DE10101093A1 - Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter oder dergleichen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter o. dgl. vorgeschlagen, mit einer rotierend antreibbaren Spindel, einer Betätigungsstange in der Spindel zur Betätigung einer Spannvorrichtung und einer Betätigungseinrichtung für die Betätigungsstange. Die Betätigungseinrichtung ist relativ zur umlaufenden Spindel nicht rotierend angeordnet und mit der rotierenden Betätigungsstange über eine Kupplungseinrichtung gekuppelt, die einerseits eine Trennung zwischen der rotierenden Betätigungsstange und der nicht rotierenden Betätigungseinrichtung und andererseits zugleich eine Kopplung zwischen beiden zur Betätigung der Betätigungsstange schafft. Dadurch wird die Betätigungskraft auf die Betätigungsstange von einer nicht umlaufenden Einrichtung aufgebracht, die auch einer Regelung zugänglich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeug­ halter od. dgl. mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine Spanneinrichtung dieser Art bekannt, die zur Betätigung der Betätigungsstange und damit der Spannvorrichtung ein Federspannsystem aufweist, das aus einzelnen Tellerfedern gebildet ist, die innerhalb der Spindel zwischen letzterer und der Betätigungsstange wirksam sind, sich einerseits an der Spindel und andererseits an der Betätigungsstange abstützen und die Betätigungsstange in Spannrichtung mit einer dauernden Spannkraft beauf­ schlagen, die die Spannvorrichtung in Schließstellung hält. Die so gestaltete, im Inneren der Spindel und auf der Betätigungsstange angeordnete Betätigungs­ einrichtung rotiert mit der Spindel. Das gesamte System ist bei den heute verlangten großen Drehzahlen der Spindel z. B. in der Größenordnung von 30.000 U/min dementsprechend großen Beanspruchungen ausgesetzt. Das im Durchmesser relativ große und axial relativ lange Federpaket des Federspann­ systems kann eine Unwucht auf der Spindel bewirken, was bei den hohen Drehzahlen der Spindel zu ungenauen Bearbeitungsergebnissen führen kann. Ferner können die Federn nach einer bestimmten Beanspruchungsdauer ermüden. Die durch die Federn erzeugte Spannkraft verringert sich über die Laufzeit und muss in vorgeschriebenen Intervallen nachgemessen werden, mit zusätzlich einhergehendem dementsprechend großem Aufwand. Durch die große Anzahl benötigter Federn des Federspannsystems ergibt sich eine große axiale Länge, wodurch auch die Spindel entsprechend lang baut. Der Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine wird durch diese große Baulänge in nachteiliger Weise verringert. Wegen der benötigten Größe der Federn, die innerhalb der Spindel angeordnet sind, bedarf es einer relativ großen Bohrung in der Spindel, wodurch der Gesamtdurchmesser der Spindel entsprechend groß wird. Zusätzlich zu dem erheblichen Nachteil aufgrund großer rotierender Massen, die beschleunigt und verzögert werden müssen und dadurch entsprechend lange Zeiten dafür benötigen, ergibt sich bei derartigen Spannsystemen im Laufe des Betriebs auch ein Verschleiß, der nicht kompensierbar ist. Auch ergeben sich im Laufe des Betriebs Änderungen der durch Federkraft erzeugten Spannkraft, wobei diese Spannkraftänderungen in nachteiliger Weise nicht überwacht werden können und auch nicht korrigiert werden können. Auch besteht die Gefahr sich ergebener Fehlspannungen, die infolge von Verschmutzungen auftreten und die nicht erkannt werden. Nachteilig ist ferner, dass derartige Federspannsysteme durch die hohe unkontrollierte Spannkraft sehr stark verschleißen. Sie ermöglichen im übrigen keinen etwaigen gewünschten Wechsel des Werkzeuges bei laufender Spindel.

Bekannt sind ferner hydraulische Werkzeugspannsysteme. Diese weisen ein Hydraulikaggregat auf, das an der Werkzeugmaschine anzubringen ist, und ferner zu verlegende Hydraulikleitungen. Diese Bauteile und die Verlegung der Leitungen sind aufwendig und kostenträchtig. Hydraulische Spannsysteme haben ferner den Nachteil, dass aufgrund der mechanischen Verriegelung ein Nachspannen nicht möglich ist.

