CH668926A5 - Werkzeugmaschine. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den meisten metall-, holz- und kunststoffverarbeitenden Betrieben gibt es kleinere Werkzeugmaschinen, welche zum Schärfen von Werkzeugen sowie gelegentlichen Bearbeitungsvorgängen dienen und allen Betriebsangehörigen zur Verfügung stehen. Dies hat naturgemäss zur Folge, dass solche Maschinen nicht mit der gleichen Sorgfalt behandelt werden, wie eine Werkzeugmaschine, für die eine bestimmte Bedienungsperson verantwortlich ist. Der Zustand der Werkzeuge solcher Werkzeugmaschinen lässt daher meist sehr zu wünschen übrig.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art besteht darin, dass sich die Werkzeuge schlecht auswechseln lassen. Daher werden Bearbeitungsvorgänge, wie das Schärfen von z. B. Hobelmesser, Fräser, Drehmeissel oft mit ungeeigneten Werkzeugen durchgeführt.

Es gibt selbstverständlich bereits die verschiedensten Werkzeugspanneinrichtungen, die einen schnellen Werkzeugwechsel ermöglichen. Die bekannten Werkzeugspanneinrichtungen sind jedoch für kleinere Werkzeugmaschinen, wie Schleifböcke, kleinere Kreissägen und dergleichen entweder zu aufwendig oder aus Sicherheitsgründen ungeeignet.

Der vorliegenden Erfindung hegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine einfache, kostengünstige und sichere «Kleinwerkzeugmaschine» der eingangs genannten Art anzugeben, bei der ein schneller Werkzeugwechsel möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Werkzeugmaschine sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Die vorliegende Werkzeugmaschine ist preiswert und erlaubt trotzdem die Bearbeitungswerkzeuge schnell zu wechseln. Sie ist ausserdem vorzugsweise so ausgebildet, dass ein schneller Wechsel zwischen unterschiedlichen Werkzeugen möglich ist.

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Die vorliegende Werkzeugmaschine hat eine Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber den bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art: Da die rotierenden Werkzeuge, wie Fräser, Schleifscheiben, Kreissägeblätter und dergleichen schnell auf der Werkzeugspindel gespannt bzw. von ihr abgenommen werden können, kann man jedem Betriebsangehörigen, der mit der vorliegenden Werkzeugmaschine arbeiten muss, seinen eigenen Satz von Werkzeugen geben, für den dann dieser betreffende Betriebsangehörige allein verantwortlich ist.

Da die Werkzeuge und gegebenenfalls auch die Werkstückhalterungen schnell ausgewechselt werden können, sind optimale Bearbeitungsergebnisse gewährleistet.

Die vorliegende Werkzeugmaschine kann aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften auch für die Fertigung selbst verwendet werden und nicht nur für Nebenarbeiten. Viele Vor- und Fertigbearbeitungen brauchen nämlich nicht mehr in mehrere Arbeitsgänge aufgeteilt zu werden sondern können alle zusammen mit der vorliegenden Werkzeugmaschine nacheinander im Zuge einer einzigen Aufspannung erledigt werden, da innerhalb dieser Bearbeitung der Werkzeugwechsel schnell, einfach und sicher durchgeführt werden kann.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Werkzeugmaschine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Axialschnitt des eine Werkzeugspindel und eine Spannvorrichtung enthaltenden Teils für eine Werkzeugmaschine gemäss Fig. 1; die Spannvorrichtung ist dabei in der Betriebsstellung mit eingerasteter Spannposition dargestellt;

Fig. 3 eine Stirnansicht in Richtung eines Pfeiles A der Fig. 2;

Fig. 4 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht, die die Spannvorrichtung im gelösten Zustand zeigt, in dem das Werkzeug ausgewechselt werden kann.

