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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf schlüssellose Spannfutter und insbesondere
auf schlüssellose
Spannfutter mit einer automatischen Verriegelung in Axialrichtung.
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Schlüssellose
Spannfutter, die betätigbar sind,
um darin einen Werkzeugeinsatz durch Drehbewegung einer äußeren Hülse in Bezug
auf den Körper
des Spannfutters zu halten, sind bekannt. Viele dieser schlüssellosen
Spannfutter weisen ein Verriegelungsmerkmal auf, um die Hülse daran
zu hindern, das Spannfutter während
des Gebrauchs zu öffnen. Ein
Typ des Verriegelungsmerkmals ist ein automatisches Verriegelungsmerkmal,
bei dem, wenn die Backen um den Werkzeugeinsatz festgezogen werden, die
Hülse nach
dem Aufnehmen eines Festziehdrehmoments, das einen vorgegebenen
Wert überschreitet,
verriegelt oder in eine Raststellung gebracht wird, die ein Lösen des
Spannfutters verhindert. Dieses automatische Verriegelungsmerkmal
stellt eine schnelle und bequeme Art für das Verriegeln des Werkzeugeinsatzes
in dem Spannfutter bereit. Dieses automatische Verriegelungsmerkmal
kann sich jedoch während
des Gebrauchs in bestimmten Situationen, wie etwa bei einem plötzlichen
Stehenbleiben, bei starken Schwingungen und wenn die Hülse während des
Arbeitens in einem engen Raum an einem Gegenstand schleift, öffnen. Daher
bietet dieser Typ des automatischen Verriegelungsmerkmals, wenn
er auch eine schnelle und bequeme Art und Weise des Festlegens eines
Werkzeugeinsatzes in einem Spannfutter bereitstellt, nur eine mäßige Leistungsfähig keit,
und er kann gegenüber
einem Öffnen während des
Gebrauchs empfindlich sein.
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Ein
zweiter Typ des Verriegelungsmerkmals, der verwendet werden kann,
ist ein manuelles Verriegelungsmerkmal. Bei diesem Typ des Verriegelungsmerkmals
muss der Benutzer das Spannfutter an dem Werkzeugeinsatz festziehen
und darauf die Spannfutterhülse
durch eine Bewegung der Hülse
in axialer Richtung oder durch ein zugehöriges Bauteil von Hand in Bezug
auf den Körper
verriegeln. Dieser Typ der Spannfutterverriegelung bietet dadurch
eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit,
dass die Verriegelungshülse
durch ihre Feststellung in Drehrichtung in Bezug auf den Körper daran
gehindert wird, sich während
des Betriebs zu lösen.
Die Verwendung des manuellen Verriegelungsmerkmals fügt jedoch
dem Gebrauch des Werkzeugs, das das Spannfutter enthält, einen
zusätzlichen
Schritt hinzu. Daher ist, wenn auch eine größere Leistungsfähigkeit
erreicht wird, ein solches Spannfutter zeitaufwändiger zu betätigen.
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Somit
erfordern die derzeitigen schlüssellosen
Spannfutterverriegelungen die Wahl zwischen dem Verwenden eines
Spannfutters mit automatischer Verriegelung oder eines Spannfutters
mit einem manuellen Verriegelungsmerkmal. Somit muss bei der Auswahl
des Spannfutters ein Kompromiss zwischen der Wahl eines Spannfutters,
das schneller zu betätigen
ist, jedoch ein weniger sicheres Verriegelungsmerkmal aufweist und
sich während
des Gebrauchs lösen
kann, und der Wahl eines Spannfutters eingegangen werden, dass eine überlegene
Verriegelungsleistungsfähigkeit
aufweist, jedoch einen zusätzlichen
Schritt erfordert, um diesen Vorteil zu erreichen.
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Die
US 5 624 125 beschreibt
eine Bohrmaschinenspannfutteranordnung, die den Motor der Bohrmaschine
für das
Festziehen und Lösen des Spannfutters
verwendet. Das Spannfutter weist eine umsteuerbare Motorspindel,
einen auf die Spindel geschraubten Spannfutterkörper und drei Backen auf, die
in dem Spannfutterkörper
bewegbar sind. Eine Einstellhülse
kann verdreht werden, um eine in axialer Richtung versetzbare Kupplungshülse nach vorn
in Eingriff mit einer Festziehhülse
zu bringen. Die in axialer Richtung versetzbare Kupplungshülse weist
Zähne auf,
die in der vorderen Kopplungsstellung der Kupplungshülse mit
einem komplementären Satz
von auf der Festziehhülse
ausgebildeten Zähnen
in Eingriff gelangen. Wenn sich die Zähne im Eingriff befinden, öffnet oder
schließt
die Drehung der Spindel durch den Motor die Backen des Spannfutters.
Wenn das auf die Festziehbuchse ausgeübte Drehmoment einen vorgegebenen
Pegel, der durch die Steifigkeit des Federrings bestimmt wird, überschreitet,
kommen die jeweiligen Sätze
von Zähnen außer Eingriff,
um die Kupplungshülse
in ihre hintere Stellung zu drücken.
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Die
US 5 174 588 , die die Basis
für den
Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, beschreibt ein Bohrmaschinenspannfutter
mit einem Einstellring, der ein konisches Innengewinde aufweist,
das mit entsprechenden Zähnen
eingreift, die auf den drei Backen ausgebildet sind. Daher öffnet und
schließt
die Drehung des Einstellrings die Spannfutterbacken. Eine Klemmhülse ist
mit dem Einstellring so verbunden, dass bei Drehung der Klemmhülse sich
der Einstellring ebenfalls dreht. Eine Festziehhülse weist Zähne auf, die wahlweise mit
entsprechenden Zähnen
eingreifen, die auf der Klemmhülse
ausgebildet sind, so dass, wenn die Zähne miteinander eingreifen,
die Drehung der Klemmhülse
verhindert wird und die Backen an ihrem Platz verriegelt werden.