Bekannt sind auch sogenannte Elektrospanner, die einen elektrischen Antriebsmotor mit nachgeschaltetem Planetengetriebe aufweisen, dessen Ausgang auf die Betätigungsstange arbeitet, wobei der komplette Elektrospanner fest mit der Spindel der Maschine verbunden ist und zusammen mit dieser umläuft. Dies führt zu noch größeren rotierenden Massen, wodurch die maximal möglichen Drehzahlen für die Spindel der Werkzeugmaschine z. B. etwa auf 4.000 U/min begrenzt sind und somit wegen geringer Spindeldrehzahl längere Bearbeitungszeiten nötig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die die vorstehend aufgelisteten Nachteile beseitigt sind, wobei die Einrichtung bei allem einen nur geringen Aufwand benötigt und kompakt, klein und kostengünstig ist, insbesondere kein Federspannsystem benötigt und eine erhebliche Reduzierung der rotierenden Massen erlaubt.

Die Aufgabe ist bei einer Spanneinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere besondere Erfindungsmerkmale sowie Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die mit der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung erreichten Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen herausgestellt, ebenso wie weitere Einzelheiten der Erfindung, weswegen diesbezüglich auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen wird.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungs­ wesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen axialen Längsschnitt einer Spanneinrichtung, die nachfolgend im Detail erläutert ist.

Die gezeigte Spanneinrichtung 10 ist für Werkzeuge, Werkzeughalter oder dergleichen vorgesehen, von denen nur beispielshalber und schematisch ein Zerspanungswerkzeug 11 dargestellt ist, das mittels einer Spannvorrichtung 12 axial fest und drehmomentübertragend mit einer rotierend antreibbaren Spindel 13 verspannt werden kann. Bei der Spindel 13 handelt es sich um eine Werkzeugmaschinenspindel üblicher Art, die umfangsseitig und in Längsrichtung in Abständen voneinander in üblicher Weise mittels Lagern in einer Werkzeug­ maschine gelagert ist. Die Spannvorrichtung 12 ist herkömmlicher Art und bedarf daher keiner weiteren Beschreibung. Spannvorrichtungen dieser oder ähnlicher Art sind beispielsweise bekannt aus DE-GM 91 04 377, DE 39 36 121 C1, DE-GM 89 12 833, DE 39 36 122 C1 oder auch DE 38 14 550 C1, die vielfältige Variationen und Einzelheiten einer solchen Spannvorrichtung 12 zeigen.

Generell ist Teil der Spannvorrichtung 12 eine schematisch angedeutete Spannzange 14, die zum Festspannen und Gespannthalten des Zerspanungs­ werkzeuges 11 am Ende mittels eines z. B. konischen Zugbolzens 15 gespreizt wird, der fest mit einer Betätigungsstange 16 verbunden ist. Die Betätigungs­ stange 16 ist innerhalb der Spindel 13 koaxial zu dieser angeordnet und läuft beim Antrieb der Spindel 13 zusammen mit dieser um. Je nach Bearbeitungs­ aufgabe rotiert die Spindel 13 und mit dieser die innere Betätigungsstange 16 mit einer Drehzahl z. B. in der Größenordnung von 30.000 U/min. Die Betätigungs­ stange 16 enthält im Inneren einen Kanal 17 für den Durchlass eines Schmier- und/oder Kühlmittels, das bis vorn zum Zerspanungswerkzeug 11 zum Zwecke der Schmierung und/oder Kühlung dieses beim Zerspanungsvorgang geleitet wird.

Zur Betätigung der Betätigungsstange 16 ist eine Betätigungseinrichtung 20 vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 20 bewirkt in einer Axialrichtung, dass die Betätigungsstange 16 bei eingespanntem Zerspanungswerkzeug 11 permanent in Spannrichtung, d. h. in der Zeichnung in Richtung des Pfeiles 21, mit ausreichend großer Zugkraft beaufschlagt ist, die sicherstellt, dass die Spannzange 14 gespannt gehalten wird und über diese das Zerspanungswerkzeug 11 fest und sicher mit der Spindel 13 gespannt bleibt. Durch gegensinnige Betätigung wird die Spannvorrichtung 12 geöffnet und das Zerspanungswerkzeug 11 freigegeben.

Die Betätigungseinrichtung 20 ist in Bezug auf die umlaufende Spindel 13 und damit umlaufende Betätigungsstange 16 nicht rotierend angeordnet, insbesondere räumlich feststehend gehalten. Zwischen der Betätigungsein­ richtung 20 und der davon zu betätigenden Betätigungsstange 16 ist eine allgemein mit 30 bezeichnete Kupplungseinrichtung angeordnet, über die die Betätigungseinrichtung 20 mit der Betätigungsstange 16 zur Kraftbeaufschlagung dieser gekuppelt ist. Die Kupplungseinrichtung 30 schafft somit einerseits eine Trennung zwischen der mit der Spindel 13 rotierenden Betätigungsstange 16 und der nicht rotierenden Betätigungseinrichtung 20 und bewirkt andererseits zugleich eine getriebliche Kopplung der Betätigungseinrichtung 20 mit der Betätigungs­ stange 16 zu deren Betätigung.

