hinterteils 2b des Futterkörpers 2 ist. Eine ringförmige Zylinderkammer 29 ist somit zwischen der Innenfläche der Zylinderbohrung 28a und der Außenfläche des Hinterteils 2b gebildet, wobei eine ringförmige Aussparung 30 zwischen der Innenfläche der Bohrung 28b und der Außenfläche des Hinterteils 2b des Futterkörpers 2 gebildet ist.

Am rückwärtigen Ende des Zylinderkörpers 28 ist eine Aussparung 31 zur Aufnahme eines Fluid-Zuführringes 37 vorgesehen, der im folgenden beschrieben wird. Auf der Rückseite des Zylinderkörpers 28 sind in dieser Aussparung 31 zwei Ringnuten 32 und 33 für die Zufuhr eines Betätigungsfluids konzentrisch um die Spannfutterachse herum gebildet, d. h. zwischen und von Ringrippen 32a und 32b sowie Ringrippen 33a und 33b gemäß Fig. 4.

Da der Zylinderkörper 28 an der Außenseite des Futterkörpers 2 befestigt ist, der direkt auf der Maschinenspindel 10 montiert sein kann, und der Zylinderkörper 28 funktionell von dem Futterkörper 2 getrennt ist, kann das Gewicht des Zylinderkörpers 28 durch Fertigen aus einer Leichtmetallegierung ohne Verringerung der Steifigkeit des Futterkörpers 2 verringert werden. Durch Anwenden einer solchen Leichtbauweise kann das Trägheitsmoment der Spannfutteranordnung wesentlich reduziert werden.

Ein ringförmiger oder hohler Kolben 34 ist gleitend in der Zylinderkammer 29 aufgenommen und auf seiner Frontseite mit den rückwärtigen Enden der drei Zugstangen 24 durch Befestigungsbolzen 34a gekuppelt. Da dieser Kolben 34 ein doppelt wirkender Kolben ist, weist die Zylinderkammer 29 einen rückseitigen Zylinderkammerteil 29a und einen frontseitigen Zylinderkammerteil 29b auf der Front- und Rückseite des Kolbens 34 auf. Am rückwärtigen Ende hat der Kolben 34 einstückig und koaxial mit ihm eine Kolbenhülse 35 (Fig. 2, 4). Diese Kolbenhülse 35 ist gasdicht und gleitend in der erwähnten Aussparung 30 aufgenommen, und ihr rückwärtiges äußerstes Ende ragt nach hinten über die Rückseite des Zylinderkörpers 28 an seinem radial innersten Teil hinaus. Eine flache Ringhöhlung 34b, die einen Kanal für ein Betätigungsfluid bildet, ist um den Mittelteil der Innenwandfläche des hohlen Kolbens 34 geformt. Diese Ringhöhlung 34b kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammerteil 29a über mehrere Verbindungslöcher 36 in der Kolbenhülse 35 gemäß Fig. 2.

Der Fluid-Zuführring 37 für Betätigungsfluid (im folgenden Zuführring 37 genannt) ist auf der Rückseite von und koaxial mit dem Zylinderkörper 28 angeordnet, wobei sein rückwärtiger äußerer Umfang auf einem Montagering 37a aufsitzt. Der Zuführring 37 ist in einem Zustand, in welchem sein Frontabschnitt in der erwähnten Aussparung 31 im rückwärtigen Ende des Zylinderkörpers 28 aufgenommen ist, mittels des Montageringes 37a am Spindelstock 38 befestigt. Zwischen der Innenwandfläche des Zuführringes 37 und dem äußeren Umfang des Hinterteils 2b des Futterkörpers 2 ist ein Meßspalt 37b einer solchen Größe vorgesehen, daß die Kolbenhülse 35 in diesen Meßspalt 37b hineingleiten kann.