Ein Ring weist ein nockenförmiges
Verschiebungselement auf, und die Drehung des Rings bewirkt eine
Bewegung der Festziehhülse
in axialer Richtung, um selektiv die Festziehhülse mit dem Klemmring zu verrie geln
oder die Verriegelung dazwischen aufzuheben, um selektiv die Spannbacken
zu öffnen
und zu schließen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine neue und neuartige
Verfahrensweise entwickelt, um die Kompromisse anzusprechen, die
bei den dem Stand der Technik entsprechenden schlüssellosen
Spannfuttern eingegangen werden müssen. Die Erfinder haben ein
neues schlüsselloses
Spannfutter entwickelt, dass sowohl ein automatisches Verriegelungsmerkmal
als auch ein manuelles Verriegelungsmerkmal aufweist. Das Spannfutter
kann in Situationen, wenn ein schnelles Einspannen eines Werkzeugeinsatzes
in das Spannfutter erwünscht
ist und ein zusätzlicher
Schutz durch das manuelle Verriegelungsmerkmal nicht erforderlich
ist, allein mit dem automatischen Verriegelungsmerkmal betrieben werden.
Wenn der zusätzliche
Schutz, der durch das manuelle Verriegelungsmerkmal bereitgestellt
wird, erforderlich ist und der mit der Ausführung des manuellen Verriegelungsmerkmals
verbundene zusätzliche
Schritt erwünscht
ist, kann das Spannfutter auch manuell in seiner Stellung verriegelt
werden. Somit bietet das schlüssellose
Spannfutter der vorliegende Erfindung die Vorteile sowohl eines
automatischen Verriegelungsmerkmals als auch eines manuellen Verriegelungsmerkmals,
ohne dass ein Kompromiss zwischen den beiden Typen der Verriegelungsmerkmale
erforderlich ist. Weiterhin erlaubt das vorliegende Spannfutter
die alleinige Verwendung des automatischen Verriegelungsmerkmals
oder des automatischen Verriegelungsmerkmals in Verbindung mit dem
manuellen Verriegelungsmerkmal.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spannfutter bereitgestellt,
umfassend:
bewegbare Backen, die betätigbar sind, um einen Werkzeugeinsatz
wahlweise zu halten,
ein Betätigungselement, das betreibbar
ist, um die Backen zu veranlassen, sich zu bewegen, wenn das Betätigungselement
von Hand in Bezug auf die Backen gedreht wird, wobei eine Bewegung
der Backen einem Festziehen und Lösen der Backen entspricht, und
ein
erstes Verriegelungsmerkmal, das betreibbar ist, um das Betätigungselement
wahlweise daran zu hindern, sich in Bezug auf die Backen zu drehen,
gekennzeichnet
durch ein zweites Verriegelungsmerkmal, das betreibbar ist, um das
Betätigungselement
daran zu hindern, sich in Bezug auf die Backen zu drehen, wobei
das zweite Verriegelungsmerkmal ein Lösen der Backen verhindert,
nachdem eine Festziehkraft, die einen vorgegebenen Wert überschreitet,
zwischen dem Betätigungselement
und einem Bauteil des zweiten Verriegelungsmerkmals aufgebracht
worden ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Festlegen eines Werkzeugeinsatzes in einem Spannfutter bereitgestellt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- (a) Anordnen des Werkzeugeinsatzes zwischen Backen des Spannfutters,
und
- (b) Drehen eines Betätigungselements
von Hand in Bezug auf die Backen, um die Backen an dem Werkzeugeinsatz
festzuziehen, gekennzeichnet durch:
- (c) automatisches Verhindern einer lösenden Drehung des Betätigungselements
mit einem zweiten Verriegelungsmerkmal, nachdem eine Festziehkraft,
die einen vorgegebenen Wert überschreitet, zwischen
dem Betätigungselement
und einem Bauteil des zweiten Verriegelungsmerkmals aufgebracht
wird, und
- (c) Verriegeln in Drehrichtung des Betätigungselements in Bezug auf
die Backen mit einem ersten Verriegelungsmerkmal.
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Ein
Spannfutter gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung weist bewegbare Backen auf, um einen
Werkzeugeinsatz wahlweise zu halten. Es ist ein Betätigungselement
vorgesehen, das betreibbar ist, um die Backen zu veranlassen, sich
zu bewegen, wenn das Betätigungselement
von Hand in Bezug auf die Backen gedreht wird. Die Bewegung der
Backen entspricht einem Festziehen und Lösen der Backen. Ein erstes
Verriegelungsmerkmal ist betreibbar, um das Betätigungselement wahlweise daran
zu hindern, sich in Bezug auf die Backen zu drehen. Das zweite Verriegelungsmerkmal
verhindert ein Lösen
der Backen, nachdem eine Festziehkraft, die einen vorgegebenen Wert überschreitet,
zwischen dem Betätigungselement
und einem Bauteil des zweiten Verriegelungsmerkmals aufgebracht worden
ist.
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Weitere
Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung zu erkennen. Es sollte so zu verstehen sein, dass die
ausführliche
Beschreibung und die spezifischen Beispiele, wenn sie auch die bevorzugte
Ausführung
der Erfindung betreffen, nur zu Zwecken der Erläuterung bestimmt sind und nicht
dazu, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.
