Der „Watch-ima-Collet“: Die tickende Geschichte der Spannzange

Und da uns die Ingenieurkunst im Blut liegt, werfen wir (ganz kurz) einen Blick darauf, wie sie funktionieren.

Es liegt alles am Gelenk

Eine einfach geschlitzte Spannzange federt am unteren Ende des Schlitzes und klemmt nur ganz oben. Eine doppelt geschlitzte Spannzange hingegen klemmt durchgehend, indem sie effektiv doppelt gelenkig ist und sich „paralleler“ schließt. Blondihacks erklärt es unten sehr gut.

Offensichtlich ist die Stabilität umso besser, je mehr Kontakt die Spannzange mit dem Werkstück/Werkzeug hat – und desto günstiger ist der Werkzeugverschleiß (dank geringerem Rundlauf).

Aber Spannzangen sahen (oder funktionierten) nicht immer so. Tatsächlich sahen sie bei ihrer ersten Verwendung ganz anders aus…

ER-Spannzangen-Varianten

Die Zeit zurückdrehen

Die Ursprünge der Spannzange scheinen auf die Uhrmacherei zwischen dem späten 18. und frühen 19. Jahrhundert hinzuweisen. Dies war eine Zeit, in der Industriemaschinen und Präzisionstechnik nicht nur für die Wirtschaft, sondern auch für unsere Handgelenke/Taschen an Bedeutung gewannen.

Frühe Formen von Spannzangen sollen einfache, konische Hülsen (im Gegensatz zu geschlitzten/gelenkigen) gewesen sein, die dazu dienten, winzige, zylindrische Werkstücke – d. h. die Mechanismen im Inneren einer Uhr – zu halten.

Um die bevorstehenden Spannzangenentwicklungen besser zu verstehen, müssen wir uns jedoch zunächst die Maschinen ansehen, auf denen sie verwendet wurden: die Drehmaschine. Es ist also an der Zeit, in das geschäftige Dorf Fleurier zurückzukehren und den Weg zu den Spannzangen zu verfolgen, die wir heute kennen und verwenden.

Nie zu spät, immer pünktlich: die frühen Entwicklungen der Drehmaschine

Unabhängig von den größeren Industriedrehmaschinen gab es zwei frühe Typen von Drehmaschinen, die sich mehr auf Präzisionsarbeiten konzentrierten: die „Schweizer Universalmaschine“ und die „Englische Dornmaschine“. Sie entwickelten sich zum Vorteil der Uhrmacher. Tatsächlich war es der Uhrmacher G. Ve Vauscher, der die Schweizer Universalmaschine im 18. Jahrhundert erfunden zu haben scheint. Wo? Sie haben es erraten. Fleurier.

Laut Lathes UK (die eine Website voller Informationen über Drehmaschinen haben) wurde die Schweizer Drehmaschine aus einem Stück Bronzelegierung gefertigt. Und ihre Entwicklungsziele waren zweifach: die Maschine so kompakt wie möglich zu machen und die Fesseln einer komplexen seilgetriebenen Vorgelegewelle zu lösen. Das Ergebnis? Eine handbetätigte Kurbel mit Übersetzungsverhältnis, spiralförmige Zahnräder und ein Support für eine einfache Bedienung.

Obwohl die Schweizer Universalmaschine zu dieser Zeit nützlich war, war sie immer noch langsam und nicht in der Lage, kleine Werkstücke an ihrem Außendurchmesser zu halten. Ein Problem, das im Laufe der Zeit von einem wichtigen Charles S. Moseley überwunden werden sollte.

Zeit, die Spannzange einzuführen

Die Uhrmacherei gab es natürlich nicht nur in Fleurier. Tatsächlich erfand Charles S. Moseley im mittleren 19. Jahrhundert (um 1858) jenseits des Atlantiks und in den USA eine Drehmaschine, die Vauschers Maschine überflüssig machen sollte.

„Warum?“, fragen Sie. Nun, Moseleys Maschine war in der Lage, Spannzangen – oder Spundfutter, wie sie damals genannt wurden – zu halten, was bedeutete, dass Uhrmacher nun eine Drehmaschine hatten, die ein Werkstück an seinem Außendurchmesser halten konnte. (Houston, wir haben Abflug!)

Moseleys Ruf war berüchtigt. Er verwendete nur die besten Materialien und Handwerker, um seine Drehmaschinen zu bauen und zusammenzusetzen. Wie ein Katalog, der seine Drehmaschinen verkaufte, beschreibt…

„Die Spindel des Spindelstocks, die die Spannfutter aufnimmt, das lose Lager, das an die Spindel angepasst ist, und die vorderen und hinteren Buchsen, in denen sie laufen, bestehen alle aus der besten Qualität von kohlenstoffreichem Tiegelstahl, sorgfältig auf einen hohen Härtegrad gehärtet und mit speziellen Schleifmaschinen, unter Verwendung spezieller Korund- und Aluminiumoxid-Schleifscheiben, auf Standard und Ausrichtung geschliffen.“

Aber jetzt haben wir ein paar Wendungen... und die Zeitachse der Spannzangenentwicklung beginnt etwas unklar zu werden…

Spannzangen-Verwirrung

1862, 4-5 Jahre nachdem Moseleys Drehmaschine auf den Markt kam, verbesserte John Stark Sr. Moseleys Drehmaschinendesign und erleichterte Miniatur-Präzisionsarbeiten durch die Einführung eines Hochgeschwindigkeits-Spindelstocks. Das scheint klar genug, oder?