Die Betätigungseinrichtung 20 ist aus einer Spindeleinheit 22 gebildet, die mit der Betätigungsstange 16 gekoppelt ist. Die Spindeleinheit 22 weist einen Antriebs­ motor 23, insbesondere in Form eines Elektromotors mit Stator 24 und Rotor 25, und ein davon angetriebenes Untersetzungsgetriebe 26 auf, welches auf eine Abtriebsspindel 27 arbeitet. Das Untersetzungsgetriebe 26 ist so gestaltet, dass es eine vom Antriebsmotor 23 erzeugte Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt. Hierfür gibt es eine Vielzahl von für sich bekannten Gestaltungsmöglichkeiten eines solchen Umwandlungsgetriebes, die jeweils im Rahmen der Erfindung liegen. Bei einem hier dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel ist dieses Untersetzungsgetriebe beispielsweise als solches mit Planeten-Wälz-Gewindespindel ausgebildet, das den Vorteil hat, eine schnelle Drehbewegung mit geringen Reibungsverlusten und somit reibungsarm in eine langsame Linearbewegung umsetzen zu können. So ist die Ausführung beim gezeigten Ausführungsbeispiel z. B. so gewählt, dass die Spindeleinheit 22 eine Hohlwelle 28 aufweist, auf der der Rotor 25 des Antriebsmotors 23 drehfest gehalten ist und die im Gehäuse 29 der Betätigungseinrichtung 20 beidendig mittels Lagern 31 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 28 ist mit einer dazu koaxialen, etwa hülsenförmigen Spindelmutter 32 fest verbunden, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Inneren der Hohlwelle 28 angeordnet ist. Diese hülsenförmige Spindelmutter 32 wird von der Hohlwelle 28 angetrieben. Die Spindelmutter 32 ist auf der inneren Umfangsfläche z. B. mit einem Rillenprofil aus parallel zueinander verlaufenden, nebeneinander angeordneten Rillen versehen. Die Abtriebsspindel 27 durchsetzt den Antriebsmotor 23, insbesondere dessen Hohlwelle 28, und ferner die Spindelmutter 32 jeweils mit radialem Spiel und ist auf demjenigen Längenabschnitt, der sich über den Axialbereich der Spindelmutter 32 erstreckt, mit einem Außengewinde 33, z. B. einem Feingewinde, versehen. Zwischen der Spindelmutter 32 und dem Abschnitt mit dem Außengewinde 33 der Abtriebsspindel 27 sind getriebliche Koppelglieder 34 angeordnet, die nur schematisch angedeutet sind und z. B. aus mit Rillenprofil versehenen Rollen bestehen können. Bei eingeschaltetem Antriebsmotor 23 wird dessen Rotor 25 in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben und damit die Hohlwelle 28 und mit dieser die damit drehfest verbundene Spindelmutter 32. Die Drehung dieser wird über das Rillenprofil der Spindelmutter 32, die Koppelglieder 34 und das Außengewinde 33 auf der Abtriebsspindel 27 in eine langsame Linearbewegung in der Zeichnung entweder nach rechts oder je nach Umlaufrichtung des Rotors 25 nach links umgesetzt.