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Die
vorliegende Erfindung ist aus der ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen vollständiger
zu verstehen, wobei
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1 eine
seitliche Draufsicht auf ein schlüsselloses Spannfutter gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung zeigt, angewendet auf ein angetriebenes Werkzeug;
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2 eine
Explosionsansicht der Bauteile des Spannfutters aus 1 ist;
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3A und 3B eine
teilweise Querschnittsansicht des Spannfutters aus 1 mit
dem automatischen Verriegelungsmerkmal in Eingriff bzw. eines manuellen
Verriegelungsmerkmals in Eingriff und außer Eingriff zeigen;
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4A und 4B aufgebrochene,
teilweise Querschnittsansichten des Spannfutters aus 1 sind
und den Eingriff zwischen dem Ratschenmechanismus und der inneren
Hülse mit
dem automatischen Verriegelungsmerkmal in Eingriff bzw. das manuelle
Verriegelungsmerkmal in Eingriff und außer Eingriff darstellen;
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5A und 5B aufgebrochene,
teilweise Querschnittsansichten des Spannfutters aus 1 sind
und den Eingriff zwischen der Mutter, der inneren Hülse und
dem Ratschenmechanismus mit dem automatischen Verriegelungsmerkmal
in Eingriff bzw. das manuelle Verriegelungsmerkmal in Eingriff und
außer
Eingriff darstellen; und
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6A und 6B aufgebrochene,
teilweise Querschnittsansichten des Spannfutters aus 1 sind
und einen Teil des manuellen Verriegelungsmerkmals jeweils in einer
Stellung außer
Eingriff und in einer Eingriffsstellung darstellen.
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Die
nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführung(en) ist rein beispielhaft
und in keiner Weise dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung
oder ihre Benutzungen einzuschränken.
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Bezug
auf 1 nehmend, ist dort ein schlüsselloses Spannfutter 20 gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung, angebracht an einem angetriebenen Werkzeug 22,
wie etwa einer Bohrmaschine oder Ähnlichem, dargestellt. In 2 ist
eine Explosionsansicht des Spannfutters 20 dargestellt. Das
Spannfutter 20 weist eine Endkappe 24, drei Backen 26,
einen Körper 28,
einen Haltering 30, lose Kugellager 32, einen
automatischen Verriegelungs- und Ratschenmechanismus 34,
eine Mutter 36, ein inneres Nasenstück 38, eine innere
Hülse 40,
eine äußere Hülse 42 und
ein äußeres Nasenstück 44 auf. Diese
Bauteile des Spannfutters 20 werden zusammengesetzt und
ermöglichen
es dem Spannfutter 20, wahlweise einen Werkzeugeinsatz
zu halten und über
die Betätigung
des angetriebenen Werkzeugs 22 dem Werkzeugeinsatz eine
gewünschte
Bewegung zu verleihen.
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Nun
Bezug auf 3A und 3B nehmend,
weist das Spannfutter 20 ein automatisches Verriegelungsmerkmal
auf, das allgemein mit 46 bezeichnet wird. Das automatische
Verriegelungsmerkmal 46 wirkt dahingehend, das Spannfutter 20 in
einer festgezogenen Stellung zu verriegeln und sein Lösen zu verhindern.
Das automatische Verriegelungsmerkmal 46 umfasst einen
Eingriff zwischen dem automatischen Verriegelungs- und Ratschenmechanismus 34 (hierin
nachfolgend als Ratschenmechanismus bezeichnet) und der inneren
Hülse 40 auf,
wie es nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird. Das Spannfutter 20 weist weiterhin ein
manuelles Verriegelungsmerkmal auf, das allgemein mit 48 bezeichnet
wird. Das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 ist betreibbar,
um die innere Hülse 40 in Drehrichtung
in Bezug auf den Körper 28 zu
verriegeln, so dass eine relative Drehung zwischen ihnen verhindert
wird. Das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 erlaubt den
wahlweisen Eingriff zwischen der inneren Hülse 40 und dem Körper 28,
wie es in 6A und 6B dargestellt
ist, durch ein axiales Bewegen der inneren Hülse 40 in Bezug auf
den Körper 28,
wie es nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird. Das Spannfutter 20 weist weiterhin ein
Haltemerkmal auf, das allgemein mit 50 bezeichnet ist. Das
Haltemerkmal 50 verhindert eine axiale Bewegung der inneren
Hülse 40 in
Bezug auf den Körper 28 und
wirkt mit dem manuellen Verriegelungsmerkmal 48 zusammen,
wie es nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird.
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Die
Backen 26 sind in Führungen 52 um
den Körper 28 herum
angeordnet. Jede Backe 26 weist ein Außengewinde 54 auf,
das mit dem Innengewinde 55 an der Mutter 36 eingreift.
Die Backen 26 bewegen sich in axialer Richtung entlang
einer Mittellinienachse (nicht dargestellt) der Führungen 52 in
Bezug auf den Körper 28,
wenn sich die Mutter 36 in Bezug auf den Körper 28 dreht.
Die Backen 26 sind vorzugsweise aus Metall, wie etwa Stahl,
hergestellt.
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Der
Körper 28 weist
drei Sätze
von Zähnen 56 auf,
die sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Zähne 56 sind
entlang der äußeren Oberfläche des
Körpers 28 voneinander
beabstandet. Die Zähne 56 bilden
einen Teil des manuellen Verriegelungsmerkmals 48 und können mit
den komplementären
Zähnen
an der inneren Hülse 40 eingreifen,
um die innere Hülse 40 und
den Körper 28 in Drehrichtung
festzustellen, so dass eine relative Drehung zwischen ihnen verhindert
wird, wie es nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird.
Der Körper 28 weist
weiterhin einen sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen Vorsprung 58 auf,
der mit komplementären
ringförmigen
Ausnehmungen in der inneren Hülse 40 eingreift,
um eine Bewegung der inneren Hülse 40 in
axialer Richtung in Bezug auf den Körper 28 zu verhindern,
um dadurch das zufällige
Entriegeln des manuellen Verriegelungsmerkmals 48 zu verhindern
oder zu minimieren, wie es nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird. Das
Eingreifen zwischen dem ringförmigen
Vorsprung 58 und den komplementären Ausnehmungen an der inneren
Hülse 40 bildet
das Haltemerkmal 50. Der Körper 28 ist vorzugsweise
aus Metall, wie etwa aus Stahl, hergestellt.
