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Die Erfindung befasst sich mit der rundlaufgenauen Einspannung rotierender
Maschinenelemente, insbesondere in einer Auswuchtmaschine.
Moderne spanabhebende Bearbeitungsmaschinen arbeiten häufig mit schnellaufenden Bohrern, Fräsern oder Schleifern (mit Drehzahlen im Bereich von 10. 000 bis 20. 000 Umdrehungen pro Minute, manchmal auch bis zu 40. 000 Umdrehungen pro Minute oder mehr), deren Zerspanungsleistung weniger auf einer hohen Schnittkraft und Schneidtiefe beruht als vielmehr auf den hohen Drehzahlen. Wegen der hohen Fliehkräfte, die bei diesen Drehzahlen entstehen, kann bereits eine geringe Unwucht der Werkzeuge und ihrer Aufnahmen ausgesprochen negative Folgen haben. Zum einen werden die Spindellager, in denen die Antriebsspindel der Bearbeitungsmaschine gelagert ist, ungleichmässig belastet und verschleissen schneller.
Zum anderen verschlechtert sich das Schnittergebnis, was sich z. B. durch eine verstärkte Oberflächenrauhigkeit der Schnittfläche bemerkbar machen kann. Wenn hier von Werkzeugaufahmen die Rede ist, so werden darunter alle möglichen Halterungen verstanden, in die die eigentlichen Fräs-, Bohroder Schleifwerkzeuge eingespannt werden können und die ihrerseits an die Antriebsspindel der Bearbeitungsmaschine angekuppelt werden können. Insbesondere wird dabei an marktgängige Werkzeugaufnahmen mit genormtem Steilkegel- oder Hohlsteilkegel-Kupplungsschaft gedacht.
Aus vorstehenden Gründen werden die Werkzeugaufnahmen zunächst auf einer Auswuchtmaschine ausgewuchtet, bevor sie in der Bearbeitungsmaschine zum Einsatz kommen. Gängige Massnahmen zur Auswuchtung sind die Anbringung von Zusatzgewichten oder von gewichtsreduzierenden
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Bohrungen. Damit eine gemessene Unwucht eindeutig der Werkzeug- aufnahme zugerechnet werden kann, werden an die Unwuchtfreiheit der rotierenden Teile der Auswuchtmaschine höchste Anforderungen gestellt.
Würde nämlich die gemessene Unwucht zumindest teilweise von der Auswuchtmaschine selbst herrühren, könnten die infolge der Messergebnisse an der Werkzeugaufnahme getroffenen Auswuchtmassnahmen im schlimm- sten Fall sogar zu einer Verstärkung der Unwucht der Werkzeugaufnahme führen. Als Problembereich hat sich nun die Einspannung der Werkzeug- aufnahme in der Auswuchtmaschine erwiesen. Eine bei einer bekannten Auswuchtmaschine vorgesehene Spannvorrichtung zur Einspannung der Werkzeugaufnahme umfasst eine Grundkörpereinheit, die an einer um eine Drehachse angetriebenen Maschinenspindel befestigt ist und eine zur Drehachse zentrische Aufnahmeöffnung aufweist, in die ein Kupplungs- schaft der Werkzeugaufnahme von einem Stirnende her axial einsteckbar ist.
Die Aufnahmeöffnung geht in axialer Richtung vollständig durch die Grundkörpereinheit hindurch. In der Aufnahmeöffnung ist eine Spannzange angeordnet, die an dem Kupplungsschaft der Werkzeugaufnahme angreift und durch eine relativ zur Grundkörpereinheit axial verstellbar an dieser geführte Zangenbetätigungseinheit betätigbar ist. Die Zangenbetätigungs- einheit ist durch zwei Gleitflächenpaarungen doppelt an der Grundkörper- einheit geführt. Um eine hohe Führungsgenauigkeit zu erreichen, können diese Paarungen als Übergangspassungen ausgeführt werden, jedoch mit der Folge, dass die Zangenbetätigungseinheit nur sehr schwergängig gegenüber der Grundkörpereinheit verstellbar ist. Grössere Toleranzen erlauben eine leichtgängigere Verstellung der Zangenbetätigungseinheit.
Es hat sich aber gezeigt, dass durch diese Toleranzen Rundlauffehler in die Messergebnisse einfliessen, die vor dem Hintergrund der hohen Anforderun- gen an die Rundlaufgenauigkeit der Auswuchtmaschine die Reproduzier- barkeit der Messungen erheblich beeinträchtigen. Durch die Doppelführung der Zangenbetätigungseinheit an der Grundkörpereinheit wird dies noch verstärkt. Reproduzierbare Unwuchtmessungen sind jedoch für eine hochpräzise Feinauswuchtung der Werkzeugaufnahme notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine leichtgängige Spannvorrichtung, insbesondere für eine Auswuchtmaschine, mit einer hohen Rundlaufgenau- igkeit bereitzustellen.
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Spannvor- richtung zur Einspannung eines um eine Drehachse rotierenden Maschinen- elements, insbesondere eines Werkzeughalters für ein Bohr-, Fräs-,
Schleifwerkzeug oder dergleichen, umfassend eine Grundkörpereinheit mit einer zur Drehachse zentrischen Aufnahmeöffnung, in die ein Kupplungs- schaft des Maschinenelements von einem Stirnende her axial einsteckbar ist, eine in der Aufnahmeöffnung angeordnete Spannzange und eine relativ zur Grundkörpereinheit axial verstellbar an dieser geführte Zangenbetäti- gungseinheit zur Betätigung der Spannzange.
Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass die Zangenbetätigungseinheit axial mittels einer Wälzkörperanordnung an der Grundkörpereinheit geführt ist, deren Wälzkörper an Wälzflächen der Grundkörpereinheit und der Zangenbetätigungseinheit abwälzen. Die Wälzkörperanordnung ermöglicht eine leichtgängige, dennoch präzise axiale Führung der Zangenbetätigungs- einheit, insbesondere wenn die Wälzkörper mit Vorspannung zwischen die Grundkörpereinheit und die Zangenbetätigungseinheit eingebaut sind.
Toleranzen, die die Reproduzierbarkeit der Messungen beeinträchtigen können, müssen, wenn überhaupt, nur in wesentlich geringerem Masse hingenommen werden, als dies bei den Gleitpassungen der bekannten Lösung der Fall ist. Die Führung der Zangenbetätigungseinheit durch Wälzkörper zeichnet sich zudem durch einen geringen Kostenaufwand aus.
Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, auf anders gestaltete Wälzkörper zurückzugreifen, wird man zweckmässigerweise Kugeln verwenden, die in einem zwischen die Grundkörpereinheit und die Zangenbetätigungseinheit eingesetzten Käfig gehalten sind. Solche Kugelkäfige sind handelsüblich zu geringen Kosten erhältlich. Um das Gewicht der relativ zur Grundkörper-
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einheit bewegten Komponenten der Spannvorrichtung gering zu halten, ist der Käfig zweckmässigerweise aus Kunststoff gefertigt. Mit einer geringen
Anzahl an Kugeln bei gleichzeitig hoher Führungspräzision kommt man aus, wenn die Kugeln in Umfangsrichtung zueinander versetzt einzeln in je einer
Ausnehmung des Käfigs gehalten sind.
Eine kompakte Bauform der Spannvorrichtung ergibt sich dadurch, dass die
Wälzkörperanordnung und die Spannzange wenigstens teilweise axial ineinander angeordnet sind. Zugleich kann hierdurch ohne Bauraumbe- schränkung durch die Wälzkörperanordnung eine axial vergleichsweise lange
Spannzange mit entsprechend hoher Flexibilität ihrer Zungen verwendet werden.
