DE3727147A1

DE3727147A1 - Nachspannendes bohrfutter

Info

Publication number: DE3727147A1
Application number: DE19873727147
Authority: DE
Inventors: Guenter Horst Roehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1987-08-14
Publication date: 1989-02-23
Also published as: EP0302992A1; EP0302992B1; DE3861178D1; ES2018859B3; US4836563A

Description

Die Erfindung betrifft ein nachspannendes Bohrfutter mit einem eine Aufnahme für eine Bohrspindel bildenden, ein Spanngewinde aufweisenden Futterkörper, einer am Futterkörper drehbar geführten Spannhülse, ferner mit im Bohrfutter axial abgestützten Spannbacken, die zwischen sich eine mit der Futterachse koaxiale Einspannöffnung für den Werkzeugschaft bilden und an der Spannhülse schräg zur Futterachse verschiebbar geführt sind, so daß sie sich bei ihrer Verschiebung auch radial zur Futterachse verstellen und den Durchmesser der Einspannöffnung verändern, und mit einem Sperring, der am Futterkörper gegen Federkraft jeweils zwischen zwei Endstellungen verdrehbar und axial verschiebbar und in Umfangsrichtung mit der Spannhülse über zwei Zahnkränze verbindbar ist, die in der unter der Federkraft eingenommenen axialen Endstellung des Sperrings miteinander im Eingriff stehen.

Nachspannende Bohrfutter dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 34 32 918 bekannt und ermöglichen ein Spannen sowohl von Hand mit Hilfe der Spannhülse als auch im Sinne eines selbsttätigen Nachspannens während des Bohrens durch die Reaktionsmomente des Werkzeugs, indem der Drehwiderstand des Werkzeugs über die Spannbacken in gleicher Weise wie die Spannhülse eine Spannbewegung am Spanngewinde bewirkt. Dazu sind bei dem bekannten Bohrfutter die Spannbacken in axialer Richtung drehschlüssig an einem drehbar am Futterkörper gelagerten Druckstück abgestützt und die Spannhülse ist im Spanngewinde axial verstellbar geführt. Der an der Spannhülse im Eingriff stehende Sperring dient einerseits der Nachspannbegrenzung. Das Bohrfutter kann sich dank dem Sperring beim Bohrbetrieb nicht so fest zuziehen, daß es nicht mehr von Hand gelöst werden könnte. Andererseits hält der Sperring mit Hilfe der Federkraft, die ihn in dem dem Schließen des Bohrfutters entsprechenden Drehsinn der Spannhülse beaufschlagt, die Spannbacken über die Spannhülse in ständiger Anlage am Werkzeugschaft, bis die Nachspannbegrenzung einsetzt. Um den Eingriff der sich axial verstellenden Spannhülse am Sperring aufrecht zu erhalten, bedarf es einer drehbar und axial unverschiebbar am Futterkörper geführten Kupplungshülse, die einerseits über die Zahnkränze direkt mit dem Sperring kuppelbar und andererseits axial verschiebbar und drehschlüssig mit der Spannhülse verbunden ist. Zur Erzeugung der den Sperring beaufschlagenden Federkraft dienen zwei Schraubendruckfedern, von welchen die eine in axialer Richtung zwischen dem Sperring und einer Ringschulter der Antriebsspindel und die andere in Umfangsrichtung zwischen dem Sperring und dem Futterkörper in einer sich über einen Kreisbogenabschnitt im Sperring erstreckenden Nut angeordnet ist. Im ganzen ergibt dies für das bekannte Bohrfutter einen aufwendigen Futteraufbau.

