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Spannvorrichtung für Werkstücke In der :mechanischen Fertigung insbesondere
von Massenteilen kommt es vor, daß Werkstücke, die bereits mit einem Gewinde versehen
sind, an diesem Gewinde aufgenommen werden müssen, um weitere Flächen genau laufend
zum Gewinde zu bearbeiten. Da ein Gewinde allein zur genauen Lagebestimmung eines
Teils nicht genügt und vor allem eine Begrenzung in achsiger Richtung norivelndig
ist, gehört in der Regel zu einem solchen Gewinde eine Stirnfläche, die manchmal
eben und manchmal schwach kegelig ausgeführt ist und mit einer entsprechenden Gegenfläche
an dem zugehörenden Teil übereinstimmt.
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Bei der Aufnahme des Teils zur B.earb:eitung von Flächen, die zu dem
Gewinde laufen müssen, soll in der Regel auch auf diese angrenzende Stirn- oder
Kegelfläche Rücksieht genommen werden.
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Es sind für diesen Zweck verschiedene Vorrichtungen gebräuchlich.
Die einfachste ist ein Gewindebolzen bzw. eine Mutter, die mit der Maschinenspindel
der zur Bearbeitung dienenden Maschine fest verbunden ist und auf welchen bzw. in
die das zu bearbeitende Werkstück geschraubt wird. Diese Art der Aufnahme ist für
kleine Fertigungsmengen und groß Bearbeitungszeiten durchaus geeignet. Bei großen
Mengen und kürzeren Arbeitsgängen hat man eine Erleichterung und Beschleunigung
des Werkstückwechsels dadurch ermöglicht, daß man das mit dem Gegengewinde versehene
Aufnahmeteil (Gewindebolzen bzw. Mutter) nicht fest mit der Maschinenspindel verbindet,
sondern so, daß es bequem und schnell gelöst und wieder befestigtwerden kann.
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Man kann dann je zwei solcher Aufnahmestücke vorsehen, von denen jeweils
eines geladen wird, während das andere in der Maschine arbeitet. Der Zeit- und Kraftaufwand
für den Werkstückwechsel hängt dann ganz davon ab, wie leicht und bequem das Lösen
bzw.
Wiedereinspannen des Zwischenaufnahmestückes auf der Maschinenspindel möglich ist.
Ein gewisser \achteil dieser Arbeitsweise liegt darin, dah durch die zeitweilige
Trennung des Aufnahmestückes von der laschinen@ Spindel und die Wiederbefestigung
desselben Führungsungenauigkeiten entstehen können, worunter die Genauigkeit der
Einmittung leidet. Außerdem hat die Verwendung loser Zwischenaufnahmen auch rein
betrieblich stets geWisse Nachteile.
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Für Teile, die nach einer Körnerspitze ausgerichtet und lediglich
im Gewinde angetrieben ',mitgenommen ,# werden sollen, ist der Vorschlag gemacht
worden, finit Gewinde versehene Spannbacken in einem Schieber derart zu führen,
daß sie sich nach der Oberfläche (Gewinde) des durch die Körnerspitze festgelegten
Werkstückes in radialer Richtung einstellen und außerdem mit diesem Schieber noch
eine beschränkte Längsbewegung ausführen können. Hierdurch sollte es möglich sein,
auf das Einschrauben und Ausschrauben des Werkstückes in bzw. aus seiner 'Iitnelimervorrichtung
ganz zu verzichten, indem man die Backen so weit öffnet, daß das Werkstück ohne
Drehung dazwischengesteckt werden kann. Durch die Längsbeweglichkeit des Schiebers
mit den Spannbacken soll der Ausgleich dafür ermöglicht werden, daß die Geivindeg,inge
der Backen in der Regel ini Augenblick des Sparinens nicht gerade mit den Gängen
des Werkstückes zusammentreffen.