Die Wälzkörperanordnung kann radial zwischen einem zylindrischen
Innenmantelabschnitt der Aufnahmeöffnung und einem zylindrischen Aussenmantelabschnitt eines sich in der Aufnahmeöffnung axial erstrecken- den Schaftteils der Zangenbetätigungseinheit aufgenommen sein. Dabei ist es günstig für die Laufruhe, wenn der Schaftteil einstückig zusammen- hängend mit einem an der Spannzange angreifenden Zangenangriffskopf der Zangenbetätigungseinheit ausgebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der Schaftteil aus einem dem Maschinen- element fernen Stirnende der Aufnahmeöffnung herausreicht, dass dort ein der Einleitung einer Betätigungskraft dienender Krafteinleitungskörper an den Schaftteil anschliesst und dass dieser Krafteinleitungskörper annähemd Scheibenform besitzt.
Bei einer Variante der eingangs angesprochenen bekannten Lösung ist die Spannzange an der Grundkörpereinheit gehalten und mit einem Spann- abschnitt am Aussenmantel eines von ihr im wesentlichen umschlossenen, vom Maschinenelement weg sich verjüngenden Konuskopfs der Zangenbe- tätigungseinheit abgestützt. Die Spannzange greift dabei mit einem radial
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abstehenden Halteflansch im Bereich ihres maschinenelementfernen Endes in eine von der Aufnahmeöffnung her radial in die Grundkörpereinheit eingearbeitete Ringausnehmung ein und wird dort mit Bewegungsspiel gehalten.
Bei der erfindungsgemässen Spannvorrichtung ist dagegen bevorzugt vorgesehen, dass die Spannzange im Bereich ihres vom Maschinenelement axial entfernten Endes fest an der Grundkörpereinheit montiert ist. Durch die feste Montage der Spannzange an der Grundkörpereinheit hat sich unabhängig von der Führung der Zangenbetätigungseinheit durch Wälzkör- per eine Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit der Spannvorrichtung gezeigt.
Um die Spannzange gewünschtenfalls austauschen zu können, wird die Spannzange zweckmässigerweise mit der Grundkörpereinheit verschraubt sein und hierzu mehrere in Umfangsrichtung verteilte axiale Aufnahmelöcher zur Aufnahme von Befestigungsschrauben aufweisen. Eine Pressverbindung zwischen der Spannzange und der Grundkörpereinheit soll jedoch nicht ausgeschlossen sein. Ein grosser axialer Bauraum für die Spannzange kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Spannzange bis zum Boden einer zur Drehachse zentrischen, von der dem Maschinenelement axial zugewandten Seite der Grundkörpereinheit her in diese eingearbeiteten Ringausnehmung reicht und dort befestigt ist.
Bei der zuvor erwähnten Variante der bekannten Spannvorrichtung umfasst die Grundkörpereinheit einen ersten Grundteilkörper mit zur Anlage des KupplungsschaftsdesMaschinenelements bestimmten Anlageflächen sowie einen gesondert von dem ersten Grundteilkörper hergestellten und fest, jedoch lösbar mit diesem verbundenen zweiten Grundteilkörper, an dem die Zangenbetätigungseinheit axial geführt ist. Die Spannzange ist dabei an dem ersten Grundteilkörper gehalten.
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Bei der erfindungsgemässen Spannvorrichtung ist die Spannzange jedoch bevorzugt an dem zweiten Grundteilkörper gehalten. Der zweigliedrige
Aufbau der Grundkörpereinheit ermöglicht ein Baukastensystem. Der erste
Grundteilkörper mit seinen Anlageflächen kann im Rahmen dieses Bauka- stensystems optimal an das jeweils einzuspannende Maschinenelement angepasst werden. So kann beispielsweise für einen Satz unterschiedlich grosser Steilkegel-Werkzeugaufnahmen ein Satz entsprechend unter- schiedlich gestalteter erster Grundteilkörper angefertigt werden. Alle diese ersten Grundteilkörper besitzen eine einheitliche Schnittstelle zum zweiten
Grundteilkörper, weswegen man mit einem einzigen zweiten Grundteilkörper auskommt, der mit jedem der ersten Grundteilkörper kombiniert werden kann.
Auch die Spannzange benötigt in der Regel abhängig vom jeweils einzuspannenden Maschinenelement eine unterschiedliche Form oder/und
Grösse. Wenn die Spannzange nun, wie bei der bekannten Lösung, an dem ersten Grundteilkörper gehalten wird, kann es aufgrund der variierenden Gestaltung des ersten Grundteilkörpers notwendig sein, auch die Schnitt- stelle zwischen dem ersten Grundteilkörper und der Spannzange abhängig vom jeweiligen Maschinenelement unterschiedlich zu gestalten. Wenn dagegen die Spannzange an dem zweiten Grundteilkörper gehalten wird, können alle Spannzangen, die für die verschiedenen Maschinenelemente angefertigt werden, mit einer einheitlichen Schnittstelle zum zweiten Grundteilkörper ausgeführt werden, was sich günstig auf den Konstruktions- und Herstellungsaufwand des Baukastensystems insgesamt auswirkt.
Um bei der Unwuchtvermessung des Maschinenelements den exakten Winkelort einer Unwucht feststellen zu können, kann eine Winkelreferenz dadurch erhalten werden, dass die Grundkörpereinheit mindestens einen Indexiervorsprung trägt, welcher zum Eingriff in eine Indexieraussparung des Kupplungsschafts des Maschinenelements bestimmt ist. Selbstverständlich kann der Indexiervorsprung gewünschtenfalls lösbar sein, falls Maschinen- elemente eingespannt werden, die ohne eine geeignete Indexieraussparung ausgeführt sind.
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Zuvor wurde als eine Möglichkeit angegeben, die Wälzkörperanordnung in der Aufnahmeöffnung um einen Schaftteil der Zangenbetätigungseinheit herum anzuordnen.
Ein anderer Anbringungsort für die Wälzkörperanordnung kann darin bestehen, dass die Zangenbetätigungseinheit auf der vom Maschinenelement axial abgewandten Seite der Grundkörpereinheit einen der Einleitung einer Betätigungskraft dienenden Krafteinleitungskörper aufweist, der einen zum Maschinenelement hin abstehenden, einen axialen Endabschnitt der Grundkörpereinheit umschliessenden Ringflansch aufweist, und dass die Wälzkörperanordnung radial zwischen einem zylindrischen Innenmantel- abschnitt des Ringflansches und einem zylindrischen Aussenmantelabschnitt des axialen Endabschnitts der Grundkörpereinheit aufgenommen ist. Zur Vermeidung einer Doppelführung der Zangenbetätigungseinheit ist diese innerhalb der Aufnahmeöffnung bevorzugt axial ungeführt.
Zuvor wurde eine Variante diskutiert, bei der die Spannzange an der Grundkörpereinheit gehalten ist. Die Spannzange kann alternativ an der Zangenbetätigungseinheit gehalten sein, so dass sie in der Aufnahmeöffnung axial beweglich ist. Zum Einspannen des Maschinenelements greift die Zangenbetätigungseinheit dann ziehend an der Spannzange ein. Bei dieser Ausbildung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spannzange radial im Spielsitz an der Zangenbetätigungseinheit gehalten ist und am Innenmantel der Aufnahmeöffnung axial geführt ist. Durch den Spielsitz wird eine Entkopp- lung der Spannzange von der Zangenbetätigungseinheit erreicht ; die Spannzange wird stattdessen gesondert von der Zangenbetätigungseinheit an der Grundkörpereinheit, nämlich am Innenmantel der Aufnahmeöffnung, geführt.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch durch diese Massnahme, auch unabhängig von der Wälzkörperführung, eine Verbesserung der Rundlauf- genauigkeit der Spannvorrichtung einstellt.