Weiter ist ein nachspannendes Bohrfutter ohne Nachspannbegrenzung bekannt, bei dem der Futterkörper eine mit ihren Mantelgeraden jeweils parallel zu den Führungsrichtungen der Spannbacken verlaufende Kegelfläche aufweist, auf der sich Spanngewinde in Form eines Trapezgewindes befindet, das an jeder Spannbacke mit einer Querverzahnung im Eingriff steht, die sich an der Spannbacke parallel zu ihrer Führungsrichtung erstreckt. Die Spannhülse ist an ihrem axial hinteren Teil über Wälzkörper an einem Ringbund des Futterkörpers gegen Axialverstellungen festgehalten und die in ihrem geführten im wesentlichen als zylindrische Bolzen ausgebildeten Spannbacken laufen in der Spannhülse in im hinteren Hülsenteil endenden Sackbohrungen, die daher in der Spannhülse von ihrem axial vorderen Ende her gebohrt werden müssen, wo sie aber wegen ihres zur Futterachse geneigten Verlaufs auf einem entsprechend kleinen Teilkreis liegen und sich gegenseitig überlappen, so daß sie nur mit geringer Genauigkeit hergestellt werden können. Nicht nur die Spanngenauigkeit, sondern auch die Nachspannwirkung dieser bekannten Bohrfutter ist gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrfutter der eingangs genannten Art bezüglich seines konstruktiven Aufbaus so auszubilden, daß es bei hoher Spanngenauigkeit und starker Nachspannwirkung aus wenigen Teilen besonders kostengünstig hergestellt und sehr einfach im Betrieb gehandhabt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Futterkörper eine mit ihren Mantelgeraden jeweils parallel zur Führungsrichtung der Spannbacken verlaufende Kegelfläche aufweist, auf der sich das Spanngewinde befindet, das an jeder Spannbacke mit einer Querverzahnung im Eingriff steht, die sich an der Spannbacke parallel zu ihrer Führungsrichtung erstreckt, wobei die der Einspannöffnung zugewandten Flanken der Gewindegänge des Spanngewindes und die daran zur Anlage kommenden Zahnflanken der Querverzahnung der Spannbacken im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung der jeweiligen Spannbacke gerichtet sind, daß die mit ihrem geführten Teil im wesentlichen als zylindrische Bolzen ausgebildeten Spannbacken in der gegen Axialverschiebungen am Futterkörper festgehaltenen Spannhülse in Führungsbohrungen laufen, die an der hinteren Stirnfläche der Spannhülse offen münden und dort von dem Sperring verdeckt sind, und daß die Federkraft den Sperring in dem dem Öffnen des Bohrfutters entsprechenden Drehsinn der Spannhülse beaufschlagt, wobei zur Erzeugung der axial und in Umfangsrichtung wirkenden Federkraft eine Schraubenfeder vorgesehen ist, die in einer Ringnut zwischen dem Futterkörper und dem Sperring angeordnet ist und deren Enden sowohl axial als auch in Umfangsrichtung einerseits am Futterkörper, andererseits am Sperring abgestützt sind.

Ein solches Bohrfutter besteht nur aus wenigen Bauteilen, nämlich dem Futterkörper, der Spannhülse, den Spannbacken, dem Sperring und der Schraubenfeder, und kann daher kostengünstig hergestellt und montiert werden. Die Spannbacken sind im Spanngewinde unmittelbar am Futterkörper abgestützt. Die Abstützung der Spannbacken an den zu ihrer Führungsrichtung im wesentlichen senkrechten Gewindeflanken erzeugt keine die Spannbacken quer zu ihrer Führungsrichtung gegen die Spannhülse drückenden Kraftkomponenten, so daß die der Verstellung der Spannbacken insbesondere beim Nachspannen entgegen wirkenden Reibungskräfte gering sind. Das ergibt eine optimale Nachspannwirkung. Da die Führungsbohrungen am hinteren Ende der Spannhülse offen enden, können sie von dort aus in die Spannhülse eingebracht werden. Dort liegen sie auf einem großen Teilkreis weit auseinander und können mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt werden, was eine entsprechend gute Spanngenauigkeit des Bohrfutters ergibt. Da die Spannhülse am Futterkörper axial unverstellbar ist, kann sie über die Zahnkränze unmittelbar mit dem Sperring in Kupplungseingriff stehen. Die einzige Schraubenfeder hält den Sperring axial an der Spannhülse im Kupplungseingriff und sorgt in Drehrichtung dafür, daß der Sperring bei jedem neuen Spannvorgang in seine Ausgangslage zurückkehrt, aus der er sich in Schließrichtung der Spannhülse bis zum Einsetzen der Nachspannbegrenzung relativ zum Futterkörper verdrehen kann.