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Nun
auf 2 und 4 Bezug nehmend,
ist ein Haltering 30 um den Körper 28 herum angeordnet. Sich
in radialer Richtung nach innen erstreckende Vorsprünge oder
Nasen 60 an dem Ring 30 greifen mit komplementären Ausnehmungen
an dem Körper 28 ein,
um den Ring 30 in Drehrichtung in Bezug auf den Körper 28 festzustellen,
so dass eine relative Drehung dazwischen verhindert wird. Der Ring 30 weist
einen Laufring oder eine Rollbahn für die Lager 32 auf,
um sie aufzunehmen und während
des Lösens
und Festziehens des Spannfutters 20 herumzurollen. Der
Ring 30 weist weiterhin eine Vielzahl von Raststufen oder
Zähnen 62 auf,
die mit dem Ratschenmechanismus 34 eingreifen, um eine
hörbare Anzeige
des Festziehens des Spannfutters 20 zu erzeugen, wie es
nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird. Der Ring 30 ist vorzugsweise aus Stahl
hergestellt.
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Bezug
auf 2, 3 und 4 nehmend, ist der Ratschenmechanismus 34 um
den Körper 28 herum angeordnet.
Der Ratschenmechanismus 34 kann sich in Bezug auf den Körper 28 drehen.
Der Ratschenmechanismus 34 weist einen Laufring oder eine
Rollbahn, die dem Laufring an dem Ring 30 zugewandt ist
und mit den dazwischen angeordneten Lagern 32 eingreift,
auf. Die Lager 32 erleichtern die relative Drehung zwischen
dem Ratschenmechanismus 34 und dem Körper 28. Der Ratschenmechanismus 34 weist
drei Sätze
von Armen auf, die allgemein mit 64 bezeichnet sind und
die sich in axialer und radialer Richtung nach außen erstrecken
und entlang dem Ratschenmechanismus 34 beabstandet sind. Wie
in 3 und 4 dargestellt,
weist jeder Satz von Armen 64 einen Rastarm 66 und
einen Verriegelungsarm 68 auf. Jeder Rastarm 66 greift
mit einer Ausnehmung in der inneren Hülse 40 und mit den Raststufen 62 in dem
Ring 30 ein, um ein hörbares Klicken
zu erzeugen, wenn das Spannfutter 20 festgezogen wird,
wie es nachfolgend beschrieben wird. Jeder Verriegelungsarm 68 greift
mit einem Paar von Ausnehmungen in der inneren Hülse 40 ein, um es der
inneren Hülse 40 zu
erlauben, den Ratschenmechanismus 34 zu drehen, um das
Spannfutter 20 festzuziehen oder zu lösen. Der Verriegelungsarm 68 funktioniert
so, dass er automatisch das Spannfutter 20 in einem festgezogenen
Zustand verriegelt, nachdem durch die innere Hülse 40 ein Drehmoment
auf den Ratschenmechanismus 34 aufgebracht worden ist,
das einen vorgegebenen Wert überschreitet,
wie es nachfolgend erläutert
wird. Der Ratschenmechanismus 34 ist vorzugsweise aus Metall,
wie etwa aus gestanztem Federstahl, hergestellt.
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Nun
auf 2, 3 und 5 Bezug nehmend, weist der Ratschenmechanismus 34 sich
in axialer Richtung erstreckende Vorsprünge oder Nasen 70 auf,
die mit den Ausnehmungen 72 an der Mutter 36 eingreifen,
um den Ratschenmechanismus 34 in Bezug auf die Mutter 36 in
Drehrichtung festzustellen, so dass eine relative Drehung zwischen
ihnen nicht möglich
ist.
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Bezug
auf 2 und 5 nehmend,
ist die an dem Körper 28 angeordnete
Mutter 36 mit einem Gewinde 55 versehen, das mit
dem Gewinde 54 an den Backen 26 eingreift. Die
Mutter 36 kann sich in Bezug auf den Körper 28 und die Backen 26 drehen.
Die Mutter 36 weist sich in axialer Richtung erstreckende Vorsprünge oder
Nasen 74 auf, die mit den Ausnehmungen 76 in der
inneren Oberfläche
der inneren Hülse 40 eingreifen.
Die Nasen 74 sind schmaler als die Ausnehmungen 76 und
erlauben einen beschränkten
Drehbereich zwischen der Mutter 36 und der inneren Hülse 40.
Diese beschränkte
relative Drehung erlaubt es dem Verriegelungsarm 68, das Spannfutter 20 im
festgezogenen Zustand zu verriegeln und es zu entriegeln, wie es
nachfolgend noch ausführlicher beschrieben
wird. Die Drehung der Mutter 36 in Bezug auf den Körper 28 veranlasst
die Backen 26 sich in das Spannfutter 20 hinein
zu bewegen und sich daraus heraus zu bewegen, um einen Werkzeugeinsatz
festzuklemmen und freizugeben, wie es im Fachgebiet bekannt ist.
Die Mutter 36 ist vorzugsweise aus Metall, wie etwa aus
Pulvermetall, hergestellt.
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Nun
auf 2 und 3 Bezug nehmend,
ist der innere Vorsprung 38 auf den Körper 28 gedrückt und in
Drehrichtung sowie in axialer Richtung daran festgestellt. Die Backen 26 erstrecken
sich aus dem inneren Nasenstück 38 heraus
und werden dorthin zurückgezogen,
wenn das Spannfutter 20 festgezogen und gelöst wird.
Das innere Nasenstück 38 legt
in axialer Richtung den Ring 30, den Ratschenmechanismus 34 und
die Mutter 36 in Bezug auf den Körper 28 fest. Das
innere Nasenstück 38 weist
einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden, ringförmigen Vorsprung 80 auf,
der, wie es in 3A und 3B dargestellt
ist, die Vorwärtsbewegung
des äußeren Vorsprungs 44 in
axialer Richtung begrenzt. Das innere Nasenstück 38 ist vorzugsweise
aus Metall, wie etwa aus Stahl, hergestellt.