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Abgesehen davon, daß bei dem erwilinten älteren Vorschlag ein nennenswerter
betrieblicher Vorteil schon deshalb nicht erzielt wird, weit an Stelle des gesparten
Zeitaufwandes für das Ein- und ausschrauben des Werkstückes ein mindestens gleich
großer für das Herausschrauben bziv. Zurückschrauben der Spannbacken von Hand um
die Gewindetiefe hinzutritt, ist er insofern unvollkommen, als der Schieber mit
den Backen eine Längsbewegung aus der Ruhestellung nur in Richtung auf die feststehende
Körzierspitze zu ausführen kann. Da das Werkstück aber vor dem Anlegen der Backen
in der Längsrichtung durch die Spitzen festgelegt ist, die Stellung der Gewindegänge
am Werkstück und in den Spannbacken zueinander aber ganz beliebig sein kann, müßte
eine Ausgleichbewegung in beiden Richtungen möglich sein, wenn eine volle Anlage
der Gewindebacken in den Flanken unter allen- Umständen gewahrt bleiben soll. Für
Teile, die nicht nur im Gewinde gespannt, sondern auch nach diesem ausgerichtet
werden sollen und bei denen der Längsanschlag lediglich zur Planausrichtung dienen
soll, ist dieser bekannte Vorschlag keinesfalls verwendbar. Für solche Teile müssen
vielmehr die Spannbacken selbst außer der radialen Spannung auch das Heranziehen
des Werkstückes gegen die Anlageiläche bewirken.
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Es ist andererseits an sich möglich, den Zeitaufwand für das Ein-
und Ausspannen ganz zu sparen, wenn man das öffnen und Schließen der Backen nicht
mittels Gewindespindeln, sondern durch eine Schnellspannung, etwa mittels eines
am anderen Ende der Maschinenspindel angebrachten Preßluftzylinders, vornimmt. Es
muß aber dann die Backenbewegung derart gesteuert werden, daß unabhängig von der
zufälligen gegenseitigen Lage der Gewindegänge von Werkstück und Spannbacken zti
Beginn des Spannvorganges am Ende desselben eine volle Anlage der Geii-indeflanken
vorhanden ist.
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Die Erfindung gibt eine Lösung dieser Aufgabe an, die mit den gleichen
grundsätzlichen Mitteln sowohl für die Spannung von Teilen mit Innengewinde (Spatlndoriie)
als auch solcher mit Außengewinde (Spannzangen) geeignet ist.
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Zum Stand der Technik ist noch zu bemerken, daß bei durch eine achsige
Zugstange gesteuerten Spannvorrichtungen zum Festspannen von ringförmigen glatten
Teilen ohne Gewinde schon zwei getrennte Spannbackensätze mit voneinander abweichender
Wirkungsweise vorgeschlagen worden sind. Von diesen beiden Spannbackensätzen ist
bei einer bekannten Vorrichtung der eine am Werkstück selbst angreifende Satz an
einem frei beweglichen Zwischenring angelenkt, und an diesem Spannbackensatz greift
der zweite durch die Zugstange bewegte Steuerbackensatz an, so daß über diesen die
Spannung des Werkstückes erfolgt. Bei einer zweiten bekannten Spannvorrichtung mit
zwei Sätzen Spannbacken dient der eine Satz zum Festlegen des festzuspannenden Werkstückes
in radialer Richtung, während mittels des zweiten Satzes die achsige Festspannung
des zu bearbeitenden Teils bewirkt wird.
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Um ein Teil der eingangs beschriebenen Art genügend auszurichten und
festzuspannen, ist erforderlich, daß sowohl in den Gewindegängen als auch auf der
Stirnfläche beim Festspannen eine gleichmäßige genaue Passung erzielt wird und diese
Flachen mit einer gewissen Kraft aufeinandergepreßt bzw. -gezogen werden.
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Sollen beide Forderungen gleichzeitig erfüllt werden, so muß, wenn
sich das Werkstück nicht auf den Gewindegängen verdrehen soll, ein Spannmittel vorhanden
sehn, das sowohl eine radiale als auch achsige Bewegung auszuführen vermag. Dabei
müssen diese Bewegungen bzw. Kräfte in einem gewissen Abhängigkeitsverhältnis zueinander
stehen, d. h. die Spannung in achsiger Richtung ist der
radialen
Spannung untergeordnet und darf erst eintreten, wenn sichergestellt ist, daß in
radialer Richtung eine sichere Anlage und genügende Ausrichtung erfolgt ist.