Die Betätigungsstange 16 wird von der Abtriebsspindel 27 über die Kupplungs­ einrichtung 30 translatorisch zumindest in einer Axialrichtung mit einer Stellkraft, insbesondere einer axialen Spannkraft, beaufschlagt bzw. ist sie in dieser Weise beaufschlagbar.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem es um eine in Umfangsrichtung der Betätigungsstange 16 auszuübende Beaufschlagung dieser geht, ist statt dessen die Betätigungsstange 16 unmittelbar oder mittelbar von der Betätigungseinrichtung 20 rotatorisch mit einem Stellmoment, insbesondere einem Spannmoment, beaufschlagbar. Im erstgenannten Fall ist die Stellkraft, insbesondere die Spannkraft, und im zweitgenannten Fall das Stellmoment, insbesondere das Spannmoment, geregelt oder regelbar, vorzugsweise direkt oder unmittelbar. Hierzu ist der Betätigungseinrichtung 20 eine schematisch angedeutete Regeleinrichtung 40 zugeordnet. Die Regeleinrichtung 40 arbeitet auf den Antriebsmotor 23 der Spindeleinheit 22 und weist zumindest einen nur schematisch angedeuteten Sensor 41 und/oder 42 auf, der eine Größe ermittelt, die ein Maß für die Stellkraft ist, mit der die Betätigungsstange 16 beaufschlagt wird. Der mindestens eine Sensor 41, 42 liefert für diese Größe einen Istwert, der mittels der Regeleinrichtung 40 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, woraufhin eine etwaige Regelabweichung durch Aktivieren der Betätigungsein­ richtung 20 ausgeglichen wird. Der mindestens eine Sensor 41, 42 ist kontaktlos und/oder mittels angedeuteter Signalleitungen 41a, 42a mit der Regeleinrichtung 40 gekoppelt. Für die Gestaltung des jeweiligen Sensors 41, 42 und auch für die Positionierung dieses und dafür, welche Größe der Sensor ermittelt, bestehen vielfältige Möglichkeiten, die jeweils im Rahmen der Erfindung liegen. Der mindestens eine Sensor 41, 42 ist z. B. aus einem Positionsgeber, der ein jeweilige Drehstellung erfasst, oder aus einem Drehmomentgeber, der ein jeweils herrschendes Drehmoment misst, oder aus einem Kraftgeber, der eine jeweils in der einen oder anderen Axialrichtung herrschende Kraft misst, oder aus einem sonstigen geeigneten Messglied gebildet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der eine Sensor 41 im Bereich der Abtriebsspindel 27 angeordnet und z. B. als Kraftgeber gestaltet, der die zur Aufrechterhaltung der Spannung im Bereich der Spannvorrichtung 12 in Pfeilrichtung 21 auf die Betätigungsstange 16 ausgeübte axiale Zugkraft misst und den betreffenden Istwert über die Signalleitung 41a der Regeleinrichtung 40 zuführt, die über eine Steuerleitung 35 mit dem Antriebs­ motor 23 zu dessen jeweiliger Ansteuerung verbunden ist. Der andere Sensor 42 ist nur gestrichelt angedeutet und besteht z. B. aus einem Kraftgeber, der die Größe der axialen Kraft misst, mit der das Zerspanungswerkzeug 11 an der Spindel 13 gespannt gehalten ist. Dadurch kann die Größe der Spannkraft auch während des Spindelumlaufs geregelt und auch werkzeugbezogen auf unterschiedlich hohe Werte eingestellt werden.

Die Abtriebsspindel 27 ist im Inneren von einem Rohr 36 durchzogen, das an den inneren Kanal 17 der Betätigungsstange 16 zur Führung des Schmier- und/oder Kühlmittels angeschlossen ist. Über dieses Rohr 36 wird von einer geeigneten, schematisch mit 37 angedeuteten Einrichtung zugeführtes Schmier- und/oder Kühlmittel zum Kanal 17 geleitet. An der Kontaktstelle des Rohres 36 kann eine Dichtung sitzen.

Die Kupplungseinrichtung 30 weist zumindest ein Lager auf, das als Gleit- und/oder Wälzlager und hierbei als Axial- und/oder Radiallager ausgebildet sein kann und auch Axialkräfte übertragen kann, wobei beim gezeigten Ausführungsbeispiel nur schematisch zwei derartige nebeneinandersitzende Lager 50 angedeutet sind. Aufgrund der schematischen Darstellung des bzw. der Lager 50 sind der nicht umlaufende Teil einerseits und der umlaufende Teil andererseits jedes Lagers 50 nicht besonders herausgestellt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der nicht umlaufende Teil des jeweiligen Lagers 50 mit der Abtriebswelle 27 verbunden, die am in der Zeichnung linken Ende einen Anschlag 51 in Form eines Ringes, Bundes od. dgl. aufweist, an dem der nicht umlaufende, auf der Abtriebswelle 27 sitzende Teil des jeweiligen Lagers 50 axial abgestützt ist. Auf der axial gegenüberliegenden anderen Seite weist die Abtriebsspindel 27 einen Ringbund 38 auf, an dem die axiale Abstützung des nicht umlaufenden Teils des jeweiligen Lagers 50 in der anderen Axialrichtung geschieht. Der andere, umlaufende Teil des jeweiligen Lagers 50 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Betätigungsstange 16 verbunden. Dabei ist dieser umlaufende Teil hier aus dem jeweiligen Außenring des Lagers 50 gebildet, während der nicht umlaufende, auf der Abtriebsspindel 27 sitzende Teil aus dem jeweiligen Innenring des Lagers 50 besteht. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass das mindestens eine Lager 50 innerhalb der Spindel 13 angeordnet ist. Innerhalb der Spindel 13 ist eine Hülse 43 angeordnet, die in Bezug auf die Spindel 13 zentriert gehalten ist und fest mit der Betätigungsstange 16 verbunden ist. Die mit der Betätigungsstange 16 fest verbundene Hülse 43 ist relativ zur Spindel 13 beweglich, insbesondere in Umfangsrichtung und/oder Axialrichtung verstellbar. Der den umlaufenden Teil des jeweiligen Lagers 50 bildende Außenring ist im Inneren der Hülse 43 aufgenommen und mittels beidseitiger axialer Anschläge 44, 45 axial unverschiebbar gesichert. Die Hülse 43 ist innerhalb einer koaxialen Bohrung 46 der Spindel 13 z. B. mittels Schiebesitzes in der Spindel 13 aufgenommen derart, dass zwischen beiden eine relative Beweglichkeit gegeben ist.

