AT396887B - Vorrichtung zur verbindung zweier maschinenteile, insbesondere zweier werkzeugteile von werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

AT396887B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylindrischen Paßzapfen und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, wobei das andere Werkzeugteil im Bereich der Paßbohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde mit je einer Schraube aufweist, die mit einem in einer senkrecht zur Paßzapfenachse verlaufenden Querbohrung des Paßzapfens verschiebbaren Spannbolzen axial versetzt so zusammenwirkt, daß beim relativen Andrücken der Schrauben an den Spannbolzen im Bereich je einer kegelförmigen Vertiefung die Werkzeugteile axial aneinandergepreßt werden.

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt (GB-B-2094191, DE-C-3632045 und DE-C-3643407), bei denen die Schrauben und der Spannbolzen im Bereich rotationssymmetrischer Ansätze und kegelförmiger Vertiefungen gegeneinander anliegen. Die Ansätze sind dort an den Stirnseiten der Schraub«! und/oder des Spannbolzens angeformL Beim Anziehen einer der Schrauben wird auf den Spannbolzen eine Spannkraft ausgeübt, die auch eine axial gerichtete Kraftkomponente aufweist. Die Spannkraft erzeugt an der gegenüberliegenden Schraube eine Reaktionskraft gleicher Größe, die ebenfalls mit einer axial gerichteten Kraftkomponente auf den Spannbolzen einwirkt. Durch diese beiden axial gerichteten Kraftkomponenten werden die Ringfläche und die Stirnfläche mit einer bestimmten Verspannkraft aneinandergepreßt. Die Größe der Verspannkraft hängt im wesentlichen von dem Anzugsmoment, welches auf die Schraube ausgeübt wird, ab. Bei Paßzapfen mit einem kleinen Durchmesser und entsprechend kleinen Schrauben kann das Anzugsmoment nicht beliebig gesteigert werden, da sonst ein Ausbrechen der Gewinde befürchtet werden muß. Andererseits hat es sich bei Paßzapfen mit großem Durchmesser und entsprechend großen Schrauben gezeigt, daß ab einem bestimmten Drehmoment die Verspannkraft nicht mehr linear mit dem Anzugsmoment zunimmt, sondern sich nur unwesentlich erhöhen läßt. Von der Verspannkraft hängt jedoch die Steifigkeit der Verbindung und auch das durch die Verbindung übertragbare Drehmoment ab. Hinzu kommt, daß im Hinblick auf die einstöckige Verbindung der Ansätze mit dem Spannbolzen und/oder der Schrauben beim Anziehen einer Schraube mindestens an einem der beiden Kraftangriffspunkte eine Gleitbewegung zwischen Spannbolzen und Schraube stattfindeL Aufgrund der hohen Flächenpressung kann diese Gleitbewegung zu einem frühzeitigen Verschleiß fuhren.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verbindungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß ohne Erhöhung des Anzugsdrehmoments der Schraube eine wesentliche Vergrößerung der Verspannkraft erzielt werden kann und ein geringerer Verschleiß auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Kugelpfanne der Schraube(n) oder des Spannbolzens versenkt und drehbar gelagerte Kugeln angeordnet sind, daß die Tiefe der Kugelpfanne größer als der halbe Kugeldurchmesser ist, und daß der die Kugel umgebende Randbereich dar Kugelpfanne zur Kugel hin umgebördelt ist, wobei sich die Kugeln und die kegelförmigen Vertiefungen an jeweils einem Kraftangriffspunkt berühren, der im Abstand von den freien Enden des Spannbolzens und der Schrauben liegt. Vorteilhafte Ausgestaltung«! und Weiterbildungen der Erfindung sind in der Beispielsbeschreibung erläutert.

Es hat sich gezeigt, daß mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen sich bei einem vorgegebenen Anzugsdrehmoment der Schraube eine wesentlich höhere axiale Verspannkraft zwischen den beiden Maschinenteilen erreichen läßt So konnte beispielsweise bei einem Paßzapfendurchmesser von 28 mm die mit den bisherigen kegelförmigen Ansätzen von Schraube und Spannbolzen erreichbare Spannkraft von 1,51 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf 2,5 t gesteigert werden. Desweiteren hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß an den Schrauben und Spannbolzen ein geringerer Verschleiß auftritt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,

Figur 2 einen Teil-Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles,

Figur 3 einen Axialschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles.

