Die Erfindung geht aus von einer Spanneinrichtung zum axialen Festspannen eines Werkzeuges, insbesondere einer Scheibe, nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Spannvorrichtungen sind vor allem für tragbare Handwerkzeugmaschinen und hierbei insbesondere für Schleifmaschinen geeignet. Es ist eine Spanneinrichtung genannter Art bekannt (DE-PS 30 12 836), bei der die Spannscheibe aus einem im Querschnitt etwa hutförmigen Element besteht, das axial über eine Schraubenfeder gegen den Flansch der Spannmutter abgestützt ist. Beim Aufschrauben und Festziehen der Spannmutter wird über die axial zusammengedrückte Feder diese Spannscheibe axial gegen das Werkzeug angedrückt und dadurch das Werkzeug gegen den spindelseitigen Flansch festgezogen, wobei die Stirnseite eines Zylinderansatzes der Spannmutter unmittelbar an einer zugewandten Axialseite des spindelseitigen Flansches zur Anlage kommt und beim weiteren Festziehen der Spannmutter der spindelseitige Flansch zusammen mit der Spannmutter festgezogen wird, evtl. bis der rückwärtige Flansch an der das Stützelement bildenden Schulterfläche der Spindel axial zur Anlage kommt. Dadurch soll erreicht werden, bei einem Winkelschleifer die Schleifscheibe mit definiertem Anpreßdruck einzuspannen und diesen Anpreßdruck sicherzustellen. Diese Spanneinrichtung soll auch ein rasches und einfaches Auswechseln der Schleifscheibe ermöglichen und zugleich eine Überlastung der Handwerkzeugmaschine, insbesondere des Winkelschleifers, vermeiden. Wird nämlich das an der Schleifscheibe angreifende Drehmoment zu groß, bleibt die Schleifscheibe stehen, während der rückwärtige Flansch sowie die Spannmutter mit der Spannscheibe eine Relativ-bewegung dazu ausführen. Mit dieser Spanneinrichtung wird dem Effekt entgegengewirkt, daß im Betrieb die Spannmutter sich von selbst weiter festzieht, was sonst das Lösen der Spannmutter beim Wechseln der Schleifscheibe erheblich erschwert. Dennoch ist hierbei ein Lösen der Spannmutter nur unter Zuhilfenahme eines besonderen Hilfswerkzeuges möglich, wobei je nach Ausbildung der Maschine die Spindel mit einem zweiten Hilfswerkzeug, z.B. Schraubenschlüssel, entsprechend gegengehalten werden muß.
Eine weitere, gattungsgemäße Spanneinrichtung ist aus der US-PS 4,525,097 bekannt, deren über radial auf einer Schrägfläche verschiebbare Kugeln den Anstieg der Schrägfläche als Axialverschiebung auf einen Spannflansch und weiter auf ein Fräswerkzeug übertragen können. Nachteilig ist dabei, daß die Kugeln zwischen der Schrägfläche und dem Spannflansch auf zwei gegenüberliegenden Seiten stets eine Klemmposition einnehmen und daher nicht rollen können. Außerdem treten beim Lösen der Spannvorrichtung die Kugeln nur genauso langsam aus der Spannstellung heraus, wie sie hineingepreßt wurden, wobei die Gefahr des Festklemmens besteht. Außerdem besteht hier die weitere Gefahr, daß sich die Spanneinrichtung durch Reibungsmitnahme durch das zu spannende Werkzeug so fest spannt, daß sie nicht ohne zusätzliches Hilfswerkzeug lösbar ist.