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Bevorzugt weist die Spannzange im Bereich ihres vom Maschinenelement axial entfernten Endes einen zylindrischen Aussenmantelabschmtt auf, mit dem sie an einem zylindrischen Innenmantelabschnitt der Aufnahmeöffnung axial geführt ist. Durch die Zylinderpassung wird die Spannzange an ihrem maschinenelementfernen Ende an der Grundkörpereinheit geführt, wodurch
Rundlauffehler, die sich aus etwaigen Zugdehnungen der Spannzange ergeben könnten, vermieden werden. Zusätzlich kann die Spannzange im
Bereich ihres maschinenelementnahen Endes am Innenmantel der Auf- nahmeöffnung axial geführt sein. Durch eine solche beidendige Führung der
Spannzange lässt sich eine höchste Rundlaufgenauigkeit erzielen.
Zur Entkopplung der Spannzange von der Zangenbetätigungseinheit kann die Spannzange auch axiales Spiel gegenüber der Zangenbetätigungseinheit besitzen. Um zu vermeiden, dass im Rotationsbetrieb der Spannvorrichtung Rundlauffehler durch eine nicht optimale gegenseitige Positionierung von Spannzange und Zangenbetätigungseinheit hervorgerufen werden, kann eine von der Zangenbetätigungseinheit auf Zug belastete Angriffsfläche der Spannzange als zur Drehachse geneigte Zentrierfläche für die Zangenbetäti- gungseinheit ausgebildet sein. Die Zentrierungder Zangenbetätigungseinheit an der ihrerseits in der Aufnahmeöffnung geführten Spannzange stellt eine höchste Laufruhe sicher.
Bevorzugt ist die Spannzange einstückig ausgebildet und weist in Umfangs- richtung verteilt mehrere federelastische Zungen auf, die durch axial sich erstreckende, die Spannzange radial durchdringende Schlitze voneinander getrennt sind, welche zum Maschinenelement hin offen und vom Maschi- nenelement weg geschlossen sind.
An verschiedenen Stellen wurde zuvor ein auf der vom Maschinenelement fernen Seite der Grundkörpereinheit angeordneter Krafteinleitungskörper als Teil der Zangenbetätigungseinheit erwähnt. Dieser Krafteinleitungskörper bildet bevorzugt eine erste Abstützung für Federmittel, beispielsweise
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mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Schraubendruckfedern, weiche die Zangenbetätigungseinheit in eine Spannstellung vorspannen, in der das Maschinenelement durch die Spannzange fest eingespannt ist. Als zweite Abstützung für die Federmittel dient insbesondere die Grundkörpereinheit.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Spannvorrichtung dient der Krafteinleitungskörper zugleich als Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung, mittels der die Zangenbetätigungseinheit und damit die Spannzange in eine Lösestellung überführt werden kann, in der das Maschinenelement aus der Spannvorrichtung entnommen werden kann.
Der Zylinder dieser Kolben-Zylinder-Anordnung kann von einer als Hohlspindel ausgeführten Antriebsspindel gebildet sein, an der die Grundkörpereinheit montierbar ist, zweckmässigerweise mittels Schrauben. Um insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung der Spannvorrichtung das Gewicht der relativ zur Grundkörpereinheit axial beweglichen Komponenten zu reduzieren, kann in den Krafteinleitungskörper - oder Kolben - mindestens eine vorrangig der Gewichtseinsparung dienende Aussparung eingearbeitet sein. Ein geringes Gewicht dieser axial beweglichen Komponenten hat sich als günstig erwiesen, um eine hohe Laufruhe der Spannvorrichtung zu erzielen.
Es versteht sich, dass die vorstehend erläuterte Spannvorrichtung auch zum Spannen von Werkzeugen oder zu bearbeitenden Werkstücken in einer Arbeitsmaschine geeignet ist, wenngleich ein bevorzugtes Einsatzgebiet das Spannen auszuwuchtender Werkzeugaufnahmen in einer Auswuchtmaschine ist.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung zur Einspannung eines um eine Drehachse rotierenden Maschinenelements, insbesondere eines Werkzeughalters für ein Bohr-, Fräs-, Schleifwerkzeug oder dergleichen, umfassend eine um die Drehachse drehbar gelagerte Antriebsspindel, einen an der Spindel montierbaren, durch Federmittel in eine Spannstellung vorgespannten Spannsatz, welcher das
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Maschinenelement aufnimmt und in seiner Spannstellung drehfest ein- spannt, eine zum Lösen des Maschinenelements den Spannsatz aus seiner
Spannstellung in eine Lösestellung überführende Löseeinrichtung mit einem an einem ruhenden Teil der Spannvorrichtung angeordneten Kuppelorgan,
welches im Ruhezustand der Spannvorrichtung die Löseeinrichtung an im
Rotationsbetrieb der Spannvorrichtung rotierende Komponenten derselben ankoppelt.
Erfindungsgemäss ist bei einer solchen Spannvorrichtung vorgesehen, dass das Kuppelorgan von den rotierenden Komponenten der Spannvorrichtung abhebbar ist, derart, dass es im Rotationsbetrieb der Spannvorrichtung von deren rotierenden Komponenten entkoppelt ist.
Diese Massnahme wirkt insofern im Sinne der Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, als durch die Entkopplung des Kuppelorgans von der Spannvor- richtung deren Laufruhe im Rotationsbetrieb nicht durch das Kuppelorgan gestört wird und etwaige Reibungseinflüsse vermieden werden, die bei ständiger Kupplung zwischen dem Kuppelorgan und der Spannvorrichtung auftreten und die Leichtgängigkeit der Spannvorrichtung beeinträchtigen würden.
Bevorzugt ist das Kuppelorgan zwischen einer Vorschubstellung, in der es an die rotierenden Komponenten angekuppelt ist, und einer Rückzugs- stellung, in der es von den rotierenden Komponenten entkuppelt ist, verstellbar und federnd in seine Rückzugsstellung vorgespannt. Die Vorspannung des Kuppelorgans gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit, weil das Kuppelorgan so im Rotationsbetrieb der Spannvorrichtung nicht unbeabsichtigterweise in Kontakt mit den rotierenden Komponenten der Spannvorrichtung gelangen kann.
Bevorzugt ist das Kuppelorgan durch Fluiddruck, insbesondere pneumati- schen Druck, aus seiner Rückzugsstellung in seine Vorschubstellung
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überführbar, wenngleich eine elektromagnetische Betätigung des Kuppelorgans, beispielsweise mittels eines Solenoids, nicht ausgeschlossen ist.
Um die in der Regel hohen Lösekräfte aufbringen zu können, die der Spannsatz zum Lösen benötigt, empfiehlt es sich, dass auch der Spannsatz durch Fluiddruck, insbesondere pneumatischen Druck, aus seiner Spannstellung in seine Lösestellung überführbar ist und hierzu im Kraftübertragungsweg einer von der Löseeinrichtung erzeugten Lösekraft eine KolbenZylinder-Anordnung vorgesehen ist, deren Kolben die Lösekraft zum Spannsatz überträgt. Da die Spindel häufig als Hohlspindel ausgeführt ist, in die der Spannsatz von einem offenen axialen Stirnende her eingesteckt wird, kann sie zweckmässigerweise zugleich den Zylinder der KolbenZylinder-Anordnung bilden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Kolben fest mit einem axial beweglich geführten Betätigungsorgan des Spannsatzes verbunden ist, dass eine in der Spindel gebildete Druckkammer axial einerseits von dem Kolben und axial andererseits von einer fest an der Spindel angebrachten Verschlusswand begrenzt ist, dass die Verschlusswand eine Anschlussöffnung zum Anschluss einer Druckfluidzufuhrleitung aufweist und dass die Druckfluidzufuhrleitung einen in die Anschlussöffnung einführbaren Anschlussstutzen aufweist, der das Kuppelorgan bildet. Diese Ausführungsform ist deshalb vorteilhaft, weil als einzige Massnahme, um Druckfluid in die Druckkammer einleiten und so das Maschinenelement lösen zu können, das Einführen des Anschlussstutzens in die Anschlussöffnung notwendig ist.