Die in den Figuren als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Werkzeugmaschine hat ein Gehäuse 10 mit einer im wesentlichen ebenen Vorderseite 12, in der sich eine schwalbenschwanzförmige Nut 14 zum Anbringen einer Werkstückspannvorrichtung (nicht dargestellt) befindet. Vorzugsweise ist die Maschine mit mehreren, verschiedenen Halterungen für Werkstückspannvorrichtungen verschieder Bauformen versehen, so dass unterschiedliche Werkstückspannvorrichtungen nach Bedarf schnell angebracht werden können. Beispielsweise kann sich in der Vorderseite noch eine T-Nut 16 zum Anbringen einer entsprechenden anderen Spannvorrichtung befinden.

Die Werkzeugmaschine enthält ferner eine schnellaufende Werkzeugspindel 20, die am einen Ende 20a in üblicher Weise über ein Getriebe mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) gekoppelt und durch zwei Kugellager 22 in einem Teil 12a des Gehäuses oder einem sonst nicht dargestellten Gestell gelagert ist.

Am anderen Ende bildet die Werkzeugspindel 20 einen Spannkegel 20b.

Die Werkzeugspindel hat eine axiale Bohrung, welche eine Spannstange 24 einer Werkzeugspanneinrichtung aufnimmt. Die Spannstange 24 hat an dem dem Kegel 20b benachbarten Ende einen flachen Spannkopf 26. Das andere Ende wird durch einen Anschlag in Form einer gehärteten Kugel 28 gebildet. Die Spannstange 24 ist durch eine in der axialen Bohrung der Werkzeugspindel angeordnete starke Druckfeder vorgespannt, welche den Spannkopf 26 gegen den relativ flachen Spannkegel 20b zu drücken strebt. Die Druckfeder 30 liegt zu diesem Zweck an einer Schulter am

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spannkegelseitigen Ende der Bohrung der Werkzeugspindel bzw. einer auf das anschlagseitige Ende der Spannstange aufgeschraubten Buchse 32 an, welche gleichzeitig das anschlagseitige Ende der Spannstange in der Bohrung der Werkzeugspindel axial verschiebbar führt. Der Spannkopf 26 ist in einer Nute der Werkzeugspindel 20 gegen ein Verdrehen bezüglich der Werkzeugspindel gesichert.

Die rotierenden Werkzeuge, z. B. ein Fräser 34, sind jeweils auf einer Nabe 36 befestigt, die auf der einen Seite einen Innenkegel hat, der auf den Spannkegel 20b passt. Auf der anderen Seite befinden sich zwei sektorförmige Ausnehmungen 38, die Mitnehmer-Anschläge 40 für eine formschlüssige Mitnahme der Nabe durch den Spannkopf 26 bilden. Die Nabe weist ausserdem eine längliche Durchbrechung 42 auf, durch die der Spannkopf 36 bei gelöster Spannvorrichtung (Fig. 4) zum Aufsetzen bzw. Entfernen des mit der Nabe versehenen Werkstückes hindurchtreten kann. Angrenzend an die Anschläge 40 weisen die sich über etwa 90° erstreckenden Ausnehmungen 38 eine zusätzliche, rechteckige Vertiefung 43 auf, in der der Spannkopf 26 bei ordnungsgemäss auf der Werkzeugspindel 20 gespanntem Werkzeug sitzt.

Die Spannstange 24 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 44 gekoppelt, die die Spannstange 24 in Fig. 2 nach rechts gegen die Kraft der Feder 30 soweit zu verschieben gestattet, dass die Nabe 36 bezüglich des Spannkopfes 26 verdreht und das Werkzeug nach Drehung um 90° bezüglich des Spannkopfes 26 entfernt und ein anderes Werkzeug aufgesetzt und durch Drehung um 90° in Spannposition gebracht werden kann. •

Die Betätigungsvorrichtung 44 ist rein mechanisch, so dass sie preiswert gefertigt werden kann und auch unter rauhen Bedingungen betriebssicher arbeitet. Die Betätigungsvorrichtung 44 ist so ausgebildet, dass die Werkzeugspindel 20 nur dann angetrieben werden kann, wenn ein Werkzeug ordnungsgemäss auf der Werkzeugspindel gespannt ist. Ferner gewährleistet die Betätigungsvorrichtung, dass zwischen dem Beginn der Betätigung der Betätigungsvorrichtung zum Lösen der Entspannvorrichtung und dem tatsächlichen Beginn des Entspannvorganges eine Zeitspanne verstreicht, die mit Sicherheit für eine Stillsetzung der Werkzeugspindel ausreicht. Die Betätigungsvorrichtung 44, die z. B. über einen Schwenkhebel 46 (Fig. 1) betätigbar ist, bewirkt also eine gewisse zeitliche Verzögerung zwischen dem Einleiten des Entspannvorganges durch die Bedienungsperson und dem tatsächlichen Lösen der Spannvorrichtung, also dem Beginn der Verschiebung der Spannstange 24 nach rechts in Fig. 2.