Spannscheibe und Betätigungsglied. Bei allem kenn die Spannmutter nach wie vor im von außen zugänglichen Bereich herkömmlich, z.B. normgerecht, ausgebildet sein, so daß immer noch für besonders hartnäckige Fälle, z.B. bei festgerosteter Spannmutter, ein Schlüssel angesetzt und die Spannmutter mit diesem Hilfswerkzeug gelöst werden kann. Das gleiche Prinzip gemäß der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung kann auch beim rückwärtigen, spindelseitigen Flansch verwirklicht werden, wobei dieser Flansch dann gegen die Kompletteinheit, bestehend aus Spannmutter mit Spannscheibe und Betätigungsglied, ausgetauscht wird und wobei dann die Spannscheibe rückseitig gegen das Werkzeug angepreßt ist. Als zum Hauptanspruch glattes Äquisoll diese Vertauschung davon ebenso umfaßt sein.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Spanneinrichtung möglich.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
In den Zeichnungen ist der untere Teil einer z.B. als Winkelschleifer gestalteten, tragbaren Handwerkzeugmaschine gezeigt, die eine motorisch und über ein nicht gezeigtes Getriebe angetriebene Spindel 10 aufweist, die am Ende über eine Ringschulter 11 in einen zylindrischen Absatz 12 kleineren Durchmessers und sodann in einen endseitigen Gewindeabsatz 13 mit Außengewinde 14 übergeht. Die Spindel 10 dient zum Antrieb eines Werkzeuges 15, das z.B. aus der angedeuteten Schleifscheibe oder einer anderen Werkzeugscheibe, einem Gummiteller od.dgl. besteht. Das Werkzeug 15 ist zwischen einem Flansch 16 und einem Spannglied, das Teil einer Spannmutter 17 ist und später noch näher erläutert ist, eingespannt und festgespannt. Der Flansch 16 ist axial an der Ringschulter 11 abgestützt und radial auf dem zylindrischen Absatz 12 zentriert. Durch zusammenpassende Formflächen, z.B. zwei zueinander parallele Abflachungen, an der Spindel 10 und am Flansch 16 hat letzterer drehfesten Formschluß mit der Spindel 10, von der er bei eingeschaltetem Motor in Umlaufrichtung gemäß Pfeil 9 drehfest mitgenommen wird. Diese Umlaufrichtung gemäß Pfeil 9 entspricht der Arbeitsrichtung des Werkzeuges 15, in der dieses angetrieben ist. Diese entspricht in Draufsicht gemäß Fig. 2 dem Uhrzeigersinn. Die Spannmutter 17 weist einen Flansch 18 und eine davon abgehende, zylinderhülsenförmige Nabe 19 auf und ist in dieser mit einem durchgängigen Innengewinde 20 versehen, mit dem die Spannmutter 17 auf das Außengewinde 14 des Gewindeabsatzes 13 aufgeschraubt ist. Auf der äußeren Umfangsfläche der Nabe 19 ist beim Befestigen das Werkzeug 15 zentriert.
Im Axialbereich zwischen dem Werkzeug 15 und der Spannmutter 17 ist eine Spannscheibe 21 angeordnet, die einen gegen das Werkzeug 15 drückenden Spannteller 22 und eine davon abstrebende Nabe 23 aufweist. Die Spannscheibe 21 ist von der Spannmutter 17 her mit einer axial gerichteten Druckkraft beaufschlagbar und in der Lage, axial gegen das Werkzeug 15 zu drücken und dieses gegen die axiale Stirnseite des Flansches 16 fest anzupressen.
Die Spannscheibe 21 ist mit der Spannmutter 17 axial verschiebbar jedoch undrehbar gekoppelt und mittels Rollkörpern 24 axial abgestützt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei in etwa gleichen Umfangswinkelabständen voneinander angeordnete Rollkörper 24 vorhanden, die hier als Kugeln ausgebildet sind. Diese Kugeln 24 sind auf zur Mittelachse konzentrischen Bahnen der Spannscheibe 21 und der Spannmutter 17 geführt, wobei diese Bahnen jeweils aus im Querschnitt kreisbogenabschnittförmigen Ringflächen 25,26 der Spannscheibe 21 bzw. Spannmutter 17 gebildet sind, die axial in Abstand voneinander verlaufen und dabei jeweils gleiche Radien haben und dabei an den Kugelradius der Kugeln 24 angepaßt sind. Die Spannscheibe 21 ist mit der durchgängigen inneren Umfangsfläche 27 der Nabe 23 und des Spanntellers 22 auf der äußeren Umfangsfläche der Nabe 19 zentriert und zumindest in Grenzen axial beweglich gehalten und geführt.