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Nun
auf 2 bis 6 Bezug nehmend,
ist die innere Hülse 40 um
den Körper 28 herum
angeordnet und in axialer Richtung zwischen einer entriegelten Stellung
(3A, 4A, 5A und 6A)
und einer verriegelten Stellung (3B, 4B, 5B und 6B)
in Bezug auf den Körper 28 bewegbar. Wenn
sie sich in der entriegelten Stellung befindet, kann sich die innere
Hülse 40 in
Bezug auf den Körper 28 drehen.
Wenn sie sich in der verriegelten Stellung befindet, ist die innere
Hülse 40 in
Drehrichtung in Bezug auf den Körper 28 festgestellt
und eine relative Drehung zwischen ihnen wird verhindert. Die innere
Oberfläche
der inneren Hülse 40 weist
eine Vielzahl von sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden
Zähnen 82 auf,
die durch die Bewegung der inneren Hülse 40 in axialer
Richtung in Bezug auf den Körper 28 wahlweise
mit den Zähnen 56 an
dem Körper 28 eingreifen
können,
um die innere Hülse 40 in Drehrichtung
in Bezug auf den Körper 28 festzustellen,
so dass eine relative Drehung zwischen ihnen verhindert wird. Das
Eingreifen der Zähne 82 mit
den Zähnen 56 entspricht
der verriegelten Stellung der inneren Hülse 40. Die Zähne 82 an
der inneren Hülse 40 und
die Zähne 56 und
der Körper 28 bilden
das manuelle Verriegelungsmerkmal 48. Die innere Hülse 40 ist
vorzugsweise aus einem Polymer, wie etwa aus mit Glasfaser durchsetztem
Nylon, hergestellt. Vorzugsweise enthält das Nylon mindestens 30
Gewichtsprozente Glasfaser.
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Wie
am besten in 3A und 3B zu
erkennen ist, weist die innere Hülse 40 eine
vordere ringförmige
Ausnehmung 84 und eine hintere ringförmige Ausnehmung 86 auf.
Die Ausnehmungen 84, 86 greifen mit einem ringförmigen Vorsprung 58 an dem
Körper 28 ein,
um eine Bewegung der inneren Hülse 40 in
axialer Richtung in Bezug auf den Körper 28 zu verhindern.
Das Verhindern der relativen Bewegung in axialer Richtung verhindert
oder minimiert das zufällige
Verriegeln und Entriegeln des manuellen Verriegelungsmerkmals 48.
Das Verhindern der Bewegung wird durch Aufbringen einer Kraft in
axialer Richtung überwunden,
die ausreichend ist, den Eingriff zwischen dem Vorsprung 58 und
den Ausnehmungen 84, 86 aufzuheben. Die vorderen
und hinteren Ausnehmungen 84, 86 an der inneren
Hülse 40 und
an dem ringförmigen
Vorsprung 58 an dem Körper 28 bilden
das Haltemerkmal 50. Wenn er sich in der entriegelten Stellung
befindet, wie sie in 3A dargestellt ist, ist der
Vorsprung 58 in der hinteren Ausnehmung 86 angeordnet.
Wenn er sich in der verriegelten Stellung befindet, wie sie in 3B dargestellt
ist, ist der Vorsprung 58 in der vorderen Ausnehmung 84 angeordnet.
Die Verwendung der ringförmigen
Vorsprünge 58 ist
deswegen vorteilhaft, weil dadurch ein 360°-Eingriff mit den Ausnehmungen 84, 86 vorgesehen
ist, wodurch ein außerordentlich
wirksames Haltemerkmal und eine gleichmäßigere Verteilung der Belastungen,
die zwischen dem Vorsprung 58 und den vorderen und hinteren
Ausnehmungen 84, 86 beim Bewegen in den Eingriff
und aus dem Eingriff heraus aufgebracht werden, bereitgestellt werden.
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Nun
auf 4A und 4B Bezug
nehmend weist die innere Hülse 40 drei
Sätze von
sich in axialer Richtung erstreckenden Ausnehmungen auf, die mit
drei Sätzen
von Armen 64 des Ratschenmechanismus 34 eingreifen.
Jeder Satz von Ausnehmungen weist eine Rastausnehmung 88,
eine Löse/Öffnungs-Ausnehmung 90 und
eine Festzieh- oder
Schließausnehmung 92 auf.
Die Rastausnehmung 88 weist eine Festzieh-/Schließabschrägung 94 und
eine Löse-/Öffnungsabschrägung 96 auf.
Der Rastarm 66 bewegt sich entlang der Festziehabschrägung 94,
wenn die innere Hülse 40 gedreht wird,
um das Spannfutter 20 festzuziehen, und bewegt sich entlang
der Löseabschrägung, wenn
die innere Hülse 40 gedreht
wird, um das Spannfutter 20 zu lösen. Die Form oder die Neigung
der Löseabschrägung 96 veranlasst
den Rastarm 66, sich in radialer Richtung nach innen zu
bewegen und von den Raststufen 62 außer Eingriff zu kommen, so
dass kein hörbares
Klicken während
des Lösens
des Spannfutters 20 zu hören ist.
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Zwischen
den Löse-
und Festziehausnehmungen 90, 92 ist ein Übergang
oder ein Vorsprung 98 angeordnet. Der Verriegelungsarm 68 bewegt sich
in der Löseausnehmung 90 und
drückt
gegen den Übergang 98,
während
die innere Hülse 40 gedreht
wird, um das Spannfutter 20 festzuziehen. Diese Wechselwirkung
veranlasst den Ratschenmechanismus 34, die Mutter 36 drehend
anzutreiben, um die Backen 26 und das Spannfutter 20 festzuziehen.
