Einspannfutter

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 mit einfachen Mitteln so gefertigt werden können, dass sie einerseits schnell auswechselbar sind und andererseits automatisch verdrehgesichert aufgenom- men werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs .

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schie- behülse in derjenigen Endstellung, welche sie unter Einfluss der FedervorSpannung einnimmt, mit einem Innenbund unter Kontakt am Klemmkörper anliegt, der wiederum einen entsprechend hohen seitlichen Druck auf den kreiszylindrischen Schaft des Maschinenwerkzeugs ausübt. Da der Schaft des Maschinenwerk- zeugs z.B. an derjenigen Stelle, wo der Klemmkörper aufsitzt, eine Sekantialnut oder eine sekantiale Abflachung besitzt, die allerdings nicht umläuft, ist darüber hinaus auch eine drehmomentfeste Einspannung dann gegeben, wenn der Klemmkörper auf der Abflachung oder der Sekantialnut ruht.

Dem Klemmkörper an sich kommt daher eine Doppelfunktion zu. Er dient einerseits der axialen Sicherung des Werkzeugschafts und andererseits aufgrund der relativ geringen Drehmomente, die an dem Werkzeugschaft angreifen, auch als Dreh- Verhinderungssperre. Fällt die Sekantialnut darüber hinaus in axialer Richtung bis zu einer tiefsten Stelle ab, kann auf dem Werkzeugschaft auch eine Axialkraft bis zu einem Tiefenschlag ausgeübt werden.

Vorteilhafterweise weist hierzu der Schaft des Maschinenwerkzeugs an der betreffenden Stelle eine Bohrung oder - einfacher zu fertigen - eine lediglich sekantial 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 Handhabung ermöglicht wird.

Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Klemmkör- per bei Drehung des Werkzeugschafts automatisch in die Sekan- tialnut einfällt.

Der Grundkörper kann außerdem 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 sekantialen Nut am Werkzeugschaft .

Eine andere Maßnahme beruht auf der überlegung, dass der Klemmkörper unter Formschluss am Werkzeugschaft anliegt und folglich eine anfängliche Drehbewegung des Werkzeugschafts ermöglicht, bis er in die Sekantialnut einfällt.

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, eine Zentrierung für den Werkzeugschaft bietet. Dies kann z.B. dadurch erzielt werden, dass der Grundkörper auf der Einsteckseite eine umlaufende Innennut aufweist, in welche ein Ring aus elastome- rem Material eingepaßt ist.

Der Innendurchmesser des eingepaßten Ringes ist geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Werkzeugschafts, so dass hier eine zusätzliche radiale 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:

Fig. lein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt;

Fig.2a mögliches Ausführungsbeispiel eines zugehörigen Werkzeugschafts; Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in BetriebsStellung; und Fig.4 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 in Einsteckstellung.

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

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

Das Maschinenwerkzeug ist nicht gezeigt. Es ist ledig- lieh der Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs gezeigt.

Das Einspannfutter weist einen zentralen hohlzylindri- schen Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 besitzt ein Antriebsende 3 für die Maschinenspindel 4 und ein gegenüber- liegendes 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 Federvor- last 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 an einer Stelle angeordnet, die in der vorderen Endstellung 9 der Schiebehülse 7, wenn die Schiebehülse unter der Vorlast der Druckfeder 8 steht, dem Wandungsdurchbruch 12 gegenübersteht.

Damit wird der Klemmkörper unausweichlich in der Sekan- tialnut 22 des Werkzeugschafts gehalten.

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 Ausneh- mung entspricht daher dem Außendurchmesser des kreiszylindrischen Schafts des Maschinenwerkzeugs, so dass der Schaft 6 prinzipiell in der Bohrung des Grundkörpers 2 frei drehbar ist.

Darüber hinaus dient der Klemmkörper 14 in derjenigen Position der Schiebehülse 7 in welche 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, weil der Schaft des Maschinenwerkzeugs an geeigneter Position die Sekantialnut aufweist.

Der Klemmkörper 14 weist daher eine Doppelfunktion auf.

Er dient einerseits dazu, das 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 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l die Stirnfläche des eingesteckten Schafts 6 stößt, mit einem vorbestimmten Maß 17 beabstandet ist.

Dann kann nämlich die Sekantialnut mit einer abfallenden Flanke an einer Stelle ausgestaltet sein, auf welcher der Klemmkörper 14 dann zu liegen kommt, wenn der Schaft 6 des Maschinenwerkzeugs am Tiefenanschlag anliegt. Die axiale Spannfunktion ist so gewährleistet.

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 notwendi- gen 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.

Das vorgesehene Maß 17, welches den Abstand zum Klemm- körper zwischen dem Tiefenanschlag 16 und der Einspannstelle des Schafts 6 bestimmt, dient daher auch dem Zweck, die freie an eventuellen Resonanzschwingungen beteiligte Länge des

Schafts 6 zu verringern.

In der Falle der Fig.l 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 sobald der Klemmkörper in die Sekantialnut einge- fallen ist.

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

Der Sperrring 21 kann auch farblich gekennzeichnet sind, um zu signalisieren, ob die Schiebehülse 7 voll ausgefahren ist.

Will man darüber hinaus die freie Schwinglänge des eingesteckten Schafts 6 noch weiter 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.a. vorgesehen sein. Auch kommt ein konischer Sitz, der einen Zentrierkonus 26 bildet, entsprechend Fig.3 und 4 in Betracht, in welchem ein komplementär ausgestalteter Werkzeugschaft sitzt. Der konische Sitz bildet hier an seiner durchmesserkleinsten Stelle zusätzlich auch den Tiefenan- schlag 16. Diese Weiterbildung bietet sich insbesondere bei größeren Schaftdurchmessern als 3mm bis 4mm an, z.B. 6mm bis 12 mm oder mehr.

Darüber hinaus zeigt Fig.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 Mantel- linie 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.

Greift zusätzlich der Klemmkörper 14 auf einer abfallenden Schräge 25 der Sekantialnut 22 an, ist auch die axiale Einspannung unverrückbar fest. Dies ist im schraffierten Be- reich der Sekantialnut 22 gemäß Fig.2 realisierbar.

Bezugszeichenliste:

1 Einspannfutter

2 Grundkörper

3 Antriebsende

4 Maschinenspindel

5 Einsteckende

6 Schaft des Maschinenwerkzeugs

7 Schiebehülse

8 Druckfeder

9 vordere Endstellung

10 hintere Endstellung

11 Innennut

12 Wandungsdurchbruch

13 Innenbund

14 Klemmkörper

15 Radialspiel

16 Tiefenanschlag

17 Abstand

18 Stift

19 Innennut

20 Elastomerring

21 Sperrring

22 Nut

23 Innengewinde

24 Maschinenspindel

25 abfallende Schräge

26 Zentrierkonus

A Abstand