Zwischen der Spannscheibe 21 und der Spannmutter 17 ist ein Betätigungsglied 28 in Form eines Ringes 29 angeordnet, der mit einem in Fig. 1 oberen Ringkragen 30 den Spannteller 22 in Axialrichtung übergreift unter Belassung von Bewegungsspiel dazwischen. Der Ringkragen 30 endet axial in Abstand und gemäß Fig. 1 unterhalb der am Werkzeug 15 anliegenden Stirnfläche des Spanntellers 22. Das Bestätigungsglied 28 arbeitet auf die Kugeln 24, die von jenem in der der Festspannrichtung entsprechenden Richtung, gegensinnig zum Pfeil 9, gegen Anschläge 31 der Spannscheibe 21 gedrückt werden. Dieser Spannzustand ist in Fig. 1 - 3 gezeigt.
Der Ring 29 sitzt axial mit Bewegungsspiel zwischen der Spannscheibe 21 und der Spannmutter 17 und ist relativ zu beiden drehbar gehalten. Im Inneren enthält der Ring 29 eine den Kugeln 24 zugeordnete und angepaßte, im Querschnitt etwa rinnenförmige Ringfläche 32 als Bahn für die Kugeln 24, mit der jene in Berührung stehen. Diese Ringfläche 32 bildet zusammen mit den anderen Ringflächen 25,26 der Spannscheibe 21 bzw. Spannmutter 17 eine dem Durchmesser der Kugeln 24 angepaßte Führungsrille für diese, in der die Kugeln 24 in beiden Drehrichtungen bei Relativdrehung zwischen dem Ring 29 einerseits und der Spannmutter 17 mit daran drehfester Spannscheibe 21 andererseits in Umfangsrichtung abrollen können.
Wie allein aus Fig. 3 erkennbar ist, ist im Bereich der Ringfläche 25 der Spannscheibe 21 für jede Kugel 24 eine dieser zugeordnete Aussparung 33 enthalten, die jeweils aus einer Vertiefung in dieser Ringfläche 25 besteht und z.B. als zumindest axial in Fig. 1 nach oben hin eingetiefte und gegensinnig dazu offene Kugeltasche ausgebildet ist, die zudem auch noch radial offen sein kann und die jeweils in den angrezenden Bereich der Ringfläche 25 einmündet. Jede Aussparung 33 ist dabei so beschaffen, daß beim Abrollen der Kugeln 24 und bei Erreichen der jeweils zugeordneten Aussparung 33 die Kugeln im Bereich der Ringfläche 25 der Spannscheibe 21 axial tiefer eindringen, wodurch sich der Axialabstand zwischen der Spannscheibe 21 und der Spannmutter 17 zumindest geringfügig verringert und somit die Spannscheibe 21 vom Spanndruck entlastet wird.
Das Betätigungsglied 28 ist je Kugel 24 mit einem festen Mitnehmer 34 in Form eines am Ring 29 fest angebrachten Radialstiftes 35 versehen, der radial von außen nach innen in die Bahn der jeweils vorgelagerten Kugel 24 zumindest soweit hineinragt, daß dabei z.B. eine etwa tangentiale Anlage an der jeweils vorgelagerten Kugel 24 erfolgt.
Die Anschläge 31 der Spannscheibe 21 sind aus etwa achsparallelen Längsstiften 36 gebildet, die fest an der Spannscheibe 21 angeordnet sind und bis zu Bohrungen 37 in der Spannmutter 17 reichen, in die sie zum Beispiel mit Schiebespiel eingreifen. Die Längsstifte 36 greifen dabei etwa achsparallel durch die von den Ringflächen 25, 26 und 32 zusammen gebildete Führungsrille für die Kugeln 24 hindurch und so, daß noch ausreichender Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Ringes 29 und den Längsstiften 36 besteht, so daß diese also bei der Relativ-drehung zwischen dem Betätigunbsglied 28 einerseits und der Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 andererseits nicht am Betätigungsglied 28 schleifen. Die Längsstifte 36 sind aufgrund dieser Gestaltung zugleich zur in Umfangsrichtungformschlüssigen Verbindung der Spannscheibe 21 mit der Spannmutter 17 ausgebildet. Die Anschläge 31 in Form dieser Längsstifte 36 befinden sich jeweils auf der dem Radialstift 35 je Kugel 24 gegenüberliegenden anderen Seite der jeweils zugeordneten Kugel 24. In der in Fig. 1 - 3 gezeigten Spannstellung bei festgespanntem Werkzeug 15 und eingeschaltetem Motor wird über die Klemmkraft und Reibung mit dem Werkzeug 15 auch die Spannscheibe 21 in Arbeitsrichtung gemäß Pfeil 9 mitgenommen und über die Längsstifte 36 gleichermaßen die Spannmutter17.
