SPANNFUTTER"

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Drehmaschine, sowie eine Werkzeugmaschine mit einem kraftbetätigten Spannfutter. In Maschinen zum Bearbeiten eines rotierenden Werkstückes, wie zum Beispiel Drehmaschinen, wird das Werkstück typischerweise in einem Spannfutter gehalten, wobei das Spannfutter inklusive Werkstück in Rotation versetzt wird und ein Bearbeiten des rotierenden Werkstückes mittels eines Werkzeuges, beispielsweise mittels einer Schneide oder dergleichen ermöglicht wird. In der Regel weist ein solches Spannfutter Spannelemente in Form von beispielsweise drei Spannbacken auf, wobei diese Spannbacken jeweils in einer Führung, beispielsweise einer Führungsnut oder dergleichen angeordnet sind und sich zum Einspannen eines Werkstückes radial und typischerweise im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Werkzeugspindel führend verschieben lassen.

Um auch während eines Rotationsbetriebes der Werkzeugspindel die erforderlichen Spannkräfte aufrecht erhalten zu können, sind hydraulische Drehspannvorrichtungen bekannt, welche mittels eines Hydraulikaggregates mit Druck beaufschlagt werden, welcher dann über die Spannbacken in die erforderliche Spann- kraft umgesetzt wird. Derartige hydraulische Drehspannvorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass die erforderlichen Hydraulikaggregate groß, schwer und teuer sind und sich zudem nur unzureichend fein ansteuern lassen. Des Weiteren ist stets die Gefahr gegeben, dass das Hydrauliksystem leck schlägt und Hydraulikflüssigkeit austritt, was es zu vermeiden gilt. Des Weiteren sind Spannfutter mit einer Zugstangenanordnung bekannt, wobei die erforderliche Spannkraft der Spannbacken durch eine axiale Verschiebbewegung der in der Regel durch die Werkzeugspindel hindurch geführten Zugstange auf die Spannbacken übertragen wird . Um die für den Spannvorgang erforderlichen axialen Verschiebungskräfte auf die Zugstange auszuüben, sind bei derarti- gen herkömmlichen Spannfuttern in der Regel komplizierte Getriebeanordnungen oder dergleichen nötig, unter anderem, um eine rotatorisch in eine translatorische Bewegung umzusetzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine sowie die Verwendung eines derartiges Spannfutters in einer Werkzeugmaschine anzugeben, wobei ein Spannvorgang des kraftbetätigten Spannfutters auf einfache Weise und zuverlässig durchgeführt werden kann. Die Aufgabe wird durch ein kraftbetätigtes Spannfutter gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein kraftbetätigtes Spannfutter für eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, mit mindestens einem geführten Spannelement, vorzugsweise mindestens einer radial und im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse geführten Spannbacke, welche zum Ausüben einer Spannkraft auf ein in das Spannfutter eingespanntes oder einspannbares Werkstück mittels mindestens eines rotatorisch betätigbaren Antriebsgliedes verstellbar ist, wobei das mindestens eine Antriebsglied zur direkten rotatorischen Betätigung mit einem Rotor eines Elektromotors verbunden ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen auf der Hand : So ist dadurch, dass das mindestens eine geführte Spannelement über mindestens ein Antriebsglied derart mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist, dass direkt eine ro- tatorische Betätigung in ein Spannen (bzw. Entspannen) umgesetzt wird, kein kompliziertes und kostenträchtiges Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische und ein anschließendes Übertragen auf eine translatorisch betätigte Zugstange vonnöten. Als Resultat ergibt sich ein direkter, gut beeinflussbarer Kraftfluss vom Motor über das rotatorisch betätigte Antriebsglied zu dem geführten Spannelement der Werkzeugmaschine.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So ist es beispielsweise vorgesehen, dass das mindestens eine rotatorisch betä- tigbare Antriebsglied ein Drehrohr ist. Dieses Drehrohr ist durch die Werkzeugspindel hindurch zu dem mindestens einen geführten Spannelement gefü hrt. Durch die besondere Anordnung des Drehrohrs ist in vorteilhafter Weise ein einfacher Aufbau der des erfindungsgemäßen Spannfutters gewährleistet. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine geführte Spannelement stufenlos entlang eines Stellbereiches verstellbar ausgebildet ist. Durch eine derartige stufenlose Verstellmöglichkeit ist insbesondere beim Vorsehen eines an den Rotor des Elektromotors angekoppelten Drehrohrs ein direktes, weitgehend spielfreies Spannen bzw. Entspannen des Spannelementes in dem Spann- futter möglich.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines beschriebenen erfindungsgemäßen kraftbetätigten Spannfutters in einer Werkzeugmaschine vorgesehen, wobei die Werkzeugmaschine eine Steuerungseinrichtung zum Ansteuern des Elektromotors aufweist. Durch das Vorsehen der Steuerungseinrichtung an der Werkzeugmaschine ist es auf einfache Weise möglich, über eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors die aufzubringende Spannkraft auf ein eingespanntes oder einzuspannendes Werkstück an einen Betriebsablauf der Werkzeugmaschine anzupassen, beispielsweise bei höheren Spindeldrehzahlen durch entsprechendes Ansteuern des Elektromotors die Spannkraft zu erhöhen, um rotatorische Fliegkräfte auszugleichen.