Der Zuführring 37 kann an einer Verlagerung durch einen Lagerstützzylinder gehindert werden, der einstückig mit dem inneren "Felgenteil" des Zylinderkörpers 28 auf seiner Rückseite sein kann und den Zuführring 37 mittels eines Lagers abstützen kann, das auf der äußeren Umfangsfläche dieses Lagerstützzylinders sitzt.

Auf der Frontseite des Zuführringes 37 sind an einem den Ringrippen 32a, 32b und 33a und 33b des Zylinderkörpers 28 gegenüberliegenden Abschnitt ringförmige Dichtungsaufnahmenuten 39 und 40 von T-Querschnitt gemäß Fig. 4 vorgesehen. Ferner sind am Grund dieser ringförmigen Dichtungsnuten 39 und 40 Ringnuten 41 und 42 an Stellen gegenüber den Ringnuten 32 und 33 angeordnet. Ringdichtungen 43 und 44 mit verschiedenen Durchgangslöchern 43a und 44a an Stellen gegenüber den Ringnuten 41 und 42 sind in diesen Dichtungsnuten 39 und 40 aufgenommen.

Wenn ein Betätigungsfluid wie Luft in die Ringnuten 41 und 42 eingebracht wird, werden die Ringdichtungen 43 und 44 gegen die Ringrippen 32a und 32b und die Ringrippen 33a und 33b gepreßt, so daß das Betätigungsfluid ohne Lecken über die Durchgangslöcher 43a und 44a zu den Ringnuten 32 und 33 gelangen kann.

Der beschriebene Zuführring 37 ist an seinem äußeren Umfang mit Speiseeinlässen 45a und 45b für das Betätigungsfluid versehen. Ein Speiseeinlaß 45a kommuniziert mit dem rückseitigen Zylinderkammerteil 29a über einen Kanal 46 im Zuführring 37, die Ringnuten 41 und 32, einen Kanal 47 im Zylinderkörper 28 und im Futterkörper 2, ein Servo-Rückschlagventil 48a, einen Kanal 49 im Futterkörper 2, die Ringhöhlung 34b und die Verbindungslöcher 36. Der andere Zuführeinlaß 45b kommuniziert mti dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b über einen Kanal 50 im Zuführring 37, die Ringnuten 42 und 33, einen Kanal 51 im Zylinderkörper 28 und im Futterkörper 2, ein Servo-Rückschlagventil 48b und einen Kanal 52 im Futterkörper 2.

Die beschriebenen Servo-Rückschlagventile 48a und 48b sind so konstruiert, daß sie einen Rückstrom des Betätigungsfluids, welches in die rückseitigen und frontseitigen Zylinderkammerteile 29a und 29b eingespeist sind, verhindern und gleichzeitig das Betätigungsfluid zu einem dieser Zylinderkammerteile 29a und 29b speisen und aus dem jeweils anderen Zylinderkammerteil abführen. Der Betrieb der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b in Verbindung mit der Wirkung des Kolbens 34 und mit dem Betrieb eines Meßsystems zum Erfassen der Kolbenstellung werden im folgenden beschrieben. Dabei wird jedoch von einer detaillierten Beschreibung der Servo-Rückschlagventile 48a und 48b abgesehen.

Die Stellung des rückwärtigen Endes der Kolbenhülse 35 wird durch Annäherungsschalter 53 und 54 erfaßt. Diese Annäherungsschalter 53 und 54 sind in entsprechende Aufnahmebohrungen 55 und 56 eingesetzt und dort gehalten, die in einem Abschnitt des Zuführringes 37 in radialer Richtung verlaufen, so daß die Meßköpfe 53a und 54a der Annäherungsschalter in den Meßspalt 37b hineinragen. Jeder Annäherungsschalter 53 und 54 ist an Ort und Stelle von einer Klemmschraube 57 und einem Schutzglied 58 gehalten. Die Annäherungsschalter 53 und 54 sind durch Leitungsdrähte 59 und 60 mit einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine verbunden (Fig. 1, 4).