Die Erfindung ist anhand zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen erläutert Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt ich jedoch überall dort, wo es auf höchste Zentriergenauigkeit und hohe Verspannkraft ankommt ebenso mit Vorteil anwenden. So könnte die Erfindung auch zur Verbindung eines Werkzeugteiles mit ein«' Werkzeugmaschinenspindel, oder zum genauen gegenseitigen Ausrichten und Verspannen von anderen Maschinenteilen verwendet werden.

Das eine Werkzeugteil (1) weist einen zylindrischen Paßzapfen (2) auf, der von einer senkrecht zur Zapfenachse (A) verlaufenden Ringfläche (3) umgeben ist. In dem anderen Werkzeugteil (4) ist zur Aufnahme des Paßzapfens eine Paßbohrung (5) vorgesehen. Der Paßzapfen (2) weist eine Querbohrung (6) auf, in welcher ein Spannbolz«! (7) radial zur Zapfenachse (A) verschiebbar ist Der Spannbolzen (7) weist an seinem einen Ende «ne kegelförmige Vertiefung (8) auf. An seinem anderen Ende trägt d« Spannbolzen (7) eine Kugel (9), die in ein« Kugelpfanne (10) drehbar gelagert ist Die Tiefe (t) dieser Kugelpfanne (10) ist etwas größer als der Kugeldurchmess« (d). Der die Kugel (9) umgebende Bereich des Endes (7a) des Spannbolzens (7) ist zu der -2-

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Kugel hin umgebördelt bzw. eingezogen, so daß die Kugel (9) in dem Spannbolzen (7) gehalten ist, sich jedoch in der Kugelpfanne (10) drehen kann.

Die in dem anderen Werkzeugteil (4) vorgesehene Paßbohrung (5) ist von einer ringförmigen Stirnfläche (11) konzentrisch umgeben, die ebenfalls senkrecht zur Zapfenachse (A) angeordnet ist. Das andere Werkzeugteil (4) weist im Bereich der Paßbohrung (5) zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde (12) auf, in welche zwei Schrauben (13), (14) eingeschraubt sind. Die eine Schraube (14) dient dabei als Betätigungsschraube, während die andere Schraube (13) fest in das Werkzeugteil (4) eingeschraubt ist und ein Widerlager bildet. Die Schraube (13) ist mit einer kegelförmigen Vertiefung (15) versehen. Der Spitzenwinkel (a) dieser kegelförmigen Vertiefung (15) sowie auch der kegelförmigen Vertiefung (8) im Spannbolzen (7) kann zwischen etwa 40° und 120° liegen. Je kleiner der Spitzenwinkel ist, desto höher ist die erreichbare Verspannkraft, desto größer ist aber auch der Verstellweg der Schraube (14) in Richtung ihrer Achse (Al).

Die Schraube (14) weist ebenfalls eine Kugel (17) auf, welche in einer Kugelpfanne (16) in der gleichen Weise angeordnet ist wie die Kugel (9) in der Kugelpfanne (10).

Wie weiterhin aus Figur 1 zu entnehmen ist, weisen die Achsen (Al) der Schrauben (13), (14) von der Stirnfläche (12) einen Abstand (al) auf, der etwas größer ist als der Abstand (a2) der Achse (A2) der Querbohrung (6) bzw. des Spannbolzens (7) von der Ringfläche (3). Auf diese Weise wird erreicht, daß in der in Figur 1 dargestellten Spannstellung die Kugeln (9), (17) jeweils in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegelförmigen Vertiefung (15) bzw. (8) sind. Der Berührungspunkt oder das Berührungsfeld, an dem die Kugeln (9) bzw. (17) an den kegelförmigen Vertiefungen (15) bzw. (8) anliegen, sind in folgendem mit Kraftangriffspunkt (P) bezeichnet, da an diesen Punkten die Spannkräfte von den Schrauben (13), (14) auf den Spannbolzen übertragen werden.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die Kraftangriffspunkte (P) in axialem Abstand (rl) bzw. (r2) von den freien Enden (7b) des Spannbolzens bzw. (13b) der Schraube (13) angeordnet and. Hierdurch wird eine Berührung und Kraftübertragung an der Kante zwischen der jeweiligen kegelförmigen Vertiefung (8) bzw. (15) und der zugehörigen Endfläche (7b) bzw. (13b) vermieden. Es werden damit unzuverlässige Flächenpressungen und Kantendrücke an den genannten Kanten vermieden. Die Kraftübertragung erfolgt dort, wo der Spannbolzen (7) bzw. die Schraube (13) bereits eine verhältnismäßig große Wandstärke aufweist. Durch Abstimmung des Spitzenwinkels (a) der kegelförmigen Vertiefung (8), (15), ihres Basisdurchmessers und des Kugeldurchmessers (d) kann man erreichen, daß die Kraftangriffspunkte (P) jeweils in dem gewünschten axialen Abstand (rl) bzw. (r2) von den freien Enden (7b) bzw. (13b) liegen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kugeln (9), (17) aus Hartmetall hergestellt sind.