Dies wird bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 bis 4 auf folgende Weise erreicht: Die axiale Verschiebung der Spannstange 24 erfolgt durch ein Steuerglied in Form einer Kurvenscheibe 48, welche mehrere Abschnitte aufweist.

In der in Fig. 2 dargestellten Betriebsstellung mit ordnungsgemäss auf die Werkzeugspindel aufgespanntem Werkzeug hat das Anschlagsende der Spannstange, also die Kugel 28 eine solche Lage, dass sie nicht im Eingriff mit der Kurvenscheibe 48 steht. Diese Position der Spannstange 24 wird durch einen Hebel 50 abgefühlt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Kugel 28 und der Kurvenscheibe 48 angeordnet ist und durch einen federbelasteten Bolzen 52 gegen die Kugel 28 der Werkzeugspindel 20 gedrückt wird. Der Hebel 50 ist mit einer Rolle 56 versehen, an der die Kurvenscheibe 48 angreift.

Die Kurvenscheibe 48 hat eine erste Einbuchtung 48a, die in der dem Betriebszustand der Werkzeugmaschine entsprechenden Position der Kurvenscheibe 48 der Rolle 56 gegenüberliegt, so dass keine Berührung zwischen der Kurvenscheibe 48 und der Rolle 56 stattfindet. Die Kurvenscheibe 48 hat ferner eine weitere Einbuchtung 48b, die in der Ruhe-

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Stellung der Kurvenscheibe 48 ein Betätigungsglied 58a eines Ruhekontaktschalters 58 freigibt. In Uhrzeigerrichtung gesehen schliesst sich an die Einbuchtung 48a ein Abschnitt A—AI mit im wesentlichen konstantem Radius, der etwas grösser ist als der Radius an der tiefsten Stelle der Einbuchtung 48a, an und dann ein Abschnitt Ai—B, in dem der Radius entsprechend einer Spirale ansteigt. An die Einbuchtung 48b schliesst sich ein Abschnitt C—D mit einem für die Betätigung des Schalters 58 ausreichenden Radius an.

Die Position des Hebels 50 wird durch zwei weitere Ruhekontaktschalter 60,62 abgefühlt, die in der in Fig. 2 dargestellten Ruhelage des Hebels 50 nicht betätigt sind. Die Schalter 58, 60 und 62 sind in Reihe miteinander in den Stromkreis des nicht dargestellten, mit der Werkzeugspindel 20 gekoppelten Elektromotors geschaltet. Ein Öffnen eines oder mehrerer Schalter bewirkt also ein Unterbrechen des Stromkreises für den Antriebsmotor. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise mit einer Federbremse versehen, die ihn beim Stromloswerden sofort abbremst. Selbstverständlich kann auch eine andere Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die die Werkzeugspindel 20 abbremst, wenn der Antriebsmotor stromlos gemacht wird.

Bei einem Entspannvorgang wird die Kurvenscheibe 48 um etwa 180° in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Dies löst folgende Vorgänge aus: Als erstes wird der Schalter 58 durch das Kurvenstück C—D betätigt und macht den Antriebsmotor stromlos, wobei dann auch die Federbremse wirksam wird. Praktisch gleichzeitig greift die Rolle 56 des Hebels 50 am Kurvenstück A—AI an. Eine dadurch etwa verursachte Verschiebung der Spannstange nach rechts reicht jedoch nicht aus, um den Spannkopf 26 von der Nabe 36 zu lösen. Der beschriebene Zustand bleibt bestehen, bis der Punkt Ai die Rolle 56 erreicht hat. Die Zeit für das Drehen der Kurvenscheibe 48 um den dem Abschnitt A—AI entsprechenden Winkel reicht aus, um die Werkzeugspindel 20 stillzusetzen. Anschliessend wird nun der Hebel 50 und damit die Spannstange 24 durch den ansteigenden Abschnitt Al—B