Die Längsstifte 36 schlagen dabei in Pfeilrichtung 9 an den jeweils vorgelagerten Kugeln 24 an, die dabei gegen die jeweils vorgelagerten Radialstifte 35 des Betätigungsgliedes 28 drücken. Das Betätigungsglied 28 ist gegensinnig zur Umlaufrichtung gemäß Pfeil 9, die zugleich der Löserichtung entspricht, federbelastet. Dies ist durch jeweilige zylindrische Schraubenfedern 38 erreicht, die innerhalb der von den Ringflächen 25, 26 und 32 gebildeten Führungsrille plaziert und in Umfangsrichtung wirksam sind. Jede Schraubenfeder 38 ist dabei im Umfangsbereich zwischen einem Längsstift 36 und einem Radialstift 35 angeordnet und endseitig an diesen abgestützt. Mittels dieser Schraubenfedern 38 ist das Betätigungsglied 28 relativ zur Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 in der zum Pfeil 9 gegensinnigen Richtung derart federelastisch beaufschlagt, daß der jeweilige Radialstift 35 die jeweils vorgelagerte Kugel 24 in Richtung gegensinnig zum Pfeil 9 gegen den vorgelagerten Längsstift 36 drückt. Über die Schraubenfedern 38 ist das Betätigungsglied 28 mithin in der in Fig. 1 - 3 gezeigten Spannstellung, relativ zur Spannmutter 17 mit Spannschreibe 21, gehalten.
Die Spannschreibe 21 ist an der Spannmutter 17 unter Belassung einer zumindest geringfügigen Axialbewegung gesichert. Hierzu dient ein Federring 39, der in einer Nut 40 auf der äußeren Umfangsfläche der Nabe 19 der Spannmutter 17 im wesentlichen paßgenau aufgenommen ist, und zwar so, daß der Federring 39 in die Nut 40 etwa mit seinem halben Querschnitt eintaucht, während die andere Hälfte seines Querschnittes radial übersteht. Die Spannscheibe 21 enthält auf der inneren Umfangsfläche 27 der Nabe 23 eine dem Federring 39 zugeordnete Nut 41, die jedoch eine größere Axialbreite als der Federring 39 und die Nut 40 aufweist. Die radial gemessene Tiefe der Nut 41 entspricht etwa der anderen Hälfte des Querschnitts des Federringes 39. Nicht besonders gezeigt ist, daß die Flanken der Nut 40 und/oder 41 angeschrägt sein können, wodurch ein leichtes Zusammenschieben und späteres Lösen der Spannscheibe 21 und Spannmutter 17 in Axialrichtung möglich ist.
In den Zwischenräumen zwischen dem Ring 29 und der Spannscheibe 21 auf dessen einer Axialseite sowie dem Flansch 18 der Spannmutter 17 auf dessen anderer Axialseite können nicht weiter gezeigte Dichtelemente, z.B. Schaumgummiringe, angeordnet sein, die eine Abdichtung gegen Eindringen von Schmutz, z.B. Schleifstaub, od. dgl. gewährleisten. Die Dichtelemente werden bei der Montage eingelegt.
Fig. 1 - 3 zeigt die beschriebene Spanneinrichtung in der Spannstellung, in der über die Spannscheibe 21, axial abgestützt über die kugeln 24 an der Spannmutter 17, das Werkzeug 15 axial am Flansch 16 festgespannt ist.