Zweckmäßig trägt der Futterkörper zur Drehbegrenzung des Sperrings einen radial abstehenden Anschlagstift, der in eine zum Futterkörper und zur Spannhülse hin offene Ausnehmung des Sperrings greift, die in Umfangsrichtung größer als die Dicke des Anschlagstiftes ist und deren Enden in Umfangsrichtung Anschlagflächen für den Anschlagstift bilden. Das in Umfangsrichtung freie Spiel des Anschlagstiftes in der Ausnehmung bestimmt die Größe des Drehweges, über den sich die Spannhülse zur Nachspannung verdrehen kann, bis die Nachspannbegrenzung einsetzt. Da die Ausnehmung zur Spannhülse hin offen ist, kann der Sperring bei der Montage axial über den Futterkörper von dessen hinterem Ende her geschoben werden, bis der Anschlagstift in die Ausnehmung eingetreten ist. Im übrigen ist die Ausnehmung in axialer Richtung selbstverständlich so groß, daß der Sperring axial zwischen seinen beiden Endstellungen verschoben werden kann, ohne daß der Anschlagstift aus der Ausnehmung austritt. Der Sperring kann dann radial außerhalb der Ausnehmung an seinem der Spannhülse zugewandten Rande eine der beiden Zahnkränze und unmittelbar gegenüber die Spannhülse an ihrem Rande den anderen Zahnkranz tragen.