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Wenn
das Drehmoment zwischen der inneren Hülse 40 und dem Verriegelungsarm 68 einen vorgegebenen
Wert überschreitet
(wie er durch solche Faktoren wie die Höhe und Neigung des Übergangs 98,
die Reibung zwischen dem Übergang 98 und
dem Verriegelungsarm 68 und die Federkonstante des Verriegelungsarms 68 bestimmt
wird), springt der Verriegelungsarm 68 über den Übergang 98 und in
die Festziehausnehmung 94. Die Bewegung des Verriegelungsarms 68 in
die Festziehabschrägung 94 bewirkt
einen einzelnen, lauten, hörbaren
Klick oder ein einzelnes, lautes, hörbares Geräusch, welches anzeigt, dass
das Spannfutter 20 nun vollständig festgezogen ist. Das Überspringen des
Verriegelungsarms 68 über
den Übergang 98 führt zu einer
begrenzten relativen Drehung zwischen der inneren Hülse 40 und
der Mutter 36. Wenn nachfolgend die innere Hülse 40 gedreht
wird, um das Spannfutter 20 zu lösen, springt der Verriegelungsarm 68 über den Übergang 98 zurück und in
die Löseausnehmung 90 und
dreht den Ratschenmechanismus 34, der wiederum die Mutter 36 dreht,
um die Backen 26 und das Spannfutter 20 zu lösen.
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Nun
auf 5A und 5B Bezug
nehmend, ist dort die sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung 76 in
der inneren Hülse 40 mit
den darin angeordneten Nasen 74 der Mutter 36 dargestellt.
Die Ausnehmung 76 ist breiter als die Nase 74, um
eine begrenzte relative Bewegung dazwischen zu erlauben und um die
Bewegung des Verriegelungsarms 68 zwischen den Löse- und
Festziehausnehmungen 90, 92 aufzunehmen, entlang
denen die Bewegung des Rastarms 66 zwischen der Festziehabschrägung 94 und
der Löseabschrägung 96 vor
sich geht.
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Die
Löse- und
Festziehausnehmungen 90, 92, der Verriegelungsarm 68 und
ihr Eingriff bilden das automatische Verriegelungsmerkmal 46.
Das Überspringen
des Verriegelungsarms 68 von der Löseausnehmung 90 in
die Festziehausnehmung 92 stellt das automatische Verriegeln
des Spannfutters 20 dar und verriegelt das Spannfutter 20 im
festgezogenen Zustand.
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Nun
auf 2 und 3 bezug nehmend,
ist die äußere Hülse 42 auf
der inneren Hülse 40 angeordnet
und in axialer Richtung und in Drehrichtung relativ zu ihr festgestellt.
Die Drehung der äußeren Hülse 42 dreht
die innere Hülse 40 und
die Bewegung der äußeren Hülse 42 in
axialer Richtung versetzt die innere Hülse 40 in axialer
Richtung in Bewegung. Die äußere Hülse 42 ist
vorzugsweise aus Metall, wie etwa aus Stahl, hergestellt.
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Weiter
auf 2 und 3 Bezug nehmend, schnappt
das äußere Nasenstück 44 auf
die innere Hülse 40 und
hält die äußere Hülse 42 auf
der inneren Hülse 40.
Das äußere Nasenstück 44 ist
in Drehrichtung und in axialer Richtung in Bezug auf die innere
Hülse 40 und
die äußere Hülse 42 festgestellt. Somit
veranlasst die Drehung der äußeren Hülse 42 eine
Drehung des äußeren Nasenstücks 44,
und eine Bewegung der äußeren Hülse 42 in
axialer Richtung veranlasst eine Bewegung des äußeren Nasenstücks 44 in
axialer Richtung. Die festgestellte Beziehung zwischen der inneren
Hülse 40,
der äußeren Hülse 42 und
dem äußeren Nasenstück 44 bildet eine
Hülsenanordnung,
die allgemein mit 100 bezeichnet ist, wobei alle diese
Bauteile sich in Übereinstimmung
miteinander bewegen. Das äußere Nasenstück 44 weist
eine innere ringförmige
Schulter 102 auf, die mit dem Vorsprung 80 an
dem inneren Nasenstück 38 eingreift,
um die Bewegung der Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung nach vorne zu begrenzen. Das äußere Nasenstück 44 ist
vorzugsweise aus Metall, wie etwa aus Stahl, hergestellt.
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In
Betrieb erfolgt das Lösen
des Spannfutters 20 durch das Drehen der Hülsenanordnung 100 in Bezug
auf den Körper 28.
Die Hülsenanordnung 100 kann
in Bezug auf den Körper 28 gedreht
werden, wenn sich das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 im entriegelten
Zustand befindet, wie es in 3A und 6A dargestellt
ist. Der entriegelte Zustand für das
manuelle Verriegelungsmerkmal 48 entspricht dem Zustand,
dass die Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung in ihre vorderste Stellung bewegt ist. Wenn sie
sich in dieser Stellung befindet, befinden sich die Zähne 82 der
inneren Hülse 40 vor
den Zähnen 56 an
dem Körper 28 und
greifen mit den letzteren nicht ein. Wenn das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 sich
nicht in Eingriff befindet, kann sich die Hülsenanordnung 100 in
Bezug auf den Körper 28 drehen,
um zu bewirken, dass sich das Spannfutter 20, je nach der
Drehrichtung der Hülsenanordnung 100,
löst oder
es festgezogen wird. Ferner ist, wenn sich das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 in der
entriegelten Stellung befindet, der ringförmige Vorsprung 58 in
der hinteren Ausnehmung 86 der inneren Hülse 40 in
Eingriff.
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Wenn
sich das Spannfutter 20 in seinem maximal gelösten Zustand
befindet, ist der Rastarm 66 in der Rastausnehmung 88 zwischen
der Festziehabschrägung 94 und
der Löseabschrägung 96 angeordnet.
Der Verriegelungsarm 68 ist in der Löseausnehmung 90 angeordnet.
Wie in 4A und 4B dargestellt,
nimmt die Tiefe der Rastausnehmung 88, der Löseausnehmung 90 und
der Festziehausnehmung 92 die Bewegung der Hülsenanordnung 100 in Bezug
auf den Ratschenmechanismus 34 in axialer Richtung auf,
während
ein Eingriff zwischen dem Rastarm 66 und dem Veriegelungsarm 68 und
den Ausnehmungen 88, 90, 92 der inneren
Hülse 40 aufrechterhalten
wird. Das ist durch den Spalt zwischen den Enden der Vorsprünge an den
Armen 66, 68 und den vorderen Endwänden der
Ausnehmungen 88, 90, 92 und der inneren
Hülse 40,
wie in 4A dargestellt, zu erkennen.