Soll das Werkzeug 15 entfernt und gewechselt werden, so wird über geeignete Mittel der Flansch 16 und/oder das Werkzeug 15 drehblockiert, was z.B. durch entsprechende Blockierung der Spindel 10 z.B. mittels einer in der Handwerkzeugmaschine integrierten Spindelarretiereinrichtung erfolgen kann. Unter Umständen reicht evtl. auch die Reibung im Getriebe bis hin zum Motor aus, die Spindel 10 zumindest in Grenzen an einer Drehung in Pfeilrichtung 9 zu hindern. Zum Lösen wird dann das Betätigungsglied 28 in Arbeitsrichtung gemäß Pfeil 9 von Hand gedreht, wobei die Radialstifte 35 von den Kugeln 24 abheben und unter Zusammendrücken der Schraubenfedern 38 in Umfangsrichtung in Richtung auf die Längsstifte 36 der relativ dazu nicht drehenden Spannscheibe 21 mit Spannmutter 17 bewegt werden. Bei dieser Bewegung wälzen sich die Kugeln 24 auf den durch die Ringflächen 25, 26 und 32 gebildeten Bahnen ab, wobei die Kugeln 24 ebenfalls in Umfangsrichtung gemäß Pfeil 9 wandern. Sobald die Kugeln 24 bei dieser Bewegung die Aussparungen 33 in der Ringfläche 25 der Spannscheibe 21 erreicht haben, tauchen die Kugeln 24 axial in diese Aussparungen 33 ein. In dieser Stellung kann die Spannscheibe 21 axial dem Spanndruck ausweichen, d.h. bei der Betrachtung in Fig. 1 sich axial zumindest geringfügig in Richtung auf die Spannmutter 17 und den Ring 29 verlagern, zumindest so weit, daß eine entsprechende axiale Entspannung erzielt wird. Daraufhin kann die Kompletteinheit, bestehend aus Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 und Betätigungsglied 28, vollends leicht von Hand abgeschraubt werden. Die relative Schwenkbewegung des Betätigungsgliedes 28 zum axialen Entspannen der Spannscheibe 21 wird dadurch begrenzt, daß die Radialstifte 35 dann, wenn die Schraubenfedern 38 ganz zusammengedrückt sein sollten, an den Längsstiften 36 anschlagen. Sobald die axiale Entspannung erfolgt ist und die Kompletteinheit vollends leicht von Hand abgeschraubt werden kann, erfolgt die Rückstellung der Kugeln 24 selbsttätig aufgrund der sich entspannenden Schraubenfedern 38. Durch den Federdruck auf die Radialstifte 35 wird das Betätigungsglied 28 relativ zur Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 wieder in die in Fig. 1 - 3 gezeigte Ausgangsstellung zurückgedreht, wobei durch die Abrollbewegung der Kugeln 24 diese wieder aus den Aussparungen 23 heraus bewegt und in die gezeigte Position zurück bewegt werden. In dieser Position ist die Kompletteinheit, bestehend aus Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 und Betätigungsglied 28, bereit zum Festspannen eines neuen, eingesetzten Werkzeuges. Hierzu reicht es aus, diese Kompletteinheit beim Aufschrauben auf den Gewindeabsatz 13 gegensinnig zum Pfeil 9 leicht anzuziehen und damit das neue Werkzeug 15 leicht festzuziehen, da beim nachfolgenden Einschalten des Motors sich das Werkzeug 15 im Betrieb von selbst festzieht.
Die bei der Relativdrehung zwischen dem Betätigunsglied 28 und der Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 erfolgende Reibung ist dank der Kugeln 24 eine Rollreibung, die somit praktisch vernachlässigbar klein ist.
Die beschriebene Spanneinrichtung ist einfach, kostengüngstig und schnell, sicher und leicht zu handhaben. Sie ermöglicht einen schnellen und sicheren Wechsel des Werkzeuges 10, ohne daß man hierzu zusätzliche, besondere Werkzeuge benötigt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß auch vorhandene Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Schleifmaschinen, nachträglich ohne sonstigen Umbau mit dieser Spanneinrichtung ausgerüstet werden können. Hierzu muß lediglich deren herkömmliche Spannmutter ersetzt werden durch das kompletteil, bestehen aus Spannmutter 17 mit Spannscheibe 21 und Betätigungsglied 28. Im übrigen kann die Spannmutter 17 so ausgebildet werden, daß diese nach wie vor erforderlichenfalls auch einen Angriff eines besonderen Werkzeuges, z.B. in Form eines Zweilochmutterdrehers, ermöglich, so daß darüber die Spannmutter 17 und mithin das gesamte Kompletteil in besonders hartnäckigen Fällen, z.B. im angerosteten Zustand, auch noch in üblicher Weise mittels eines solchen Hilfswerkzeuges gelöst werden kann. Die Spanneinrichtung ist nicht auf eine Schleifscheibe als Werkzeug 15 beschränkt. Vielmehr können in gleicher Weise werkzeuglos auch sonstige Werkzeuge, z.B. Spannscheiben, Bürsten, Gummiteller od. dgl., gespannt werden.