Der eine Annäherungschalter 53 ist ein wenig nach hinten versetzt an der Rückseite der Kolbenhülse 35 in ihrer vorderen Grenzstellung angeordnet. Wenn der hohle Kolben 34 zur vorderen Grenzstellung seines Vorschubhubes zu gleiten veranlaßt wird, verläßt das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 die Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53, welcher daraufhin von seiner "Ein"-Stellung in seine "Aus"-Stellung gelangt. Als Folge davon wird die vordere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, d. h. diejenige Stellung, bei welcher die Klemmbacken 14 in ihrer geöffneten, nicht greifenden Lösestellung sich befinden.

Der andere Annäherungsschalter 54 ist ein wenig vor dem rückwärtigen Ende der Kolbenhülse 35 in deren hinterer Grenzstellung angeordnet. Wenn der Kolben 34 dazu veranlaßt wird, in seine hintere Endstellung am Ende seines Rückzughubes zu gleiten, überfährt das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 eine mit dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 fluchtende Stellung, worauf dieser aus seinem "Aus"-Zustand in seinen "Ein"-Zustand gelangt. Als Folge davon wird die hintere Grenzstellung des Kolbens 34 erfaßt, in welcher die Klemmbacken 14 am Ende ihrer Einwärtsbewegung zur Mitte hin angelangt sind und nicht ein Werkstück greifen.

Dementsprechend kam durch Feststellen, ob die Annäherungschalter 53 und 54 beide eingeschaltet oder beide ausgeschaltet sind, elektrisch erfaßt werden, daß die Klemmbacken 14 nicht ein Werkstück greifen. Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in eine Ruhestellung versetzt werden. Ferner kann durch Feststellen, ob die Annäherungsschalter 53 und 54 wechselweise ein- bzw. ausgeschaltet sind, elektrisch erfaßt werden, ob die Klemmbacken 14 ein Werkstück greifen. Durch Verarbeiten des Meßsignals kann die Werkzeugmaschine in Betrieb gesetzt werden.

Wenn das beschriebene, mechanisch betätigbare hohle Spannfutter 1 in einer Werkzeugmaschine angewendet werden soll, wird zuerst der Zuführring 37 auf dem Spindelstock 38 montiert und danach die Rückseite des Futterkörpers 2 in Kontakt mit der Frontseite der Spindel 10 gebracht. Der Futterkörper 2 wird dann mittels der Bolzen 27 mit der Spindel 10 verbunden. Anschließend wird das zu bearbeitende Werkstück in die zentrale Öffnung zwischen den drei Aufsatzbacken 18, die in geöffneter Stellung sind, eingeführt.

In diesem Fall sind das Spannfutter 2 und die Spindel 10 mit zentralen Durchgangsöffnungen 3 und 10a durch ihre Mitten versehen. Dabei sind keinerlei Bauteile zur Betätigung der Klemmbacken 14 oder zum Erfassen der Bewegungen der Klemmbacken 14 in diesen Durchgangsbohrungen 3 und 10a angeordnet. Dementsprechend können die Innenräume dieser Durchgangsbohrungen 3 und 10a vollständig für die Aufnahme des Werkstücks verwendet werden. Deshalb können Werkstücke verhältnismäßig großer Durchmesser durch die Innenräume der Durchgangsbohrungen 3und 10a hindurchgeführt werden.

Im Betrieb wird zunächst Betätigungsfluid über den Speiseeinlaß 45b des Zuführrings 37 zugeführt. Dieses Betätigungsfluid strömt durch den Kanal 50, tritt in die Ringnut 42 ein und drückt die Ringdichtung 44 gegen die Ringrippen 33a und 33b, wodurch einem Lecken des Betätigungsfluids vorgebeugt wird. Das Fluid strömt dann über das Durchgangsloch 44a und den Kanal 51 zum Betätigen des Servo- Rückschlagventils 48b und über den Kanal 52 in den frontseitigen Zylinderkammerteil 29b, wodurch es den Kolben 34 rückwärts schiebt und durch das Betätigungsfluid aus dem rückseitigen Zylinderkammerteil 29a austreibt.