der Kurvenscheibe nach rechts gedrückt, bis die in Fig. 4 dargestellte Stellung erreicht ist, in der die Spannstange 24 soweit nach rechts verschoben ist, dass der Spannkopf 26 die Nabe 36 freigibt. Das Werkzeug 34 kann nun mit der Nabe 36 um 90° gedreht werden, so dass der Spannkopf die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Lage einnimmt und das Werkzeug vom Spannkegel 20b der Werkzeugspindel 20 abgenommen werden kann. Durch das Schwenken des unteren Armes des Hebels 50 nach rechts wird ausserdem der Schalter 60 betätigt, so dass der Motorstromkreis auch durch diesen Schalter unterbrochen wird.

Wenn die Kurvenscheibe 48 nun wieder in die in Fig. 2 dargestellte Ruhelage zurückgebracht wird, ohne dass ein Werkzeug auf die Werkzeugspindel aufgesetzt worden ist, kann die Spannstange 24 etwas weiter nach links auswandern als bei gespanntem Werkzeug, da der Spannkopf 26 nicht durch die Nabe 36 zurückgehalten wird. Der Hebel 50 wird dadurch nach links gedrückt, wobei die Rolle 56 in die Einbuchtung 48a eingreift, und der Schalter 62 wird betätigt, so dass der Stromkreis unterbrochen bleibt, auch wenn das Betätigungsglied 58a in die Einbuchtung 48b der Kurvenscheibe 48 eintritt.

Wenn andererseits das Werkzeug nicht richtig aufgesetzt worden ist, d. h. wenn die Nabe 36 nicht ganz um 90° gedreht worden ist, so dass der Spannkopf 26 nicht in die an die Anschläge 40 angrenzende Vertiefung 43 eingetreten ist, kann der durch den federbelasteten Bolzen 52 gegen die Kugel 28 gedrückte Hebel 50 nicht in die in Fig. 2 dargestellte Ruhelage zurückkehren, so dass der Schalter 60 betätigt bleibt und den Motor stromlos hält.

Durch die Sicherheitsschalter 60 und 62 ist also ein Wiederanlaufen der Werkzeugspindel nur dann möglich, wenn die Spannstange 24 auch tatsächlich in der richtigen Längsposition eingerastet ist. Ausserdem ist der Anlauf nur möglich, wenn sich die Kurvenscheibe 48 in ihrer Ruhe- und Ausgangsposition gemäss Fig. 2 befindet und der Schalter 58 durch die Aussparung 48b freigegeben wird.

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3 Blatt Zeichnungen

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668 926 PATENTANSPRÜCHE

1. Werkzeugmaschine mit einem Gehäuse (10), einer im Gehäuse drehbar gelagerten Werkzeugspindel (20), die am einen Ende ein Spannelement (20b) aufweist, weiterhin mit einem mit der Werkzeugspindel gekoppelten Antriebsmotor, einer Bremsvorrichtung zum Abbremsen der Werkzeugspindel, und einer zum Aufspannen eines rotierenden Werkzeugs (34) auf dem Spannelement dienenden Werkzeugschnellspannvorrichtung, welche eine mechanische Betätigungsvorrichtung (44) und eine in einer axialen Ausnehmung der Werkzeugspindel (20) angeordnete Spannstange (24) aufweist, die am einen Ende einenam Werkzeug (34, 36) angreifenden Spannkopf (26) aufweist und am anderen Ende mit der Betätigungsvorrichtung (44) gekoppelt ist, durch die die Spannstange zum Spannen eines Werkzeugs in einer ersten Richtung und zum Entspannen des Werkzeugs in einer zweiten Richtung beweglich ist, dadurch gekennzeichnet,

dass die Spannstange (24) durch eine Feder (30) in Spannrichtung vorgespannt ist;