Bei einem nicht weiter gezeigten Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Lager 50 nicht im Inneren der Spindel 13 angeordnet, sondern z. B. in axialem Abstand und außerhalb dieser. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Abtriebsspindel 27 eine damit fest verbundene Hülse aufweist, innerhalb der das mindestens eine Lager 50 aufgenommen ist, derart, dass dann der nicht umlaufende Teil des jeweiligen Lagers vom Außenring des Lagers gebildet und in der mit der Abtriebsspindel 27 fest verbundenen Hülse aufgenommen ist, während der andere, umlaufende Teil des mindestens einen Lagers durch dessen Innenring gebildet und auf der Betätigungsstange angeordnet ist.

Nicht weiter gezeigt ist, dass im Kraftfluss von der Betätigungseinrichtung 20, insbesondere der Abtriebsspindel 27, zur Betätigungsstange 16 eine axial wirkende, geeignete Federeinrichtung, z. B. mindestens eine Feder, angeordnet ist. Diese Feder kann z. B. so gestaltet sein, dass diese eine Axialkraft in Pfeilrichtung 21 auf die Abtriebsspindel 27 ausübt. Die Federeinrichtung kann aber auch an anderer Stelle sitzen. Statt dessen oder zusätzlich dazu kann z. B. eine zwischen der Betätigungseinrichtung 20, insbesondere der Abtriebsspindel 27, und der Spindel 13 angeordnete Federeinrichtung, insbesondere mindestens eine Feder, von Vorteil sein.

Bei umlaufender Spindel 13 und Betätigungsstange 16 mit mittels der Spannvor­ richtung 12 gespanntem Zerspanungswerkzeug 11 steht die Betätigungseinrich­ tung 20 mit sämtlichen beschriebenen Bauteilen dieser still einschließlich der Abtriebsspindel 27 mit dem darauf gehaltenen Innenring des mindestens einen Lagers 50. Durch die Betätigungseinrichtung 20 wird auf die Abtriebsspindel 27 permanent eine axiale Zugkraft in Pfeilrichtung 21 ausgeübt, die über die Kupplungseinrichtung 30, insbesondere das mindestens eine Lager 50, auf die Hülse 43 und die damit fest verbundene Betätigungsstange 16 ausgeübt wird, die zusammen mit der Spindel 13 mit hoher Drehzahl umlaufen.

Hierdurch werden vielfältige Vorteile gegenüber bekannten Betätigungseinrich­ tungen erzielt, die mittels eines Federspannsystems, insbesondere z. B. mittels Tellerfedern, diesen Axialzug gemäß Pfeil 21 erzeugen, wobei bei bekannten Spanneinrichtungen diese Federspannsysteme Teil der Spindel 13 und Betätigungsstange 16 sind und deswegen mit diesen zusammen umlaufen. Diese Federspannsysteme haben den Nachteil, dass die Federn eine Unwucht bei der Spindel 13 bewirken. Dies führt zu ungenauen Bearbeitungsergebnissen der Werkzeugmaschine besonders bei hohen Drehzahlen der Spindel 13. Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung hingegen sind derartige Federn, die mit umlaufen, nicht vorhanden. Dadurch verringert sich die Unwucht der Spindel 13. Es lassen sich bessere Bearbeitungsergebnisse erzielen. Bei bekannten Federspannsystemen ermüden die einzelnen Federn nach bestimmter Beanspruchungsdauer. Sie sind nicht dauerfest. Dies hat zur Folge, dass sich über die Laufzeit die axiale Spannkraft verringert und deswegen laufend nachgemessen werden muss, was nur durch Ausbau der Spanneinrichtung verwirklichbar ist. Dieser wiederum bedeutet Maschinenstillstand und damit Produktionsausfall. Im Vergleich dazu sind bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung derartige Ermüdungen ausgeschaltet, da keine Federn vorhanden sind. Dies hat den Vorteil größerer Wartungsintervalle, wobei die Maschinenstillstandszeiten reduziert werden und damit die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschine verbessert wird.