Dieser Rückhub des Kolbens 34 veranlaßt die drei Zugstangen 24 und damit auch die Keilblöcke 23 zu einem Rückwärtsgleiten. Als Folge davon werden die Hauptbacken 15 dazu veranlaßt, längs der Klembacken- Montageschlitze 4 nach einwärts gegen die Spannfutter- Mittelachse zu wandern, wodurch die Aufsatzbacken 18 in Kontakt mit dem äußeren Umfang des Werkstückes kommen und dieses greifen. Hierbei werden die Keilblöcke 23 veranlaßt, ohne Spiel längs der Gleitflächen 6a auf der Außenseite in radialer Richtung der Gleitnuten 6 zu gleiten. Deshalb können die Klemmbacken 14 genau und definiert in äquidistanten Abständen von der Spannfutter-Mittelachse gehalten werden, was ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit ermöglicht.

Eine andere Folge der Bewegung der Hauptbacken 15 in die entsprechenden Stellungen, in denen die Aufsatzbacken 18 das Werkstück wie beschrieben klemmen, besteht darin, daß die Kolbenhülse 35 des Kolbens 34 in einer Zwischenposition angehalten wird, die kurz vor der hinteren Grenzstellung ihres Hubes liegt, nachdem ihr hinteres Ende zuvor eine Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt nehmen die Annäherungschalter 53 bzw. 54 ihre "Ein"- bzw. "Aus"-Zustände ein, d. h. erfassen, daß die Klemmbacken das Werkstück gegriffen haben, und veranlassen die Werkzeugmaschine, den Betrieb aufzunehmen.

Im Falle, daß die Aufsatzbacken 18 das Werkstück aus irgendwelchen Gründen noch nicht gegriffen haben, z. B. wegen eines Versagens einer automatischen Vorrichtung zum Zuführen und Wechseln von Werkstücken, wird die Kolbenhülse 35 des Kolbens 34 dazu veranlaßt, rückwärts in ihre hintere Grenzstellung zu gleiten, wie strichpunktiert in Fig. 4 angedeutet ist, wo das hintere Ende eine Stellung gegenüber dem Meßkopf 54a des Annäherungsschalters 54 einnimmt. Die Annäherungsschalter 53 und 54 kommen daraufhin beide in "Ein"-Zustand, so daß sie die Tatsache erfassen, daß die Klemmbacken 14 kein Werkstück greifen und entsprechend die Werkzeugmaschine dazu veranlassen, ihren Ruhezustand einzunehmen. Demgemäß ist es möglich, überflüssigen Betrieb, wie das Ausführen nachfolgender Maschinenarbeit mit den Klemmbacken 14 in einem Zustand, in der sie ein Werkstück nicht greifen, zu vermeiden und dadurch die Verläßlichkeit des Betriebes zu erhöhen, was insbesondere im Falle automatisierten Betriebes ohne ständige Aufsicht von Bedienungspersonal wichtig ist.

Wenn im Normalbetrieb nach Abgabe von entsprechenden Signalen durch die Annäherungsschalter 53 und 54 sichergestellt ist, daß ein Werkstück durch die Klemmbacken gegriffen ist, wird die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß 54b gestoppt, wobei ein Abfluß von Betätigungsfluid aus dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b mittels des Servo-Rückschlagventils 48b vermieden ist, so daß der Greifzustand des Werkstückes durch die Klemmbacken 14 selbst nach Stoppen der Zufuhr von Betätigungsfluid ständig aufrechterhalten wird. Ferner nimmt nach dem Stoppen der Zufuhr von Betätigungsfluid die Ringdichtung 44 aufgrund ihrer Elastizität ihre ursprüngliche Lage wieder ein, wobei sie in eine von den Ringrippen 33a und 33b entfernte Stellung gelangt.