Um das Eindringen von Verunreinigungen in die Druckfluidzufuhrleitung zu verhindern, kann der Anschlussstutzen in seiner Rückzugsstellung eine Absperrstelle in der Druckfluidzufuhrleitung bilden, die bei Überführung des Anschlussstutzens in seine vorschubstellung geöffnet wird.
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Der Konstruktionsaufwand fürden Verstellmechanismus, derdie Verstellung des Anschlussstutzens ermöglicht, kann besonders gering gehalten werden, wenn der Anschlussstutzen durch den Fluiddruck einer Druckfluidversorgung in seine Vorschubstellung überführbar ist, welche zugleich Druckfluid in die Druckfluidzufuhrleitung einspeist.
Um den Bauteile- und Konstruktionsaufwand für den Spannsatz geringzuhal- ten, empfiehlt es sich, den Kolben zugleich zur Abstützung der Federmittel zu benutzen.
Bei einem Wechsel des einzuspannenden Maschinenelements kann es notwendig sein, den Spannsatz von der Spindel zu demontieren, um ihn geeignet umzurüsten. Wenn die Bedienungsperson bei der Demontage des Spannsatzes vergessen hat, zuvor den Druck in der Druckkammer ab- zubauen, etwa weil sie vergessen hat, den Anschlussstutzen zurückzuziehen, besteht die Gefahr, dass der Spannsatz durch den in der Druckkammer herrschenden Druck von der Spindel geschossartig weggeschleudert wird, sobald seine Befestigungsschrauben oder sonstigen Befestigungsorgane gelöst werden, durch die er an der Spindel befestigt ist.
Um dieser Gefahr vorzubeugen, kann in der Umfangswand der Spindel ein einenends von der Druckkammer ausgehender Entlastungskanal ausgebildet sein, welcher andernends in einer spindelseitigen Anlagefläche für den Spannsatz, insbesondere einer axialen Stirnfläche der Spindel, ausmündet.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Spannvor- richtung zur Einspannung eines um eine Drehachse rotierenden Maschinen- elements, insbesondere eines Werkzeughalters für ein Bohr-, Fräs-, Schleifwerkzeug oder dergleichen, umfassend eine um die Drehachse drehbar gelagerte, als Hohlspindel ausgeführte Antriebsspindel und einen an der Spindel montierbaren Spannsatz, welcher das Maschinen- element in einer Spannstellung drehfest einspannt und eine von einem Spindelende her in die Spindel einsetzbare, drehfest und axial fest mit dieser
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verbindbare Grundkörpereinheit mit einer zur Drehachse zentrischen
Aufnahmeöffnung umfasst, in die ein Kupplungsschaft des Maschinen- elements axial einsteckbar ist.
Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass radial zwischen die Grundkörpereinheit und die Spindel ein Kugelkäfig eingebaut ist, welcher die Grundkörpereinheit an der Spindel zentriert.
Der Kugelkäfig ermöglicht eine sehr präzise Zentrierung der Grundkörpereinheit an der Spindel, was sich günstig auf die Rundlaufgenauigkeit auswirkt. Zudem ermöglicht es der Kugelkäfig, die Grundkörpereinheit leichtgängig in die Spindel einzusetzen und aus der Spindel herauszunehmen, so dass auch dieser Gesichtspunkt der Erfindung der Lösung der eingangs gestellten Aufgabe dient.
Ferner betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Unwuchtvermessung eines um eine Drehachse rotierenden Maschinenelements, insbesondere eines Werkzeughalters für ein Bohr-, Fräs-, Schleifwerkzeug oder dergleichen, umfassend eine um die Drehachse drehbar in einem Spindelgehäuse gelagerte Antriebsspindel, ein Gestell, an dem das Spindelgehäuse aufgehängt ist, eine Unwuchtkräfte an dem Spindelgehäuse erfassende Kraftfühleranordnung und Spannmittel zum drehfesten Einspannen des Maschinenelements an der Spindel. Die Spannmittel können dabei von einer Spannvorrichtung nach einem der vorstehend erläuterten Gesichtspunkte gebildet sein.
Im Rotationsbetrieb können durch Unrundheiten der Spindellager und Mikroverformungen des Spindelgehäuses Messfehler hervorgerufen werden, die die Messergebnisse verfälschen. Es hat sich gezeigt, dass solche Messfehler minimiert werden können, wenn das Spindelgehäuse mittels einer Federblattanordnung in einer achsnormalen ersten Richtung schub- und zugfest, in einer quer, insbesondere im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden achsnormalen zweiten Richtung jedoch gelenkig an dem Gestell aufgehängt ist und die Kraftfühleranordnung zur Erfassung von
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Kraftkomponenten in der zweiten Richtung angeordnet ist.
Als besonders günstig hat sich eine Lösung erwiesen, bei der die Federblattanordnung zwei mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial in der ersten
Richtung erstreckende Federblätter umfasst, durch die das Spindelgehäuse an dem Gestell aufgehängt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar :
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Spannvorrichtung bei Einbau in eine
Auswuchtmaschine,
Fig. 2 den Anschluss einer Druckmittelversorgung an eine Hohlspindel der Spannvorrichtung der Fig. 1,
Fig. 3 eine zur Spindelachse orthogonale Schnittdarstellung der
Auswuchtmaschine, Fig. 4 eine Ansicht in Blickrichtung des Pfeils IV in Fig. 3, Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer Kugelführungseinheit zur axialen Führung einer Zangenbetätigungseinheit der Spannvor- richtung, Fig. 6 eine Einzelheit der Spannvorrichtung, Fig. 7 eine Schnittdarstellung der Hohlspindel, und Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Spannvorrichtung.
Die Spannvorrichtung der Fig. 1 zeigt einen allgemein mit 1 bezeichneten Spannsatz zur Einspannung einer Werkzeugaufnahme 3 mit einem genormten Hohlsteilkegel-Kupplungsschaft 5. Der Spannsatz 1 ist an einem axialen Ende einer Hohlspindel 7 montiert, die mittels nicht näher dargestell- ter Antriebsmittel, vorzugsweise einem Riemenantrieb, um ihre Spindelachse 9 antreibbar ist. Der Spannsatz 1 umfasst eine Grundkörpereinheit 11, die durch Befestigungsschrauben 13 mit der Hohlspindel 7 verschraubbar ist.
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Die Grundkörpereinheit 11setzt sich aus einem Grundteilkörper 15 und einem Grundteilkörper 17 zusammen, die durch Befestigungsschrauben 19 miteinander verschraubbar sind.
Axial durch die Grundkörpereinheit 11 hindurch erstreckt sich zentrisch zur Drehachse 9 eine Aufnahmeöffnung 21, in die der Kupplungsschaft 5 der Werkzeugaufnahme 3 eingesteckt wird und in der eine Spannzange 23 axial fest angeordnet ist, mittels der der Kupplungsschaft 5 der Werkzeugaufnahme 3 an der Grundkörpereinheit 11 festklemmbar ist. Zum Spannen der Spannzange 23 ist eine Zangenbetäti- gungseinheit 25 vorgesehen, welche einen an der Spannzange 23 angreifenden Betätigungskopf 27, einen daran anschliessenden und aus dem werkzeugaufnahmefernen Ende der Aufnahmeöffnung 21 herausreichenden Betätigungsschaft 29 sowie einen Betätigungskolben 31 umfasst, welcher mittels einer Befestigungsschraube 33 fest mit dem Betätigungsschaft 29 verschraubbar ist.