Infolge des direkten Kraftflusses, d. h. infolge der direkten Umsetzung der rotatorischen Bewegung des ansteuerbar ausgebildeten Elektromotors über das Dreh- rohr in Richtung der Spannbacken ist ein derartiges Nachregeln weitgehend spielfrei und direkt, d. h. ohne wesentliche Zeitverzögerung möglich. In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, mittels des Elektromotors eine festgelegte oder festlegbare Stellposition des mindestens einen geführten Spannelementes anzufahren.

Während ein derartiges gezieltes Anfahren von Stellpositionen mit Hydraulik- Drehspannvorrichtungen nicht möglich ist, kann durch die direkte Ankopplung des Rotors des Elektromotors an das Drehrohr und damit an die Spannbacken eine solche Möglichkeit in einfacher Weise geschaffen werden, wodurch ein Einspann- bzw. Ausspannvorgang eines Werkstückes vereinfacht wird .

Des Weiteren kann in diesem Zusammenhang ferner eine Messeinrichtung zum momentanen oder kontinuierlichen Messen einer auf ein eingespanntes Werkstück ausgeübten Spannkraft des mindestens einen geführten Spannelementes oder al- ler geführten Spannelemente vorgesehen sein. Die Steuerungseinrichtung ist in diesem Fall weiter dazu ausgelegt, die Spannkraft unter Auswertung des Messergebnisses vorzugsweise kontinuierlich zu regeln. Durch den direkten Kraftfluss ist eine derartige Regelstrecke sehr gut beherrschbar, wodurch schnell auf eventuelle Nachregelungserfordernisse, beispielsweise infolge veränderlicher Drehzahlen der Werkzeugspindel, reagiert werden kann.

In diesem Zusammenhang kann es vorgesehen sein, dass die zu regelnde Spannkraft ein vorab festgelegter oder festlegbarer Wert ist. Vorzugsweise ist dieser Wert durch Benutzereingabe in die Steuerungseinrichtung festlegbar. Hierdurch kann ein Benutzer gezielt Einfluss auf die erforderliche und für das jeweilige

Werkstück zulässige Spannkraft nehmen, beispielsweise um unterschiedlichen Materialien oder Wandstärken Rechnung zu tragen.

Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung ferner dazu ausgelegt ist, einen Betriebszustand der Werkzeugmaschine, insbesondere eine Drehzahl oder eine zeitliche Drehzahlabfolge der Werkzeugspindel, zu steuern oder zu regeln.