Bei bekannten Werkzeugspannsystemen mit Betätigung hydraulisch oder mit Federspannung ist es erforderlich, an der Maschine ein Hydraulikaggregat einzubauen und Hydraulikleitungen zu verlegen. Die erfindungsgemäße, nicht hydraulisch arbeitende Spanneinrichtung hat demgegenüber den Vorteil, dass derartige Aggregate, Leitungen und Verlegearbeiten völlig entfallen. Es ergibt sich eine einfachere Montage der Werkzeugmaschine mit einhergehenden Kosteneinsparungen für den Maschinenhersteller.

Bei bekannten Spanneinrichtungen nach dem Prinzip der Federspannsysteme ist eine große Anzahl von Federn, insbesondere Tellerfedern, erforderlich, um die notwendigen Spannkräfte aufzubringen. Dies bedingt eine große Gesamtlänge. Diese hat nachteilig eine Verringerung des Bearbeitungsraumes der Werkzeug­ maschine zur Folge. Es sind auch Werkzeugspannsysteme bekannt, die ohne Federn auskommen und auf hydraulischem Wege eine Spannung bewirken. Diese erlauben aufgrund der mechanischen Verriegelung kein Nachspannen. Außerdem können Leckagen an Dichtungsstellen entstehen. Hydrauliköl kann in den Antriebsmotor der Spindel gelangen und diesen schädigen. Im Vergleich dazu bestehen bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung diese Probleme nicht. Da keine Federn vorhanden sind, kann die Länge der Spindel und damit die Gesamtlänge wesentlich verkürzt werden, so dass eine sehr kurze Bauweise erreichbar ist. Ferner hat die erfindungsgemäße Spanneinrichtung den Vorzug, ein Nachspannen zu ermöglichen.

Bei bekannten Federspannsystemen ergibt sich wegen der benötigten Größe der Federn ein großer Bohrungsdurchmesser in der Spindel 13. Da die erfindungs­ gemäße Spanneinrichtung keine derartigen Federn benötigt, kann der Durchmesser der Innenbohrung der Spindel 13 verkleinert werden und dadurch der Durchmesser der Spindel 13 deutlich reduziert werden. Während ferner bekannte Federspannsysteme auftretenden Verschleiß an den Kraftübertragungsflächen nicht kompensieren können, ist die Spanneinrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, auftretenden Verschleiß an den Kraft­ übertragungsflächen zu kompensieren. Von erheblichem Vorteil ist ferner, dass wegen nicht erforderlicher Federn die mitumlaufenden rotierenden Massen dank der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung erheblich reduziert werden können. Dadurch werden schnellere Beschleunigungen der Spindel 13 und auch Verzögerungen dieser möglich. Während bei bekannten Federspannsystemen die Spannkraft während des Betriebes nicht überwacht werden kann und dabei während des Betriebes erforderlichenfalls nicht korrigierend eingegriffen werden kann, ermöglicht die erfindungsgemäße Spanneinrichtung eine ständige Überprüfung der Spannkraft und damit eine Verbesserung der Betriebssicherheit der Werkzeugmaschine. Während bei bekannten Federspannsystemen Fehlspannungen, die infolge Verschmutzungen auftreten, nicht erkannt werden, werden bei der Spanneinrichtung gemäß der Erfindung solche Fehlspannungen erkannt, so dass dann erforderlichenfalls ein Anlauf der Spindel 13 verhindert werden kann. Während bekannte Federspannsysteme durch hohe unkontrollierte Spannkraft sehr stark verschleißen können, ist bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung durch die mögliche Spannkraftregelung der Verschleiß minimiert. Ferner werden die Werkzeugwechselzeiten verkürzt. Auch unter Berücksichtigung etwaiger zukünftiger Anforderungen an Werkzeugmaschinen ist die Spanneinrichtung gemäß der Erfindung von Vorteil. Wenn z. B. zukünftige Anforderungen diejenigen sein könnten, einen Werkzeugwechsel auch bei laufender Spindel 13 vornehmen zu können, so wäre dies im Gegensatz zu bekannten Federspannsystemen nunmehr möglich, und dabei mit geringem durch das ständige Abbremsen und Beschleunigen der Spindel bedingtem Verschleiß.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 43 außerhalb der Spindel 13, z. B. in axialer Verlängerung dieser, angeordnet und dabei mit der Betätigungsstange 16 drehfest verbunden. Die mit der Spindel 13 umlaufende Einheit aus Betätigungsstange 16 und Hülse 43 ist dann im Bereich der äußeren Umfangsfläche der Hülse z. B. maschinenseitig oder im Gehäuse 29 der Betätigungseinrichtung 20 beweglich gehalten und zentriert, z. B. mittels eines Schiebesitzes.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungsein­ richtung 20, insbesondere Spindeleinheit 22 so gestaltet, dass eine kinematische Umkehr vorliegt. Hierbei treibt der Rotor 25 eine dazu koaxiale Welle an, die den Antriebsmotor 23 durchsetzen kann. Wenn der Rotor 25, wie gezeigt, auf der im Gehäuse 29 gelagerten Hohlwelle 28 sitzt und damit drehfest verbunden ist, ist die dazu koaxiale Welle mit der Hohlwelle 28 z. B. über radiale Mitnehmer drehfest verbunden, so dass auch dann die Drehbewegung des Rotors 25 auf die dazu koaxiale Welle übertragen wird. Die Welle weist einen mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt auf, der z. B. in axialem Abstand seitlich neben der Hohlwelle 28 vorgesehen sein kann. Dieser mit Außengewinde versehene Abschnitt ist von einer mit Innengewinde versehenen Hülse umgeben, die mit radialem Abstand zum Außengewinde verläuft und ihrerseits ein zugeordnetes Innengewinde aufweist. Diese Hülse bildet die Abtriebsspindel 27. Im Zwischenraum zwischen der Hülse und dem mit Außengewinde versehenen Abschnitt der Welle sind getriebliche Koppelglieder 34 angeordnet, insbesondere mit Rillenprofil versehene Rollen, wobei die Anordnung derart ist, dass ein mittels des Antriebsmotors 23 erfolgender Drehantrieb der Welle in eine Translationsbewegung der die Abtriebsspindel bildenden Hülse umgewandelt wird. Während beim gezeigten Ausführungsbeispiel also die hülsenförmige Spindelmutter 32 drehangetrieben wird und die als Welle gestaltete Abtriebs­ spindel 27, die undrehbar gehalten ist, translatorisch bewegt wird, erfolgt statt dessen beim nicht gezeigten, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Drehantrieb auf die mit Außengewinde versehene Welle, während die mit Innengewinde versehene, die Abtriebsspindel bildende Hülse, die undrehbar gehalten sein kann, translatorisch bewegt wird. Hierbei ist zweckmäßigerweise dann das Lager 50 auf der die Abtriebsspindel bildenden Hülse angeordnet.