Nun, er behauptete auch, die geteilte Spannzange (oder „Futter“) selbst erfunden zu haben. Ja, 4-5 Jahre nachdem Moseleys Drehmaschinen bereits Spannzangen akzeptiert hatten. Hmm…

Tatsächlich deuten mehrere Quellen darauf hin, dass Moseley der Erfinder des „Drahtfutters“ war – ein spezialisiertes Werkzeug, das sich perfekt zum Halten kleiner, empfindlicher Werkstücke (z. B. feine Drähte für Uhrwerke) ohne Beschädigung eignete. Es ist jedoch unklar, wann dies erfunden wurde oder ob es ein anderes Futter war als das in seiner ursprünglichen Drehmaschine.

Als zufällige Randbemerkung: Moseleys „Drahtfutter“ hatte angeblich auch eine maximale Durchgangsbohrung von 0,204 Zoll (5 mm).

Dennoch spielte John Stark Sr. eine wichtige Rolle in der Uhrmacherei. Seine Firma, Stark, stellte eine Reihe von spezialisierten Maschinen und Werkzeugen für die Uhren- und Uhrenfertigung her. Nach seiner Drehmaschine von 1862 führte er die „Präzisions-Tischdrehmaschine“ ein, die kleine, präzise Aufgaben noch leichter machte.

Lathes UK teilt mit, dass Starks Präzisionsdrehmaschine anderen weit voraus war (zumindest in Bezug auf die Verwendung von Materialien und Techniken im Vergleich zu anderen Drehmaschinen der damaligen Zeit). Tatsächlich ermöglichte sie die Montage von Gewindefuttern, Planscheiben und anderen Armaturen, was es Uhrmachern ermöglichte, Qualitätsarbeiten wie nie zuvor zu produzieren. Es überrascht nicht, dass sie beliebt war.

Es scheint also, dass sowohl Moseley als auch Stark Spannfutter hergestellt haben. Und wir können nicht klar sagen, wer zuerst kam. Nehmen wir also einfach an, dass sie, obwohl sie eine ähnliche Aufgabe hatten, unterschiedlich aussahen/funktionierten.

Was geschah als Nächstes?

Nun, bisher waren wir tief im Gebiet der Uhrmacherei vergraben. Und wie wir wissen, werden Spannzangen heute nicht nur in der Uhrmacherei verwendet.

Webster-Whitcombs (oder „WW“, wie sie weithin bekannt waren) Entwicklung in den Jahren 1888/89 scheint die letzten Schritte der Spannzange vor dem Eintritt in die Welt der Schwerzerspanung zu sein.

Und im Gegensatz zu den anderen Uhrmacherdrehmaschinen der damaligen Zeit hatte diese Drehmaschine jahrelang doppelt gefuttert.

Ihre „50 mm Spitzenhöhe Webster-Whitcomb“ Uhrmacherdrehmaschine war auf Langlebigkeit ausgelegt. Ihre Spindel und Lager wurden aus den feinsten Güteklassen von gehärtetem, geschliffenem und geläpptem Stahl hergestellt, sodass sie scheinbar ewig mit hohen Geschwindigkeiten laufen konnten. So weit Uhrmacherdrehmaschinen gingen, war dies das Nonplusultra.

Noch wichtiger war jedoch, dass diese Drehmaschine eine weitere Form der Spannzange auf den Markt brachte: die Zugspannzange.

Zurückziehen, zielen, schießen

Als wir ins 20. Jahrhundert eintraten, explodierten die „inneren Uhrentechniken“ in größere, industriellere Anwendungen. Hardinge Brothers, oder Hardinge, wie sie heute bekannt sind, spielten eine besonders wichtige Rolle.

Gegründet in Chicago von den kanadischen Brüdern Henry und Franklin Hardinge, stellten Hardinge Brothers Präzisionswerkzeugmaschinen für den industriellen Einsatz her. Einige Online-Informationen deuten darauf hin, dass Hardinge die 5C-Spannzange 1901 erfunden hat. Und da Hardinge-Kataloge um 1918 „Rückzugsspannfutter“ (Spannzangen mit Außengewinde, die die Spannzange in einen Konus zogen) zeigten, erscheint dies plausibel.

Und da sie um 1930 an ein Unternehmen zur Herstellung von Spannzangen übergingen, könnte dies der Zeitpunkt gewesen sein, an dem die Rückzugsspannzange zur berüchtigten 5C-Spannzange wurde.