Darauf wird die Spindel 10 der Werkzeugmaschine gedreht, um das fluidbetätigte Spannfutter 1 mit dem Werkstück zu drehen, wobei der Bearbeitungsvorgang am Werkstück ausgeführt wird. Im gezeigten Fall ist der Futterkörper 2 des Spannfutters 1 direkt mit der Spindel 10 durch die Bolzen 27 verbunden. Aus diesem Grund kann das gesamte Spannfutter 1 mit großer Steifigkeit trotz des Vorsehens eines Zylinders am Futterkörper 2 ausgeführt werden, wodurch die Spannfutterwirkung des Greifens des Werkstückes stabil und das Spannfutter 1 widerstandsfähig gegen Bearbeiten unter schwerer Last gehalten werden kann.

Nach Vollenden der Bearbeitung des Werkstückes wird die Drehung der Spindel 10 gestoppt, worauf Betätigungsfluid zum anderen Speiseeinlaß 45a gespeist wird. Dieses Fluid strömt über den Kanal 46 zur Ringnut 41 und preßt die Ringdichtung 43 gegen die Ringrippen 43a und 32b, strömt dann über das Durchgangsloch 43a und den Kanal 47 zur Betätigung des Servo-Rückschlagventils 48a, worauf das Fluid über den Kanal 49, die Ringhöhlung 34b und die Verbindungslöcher 36 zum rückseitigen Zylinderkammerteil 29a gelangt, so daß es den Kolben 34 vorschiebt und dadurch das Betätigungsfluid aus dem frontseitigen Zylinderkammerteil 29b austreibt.

Diese Vorwärtsbewegung des Kolbens 34 wird mittels der Zugstangen 24 und der Keilblöcke 23 in eine Bewegung der Klemmbacken 14 radial nach außen umgesetzt, um das Werkstück freizugeben und die ursprüngliche Offenstellung wieder einzunehmen. Wenn die Klemmbacken 14 in ihre Ausgangsstellungen zurückgekehrt sind, ist gleichzeitig die Kolbenhülse 35 in ihre vordere Grenzstellung geführt, wobei ihr hinteres Ende aus der Stellung gegenüber dem Meßkopf 53a des Annäherungsschalters 53 herausfährt. Folglich nehmen die Annäherungsschalter 53 und 54 beide ihre "Aus"-Stellungen ein, wodurch der Zustand erfaßt wird, daß die Klemmbacken 14 das Werkstück freigegeben haben; ein Klemmung-Freigabesignal wird zur erwähnten Steuervorrichtung gegeben.

Im Falle, daß die Klemmbacken 14 aus irgendeinem Grund, wie Versagen des Mechanismus zum Zuführen des Betätigungsfluids, nicht in ihre Ausgangspositionen zurückkehren, wird das rückwärtige Ende der Kolbenhülse 35 nicht in eine Stellung - von der Futterseite gesehen - vor dem Annäherungsschalter 53 bewegt, so daß die Annäherungsschalter 53 bzw. 54 in ihren vorherigen Zuständen, nämlich Schalter 53 in dem "Ein"- bzw. Schalter 54 in dem "Aus"-Zustand, verbleiben und ein die Freigabe des Werkstückes anzeigendes Signal nicht erzeugt wird. Somit kann entsprechend den Signalzuständen der Annäherungsschalter 53 und 54 die Freigabe des Werkstückes aus dem Greifzustand der Klemmbacken 14 elektrisch erfaßt und überprüft werden. Auf der Basis dieser Überprüfung kann eine Beschädigung von Maschinenteilen aufgrund einer Kollision zwischen Werkstück oder Klemmbacken 14 und einer automatischen Wechselvorrichtung, z. B. als Folge eines automatischen Werkstückaustausches für einen nachfolgenden Bearbeitungszyklus, verhindert werden.