Wegen der überraschend starken Nachspannwirkung des erfindungsgemäßen Bohrfutters kann auf eine Wälzkörperabstützung zwischen Spannhülse und Futterkörper ohne weiteres verzichtet werden. Als bevorzugte Ausführungsform empfiehlt es sich, die Spannhülse und den Futterkörper durch einen Federring aneinander zu halten, der in sich gegenüberliegende Ringnuten an Futterkörper und Spannhülse greift und tellerfederartig ausgebildet ist, so daß er die Spannhülse relativ zum Futterkörper axial nach vorn drückt, also in Richtung zum Werkzeug. Unter der Wirkung der Nachspannkräfte verliert dieser Federring seine axiale Federwirkung, da er in den Ringnuten bis zur starren Anlage am Futterkörper und an der Spannhülse verformt wird. Wird aber das Bohrfutter in der seinem Öffnen entsprechenden Drehrichtung der Spannhülse betrieben, beispielsweise als Schraubendreher zum Ausdrehen von Schrauben, so hat der Federring eine elastische Verspannung der Spannhülse gegenüber dem Futterkörper zur Folge, die einem unbeabsichtigten Lösen des Bohrfutters entgegen wirkt.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Bohrfutter nach der Erfindung teils im Axialschnitt, teils in Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung II-II durch das Bohrfutter nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung III-III durch das Bohrfutter nach Fig. 1, das Detail III in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Der Futterkörper 1 des in der Zeichnung dargestellten nachspannenden Bohrfutters bildet eine Aufnahme 2 für eine nicht dargestellte Bohrspindel und besitzt ein Spanngewinde 3, das beim Verdrehen einer am Futterkörper geführten, axial unverschiebbaren Spannhülse 4 zur Verstellung von im Spanngewinde 3 axial abgestützten Spannbacken 5 führt. Diese Spannbacken 5 bilden zwischen sich eine mit der Futterachse 6 koaxiale, in der Zeichnung allerdings vollständig geschlossene Einspannöffnung 7 für den Werkzeugschaft und sind an der Spannhülse 4 schräg zur Futterachse 6 in Bohrungen 8 bzw. zum Futterkörper 1 und zum Spanngewinde 3 hin offenen Nuten 8′ geführt. Als Folge dieser Schrägführung können sich die Spannbacken 5 bei ihrer Verschiebung auch radial zur Futterachse 6 verstellen und den Durchmesser der Einspannöffnung 7 verändern. Das Spanngewinde 3 befindet sich auf einer Kegelfläche 9 des Futterkörpers 1, die mit ihren Mantelgeraden jeweils parallel zur Führungsrichtung der Spannbacken 5 verläuft. Das Spanngewinde 3 steht an jeder Spannbacke 5 mit einer Querverzahnung 10 im Eingriff, die sich an der Spannbacke 5 parallel zur ihrer Führungsrichtung erstreckt. Weiter ist ein Sperring 11 vorgesehen, der am Futterkörper 1 gegen Federkraft jeweils zwischen zwei Endstellungen sowohl verdrehbar als auch axial verschiebbar ist. Der Sperring 11 kann in Umfangsrichtung mit der Spannhülse 4 über zwei Zahnkränze 12, 12′ verbunden werden, die in der in der Zeichnung dargestellten, unter der Federkraft eingenommenen axialen Endstellung des Sperrings 11 miteinander im Eingriff stehen. Die Federkraft beaufschlagt den Sperring 11 in dem dem Öffnen des Bohrfutters entsprechenden, durch den Pfeil 13 in Fig. 2 angedeuteten Drehsinn der Spannhülse 4, was zur Folge hat, daß sich der Sperring 11 im von der Spannhülse 4 entkuppelten Zustand in Umfangsrichtung in derjenigen Drehstellung befindet, aus der er sich in der dem Schließen des Futters entsprechenden, durch den Pfeil 14 angedeuteten Drehsinn der Spannhülse 4 in seine andere Endstellung verdrehen kann. Zur Erzeugung der axial und der in Umfangsrichtung wirkenden Federkraft ist eine einzige Schraubenfeder 15 vorgesehen. Sie befindet sich in einer Ringnut 16 zwischen dem Futterkörper 1 und dem Sperring 11. Ihre Enden 15′ sind sowohl axial als auch in Umfangsrichtung einerseits am Futterkörper 1, andererseits am Sperring 11 abgestützt, wozu diese Enden 15′ axial bzw. radial abgewinkelt und im wesentlichen formschlüssig in Löcher am Futterkörper 1 bzw. Sperring 11 eingesetzt sind.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, sind die der Einspannöffnung 7 zugewandten Flanken 3′ der Gewindegänge des Spanngewindes 3 und die daran zur Anlage kommenden Zahnflanken 10′ der Querverzahnung 10 der Spannbacken 5 im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung der jeweiligen Spannbacke 5 gerichtet. Die axiale Abstützung der Spannbacken 5 an diesen Gewindeflanken 3′, 10′ kann daher nicht zu Kraftkomponenten führen, welche die Spannbacken 5 quer zu ihrer Führungsrichtung gegen die Spannhülse 4 drücken und daher eine erhöhte Reibung der Spannbacken 5 an der Spannhülse 4 zur Folge hätten. Die Spannbacken selbst sind in ihrem in den Bohrungen 8 geführten Teil als zylindrische Bolzen ausgebildet. Die Bohrungen 8 sind an der hinteren Stirnfläche der Spannhülse 4 offen und können leicht von dort aus mit hoher Genauigkeit in der Spannhülse 4 hergestellt werden. Der Sperring 11 deckt die Mündungen der Führungsbohrungen 8 ab.