Der Kugeldurchmesser (d) sollte etwa 2/3 des Durchmessers (D) der Spannschraube (14) betragen.

Beim Anziehen der Schraube (14) kommt zunächst deren Kugel (17) an der kegelförmigen Vertiefung (8) des Spannbolzens (7) zur Anlage und verschiebt den Spannbolzen (7) gemäß der Zeichnung nach links, bis dessen Kugel (9) an der kegelförmigen Vertiefung (15) der Schraube (13) anliegt. Durch den bezüglich der Paßzapfenachse (A) axialen Versatz der beiden Achsen (Al) und (A2) ist dabei die oben erwähnte einseitige Anlage der Kugeln (9), (17) an den zugehörigen kegelförmigen Vertiefungen (15), (8) gewährleistet Die radial wirkende Spannkraft (Fl) der Schraube (14) erzeugt an der Schraube (13) eine gleich große, entgegengesetzt wirkende Reaktionskraft (F2). Die Spannkraft (Fl) und die Reaktionskraft (F2) bewirken an den Kraftangriffspunkten (P) schräg nach innen gerichtete Kräfte (F), deren Richtung senkrecht zu den Mantellinien der kegelförmigen Vertiefungen (8), (15) verläuft. Diese Kräfte (F) haben auch jeweils eine in Richtung der Zapfenachse (A) gerichtete Kraftkomponente (FA). Da die Kraftkomponente (FA) durch jede der beiden Schrauben (13), (14) erzeugt wird, werden die Ringfläche (3) und die Stirnfläche (11) mit einer Verspannkraft (V) aneinandergepreßt, die zweimal so groß ist wie die Kraftkomponente (FA).

Um die Verspannkraft (V) noch zu steigern, kann man gemäß Figur 2 den Spitzenwinkel (al) der kegelförmigen Vertiefung (15') der Schraube (13‘) und dementsprechend auch den Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefung des Spannbolzens auf beispielsweise 50° verkleinern. Hierdurch wird die axial gerichtete Kraftkomponente (FA') und demzufolge auch die Verspannkraft größer.

Die Erfindung soll nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein. So wäre es beispielsweise auch denkbar, Kugeln an beiden Enden des Spannbolzens vorzusehen, wobei dann beide Schrauben mit kegelförmigen Vertiefungen ausgerüstet wären. Ferner könnten gegebenenfalls auch an jeder der beiden Schrauben Kugeln angeordnet sein, wobei dann der Spannbolzen an beiden Enden mit kegelförmigen Vertiefungen versehen wäre.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Teile gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Obige Beschreibung trifft deshalb sinngemäß auch auf das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zu. Im Gegensatz zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Spannen und Lösen der Verbindung radial von außen erfolgt, ist bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zentrale Betätigungsvorrichtung vorgesehen. Der Spannbolzen besteht in diesem Fall aus zwei identischen Spannbolzenteilen (7’), von denen jedes an seinem äußeren Ende eine in einer Kugelpfanne (10) des Spannbolzens (7*) gelagerte Kugel (9) trägt. Die Ausgestaltung -3-

Claims (5)