Die Zangenbetätigungseinheit 25 ist in Richtung der Achse 9 relativ zur Grundkörpereinheit 11beweglich und ist mittels einer ringzylindrischen Kugelführungseinheit 35 axial an der Grundkörpereinheit 11geführt. Diese Kugelführungseinheit 35 ist als Kugelkäfig ausgebildet und auf den Betätigungsschaft 29 aufgeschoben, und zwar von dessen der Werkzeugaufnahme 3 axial fernem Ende her. Die Kugelführungseinheit 35 umfasst einen vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Käfig 37, der eine Vielzahl von Einzelaufnahmen für Kugeln 39 enthält. Die Kugeln 39 rollen an einer kreiszylindrischen Aussenmantelfläche 41 des Betätigungsschafts 29 und an einer hierzu konzentrischen kreiszylindrischen Innenmantelfläche 43 der Aufnahmeöffnung 21 ab.
Sie stehen unter Vorspannung zwischen diesen beiden Wälzflächen 41,43, so dass jegliche radiale Bewegungs- toleranzen zwischen der Zangenbetätigungseinheit 25 und der Grundkörper- einheit 11vermieden sind. Die Vorspannung kann so gewählt sein, dass der Durchmesser der Kugeln 39 im nicht eingebauten Zustand wenige Mikrometer, beispielsweise 1 bis 2 m., grösser ist als der radiale Abstand zwischen den Wälzflächen 41, 43.
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Der einstückig mit dem Betätigungsschaft 29 verbundene Betätigungskopf
27 weist an seinem Aussenumfang einen ersten sich konusförmig von der
Werkzeugaufnahme 3 weg verjüngenden Abschnitt 45 sowie einen zweiten
Konusabschnitt 47 auf, der auf der von der Werkzeugaufnahme 3 axial fernen Seite des ersten Konusabschnitts 45 an diesen anschliesst und sich ebenfalls zum Betätigungsschaft 29 hin verjüngt, jedoch mit einer stärkeren
Neigung gegenüber der Achse 9 als der erste Konusabschnitt 45.
In den Grundteilkörper 15 ist von der der Werkzeugaufnahme 3 axial zugewandten Seite her eine ringzylindrische Aussparung 49 eingearbeitet, die axial bis nahe zur Unterseite des auch als Spannzangenhalters bezeich- neten Grundteilkörpers 15 heranreicht und radial innen einen sich axial erstreckenden Ringflansch 51 stehen lässt, an dessen innenmantel die Wälzfläche 43 ausgebildet ist. Die Spannzange 23 ist einstückig ausgebildet und weist an ihrem von der Werkzeugaufnahme 3 axial fernen Ende einen radial abstehenden Sockelabschnitt 53 auf, mit dem sie am Boden der Ringaussparung 49 mit dem Spannzangenhalter 15 verschraubt ist.
Hierzu enthält der Sockelabschnitt 53 mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Gewindebohrungen 55, die in axialer Überdeckung mit Durchgangslöchern 57 stehen, weiche die Bodenwand des Spannzangenhal- ters 15 im Radialbereich der Ringaussparung 49 axial durchsetzen. Mittels Befestigungsschrauben 59 ist der Sockelabschnitt 53 der Spannzange 23 mit dem Spannzangenhalter 15 verschraubt. Diese Befestigungsschrauben 59 sind von der werkzeugaufnahmefernen Axialseite des Spannzangenhal- ters 15 her in die Durchgangslöcher 57 und die Gewindebohrungen 55 einsetzbar, was eine einfache Montage gewährleistet.
Der Sockelabschnitt 53 der Spannzange 23 geht axial zur Werkzeug- aufnahme 3 hin einstückig in mehrere federelastische Zungen 61 über, die in nicht näher dargestellter Weise durch Axialschlitze voneinander getrennt sind, welche die Wand der Spannzange 23 radial vollständig durchdringen
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und axial zur Werkzeugaufnahme 3 hin offen sind, so dass die Zungen 61 radial auseinandergespreizt werden können.
Der Grundteilkörper 17, der auch als Aufnahmeadapter (also als ein Adapter für die Werkzeugaufnahme 3) bezeichnet werden kann, ist mit Passflächen 63 ausgeführt, an die sich die Werkzeugaufnahme 3 mit komplementären Gegenpassflächen 65 anlegen kann. Die Gestaltung der Passflächen 63 des Aufnahmeadapters 17 hängt selbstverständlich vom Typ und von der Grösse der jeweils einzuspannenden Werkzeugaufnahme 3 ab. Der Aufnahmeadapter 17 besitzt seinerseits einen radial abstehenden Ringflansch 67, der bei der Montage der Spannvorrichtung 1 mit seiner axialen Unterseite auf einer axialen Endfläche 68 der Hohlspindel 7 zur planen Auflage kommt. An den Ringflansch 67 axial anschliessend weist der Aufnahmeadapter 17 einen Wandabschnitt 69 auf, der radialen Abstand vom Innenmantel der Spindel 7 besitzt.
In diesen radialen Zwischenraum ist eine weitere Kugelführungseinheit 71 eingebaut, die die Grundkörpereinheit 11an der Hohlspindel 7 zentriert. Der nähere Aufbau dieser Kugelführungseinheit 71 wird später anhand der Fig. 5 erläutert.
Die Zangenbetätigungseinheit 25 ist mittels einer Anordnung von mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schraubendruckfedern 73 in Richtung axial weg von der Werkzeugaufnahme 3 vorgespannt. Diese Federn 73 sitzen zum einen in Aufnahmetaschen 77, die in Form axialer Bohrungen von der werkzeugaufnahmefernen Seite her in den Spannzangenhalter 15 eingearbeitet sind. Zum anderen sind die Federn 73 in Aufnahmelöcher 79 eingesteckt, welche in den Betätigungskolben 31 eingebohrt sind. Es können alle oder nur einige der Taschen 77 und Löcher 79 mit Federn 73 besetzt sein, abhängig von der Spannkraft, die zur Einspannung des jeweiligen Werkzeugaufnahmetyps notwendig ist. Der Betätigungskolben 31besitzt annähernd Scheibenform und weist auf beiden seiner Axialseiten gewichtsreduzierende Vertiefungen 81 auf.
Er ist durch eine Ringdichtung 83 gegenüber einer zylindrischen Wandinnenfläche 85 der
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Hohlspindel 7 abgedichtet. Die Ringdichtung 83, zweckmässigerweise ein 0-
Ring, kann zur axialen Führung der Zangenbetätigungseinheit 25 beitragen und erlaubt eine axiale Gleitbewegung des Kolbens 31 entlang der
Wandinnenfläche 85 der Spindel 7. Auf seiner von der Werkzeugaufnahme
3 axial abgewandten Seite weist der Betätigungskolben 31 eine Druck- einwirkungsfläche 87 auf, die mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist. Die
Hohlspindel 7 dient hierbei als Druckzylinder und begrenzt mit ihrer Wandinnenfläche 85 und der Druckeinwirkungsfläche 87 des Kolbens 31 eine Druckkammer 89, die an ihrem kolbenfernen axialen Ende von einem in Fig. 2 dargestellten Verschlussdeckel 91 begrenzt ist.
Indem in diese Druckkammer 89 ein Druckfluid, insbesondere Druckluft, eingeleitet wird, können der Kolben 31 und mit ihm die gesamte Zangenbetätigungseinheit 25 entgegen der Wirkung der Federn 73 axial in Richtung zur Werkzeug- aufnahme 3 hin bewegt werden.
Fig. 1 zeigt den gespannten Zustand des Spannsatzes 1. In diesem Zustand ist die Druckkammer 89 drucklos, weswegen die Zangenbetätigungseinheit 25 durch die Kraft der Federn 73 axial von der Werkzeugaufnahme 3 weggedrückt wird. Dabei stützen sich die Zungen 61 an ihren freien Enden an dem ersten Konusabschnitt 45 des Betätigungskopfs 27 ab, der infolge der Kraftwirkung der Federn 73 versucht, weiter zwischen die Zungen 61 einzufahren und sie weiter auseinander zu spreizen. Die Zungen 61 weisen an ihren freien Enden zudem eine Keilfläche 93 auf, mit der sie gegen eine Gegenkeilfläche 95 gedrückt werden, die am Innenmantel des Hohls- teilkegel-Kupplungsschafts 5 der Werkzeugaufnahme 3 ausgebildet ist.