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Die Vereinigung der beiden- Forderungen einer schnellen Spannung und
einer sicheren dauernden Befestigung des betreffenden Spannwerkzeuges an der Maschinenspindel
kann nur dadurch erreicht werden, daß zum Spannen im Gewinde einzelne Backen dienein,
die um ein entsprechendes Maß aufgehen können, so daß die Gewinde mit ihrem Außendurchmesser
(beim Spannen von Teilen mit Außengewinde) bzw. mit ihrem Innendurchmesser (beim
Spannen von Teilen mit Innengewinde) über die Spitzen der- Gewindegänge der Backen
hinweggleiten können. Das Spannzeug nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
daß die Spannbacken, die im Körper geführt sind, durch einen besonders einfachen
Antrieb so bewegt werden, daß sie nicht nur die radiale Bewegung zur Spannung im
Gewinde, sondern gleichzeitig auch die achsige 'Bewegung zum Spannen an der Stirnfläche
ausführen. Hierdurch werden folgende Vorzüge erreicht: Trotz sehr raschen und bequemen
Spannens geringste Gefahr der Beschädigung des Gewindes; leine Drehung des Werkstückes
gegenüber dem Anschlag, der die Ausrichtung nach der Stirnfläche zu bewirken hat.
Der Anschlag ist fest mit dem Körper des Spannwerkzeuges verbunden, kann sich daher
nicht versetzen oder verschieben und liefert außerdem eine eindeutige, stets gleiche
Lagebestimmung des Werkstückes.
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Das Spannzeug zeichnet sich ferner durch eine Reihe betrieblicher
Vorzüge aus, die sich insbesondere bei der Ausführung als Spanndorn für Innengewinde
geltend machen, nämlich: Umfassende Spannung an einem möglichst großen Teil des
Gewindeumfanges und der Gewindelänge; sichere kraftschlüssige Abstützung vom Werkstück
zur Backe und von der Backe zum Steuerkolben, so daß als unvermeidliche Ungenauigkeitsquelle
nur das Spiel des Steuerkolbens im Körper in Frage kommen kann; schmale und lange
Führung des Steuerkolbens im Körper; geringer Durchmesser der Inneneinrichtung des
ganzen Spannmittels, daher auch Einbau in Maschinenspindeln z. B. bei Gewindefräsmaschinen
möglich; einfache Herstellbarkeit aller Teile, vor allem leichte Einhaltung einer
guten Genauigkeit.
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Die -Zeichnung stellt das neue Spannzeug in Bild i und 2 in der Ausführung
für Innengewinde und in Bild 3 und q. bzw. in Bild 5 und 6 in zwei verschiedenen
Ausführungen für Außengewinde dar.
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Entsprechende Teile sind mit gleichen Ziffern bezeichnet.
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Alle Ausführungsformen enthalten in dem mittels Schrauben 8 am Flansch
der Maschine usw. zu befestigenden Körper i eine zylindrische Bohrung, in der die
Antriebsteile geführt werden, und daran anschließend drei rechteckige Nuten für
die Führung der Gewindespannbacken 3. Bei der Ausführung als Dorn für Innengewinde
(Bild i und 2) führt sich in der Bohrung des Körpers i der Kolben 2, der an seinem
äußeren Ende einen Gewindeansatz trägt und unmittelbar mit der Antriebsstange, die
vom rückwärtigen Ende der Maschinenspindel aus angetrieben wird, verbunden ist.
Die Backen 3, die an ihren Außenflächen zueinander passende Teile des zu spannenden
Gewindeprofils enthalten, stützen sich mit unmittelbar dartmterliegenden Flächen
auf entsprechenden Abschrägungen 15 des Kolbens 2 ab. Wird der Kolben nach
links gezogen, so bewegen sich die Backen nach außen. Bei der entgegengesetzten
Bewegung des Kolbens werden die Backen durch eine: Schlauchfeder 12 nach innen gezogen
und dauernd in Anlage .am Kolben 2 gehalten. In achsiger Richtung werden die Backen
durch je einen Stift 6 gehalten, der in eine zylindrische Büchse 5 eingreift. Diese
steht in entspanntem Zustand des Dornes unter dem Druck einer Feder i i in der äußersten
rechten Stellung, die durch eine Anschlagschraube g begrenzt wird. Der Dornkörper
i ist an seinem vorderen Ende gleichzeitig als Längsanschlag für das zu spannende
Werkstück 1q. ausgestaltet. Die Fläche 4. entspricht der zum Bestimmen dienenden
Fläche des Werkstückes.