Patente. Patente überall!

Nach Hardinge's Spannzangenentwicklungen wird die Zeitachse schnell sehr voll.

In den nächsten 70 Jahren wurden eine Reihe von Patenten dokumentiert. Zum Beispiel patentierte die Van Norman Machine Tool Co. 1929 dieses Verfahren zur Herstellung einer Spannzange.

Spannzangenpatent US1735804 | Quelle: Google Patents

1932 gab es ein Patent für eine Vorschubspannzange von Luers John Milton, die es ermöglichte, Material durch die Spannzange zu führen und zentriert zu halten.

Vorschubspannzangenpatent US1842036 | Quelle: Google Patents

1944 wurde das Spannzangenfutterpatent von Allison Chuck Products, Inc. erteilt, das es ermöglichte, das Spannzangenfutter ein- oder auszurücken, ohne die Spindel anzuhalten.

Spannzangenfutterpatent US2345069 | Quelle: Google Patents

Und es gab viele, viele weitere. Es ist wahrscheinlich, dass irgendwann zwischen hier und den 1970er Jahren die E-Spannzange eingeführt wurde. Wo, wer oder wie, ist unklar. Aber wir wissen, dass die berüchtigte ER-Spannzange eine Weiterentwicklung der bereits existierenden E-Spannzange war. Lassen Sie uns das als Nächstes betrachten.

Die ER-Spannzange

Fast wie das Schicksal kommen wir wieder in der Schweiz an. Denn hier erfolgte die nächste große Entwicklung der Spannzange. Die ER-Spannzange. Aufbauend auf der weniger dokumentierten E-Spannzange entstand die ER-Spannzange, wie viele technische Fortschritte, als Lösung für ein Problem.

Das Problem: Wenn man eine Spannzange fest genug in den Werkzeughalter presst, klemmt sie fest. Um sie herauszubekommen, benutzt man dann das Lieblingswerkzeug jedes Ingenieurs… einen Hammer. Und schlägt fest darauf. Und während das gut ist, um Stress abzubauen, ist es nicht so gut für die Spannzange. Daher wurden (obwohl man einen Messingstab oder ein Stück Holz verwendete) viele beschädigt und werden immer noch beschädigt.

Dieses Problem wurde Fritz Weber und seinem Team bei Rego-Fix vorgelegt, und 1972 kam die ER-Spannzange heraus. (Es sieht so aus, als ob dies auch die erste doppelt geschlitzte Spannzange gewesen sein könnte.)

Neben den Vorteilen der doppelt geschlitzten gegenüber der einfach geschlitzten Spannzange fügte die ER-Spannzange eine Extraktionsnut an der Außenseite und dann eine spezielle Mutter mit einer Lippe im Inneren hinzu, was das Entfernen der Spannzange erleichterte. Fritz Weber und sein Team übernahmen das E der bestehenden E-Spannzange, führten die speziellen Entfernungsmerkmale ein und fügten das „R“ hinzu. Das „R“ kam jedoch von Rego-Fix, nicht von Entfernung…

Zeit, einen Schlussstrich zu ziehen?

Niemals! Seit der Einführung der ER-Spannzange sind weitere Nischenentwicklungen auf den Markt gekommen. Obwohl die Grundprämisse für alle dieselbe ist, gibt es heute Spannzangen, die besser für spezifische Anwendungen geeignet sind oder um Fertigungsprozesse weiter zu „effizienzieren“.

Royal Products führte einen „Schnellwechsel“ ein, um den Spannzangenwechsel zu beschleunigen.

Einige Unternehmen bieten heute versiegelte Spannzangen an, um vor Verunreinigungen und Schmutz zu schützen. Und es gibt noch präzisere Spannzangen für Luft- und Raumfahrt- und pharmazeutische Anwendungen, die eine bessere Rundlaufgenauigkeit und weniger Rundlauf ermöglichen.

Es gibt sogar einige hydraulische Spannzangen, sogenannte „Power Collets“, die Hydraulik nutzen, um Material unter besonders hohen Kräften stabil zu halten.

So begannen wir in der schönen, geschäftigen Stadt Fleurier mit der Schweizer Universal-Drehmaschine, und heute haben wir unzählige Typen, Formen und Größen von Spannzangen, die eine ganze Reihe von Bearbeitungsaufgaben in den unterschiedlichsten Bearbeitungsumgebungen auf der ganzen Welt ermöglichen.

Für uns ist es Zeit, den Tag zu beenden. Aber nicht ohne einen besonderen Dank an Tony von Lathes UK, dessen Website viele Lücken in diesem Artikel füllen half. Seine Website ist vollgepackt mit detaillierten Informationen rund um Drehmaschinen. Hier ist ein Link zu seiner Website, falls Sie mehr lesen möchten.

Ich habe mein Bestes getan, um so gründlich wie möglich zu sein, aber wenn Sie einen Fehler entdecken, lassen Sie es mich bitte wissen. Bis zum nächsten Mal!