Wenn die Hülsenanordnung 100 sich
in ihrer hintersten Stellung befindet, wie es in 4B dargestellt
ist, ist der Spalt zwischen den vorderen Endwänden der Ausnehmungen 88, 90, 92 und
den Enden der Vorsprünge 66, 68 verkleinert.
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Somit
erlaubt das Spannfutter 20 eine Bewegung der inneren Hülse 40 und
der Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung in Bezug auf die Ratschenanordnung 34.
Weiterhin sind die Ausnehmungen 76 auch so dimensioniert,
dass sie eine Bewegung zwischen der inneren Hülse 40 und der Mutter 36 in
axialer Richtung erlauben, während
die Nasen 74 in den Ausnehmungen 76 verbleiben,
wie es in 5A und 5B dargestellt
ist. Ferner können,
wenn sich das Spannfutter 20 in einem gelösten Zustand
befindet, die Nasen 74 der Mutter 36 an jeder
Stelle in den Ausnehmungen 76 angeordnet sein und müssen sich nicht
unbedingt mit den Seitenwänden
der Ausnehmungen 76 in Eingriff befinden, wodurch eine
geringe, begrenzte Drehung zwischen der inneren Hülse 40 und
der Mutter 36 erlaubt wird.
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Um
das Spannfutter 20 festzuziehen, wird die Hülsenanordnung 100 gedreht.
Die Drehung der Hülsenanordnung 100 wird über den
Eingriff zwischen dem Verriegelungsarm 68 und dem Übergang 98 und
der inneren Hülse 40 auf
den Ratschenmechanismus 34 aufgebracht. Wenn die innere
Hülse 40 gedreht
wird, nähert
sich der Verriegelungsarm 68 dem Übergang 98. Der Übergang 98 verhindert,
dass der Verriegelungsarm 68 in die Festziehausnehmung 92 überspringt,
bevor das Drehmoment dazwischen einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Der Übergang 98 drückt auf
den Verriegelungsarm 68, um eine Drehung des Ratschenmechanismus 34 in
Bezug auf den Körper 28 zu
veranlassen. Wenn der Ratschenmechanismus 34 sich dreht,
bringen die Nasen 70 die Drehbewegung auf die Mutter 36 auf. Wenn
sich die Mutter 36 in Bezug auf den Körper 28 dreht, erstrecken
sich die Backen 26 aus dem Spannfutter 20 und
ziehen sich um einen in den Backen 26 angeordneten Werkzeugeinsatz
fest. Weiterhin ist der Rastarm 66 an der Festziehabschrägung 94 angeordnet.
Bei mit der Festziehabschrägung 94 in
Eingriff befindendem Rastarm 66, befindet sich der Rastarm 66 auch
mit den Raststufen 62 in Eingriff. Somit erzeugt, wenn
sich der Ratschenmechanismus 34 in Bezug auf den Körper 28 und
auf den Ring 30 dreht, der Eingriff zwischen dem Rastarm 66 und
der Raststufe 62 ein kräftiges,
kontinuierliches, hörbares
Klicken, wenn die relative Drehung erfolgt.
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Nachdem
die Backen 26 mit dem Werkzeugeinsatz oder miteinander
in Eingriff gekommen sind, veranlasst die fortgesetzte Drehung der
Hülsenanordnung 100,
dass sich das Drehmoment zwischen der inneren Hülse 40 und dem Ratschenmechanismus 34 erhöht. Nachdem
das Drehmoment den vorgegebenen Wert überschritten hat, springt der
Verriegelungsarm 68 über
den Übergang 98 und
in die Festziehausnehmung 92 und erzeugt ein einzelnes, lautes
Klicken, um anzuzeigen, dass das Spannfutter 20 nun vollständig festgezogen
ist. Weiterhin bewegt sich der Rastarm 66 weiter entlang
der Festziehabschrägung 94,
wenn der Verriegelungsarm 68 in die Festziehausnehmung 92 überspringt.
Weiterhin erfolgt eine relative Drehung zwischen der inneren Hülse 40 und
der Mutter 36, wenn der Verriegelungsarm 68 aus
der Löseausnehmung 90 in
die Festziehausnehmung 92 überspringt und das führt dazu,
dass sich die Nasen 74 der Mutter 36 in eine Stellung
benachbart zu der Seitenwand der Ausnehmung 76 der inneren
Hülse 40 bewegen.
Dieser Eingriff zwischen den Nasen 74 und der Ausnehmung 76 verriegelt
die innere Hülse 40 in
bezug auf die Mutter 36 in Drehrichtung, so dass keine
relative Drehung in der Festziehrichtung mehr möglich ist.
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Bei
in die Festziehausnehmung 92 aufgenommenen Verriegelungsarm 68,
ist das automatische Verriegelungsmerkmal 46 dadurch in
Eingriff gebracht, und das Spannfutter 20 und der Werkzeugeinsatz
darin können
wie gewünscht
verwendet werden. Wenn eine zusätzliche
Sicherheit gegen das Lösen
des Spannfutters 20 während
des Betriebs gewünscht
wird, kann das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 durch Bewegen
der Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung nach hinten in Eingriff gebracht werden. Das Haltemerkmal 50 setzt
dieser Bewegung Widerstand entgegen, so dass das manuelle Ver riegelungsmerkmal 48 nicht
zufällig
in oder außer Eingriff
gebracht werden kann. Um das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 in
Eingriff zu bringen, wird die Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung nach hinten bewegt, und der Vorsprung 58 tritt
aus der hinteren Ausnehmung 86 aus und tritt in die vordere
Ausnehmung 84 ein, wie es in 3B dargestellt
ist. Gleichzeitig bewegen sich die Zähne 82 an der inneren
Hülse 40 in
Eingriff mit den Zähnen 56 an
dem Körper 28,
wie es in 3B und 6B dargestellt ist.