Im Normalbetrieb wird nach Verifikation des Öffnungszustandes der Klemmbacken 14 die Zufuhr von Betätigungsfluid zu dem Speiseeinlaß 45a gestoppt, wobei das Servo-Rückschlagventil 48a jedoch noch weiter wirkt, um die Klemmbacken 14 im Öffnungs- bzw. Lösezustand zu halten. Ferner trennt sich die Ringdichtung 43 von den Ringrippen 32a und 32b und nimmt ihre davon entfernte Lage ein. Somit ist ein Betriebszyklus vollendet.

Bei dem beschriebenen fluidbetätigbaren hohlen Spannfutter 1 können die Hilfsbacken 22 an den inneren Endflächen der Hauptbacken 15 mittels der Montagebolzen 21 gemäß den Fig. 6 und 7 je nach Notwendigkeit befestigt werden. Durch Verwenden dieser Hilfsbacken 22 kann das Werkstück an einer Stelle näher der Endfläche der Spindel 10 gegriffen werden, wodurch die Greifwirkung noch stabiler und mit größerer Greifkraft ausgeübt werden kann, ohne daß ein "Schwimmen" der Klemmbacken auftritt.

Bei einer anderen Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 8 ist der Fluid-Zuführring 37e um den äußeren Umfangsteil des Vorderteils 2ae des Futterkörpers 2e herum angeordnet. Annäherungssschalter 53e und 54e sind in einem Raum nahe der Rückseite des Zylinderkörpers 28e mittels eines Halters 61 gehalten, der mit dem Spindelstock 38e fest verbunden ist. Die Bauteile sind bei dem in Fig. 8 dargestellten Spannfutter gleich oder ähnlich wie entsprechende Teile bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 7 ausgebildet und mit gleichen Bezugszeichen mit dem Anhang e bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung dieser Bauteile erübrigt sich deshalb.

Es ist zu bemerken, daß verschiedene Abänderungen bei dem beschriebenen hohlen Spannfutter nach der Erfindung vorgesehen werden können. Zum Beispiel können die beispielhaft beschriebenen Annäherungsschalter, welche die vorderen und hinteren Grenzstellungen der Kolbenhülse erfassen, so angeordnet sein, daß einer dieser Annäherungsschalter in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung einstellbar ist, um die Position der Kolbenhülse und die vordere Grenzstellung ihres Hubes zu erfassen und eine korrekte und definierte Überwachung des Greif- und Lösezustandes des Werkstückes sicherzustellen. Ferner kann der Futterkörper an der Spindel mittels eines Keil-Verriegelungszapfens am Montageteil des Futterkörpers befestigt sein. Eine andere Abwandlung besteht in der Verwendung nur eines oder dreier oder mehr Annäherungsschalter.

Durch Vorsehen von zwei Spannfuttern am Frontende und am Rückende der Maschinenspindel zum Greifen eines Werkstückes an zwei im Abstand befindlichen Stellen können ein stabiles Greifen, hohe Bearbeitungsgenauigkeit und ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt werden.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführung ist eine Zylinderkammer, die in einem Zylinderkörper außerhalb des Mittenkreises von Spannfuttermontagelöchern und darum herum ausgebildet ist, zur Aufnahme eines hohlen oder ringförmigen Kolbens mit einer Kolbenhülse bestimmt, welche vom Zylinderkörper nach hinten ragt, und mindestens ein Annäherungsschalter ist vorgesehen, um die axiale Stellung dieser Kolbenhülse zu erfassen. Wenn demgemäß die Spannfutter-Klemmbacken zum Greifen und Lösen des Werkstückes betätigt werden, wird indirekt die Verlagerung dieser Klemmbacken elektrisch genau und definiert an einer Stelle entfernt und getrennt vom Bearbeitungsort, wo Schneidflüssigkeit verspritzt wird, erfaßt, wodurch das Greifen und Lösen des Werkstückes durch die Klemmbacken genau und definiert überwacht werden kann. Dadurch kann insbesondere bei Anwendung des Spannfutters nach der Erfindung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine die Bearbeitungsgüte und -verläßlichkeit erheblich verbessert werden.