Zur Drehbegrenzung des Sperrings 11 trägt der Futterkörper 1 einen radial abstehenden Anschlagstift 17, der in eine zum Futterkörper 1 und zur Spannhülse 4 hin offene Ausnehmung 18 des Sperrings 11 greift. Die Ausnehmung 18 ist in Umfangsrichtung um den Nachspannweg (Doppelpfeil 19 in Fig. 2) größer als die Dicke des Anschlagstiftes 17. Ihre Enden 18′, 18′′ in Umfangsrichtung bilden Anschlagflächen für den Anschlagstift 17, die somit die beiden Endstellungen für den Sperring 11 in Umfangsrichtung festlegen. Außerhalb der Ausnehmung 18 trägt der Sperring 11 an seinem der Spannhülse 4 zugewandten Rand einen 12 der beiden Zahnkränze 12, 12′. Der andere Zahnkranz 12′ befindet sich unmittelbar gegenüber am Rande der Spannhülse 4. Die Ausnehmung 18 ist axial so tief, daß bei der Axialverschiebung des Sperrings zwischen seinen beiden axialen Endstellungen der Anschlagstift 17 nicht aus der Ausnehmung 18 austreten und diese Axialverstellung durch den Anschlagstift 17 auch nicht behindert werden kann.

Die Spannhülse 4 und der Futterkörper 1 sind durch einen Federring 20 aneinander gehalten, der in sich gegenüber liegende Ringnuten an Futterkörper 1 und Spannhülse 4 greift. Er ist tellerfederartig ausgebildet, so daß er die Spannhülse 4 relativ zum Futterkörper 1 axial nach vorn drücken kann. Unter der Wirkung der beim Nachspannen auftretenden axialen Kräfte zwischen der Spannhülse 4 und dem Futterkörper 1 ist erstere axial relativ zum Futterkörper 1 unter Verformung des Federringes 20 soweit zurück gedrückt, daß der Federring 20 seine Federwirkung verliert. Bei der Nachspannung ist daher dieser Federring 20 unwirksam. Wird aber das Bohrfutter in der seinem Öffnen entsprechenden Drehrichtung betrieben, beispielsweise zum Ausdrehen von Schrauben oder dergl., kann der Federring 20 beim geschlossenen Bohrfutter zu einer axialen Verspannung zwischen Spannhülse 4 und Futterkörper 1 führen, die einem ungewollten Öffnen des Bohrfutters entgegen wirkt.

Der Kupplungseingriff der Zahnkränze 12, 12′ kann so ausgebildet sein, daß sich der Sperring 11 gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 selbsttätig von Zahn zu Zahn aus dem Kupplungseingriff an der Spannhülse 4 heraushebt, wenn die Spannhülse 4 von Hand verdreht und dabei der Sperring 11 durch Anschlag am Anschlagstift 17 in der einen oder anderen Endstellung festgehalten wird. Andererseits muß der Kupplungseingriff aber fest genug sein, daß ein selbsttätiges gegenseitiges Verdrehen des Sperrings 11 und der Spannhülse 4 im Bohrbetrieb ausgeschlossen ist. Durch Wahl der axialen Kraft der Schraubenfeder 15 und der Form der Zahnflanken an den Zahnkränzen 12, 12′ kann das Kupplungsverhalten zwischen dem Sperring 11 und der Spannhülse 4 weitgehend diesen Anforderungen entsprechend eingestellt werden. Es besteht aber grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Kupplungseingriff so zu gestalten, daß es zum Öffnen der Kupplung in jedem Fall erforderlich ist, den Sperring 11 von Hand axial gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 aus dem Kupplungseingriff an der Spannhülse 4 zurückzuschieben. Dabei bewirkt die Schraubenfeder 15 mit ihrer in Umfangsrichtung wirkenden Kraft ein Verdrehen des Sperrings 11 in seine dem offenen Futter entsprechende Ausgangsstellung, in der der Anschlagstift an dem Ende 18′ der Ausnehmung 18 anliegt. Nach jeder neuen Einspannung eines Werkzeugs kann sich daher der Sperring 11 wieder in dem dem Schließen des Bohrfutters entsprechenden Drehsinn der Spannhülse bis zum Anschlag am anderen Ende 18 der Ausnehmung verdrehen, also bis er die Nachspannung begrenzt und über den Eingriff an der Spannhülse 4 deren weiteres nachspannendes Verdrehen verhindert. Dabei ist die diesem Verdrehen des Spannringes 4 entgegen gerichtete Kraft der Schraubenfeder 15 selbstverständlich so gering, daß sie das bei der Nachspannung stattfindende Verdrehen des Sperrings 11 gegenüber dem Futterkörper 1 nicht behindern kann.