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Vor Beginn des Spannvorganges befindet sich der Kolben 2 in der äußersten
rechten Endstellung, ebenso die Backen 3, die jedoch unter der Wirkung der Feder
i i nur einen begrenzten Längshub ausüben können. Dieser entspricht etwa der Höhe
eines Gewindeganges und dient lediglich zum Ausgleich der zufälligen Winkelstellung,
in der das Werkstück in die Spannvorrichtung eingesetzt wird. Der Hub des Kolbens
2 wird entsprechend der Neigung der mit den Spannbacken in Anlage stehenden Flächen
15 so. bemessen, daß die Backen in der Anfangsstellung mit ihren Gewindespitzen
unter dem Kerndurchmesser des zu spannenden Gewindes liegen. Das zu spannende Werkstück
wird nach dem überschieben über die Gewindespannbacken mit seinem Ge-«nnde zweckmäßig
in die eine gerade obenstehende Backe eingelegt. Dabei wird es entsprechend der
zufälligen Lage seiner Gewindegänge noch einen gewissen Abstand von der
Fläche
4. besitzen. Wird nun der Kolben 2 nach links bewegt, so bleiben die Backen 3 zunächst
in achsiger Richtung stehen, solange der Widerstand, den sie dem Kolben 2 entgegensetzen,
die Spannung der Feder i i nicht übersteigt. Sie bewegen sich also mittig nach außen
und legen sich gegen die Gewindegänge des Werkstückes. Diese Bewegung erfolgt parallel,
da das linke Ende jeder Backe nicht fest aufgehängt, sondern lediglich geführt ist.
Aus dem gleichen Grunde bleibt auch zwischen Kolben 2 und Bache 3 stets volle Flächenberührung.
Das Werkstück wird daher auch bei Unterschieden im Gewindedurchmesser stets auf
die ganze Länge der Backen im Gewinde gespannt werden, solange der Gewindedurchmesser
selbst nicht kegelig ist.
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Liegen die Backen im Gewinde an, so wird bei der weiteren Bewegung
des Kolbens 2 der Widerstand der Feder i i überwunden, und die Backen gehen mit
dem Werkstück zusammen weiter nach links, bis dieses an der Fläche 4 zur Anlage
kommt. Danach erfolgt die eigentliche Festspannung im Gewinde entsprechend der auf
den Kolben 2 wirkenden achsigen Kraft. Beim Lösen vollzieht sich der Vorgang umgekehrt
sinngemäß.
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Bei der Ausführung als Zange (Bild 3 und 4) muß der Kolben über die
Backen hinweggreifen. Damit diese die unmittelbare Führung im Körper i behalten,
muß der Kolben hierzu aufgeteilt werden in einen Führungsteil 2,1 und drei einzelne
Schieber 2b. Der durch die Feder i i belastete Hilfskolben 5 wirkt hierbei unmittelbar
auf das vordere Ende der Backen 3 ein, und zwar mittels einer Kegelfläche, die gleichzeitig
jede Backe nach außen gegen die schräge Fläche 15 des Schiebers 2" preßt
und beim öffnen der Zange das Aufgehen der Backen bewirkt. Die achsige Bewegung
der Backen wird hierbei begrenzt durch Ansätze an den Backen (s. Nebenabbildung
3a). Diese greifen in eine Ringnut des Körpers ein, die um etwa eine Ganghöhe des
Gewindes breiter ist. Die Feder i i stützt sich auf einen Teller ; a ab, der seinerseits
durch einige Stifte 7 b durch den Kolben 2a hindurch an der Scheibe 7e abgestützt
ist.
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Der Längsanschlag 'des Werkstückes erfolgt wiederum an der Fläche
:1 des Körpers i.
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Bei der Ausführung nach Bild 5 und 6 ist der Kolben 2 wieder aus einem
Stück, aber nach außen verlegt und führt sich auf dem Außendurchmesser des Körpers
i. Seinen Antrieb erhält er von der Zugstange 2a über einen Querstift 2c, für den
im Körper eine entsprechende Längsnut ausgefräst ist. Die Backen 3 führen sich wiederum
in Längsnuten des Körpers i, der zwischen den Backen vorgezogen ist und wiederum
die Fläche 4. für den Anschlag des Werkstückes trägt. Mit ihrem rückwärtigen Ende
greifen die Backen über einen Bund der Büchse 5, die unter der Einwirkung der Feder
i i steht. Die Arbeitsweise dieser Ausführung ergibt sich ohne weiteres aus den
vorhergehenden Beschreibungen.