Der Keileingriff der Werkzeugaufnahme 3 mit den durch den Betätigungskopf 27 auseinandergetriebenen Zungen 61 bewirkt, dass die Werkzeugaufnahme 3 drehfest und axial fest eingespannt wird. Wenn in der Druckkammer 89 ein Druck erzeugt wird, der die Kraft der Federn 73 übersteigt, wird die Zangenbetätigungseinheit 25 zur Werkzeugaufnahme 3 hin verlagert, wodurch der zweite Konusabschnitt 47 des Betätigungskopfs 27 in den axialen Bereich der freien Enden der Zungen 61 gelangt. Die unter radialer
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Einwärtsvorspannung stehenden Zungen 61 können dann in den durch den zweiten Konusabschnitt 47 geschaffenen Freiraum eintreten, verlassen den
Keileingriff mit den Gegenkeilflächen 95 und geben den Kupplungsschaft 5 der Werkzeugaufnahme 3 frei. Die letztere kann dann von dem Auf- nahmeadapter 17 abgenommen werden.
Bei der axialen Relativbewegung der Zangenbetätigungseinheit 25 gegen- über der Grundkörpereinheit 111 verlagert sich auch der Kugelkäfig 35 in axialer Richtung. Es empfiehlt sich, den axialen Bewegungsspielraum des
Kugelkäfigs 35 durch Axialanschläge zu begrenzen, damit der Kugelkäfig 35 stets sicher in dem Ringraum zwischen dem Betätigungsschaft 29 und dem Ringflansch 51 gehalten ist und seine Kugeln 39 verliergeschützt sind. Zu diesem Zweck ist eine Sicherungshülse 97 auf den Betätigungsschaft 29 aufgeschoben, die in der in Fig. 1 gezeigten gespannten Stellung der Spannvorrichtung 1 etwa in axialer Höhe der Unterseite des Spannzangenhalters 15 einen ersten Axialanschlag für den Kugelkäfig 35 bildet.
Zum Betätigungskopf 27 hin bildet eine Schulter 99 des Betätigungsschafts 29 einen weiteren Axialanschlag für den Kugelkäfig 35.
Der Kupplungsschaft 5 der Werkzeugaufnahme 3 weist an seinem in Fig. 1 unteren Rand zwei diametral gegenüberliegende Aussparungen 101 auf, die bei der Auswuchtung dazu benutzt werden können, die exakte Winkelposition von Unwuchtstellen zu ermitteln. Um die Werkzeugaufnahme 3 in einer definierten Winkelposition einspannen zu können, sind in den Aufnahmeadapter 17 an diametral gegenüberliegenden Stellen Indexierschrauben 103 eingeschraubt, die mit ihren Köpfen in die Aufnahmeöffnung 21 hineinragen und bei winkelrichtigem Einsetzen der Werkzeugaufnahme 3 in Eingriff mit den Aussparungen 101 des Kupplungsschafts 5 gelangen. Selbstverständlich können die Indexierschrauben auch entfernt werden, falls das eingespannte Maschinenelement keine geeigneten Aussparungen besitzt.
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Es wird nun auf Fig. 2 verwiesen. Der Verschlussdeckel 91 ist dicht an der
Hohlspindel 7 befestigt, beispielsweise angeschraubt. In dem Verschluss- deckel 91 ist eine zentrische Anschlussöffnung 104 vorgesehen, welche eine
Anschlussmöglichkeitfüreine allgemein mit 105 bezeichnete Löseeinrichtung bietet, mittels der Druckfluid, insbesondere Druckluft, in die Druckkammer
89 eingeleitet werden kann, um die eingespannte Werkzeugaufnahme zu lösen. Die Löseeinrichtung 105 umfasst eine Druckfluidquelle 106, an welche eine Druckfluidzufuhrleitung 107 anschliesst, die an ihrem quellenfernen Ende eine Kupplungseinheit 108 zur Ankupplung an die Anschlussöffnung
104 des Verschlussdeckels 91 aufweist.
Die Kupplungseinheit 108, die in Figur 2 nicht massstabsgetreu im Vergleich zu den übrigen dort dargestellten Komponenten gezeichnet ist, umfasst einen das eigentliche Kupplungsorgan bildenden Rohrstutzen 109, weicher in einem Kupplungsgehäuse 110 gleichachsig zur Spindelachse 9 verstellbar geführt ist. In Figur 2 ist der Rohrstutzen 109 in einer Rückzugsstellung gezeigt, in der er in das Kirplungsgehäuse 110 maximal eingefahren ist. Er trägt einen Ringkolben 111, mit welchem er in einer zylindrischen Gehäusebohrung 112 des Kupplungsgehäuses 110 einen Druckraum 113 abteilt, in welchen die Druckfluidzuführleitung 107 mündet. Durch eine Schraubendruckfeder 114, die den Rohrstutzen 109 umschliesst, ist der letztere in seine Rückzugs- stellung vorgespannt, in der er dicht am gehäuseseitigen Boden des Druckraums 113 anliegt.
Hierdurch ist in der Rückzugsstellung des Rohr- stutzens 109 eine Absperrstelle gebildet, die den in dem Rohrstutzen 109 verlaufenden Kanal von der Druckfluidzuführleitung 107 trennt. Wenn durch Einspeisung von Druckfluid in den Druckraum 113 der dort herrschende Druck ansteigt, hebt nach Überwindung der Rückstellkraft der Feder 114 der Rohrstutzen 109 vom Boden des Druckraums 113 ab, was die angespro- chene Absperrstelle öffnet und den Kanal im Innern des Rohrstutzens 109 mit der Druckfluidzuführieitung 107 verbindet. Im Zuge dieser Vorschubbe- wegung fährt der Rohrstutzen 109 in die Anschlussöffnung 104 des Verschlussdeckels 91 ein, mit der Folge, dass Druckfluid in die Druckkammer 89 eingeleitet wird.
Ein in der Anschlussöffnung 104 gehaltener Dichtring
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1 1 5 dichtet den Rohrstutzen 109 gegenüber dem Verschlussdeckel 91 ab.
Die sich einstellende Druckerhöhung in der Druckkammer 89 bewirkt, dass der Kolben 31 angehoben und der Spannsatz 1 in seine Lösestellung überführt wird.
Wenn die Druckfluidquelle 106 abgeschaltet wird und der Fluiddruck im Druckraum 113 so weit absinkt, dass die Rückstellkraft der Feder 114 wieder Oberhand gewinnt, fährt der Rohrstutzen 109 wieder aus der Anschlussöffnung 104 heraus und kehrt in seine Rückzugsstellung zurück.
Durch die ständig offene Anschlussöffnung 104 kann dann der Druck aus der Druckkammer 89 entweichen.
Vorteilhaft an dieser Ausbildung der Löseeinrichtung 105 ist, dass im Rotationsbetrieb der Spannvorrichtung keine Kopplung zwischen der stationär angeordneten Löseeinrichtung 105 und dem rotierenden Verschlussdeckel 91 besteht, die Löseeinrichtung 105 vielmehr nur im Ruhezustand der Spannvorrichtung in Kopplung mit dem Verschlussdeckel 91 tritt.
Durch eine Lageranordnung 116, insbesondere eine Kugellageranordnung, ist die Spindel 7 axial fest, jedoch drehbar in einem zylindrischen Spindelgehäuse 1 17 gelagert.