1. AT 396 887 B der Lagerung dieser Kugeln (9) und ihr Zusammenwirken mit den Schrauben (13) entspricht dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Beide Schrauben (13) bleiben in diesem Fall fest in die Werkzeugmaschinenspindel (20) eingeschraubt. Sie können bei Verschleiß leicht ausgetauscht werden. Jedes der beiden Spannbolzenteile (7') weist an seinem inneren Ende (7c) eine Schrägfläche (21) auf, wobei die beiden Schrägflächen entgegengesetzt zueinander geneigt sind. Zwischen den inneren Enden (7c) der Spannbolzenteile (7') ist ein Spannkeil (23) angeordnet, der mit der Betätigungsstange (24) fest verbunden ist und mittels dieser in Richtung der Paßzapfenachse (A) verstellbar ist Die Betätigungsstange kann mit einem Anzugsbolzen (25) verbunden sein. An diesem Anzugsbolzen (25) kann eine nicht dargestellte Spannzange einer ebenfalls nicht dargestellten, in der Werkzeugmaschinenspindel (20) axial verschiebbaren Zugstange angreifen. Wird auf diese Weise auf die Betätigungsstange (24) eine in Richtung (B) wirkende Zugkraft ausgeübt, dann werden die Spannbolzenteile (7') unter Wirkung der Keilflächen (23a) des Spannkeiles (23) radial nach außen gedrückt. Bei Berührung der Kugeln (17) in den kegelförmigen Vertiefungen (15) wird wiederum die Ringfläche (3) des Werkzeugteiles (1) an die Stirnfläche (20a) der Werkzeugmaschinenspindel (20) angepreßt. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylindrischen Paßzapfen und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, wobei das andere Werkzeugteil im Bereich der Paßbohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde mit je einer Schraube aufweist, die mit einem in einer senkrecht zur Paßzapfenachse verlaufenden Querbohrung des Paßzapfens verschiebbaren Spannbolzen axial versetzt so zusammenwirkt, daß beim relativen Andrücken der Schrauben an den Spannbolzen im Bereich je einer kegelförmigen Vertiefung die Werkzeugteile axial aneinandergepreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kugelpfanne (10,16) der Schraube(n) (13) oder des Spannbolzens (7) versenkt und drehbar gelagerte Kugeln (9,17) angeordnet sind, daß die Tiefe (t) der Kugelpfanne (10,16) größer als der halbe Kugeldurchmesser (d) ist, und daß der die Kugel (9,17) umgebende Randbereich der Kugelpfanne (10,16) zur Kugel (9,17) hin umgebördelt ist, wobei sich die Kugeln (9,17) und die kegelförmigen Vertiefungen (8,15,15') an jeweils einem Kraftangriffspunkt (P) berühren, der im Abstand (rl, r2) von den freien Enden (7b, 13b) des Spannbolzens (7) und der Schrauben (13) liegt
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (9,17) aus Hartmetall bestehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugeldurchmesser (d) etwa 2/3 des Durchmessers (D) der Schraube (14) beträgt
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel (al) der kegelförmigen Vertiefungen (8,15,15') zwischen etwa 40° und 120° liegt
5. 5. Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylindrischen Paßzapfen und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, wobei das andere Werkzeugteil im Bereich der Paßbohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde mit je einer Schraube aufweist, die mit einem in einer senkrecht zur Paßzapfenachse verlaufenden Querbohrung des Paßzapfens verschiebbaren Spannbolzenanordnung axial versetzt so zusammenwirkt, daß beim relativen Andrücken der Schrauben an die Spannbolzenanordnung im Bereich je einer kegelförmigen Vertiefung die Werkzeugteile axial aneinandergepreßt werden, wobei die Spannbolzenanordnung aus zwei voneinander getrennten Spannbolzenteilen besteht, die an ihren einander zugekehrten inneren Enden entgegengesetzt geneigte Schrägflächen aufweisen und wobei zwischen den inneren Enden ein mit seinen Keilflächen an den Schrägflächen anliegender Spannkeil vorgesehen ist, der in Richtung der Paßzapfenachse verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kugelpfanne (10) der Schraube(n) oder des Spannbolzens versenkt und drehbar gelagerte Kugeln (9) angeordnet sind, daß die Tiefe (t) der Kugelpfanne (10) größer als der halbe Kugeldurchmesser (d) ist und daß der die Kugel (9) umgebende Randbereich der Kugelpfanne (10) zur Kugel (9) hin umgebördelt ist, wobei sich die Kugeln (9) und die kegelförmigen Vertiefungen (15) an jeweils einem -4- 5 AT 396 887 B Kraftangriffspunkt (P) berühren, der im Abstand (rl, r2) von den freien Enden der Spannbolzenteile (7') und der Schrauben (13) liegt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-