Der Eingriff zwischen den Zähnen 82 und
den Zähnen 56 legt
die Hülse 40 in
Bezug auf den Körper 28 in
Drehrichtung fest, so dass eine Drehbewegung dazwischen verhindert
wird. Mit dem automatischen Verriegelungsmerkmal 46 in
Eingriff und dem manuellen Verriegelungsmerkmal 48 in Eingriff
wird das Spannfutter 20 daran gehindert, sich während des Betriebs
zu lösen,
wodurch eine größere Haltefähigkeit
zur Verfügung
gestellt wird. Somit kann das Spannfutter 20 entweder nur
mit dem automatischen Verriegelungsmerkmal 46 in Eingriff
gebracht oder mit sowohl dem automatischen Verriegelungsmerkmal 46 als
auch mit dem manuellen Verriegelungsmerkmal 48 in Eingriff
gebracht betrieben werden.
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Um
das Spannfutter 20 zu lösen,
wird das manuelle Verriegelungsmerkmal 48, wenn es sich
in Eingriff befindet, durch das Bewegen der Hülsenanordnung 100 in
axialer Richtung nach vorne in Bezug auf den Körper 28 in eine Außer-Eingriff-Stellung
gebracht. Diese relative Bewegung veranlasst den Vorsprung 58,
sich aus dem Eingriff mit der vorderen Ausnehmung 84 zu
bewegen, wie es in 3B dargestellt ist, um mit der
hinteren Ausnehmung 86 in Eingriff zu gelangen, wie es
in 3A dargestellt ist. Gleichzeitig kommen die Zähne 82 der
inneren Hülse 40 von
den Zähnen 56 an
dem Körper 28 außer Eingriff,
wie es in 3A und 6A dargestellt
ist. Bei außer
Eingriff gebrachtem manuellen Verriegelungsmerkmal 48 kann
dann die Hülsenanordnung 100 in Bezug
auf den Körper 28 gedreht
werden, um das Spannfutter 20 zu lösen. Anfangs wird die Drehung der
Hülsenanordnung 100 zum
Lösen des
Spannfutters 20 durch das automatische Verriegelungsmerkmal 46 und
den Eingriff zwischen dem Verriegelungsarm 68 und dem Übergang 98 verhindert.
Wenn ein ausreichendes Drehmoment zwischen dem Übergang 98 und dem
Verriegelungsarm 68 vorhanden ist, springt der Verriegelungsarm 68 über den Übergang 98,
bewegt sich in die Löseausnehmung 90 und erzeugt
einen lauten, hörbaren
Klick oder ein lautes hörbares
Geräusch.
Gleichzeitig erfolgt wegen der unterschiedlichen Breite der Ausnehmungen 76 des inneren
Rings 40 und der Nasen 34 der Mutter 36 eine
relative Drehung zwischen der inneren Hülse 40 und der Mutter 36.
Wenn die innere Hülse 40 in
Bezug auf den Körper 28 weitergedreht
wird, um das Spannfutter 20 zu lösen, drückt die Löseausnehmung 90 auf
den Verriegelungsarm 68, um den Ratschenmechanismus 34 und
die Mutter 36 relativ zu dem Körper 28 drehend anzutreiben
und um den Rastarm 66 zu veranlassen, sich auf die Löseabschrägung 96 zu
bewegen. Wenn der Rastarm 66 sich auf die Löseabschrägung 96 bewegt,
bewegt er sich in radialer Richtung nach innen und kommt aus dem
Eingriff von den Raststufen 62. Dadurch, dass er aus dem
Eingriff kommt, wird verhindert, dass die Raststufen 62 das
Lösen des
Spannfutters 20 verhindern und jedes hörbare Geräusch von dem Rücklauf, wenn
das Spannfutter 20 gelöst
wird, beseitigt. Die Hülsenanordnung 100 kann
dann weitergedreht werden, bis sich das Spannfutter 20 in
dem gewünschten gelösten Zustand
befindet. Wenn es gewünscht
wird, kann das Spannfutter 20 durch Bewegen der Hülsenanordnung 100 nach
hinten relativ zu dem Körper 28 manuell
verriegelt werden, während
es sich in einem gelösten
Zustand befindet.
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Die
vorliegende Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhaft und
daher sind Veränderungen möglich. So
können
zum Beispiel die hörbaren
Geräusche,
die durch den Eingriff des Ratschenmechanismus 34 der inneren
Hülse 40 und
oder des Rings 30 erzeugt werden, entfallen, wenn es gewünscht wird.
Ferner kann die Anzahl der Sätze
der Arme 64 und der Sätze
der Ausnehmungen 88, 90, 92 an der inneren
Hülse 40 je
nach Wunsch größer oder
kleiner sein. Weiterhin können
andere Baumaterialien für
die verschiedenen Bauteile verwendet werden. Darüber hinaus ist zu erkennen,
dass das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 ohne das Eingreifen
des automatischen Verriegelungsmerkmals 46 verwendet werden kann,
wenn es gewünscht
wird. Wenn zum Beispiel ein Werkzeugeinsatz mit einem sechseckigen
Schaft verwendet wird, kann es mit einem kleineren, als dem vorgegebenen
Drehmoment festgezogen werden, wobei das automatische Verriegelungsmerkmal 46 nicht
aktiviert wird, und darauf kann das manuelle Verriegelungsmerkmal 48 in
Eingriff gebracht werden. Eine solche Benutzung kann zum Erreichen schneller
Auswechselungen von Werkzeugeinsätzen mit
sechseckigen Schäften
gleicher Größe nützlich sein.
Es sollte weiterhin zu erkennen sein, dass das Spannfutter 20 an
einem von Hand betätigten
Werkzeug verwendet werden kann. Daher sind solche Veränderungen
nicht als Abweichungen von dem Schutzumfang der Erfindung zu betrachten,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.