Es wird nun auf Fig. 3 verwiesen. Dort erkennt man, dass das Spindelgehäuse 117 in einem Gestell 118 aufgehängt ist. Die Aufhängung ist gelenkig und ist mittels einer Federblattanordnung 119 realisiert, deren Federblätter 121 in Fig. 4 zu erkennen sind. Es sind zwei Federblätter 121 vorhanden.
Diese sind mit axialem Abstand voneinander in der gleichen Radialebene angeordnet. Sie sind jeweils in den axialen Endbereichen des Spindelgehäuses 117 angeordnet. Durch Klemmblöcke 123 sind sie jeweils an dem Spindelgehäuse 117 und an dem Gestell 118 fixiert. Die beiden Federblätter 121, die beispielsweise aus Stahlblech gefertigt sind, sorgen in der Richtung
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ihrer Radialerstreckung für eine zug- und schubfeste Aufhängung des
Spindelgehäuses 117 und damit der Spindel 7. In Fig. 3 ist diese Richtung mit 127 bezeichnet. Die Gelenkigkeit der Aufhängung durch die Federanord- nung T19 besteht quer zu der Radialrichtung 127 und insbesondere im wesentlichen senkrecht dazu. Die Richtung der gelenkigen Auslenkbarkeit des Spindelgehäuses 117 ist in Fig. 3 mit 129 bezeichnet.
In dieser
Richtung ist das Spindelgehäuse 117 an einem gestellfesten Stützpuffer
131 lose abgestützt, wohingegen auf der diametral gegenüberliegenden
Seite ein Kraftfühler 133 Unwuchtkräfte detektiert, die durch eine Unwucht der eingespannten Werkzeugaufnahme hervorgerufen werden. In Richtung der Drehachse 9 sind zwei solcher Kraftfühler 133 mit Abstand hinterein- ander angeordnet, insbesondere jeweils im Bereich eines der axialen Enden des Spindelgehäuses 117. Bei der Unwuchtvermessung der Werkzeug- aufnahme wird diese nicht nur einmal, sondern zweimal vermessen, beim zweiten Mal aber um 180 gedreht. Hierdurch können gleichbleibende Fehler ermittelt und herausgerechnet werden. Die Kraftfühler 133 sind beispielsweise Piezoaufnehmer.
Ein an dem Spindelgehäuse 117 gehaltener induktiver Drehzahlsensor 135 stellt Drehzahlsignale für eine Steuereinheit der Auswuchtmaschine bereit.
Ein ebenfalls am Spindelgehäuse 117 gehaltener Magnetsensor 137 erlaubt die Bestimmung der Winkelposition der Spindel 7 und damit der eingespann- ten Werkzeugaufnahme.
In Fig. 5 erkennt man, dass die Kugeln 39 der Kugelführungseinheit 35 in mehreren Umfangsreihen angeordnet sind, welche mit gleichen axialen Abständen aufeinanderfolgen. Dabei sind auch die Kugeln verschiedener Umfangsreihen in Umfangsrichtung zueinander versetzt, so dass an jedem kugelbesetzten Umfangsort des Käfigs 37 jeweils nur eine Kugel 39 vorhanden ist. Jede Kugel 39 besitzt somit ihre eigene axiale Rollbahn, längs der sie an der Zangenbetätigungseinheit und an der Grundkörper- einheit abrollt. Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Kugelführungs-
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einheit 35 eine sehr hohe Reproduzierbarkeit bei der Unwuchtvermessung von Werkzeugaufnahmen, oder allgemein von Maschinenelementen, erzielbar ist.
Fig. 6 zeigt im Schnitt die zwischen den Aufnahmeadapter 17 und die Spindel 7 eingesetzte Kugelführungseinheit 71. Diese weist einen Käfig 139, vorzugsweise aus Kunststoff, auf, in dem in einer Vielzahl von Einzelaufnahmen 141 jeweils eine Kugel 143 gehalten ist. Die Kugeln sind in Umfangsrichtung verteilt und auf zwei Umfangsreihen aufgeteilt, die axialen Abstand voneinander besitzen, von denen in Fig. 6 jedoch nur eine durch die dortige Kugel 143 angedeutet ist. im Bereich der beiden axialen Enden des Käfigs 139 ist jeweils einstückig eine schräg zur Radialrichtung nach aussen verlaufende Ring lippe 145 bzw. 147 angeformt. Die beiden Lippen 145,147 sind flexibel auslenkbar und dienen als Vorspannlippen.
Dabei erzeugt die Lippe 147 eine grössere Vorspannkraft als die Lippe 145.
Wenn die Kugelführungseinheit 71 in die Hohlspindel 7 eingesetzt wird, wird zunächst die Lippe 145 etwas zum Käfig 139 hin gedrückt, wodurch eine leichte Vorspannung entsteht, die im wesentlichen als Verliersicherung für die Kugelführungseinheit 71 dient, damit diese nicht unbeabsichtigterweise aus der Hohlspindel 7 wieder herausfällt. Die Kugelführungseinheit 71 kann mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand so tief in die Hohlspindel 7 eingedrückt werden, bis die Lippe 147 zur Anlage am Spindelrand gelangt.
Wenn dann die Grundkörpereinheit 11mit ihrem Aufnahmeadapter 17 in die Hohlspindel 7 eingesteckt wird, wird durch den Rollkontakt zwischen dem Wandabschnitt 69 des Aufnahmeadapters 17 und den Kugeln 143 der Kugelführungseinheit 71 die letztere axial mit in die Spindel 7 hineingezo- gen, so dass die Lippe 147 über den Spindelrand hinweggleitet und unter Erzeugung einer vergleichsweise hohen Vorspannkraft elastisch verformt wird. Diese nun relativ hohe Vorspannkraft bewirkt eine präzise Zentrierung der Grundkörpereinheit 11 relativ zur Spindel 7.
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Die Kugelführungseinheit 71 erlaubt auch einen raschen Wechsel des
Spannsatzes 1 mit geringem Kraftaufwand, da beim Einsetzen des
Spannsatzes 1 in die Hohlspindel 7 und beim Herausnehmen des Spann- satzes 1 die Kugeln 143 der Kugelführungseinheit 71 an der Spindel 7 und an dem Grundteilkörper 17 abrollen, so dass eine hohe Leichtgängigkeit gewährleistet ist, trotzdem der Spannsatz 1 sehr exakt in die Spindel 7 eingepasst sein soll, um Toleranzen zu minimieren. Wie bei der Kugelfüh- rungseinheit 35 können auch bei der Kugelführungseinheit 71 die Kugeln
143 im Montagezustand der Spannvorrichtung unter Vorspannung stehen.
Durch ihre hohe Führungsgenauigkeit und gute Zentrierwirkung trägt die
Kugelführungseinheit 71 ebenfalls zur Laufruhe der Spindefvorrichtung bei.
Wenn ein anderes Maschinenelement eingespannt werden soll, muss nicht notwendigerweise der komplette Spannsatz 1 ausgetauscht werden. Durch die Zweiteilung der Grundkörpereinheit 11ist es vielmehr möglich, lediglich den Grundteilkörper 17 und gegebenenfalls die Spannzange 23 auszutau- schen. Der Grundteilkörper 15 kann für verschiedene Grundteilkörper 17 und verschiedene Spannzangen 23 unverändert übernommen werden. Die universelle Verwendbarkeit des Spannzangenhalters 15 und der daran geführten Zangenbetätigungseinheit 25 ist insofern günstig für die Reproduzierbarkeit der Unwuchtmessungen, als unterschiedliche Maschinen- elemente unter gleichen mechanischen und konstruktiven Randbedingungen vermessen werden können.
Die Schraubverbindungen zwischen den beiden Grundteilkörpern 15,17, zwischen der Spannzange 23 und dem Grundteil- körper 15 und zwischen der Spindel 7 und dem Grundteilkörper 17 ermöglichen zusammen mit der Kugelführungseinheit 71 eine problemlose Umrüstung der Auswuchtmaschine.