Claims (27)

1. Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter od. dgl., mit einer rotierend antreibbaren Spindel (13), einer Betätigungsstange (16) in der Spindel (13) zur Betätigung einer Spannvorrichtung (12) und einer Betätigungseinrichtung (20) für die Betätigungsstange (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) relativ zur umlaufenden Spindel (13) nicht rotierend angeordnet und mit der zusammen mit der Spindel (13) rotierenden Betätigungsstange (16) über eine Kupplungseinrichtung (30) gekuppelt ist, die einerseits eine Trennung zwischen der rotierenden Betätigungsstange (16) und der nicht rotierenden Betätigungseinrichtung (20) und andererseits zugleich eine Kopplung zwischen diesen schafft.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) aus einer mit der Betätigungsstange (16) gekoppelten Spindeleinheit (22) gebildet ist, die einen Antriebsmotor (23), insbesondere Elektromotor, und ein davon angetriebenes, eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelndes Untersetzungsgetriebe (26) aufweist, das auf eine als Hülse oder Welle ausgebildete Abtriebsspindel (27) arbeitet.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsspindel (27) über die Kupplungseinrichtung (30) mit der Betätigungsstange (16) gekuppelt ist.

4. Spanneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange (16) von der Abtriebsspindel (27) rotatorisch mit einem Stellmoment, insbesondere einem Spannmoment, oder translatorisch zumindest in einer Axialrichtung mit einer Stellkraft, insbesondere Spannkraft, beaufschlagt oder beaufschlagbar ist.

5. Spanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmoment, insbesondere das Spannmoment, bzw. die Stellkraft, insbesondere die Spannkraft, geregelt oder regelbar ist, vorzugsweise direkt geregelt oder direkt regelbar ist.

6. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungseinrichtung (20) eine Regeleinrichtung (40) zugeordnet ist.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (40) auf den Antriebsmotor (23) der Spindeleinheit (22) arbeitet und zumindest einen Sensor (41, 42) aufweist, der eine Größe ermittelt, die ein Maß für das Steilmoment bzw. die Stellkraft ist, die mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird.

8. Spanneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (41, 42) aus einem Positionsgeber, Drehmomentgeber, Kraftgeber oder dergleichen Messglied gebildet ist.

9. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinheit (22) relativ zu der umlaufenden Spindel (13) und Betätigungsstange (16) räumlich feststehend angeordnet ist.

10. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (30) zumindest ein auch Axialkräfte übertragendes Lager (50) aufweist, das als Axial- und/oder Radiallager ausgebildet ist.

11. Spanneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (50) aus einem Wälzlager oder einem Gleitlager gebildet ist.

12. Spanneinrichtung nach Anspruch 11 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht umlaufende Teil des mindestens einen Lagers (50) mit der Betätigungseinrichtung (20), insbesondere der Abtriebsspindel (27), und der umlaufende Teil mit der Betätigungsstange (16) verbunden ist.

13. Spanneinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (50) innerhalb oder außerhalb der Spindel (13) angeordnet ist.

14. Spanneinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (50) in einer Hülse (43) aufgenommen ist, die mit der Betätigungsstange (16) oder der Abtriebsspindel (27) fest verbunden ist.

15. Spanneinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (43) innerhalb der Spindel (13) oder außerhalb dieser angeordnet ist.

16. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Teil des mindestens einen Lagers (50) aus dessen Außenring oder Innenring gebildet ist.

17. Spanneinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Außenring des mindestens einen Lagers (50) in einer mit der Betätigungsstange (16) fest verbundenen Hülse (43) aufgenommen ist, die in Bezug auf die Spindel (13) zentriert gehalten ist und mit der Betätigungsstange (16) relativ zur Spindel (13) beweglich ist, insbesondere in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung verstellbar ist.

18. Spanneinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (43) innerhalb der Spindel (13) zentriert und relativ zu dieser beweglich gehalten ist, z. B. mittels Schiebesitzes.

19. Spanneinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht umlaufende Außenring des mindestens einen Lagers in einer mit der Abtriebsspindel (27) fest verbundenen Hülse aufgenommen ist.

20. Spanneinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Innenring des mindestens einen Lagers als mit der Betätigungsstange (16) umlaufender Teil gestaltet ist.

21. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine im Kraftfluss von der Betätigungseinrichtung (20), insbesondere der Abtriebsspindel (27), zur Betätigungsstange (16) angeordnete axial wirkende Federeinrichtung, insbesondere mindestens eine Feder.

22. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch eine zwischen der Betätigungseinrichtung (20), insbesondere der Abtriebsspindel (27), und der Spindel (13) angeordnete axial wirkende Federeinrichtung, insbesondere mindestens eine Feder.

23. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinheit (22) eine Hohlwelle (28) mit einem darauf angeordneten Rotor (25) des Antriebsmotors (23) aufweist.

24. Spanneinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeleinheit (22) eine etwa hülsenförmige Spindelmutter (32) aufweist, die koaxial zur Hohlwelle (28) angeordnet ist und diese antreibt.

25. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abtriebsspindel (27) den Antriebsmotor (23), insbesondere dessen Hohlwelle (28), sowie die Spindelmutter (32) mit radialem Spiel durchsetzt und auf einem Längenabschnitt, der sich zumindest über den Axialbereich der Spindelmutter (32) erstreckt, mit einem Außengewinde (33) versehen ist, und
dass zwischen der Spindelmutter (32) und dem Abschnitt mit dem Außengewinde (33) getriebliche Koppelglieder (34), insbesondere mit Rillenprofil versehene Rollen, derart angeordnet sind, dass ein mittels des Antriebsmotors (23) erfolgender Drehantrieb der Spindelmutter (32) in eine Translationsbewegung der Abtriebsspindel (27) umgewandelt wird.

26. Spanneinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (25) eine dazu koaxiale Welle antreibt, z. B. über eine mit dem Rotor (25) drehfest verbundene Hohlwelle (28), dass die Welle einen mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt aufweist, der von einer mit Innengewinde versehenen, die Abtriebsspindel bildenden Hülse umgeben ist, und dass zwischen der Hülse und dem Abschnitt mit dem Außengewinde getriebliche Koppelglieder (34), insbesondere mit Rollenprofil versehene Rollen, derart angeordnet sind, dass ein mittels des Antriebsmotors (23) erfolgender Drehantrieb der Welle in eine Translationsbewegung der die Abtriebsspindel bildenden Hülse umgewandelt wird.

27. Spanneinrichtung nach den Ansprüchen 10 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (50) auf der die Abtriebsspindel bildenden Hülse angeordnet ist.