Claims

1. Nachspannendes Bohrfutter mit einem eine Aufnahme (2) für eine Bohrspindel bildenden, ein Spanngewinde (3) aufweisenden Futterkörper (1), einer am Futterkörper (1) drehbar geführten Spannhülse (4), ferner mit im Bohrfutter axial abgestützten Spannbacken (5), die zwischen sich eine mit der Futterachse (6) koaxiale Einspannöffnung (7) für den Werkzeugschaft bilden und an der Spannhülse (4) schräg zur Futterachse (6) verschiebbar geführt sind, so daß sie sich bei ihrer Verschiebung auch radial zur Futterachse (6) verstellen und den Durchmeser der Einspannöffnung (7) verändern, und mit einem Sperring (11), der am Futterkörper (1) gegen Federkraft jeweils zwischen zwei Endstellungen verdrehbar und axial verschiebbar und in Umfangsrichtung mit der Spannhülse (4) über zwei Zahnkränze (12, 12′) verbunden ist, die in der unter der Federkraft eingenommenen axialen Endstellung des Sperrings (11) miteinander im Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (1) eine mit ihren Mantelgeraden jeweils parallel zur Führungsrichtung der Spannbacken (4) verlaufende Kegelfläche (9) aufweist, auf der sich das Spanngewinde (3) befindet, das an jeder Spannbacke (5) mit einer Querverzahnung (10) im Eingriff steht, die sich an der Spannbacke (5) parallel zu ihrer Führungsrichtung erstreckt, wobei die der Einspannöffnung (7) zugewandten Flanken (3′) der Gewindegänge des Spanngewindes (3) und die daran zur Anlage kommenden Zahnflanken (10′) der Querverzahnung (10) der Spannbacken (4) im wesentlichen senkrecht zur Führungsrichtung der jeweiligen Spannbacke (5) gerichtet sind, daß die mit ihrem geführten Teil im wesentlichen als zylindrische Bolzen ausgebildeten Spannbacken in der gegen Axialverschiebungen am Futterkörper (1) festgehaltenen Spannhülse (4) in Führungsbohrungen (8) laufen, die an der hinteren Stirnfläche der Spannhülse (4) offen münden und dort von dem Sperring (11) verdeckt sind, und daß die Federkraft den Sperring (11) in dem dem Öffnen des Bohrfutters entsprechenden Drehsinn der Spannhülse (4) beaufschlagt, wobei zur Erzeugung der axial und in Umfangsrichtung wirkenden Federkraft eine Schraubenfeder (15) vorgesehen ist, die in einer Ringnut (16) zwischen dem Futterkörper (1) und dem Sperring (11) angeordnet ist und deren Enden (15′) sowohl axial als auch in Umfangsrichtung einerseits am Futterkörper (1), andererseits am Sperring (11) abgestützt sind.

2. Bohrfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehbegrenzung des Sperrings (11) der Futterkörper (1) einen radial abstehenden Anschlagstift (17) trägt, der in eine zum Futterkörper (1) und zur Spannhülse (4) hin offene Ausnehmung (18) des Sperrings (11) greift, die in Umfangsrichtung größer als die Dicke des Anschlagstiftes (17) ist und deren Enden (18′, 18′′) in Umfangsrichtung Anschlagflächen für den Anschlagstift (17) bilden.

3. Bohrfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperring (11) radial außerhalb der Ausnehmung (18) an seinem der Spannhülse (4) zugewandten Rande (12) einen der beiden Zahnkränze und unmittelbar gegenüber die Spannhülse (4) an ihrem Rande den anderen Zahnkranz (12′) trägt.

4. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (4) und der Futterkörper (1) durch einen Federring (20) aneinander gehalten sind, der in sich gegenüberliegende Ringnuten an Futterkörper (1) und Spannhülse (4) greift und tellerfederartig ausgebildet ist, so daß er die Spannhülse (4) relativ zum Futterkörper (1) axial nach vorn drückt.