Mit anderen Worten, es kann also vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrich- tung gleichzeitig als Maschinensteuerung für den allgemeinen Betriebsablauf der Werkzeugmaschine und zudem zum Betätigen des Elektromotors des erfindungs- gemäßen kraftbetätigten Spannfutters und einer gegebenenfalls vorgesehenen Spannkraftüberwachung bzw.- Regelung ausgebildet ist.

Durch die Integration der Steuerungseinrichtung in die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine können somit Bauteile eingespart werden, was die Kosten senkt. Gleichzeitig ist eine verbesserte Abstimmung der einzelnen zu beeinflussenden Größen aufeinander möglich, wenn die Steuerungseinrichtung und die Maschinensteuerung integriert ausgebildet sind . Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen :

Fig . 1 : eine Draufsicht in Achsrichtung auf ein kraftbetätigtes Spannfutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Fig . 2 : eine seitliche Schnittansicht durch das kraftbetätigte Spannfutter entlang der Linie A-A aus Fig. 1. Fig . 1 zeigt eine Aufsicht auf ein kraftbetätigtes Spannfutter 10 in Achsrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung .

An einer rotatorisch antreibbaren Werkzeugspindel 20 sind drei radial geführte Spannelemente in Form von Spannbacken 30 vorgesehen, welche zum Einspan- nen eines Werkstückes im Zentrum der Werkzeugspindel dienen. Jede der Spannbacken 30 wird mittels einer zugehörigen tangential geführten Grundbacke 32 betätigt. Die Grundbacken 32 werden ihrerseits durch ein zentrales Zahnrad 31 angetrieben. Das Zahnrad 31 dient zum Ankoppeln eines weit unten beschriebenen Drehrohrs 40.

In Fig . 2 ist eine seitliche Schnittansicht des kraftbetätigten Spannfutters 10 aus Fig . 1 entlang der Schnittlinie A-A gezeigt. Wie aus der Werkzeugspindel 20 ragende Spannbacke 30, welche entlang der Verschiebungsrichtung V geführt verschiebbar ist, ist schematisch strichpunktiert im rechts liegenden Teil der Fig . 2 angedeutet. Jede der Spannbacken 30, von welchen in Fig . 2 nur eine Spannbacke 30 schematisch angedeutet ist, ist derart mit einem Drehrohr 40 verbunden, dass eine Rotationsbewegung in Richtung R des Drehrohrs 40 - je nach Drehrichtung - ein Spannen oder Entspannen der Spannbacken 30 in Richtung auf die Achse zu bzw. von der Achse weg bewirkt. Ein in der Fig. 2 nicht dargestelltes Werkstück kann somit durch eine entsprechende Rotationsbewegung des Dreh- rohrs 40 in das Spannfutter 10 eingespannt bzw. aus diesem gelöst werden.

Das Drehrohr 40 ist direkt mit einem Rotor eines Elektromotors 50 verbunden, wodurch sich ein direkter Kraftfluss zwischen dem Elektromotor 50 und dem Drehrohr 40 ergibt. Hierdurch ist ein sehr direktes und weitgehend spielfreies Be- tätigen der Spannbacken 30 durch Ansteuern des Elektromotors 50 möglich.

Das Drehrohr 40 ist durch das Zentrum der Werkzeugspindel 20 entlang der Achse geführt und erlaubt eine Betätigung der Spannbacken 30 unabhängig vom Betriebszustand der (in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigten) Werkzeugmaschine, d. h. insbesondere ein Nachspannen bzw. Entspannen im laufenden Betrieb bei rotierender Werkzeugspindel 20.

Die Erfindung ist nicht auf die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarten Merkmale.

Bezugszeichenliste

10 Spannfutter

20 Werkzeugspindel

30 Spannbacke

31 Zahnrad

32 Grundbacke

40 Drehrohr

50 Elektromotor

R Rotationsrichtung des Drehrohrs

V Verschieberichtung der Spannbacke