dass der Spannkopf (26) und das Werkzeug (34, 36) so geformt sind, dass die Spannstange in der Spannstellung der Betätigungsvorrichtung (44) unter der Wirkung der Federkraft eine erste Stellung einnimmt wenn sich kein Werkzeug auf dem Spannelement (20b) befindet, eine zweite Stellung, wenn sich ein Werkzeug auf dem Spannelement befindet, der Spannkopf jedoch nicht ordnungsgemäss im Eingriff mit dem Werkzeug steht, und eine dritte Stellung, wenn sich ein ordnungsgemäss gespanntes Werkzeug auf dem Spannkopf befindet, und dass die Betätigungsvorrichtung (44) Schalter (58,60, 62) enthält, die einen Antrieb des Motors und eine Freigabe der Bremsvorrichtung nur in der dritten Stellung zulassen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die dritte Stellung zwischen der ersten und der zweiten Stellung befindet.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannstange (24) axial verschiebbar ist; dass das Werkzeug (34, 36) eine Nabe (36) aufweist, die eine Durchbrechung (42) zum Durchtritt des Spannkopfes (26), zwei sich an die Ausnehmung anschliessende und in einer Anschlagsfläche (40) endende sektorförmige Ausnehmungen (38) sowie an die Anschläge (40) angrenzende zusätzliche Vertiefungen (43), in die der Spannkopf (26) passt, aufweist, und dass die Schaltvorrichtungen (58, 60,62) so angeordnet sind, dass nur dann keine Schaltvorrichtung betätigt ist, wenn sich ein Werkzeug (34, 36) auf dem Spannelement (20b) befindet und der Spannkopf (26) durch die Feder (30) in die Vertiefungen (43) gezogen ist.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (44) ein durch eine Bedienungsperson beim Spannen und Entspannen betätigtes Steuerelement (48) enthält, welches mit mindestens einer Schaltvorachtung (58) und der Spannstange (24) derart zusammenwirkt, dass die Schaltvorrichtung (48) bei Einleitung eines Entspannvorganges sofort, die Spannstange (24) jedoch erst nach einem bestimmten, für eine Stillsetzung der Werkzeugspindel (20) ausreichenden Hub des Steuerelements (48) in Entspannrichtung bewegt.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied ein Steuerkurvenkörper, insbesondere eine Steuerscheibe (48) ist, welche einen mit dem Schalter (58) zusammenwirkenden Steuerkurventeil (C—D), welcher den Schalter unmittelbar nach Beginn der Bewegung in Entspannrichtung betätigt, und einen mit der Spannstange (24) zusammenwirkenden zweiten Kurventeil (A—B) enthält, welcher einen ersten Abschnitt (A—AI) aufweist, der noch keine Entspannbewegung der Spannstange (24) bewirkt, und einen zweiten Abschnitt (Al —B), durch den die Spannstange (24) fortschreitend in die Entspannstellung bewegt wird, enthält.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerelement (48) und der Spannstange (24) ein Hebel (50) angeordnet ist, der federnd gegen die Spannstange gedrückt und mit einer Schaltvorrichtung (60,62) gekoppelt ist; dass das Steuerelement eine Einbuchtung (48a) aufweist, die den Hebel (50) freigibt, wenn sich das Steuerelement in seiner Spannstellung befindet und sich auf dem Spannelement (20b) ein ordnungsgemäss gespanntes Werkzeug befindet; und dass die mit dem Hebel (50) zusammenwirkende Schaltvorrichtung (60, 62) so angeordnet ist, dass sie die Stromversorgung des Motors und die Bremsvorrichtung nur dann freigibt, wenn sich die Spannstange (24) in der dritten Stellung befindet.

7. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung eine dem Motor zugeordnete Federbremse ist, die beim Stromloswerden des Motors diesen automatisch abbremst.

8. Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (20b) der Werkstückspindel (20) ein flacher Kegel ist; dass der Spannkopf (26) in Achsrichtung gesehen die Form eines schmalen Rechteckes hat, und dass der Spannkopf (26) in der Werkstückspindel (20) axial verschiebbar, jedoch unver-drehbar gelagert ist.