In Fig. 7 erkennt man, dass in der Wand der Spindel 7 ein Entlüftungskanal 149 ausgebildet ist, welcher eine Entlüftungsmöglichkeit bietet, wenn der Spannsatz 1 bei unter Druck stehender Druckkammer 89 demontiert wird.
Es besteht dann die Gefahr, dass der Spannsatz 1 infolge des in der
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Druckkammer herrschenden Drucks aus der Hohlspindel 7 herauskatapultiert wird. Stattdessen kann der Druck in der Druckkammer 89 über den Entlüftungskanal 149 entweichen. Dieser verläuft von der Druckkammer 89 bis zur axialen Endfläche 68, auf der im Montagezustand der Spannvorrichtung die Grundkörpereinheit 11, speziell deren Aufnahmeadapter 17, plan aufliegt. Wenn die Schrauben 13, mittels denen die Grundkörpereinheit 11an der Hohlspindel 7 befestigbar ist, gelöst werden, kann der Druck aus der Druckkammer 89 durch den zwischen der Grundkörpereinheit 11und der Endfläche 68 entstehenden Spalt austreten. Dies vermeidet die Gefahr, dass das Arbeitspersonal durch einen herausschiessenden Spannsatz verletzt wird.
Bei der Variante der Fig. 8 werden für gleiche oder gleichwirkende Komponenten wie in den Fig. 1 bis 7 gleiche Bezugszeichen verwendet, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird zur Erläuterung dieser Komponenten auf die vorangehenden Ausführungen zu den Fig. 1 bis 7 verwiesen.
Der Spannsatz 1 a der Fig. 8 ist speziell für Werkzeugaufnahmen 3a mit
EMI25.1
bis 7 ist die Spannzange 23a nunmehr axial beweglich in der Aufnahmeöffnung 21 a geführt, wobei die Zangenbetätigungseinheit 25a zum Einspannen der Werkzeugaufnahme 3a ziehend an der Spannzange 23a angreift. Die Spannzange 23a wirkt über die Keilflächenpaarung 93a, 95a mit einem in den Kupplungsschaft 5a eingeschraubten Zugbolzen 153a zusammen.
Der Kolben 31 a der Zangenbetätigungseinheit 25a ist in Fig. 8 annähernd topfförmig gestaltet und umgreift von der werkzeugaufnahmefernen Seite her den Grundteilkörper 15a, den man im vorliegenden Fall auch als Zangenführungskörper bezeichnen kann. Ein sich axial erstreckender Ringflansch 155a des Kolbens 31 a bildet den Topfmantel dieses Topfs. Die
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Kugelführungseinheit 35a ist zwischen dem Topfmantel 155a und dem
Zangenführungskörper 15a aufgenommen. Die Wälzflächen 41 a, 43a, an denen die Kugeln 39a abrollen, sind von einer zylindrischen Innenumfangs- fläche des Ringflansches 155a bzw. von einer zylindrischen Aussenumfangs- fläche des Zangenführungskörpers 15a gebildet.
Im Bereich des Sockelabschnitts 53a der Spannzange 23a weist der
Innenmantel der Aufnahmeöffnung 21 a einen zylindrischen Abschnitt 157a auf, der mit einer zylindrischen Aussenumfangsfläche des Sockelabschnitts
53a eine Passflächenpaarung bildet, wobei die hier vorliegende Passung eine Füge- oder Übergangspassung sein kann, die eine axiale Führung der Spannzange 23a an dem Zangenführungskörper 15a bewirkt. Die Zungen 61 a der Spannzange 23a stützen sich im Bereich ihrer freien Enden federelastisch am Innenmantel der Aufnahmeöffnung 21 a ab, der einen sich von der Werkzeugaufnahme 3a weg konisch verjüngenden Abschnitt 159a sowie einen daran anschliessenden Abschnitt 161 a aufweist, der entweder zylindrisch ist oder sich ebenfalls konisch verjüngt, dies jedoch mit einer geringeren Neigung zur Drehachse 9a als der konische Abschnitt 159a.
Bei Beaufschlagung des Kolbens 31 a mit einem Druckfluid wird die Zangenbetä- tigungseinheit 25a gegen die Kraftwirkung der Federn 73a in Fig. 8 nach oben gedrückt, bis die Enden der Zungen 61 a in den durch den konischen Abschnitt 159a ausgesparten Freiraum entweichen können, was die Freigabe des Zugbolzens 153a zur Folge hat. Bei fortgesetzter Aufwärts- bewegung der Zangenbetätigungseinheit 25a drückt ein an ihr befestigter Ausstosser 163a schliesslich die Werkzeugaufnahme 3a aus ihrem Sitz in der Spannvorrichtung 1 a heraus.
Wenn beim Spannen die freien Zungenenden der Spannzange 23a mit ihren radialen Aussenseiten in Eingriff mit dem Abschnitt 161 a der Aufnahmeöff- nung 21 a gelangen, liegen sie bevorzugt plan an diesem Abschnitt 161 a an, so dass die Spannzange 23a dann an beiden ihrer Enden axial geführt wird.
Dies vermeidet etwaige Rundlauffehler, die sich aus der axialen Beweglich-
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keit der Spannzange 23a relativ zur Grundkörpereinheit 11a ergeben könnten.
An ihrem Sockelabschnitt 53a ist die Spannzange 23a lose an einem Verbindungsstück 165a gehalten, welches aus dem werkzeugaufnahmefer- nen Stirnende der Aufnahmeöffnung 21 a herausreicht und fest in den Kolben 31 a eingeschraubt ist. Von dem Verbindungsstück 165a steht ein zentrischer Gewindezapfen 167a axial ab, auf den die Spannzange 23a mit einem zentralen Durchgangsloch 169a axial aufgesteckt ist. Um die Spannzange 23a an dem Verbindungsstück 165a zu halten, ist eine Mutter 171a auf den Gewindezapfen 1 67a aufgeschraubt. Diese Mutter 171a bildet eine Kontermutter für den ebenfalls auf den Gewindezapfen 167a aufge- schraubten Ausstosser 163a. Der Sockelabschnitt 53a der Spannzange 23a ist nun zwischen der Mutter 171 a und dem Verbindungsstück 165a gehalten.
Wenn dabei zuvor von einer losen Halterung die Rede war, so ist damit gemeint, dass die Spannzange 23a in ihrem Sockelabschnitt 53a sowohl radiales Spiel gegenüber dem Gewindezapfen 167a als auch axiales Spiel gegenüber dem Verbindungsstück 165 und der Mutter 171 a besitzt.
Durch diese Entkopplung der Spannzange 23a von der Zangenbetätigungs- einheit 25a und gesonderte Führung der Spannzange 23a ist eine erhebliche Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit und der Reproduzierbarkeit der Messungen festgestellt worden.
Durch eine schräg zur Drehachse 9 geneigte Randfläche 173a des Durchgangslochs 169a wird das Verbindungsstück 165a an der Spannzange 23a zentriert, wenn im gespannten Zustand des Spannsatzes 1 a die Mutter 171 a durch die Kraftwirkung der Federn 73a gegen die Randfläche 173a gezogen wird.
Es versteht sich, dass auch der Spannsatz 1 a der Figur 8 durch einen Kugelkäfig, wie er in den Figuren 1 und 6 gezeigt ist und dort mit dem Bezugszeichen 71 bezeichnet ist, an der Spindel zentriert sein kann. Der
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Spannsatz 1 a kann also ohne weiteres gegen den Spannsatz 1 der Figur 1 ausgetauscht werden, ohne konstruktive Änderungen an der Spindel, an der Löseeinrichtung (vgl. Figur 2) oder an der Aufhängung des Spindelgehäuses (vgl. Figuren 3 und 4) vornehmen zu müssen.