Ferner ist der Zylinderkörper auf dem Futterkörper angeordnet, und die Zylinderkammer ist auf der Außenseite des Spannfuttermontageteils des Futterkörpers vorgesehen. Aufgrund dieser Konstruktion kann im Falle, daß das Spannfutter auf der Spindel der Werkzeugmaschine zu befestigen ist, der Futterkörper direkt sicher an der Spindel befestigt werden, wodurch die Steifigkeit des Spannfutters erhöht und das Spannfutter für schwere Bearbeitungen eingesetzt werden kann. Gleichzeitig kann die Greifwirkung der Klemmbacken auf das Werkstück stabilisiert werden, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit wirksam verbessert wird. Da ferner die Kolbenhülse des hohlen Kolbens hinten durch einen Spalt (Aussparung 30) zwischen dem Futterkörper und dem Zylinderkörper herausragt, kann die Spannfutterkonstruktion sehr einfach und billig gehalten werden.

Im Gegensatz zu bekannten Spannfuttern der zweistückigen Bauart mit einem hinteren Deckel ist das vorstehend beschriebene Spannfutter mit einem einstückigen Futterkörper ausgeführt, was hohe Steifigkeit und damit die Eignung für schwere Bearbeitung gewährleistet.

Aufgrund der Tatsache, daß der Innenraum der zentralen Durchgangsbohrung des beschriebenen Spannfutters frei ist und im wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Maschinenspindel hat, kann das Spannfutter zum Greifen von Werkstücken großer Durchmesser benutzt werden, welche an denjenigen der zentralen Durchgangsbohrung heranreichen.

Claims (2)

1. Fluidbetätigbares hohles Spannfutter mit einem Futterkörper (2), der mit seinem Montageabschnitt (8, 27) an einer hohlen Spindel (10) einer Werkzeugmaschine (38) montierbar ist, mit Klemmbacken (14) an der Vorderseite des Futterkörpers (2), mit einer ringförmigen Zylinderkammer (29) in einem hohlen Zylinderkörper (28) auf der Rückseite des Futterkörpers (2) und radial außerhalb des Montageabschnitts (8, 27) sowie mit einem gleitend in der Zylinderkammer mittels eines Fluids verschiebbaren Ringkolben (34) zur Verstellung der Klemmbacken, dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (2) ein Vorderteil (2a) größeren Außendurchmessers und ein Hinterteil (2b) kleineren Außendurchmessers hat, daß der Zylinderkörper (28) mit einem vorderen Abschnitt (28a) großen Innendurchmessers, der mit seinem vorderen fluiddichten Ende mit der Rückseite des Vorderteiles (2a) des Futterkörpers (2) verbunden ist, und mit einem rückwärtigen Abschnitt (28b) kleineren Innendurchmessers versehen ist, der radial außerhalb des Hinterteils (2b) liegt, um so die Zylinderkammer (29) zwischen dem Futterkörper (2) und dem Zylinderkörper (28) zu begrenzen, und daß der Ringkolben (34) eine von ihm nach hinten ragende Kolbenhülse (35) hat, die fluiddicht zwischen die Innenfläche des rückwärtigen Abschnittes (28b) des Zylinderkörpers (28) und die Außenfläche des Hinterteils (2) des Futterkörpers (2) paßt und rückwärts aus dem Zylinderkörper (28) herausragt, und daß an einer Stelle hinter dem Zylinderkörper (28) elektrische Aufnehmer (53, 54) zum Erfassen von axialen Verlagerungen der Kolbenhülse (35) vorgesehen sind, wodurch indirekt radiale Verlagerungen der Klemmbacken (14) erfaßbar sind.

2. Spannfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmer als Annäherungsschalter (53, 54) ausgebildet sind, welche in einem Fluid-Zuführring (37) benachbart der Rückseite des Zylinderkörpers (28) angeordnet sind.