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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Spanneinrichtung für Werkzeuge,
Werkzeughalter od. dgl. mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Es
ist eine Spanneinrichtung dieser Art bekannt (
DE 199 08 545 A1 ), 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 beaufschlagen, die
die Spannvorrichtung in Schließstellung
hält. Die
so gestaltete, im Inneren der Spindel und auf der Betätigungsstange
angeordnete Betätigungseinrichtung
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 grollen Beanspruchungen ausgesetzt.
Das im Durchmesser relativ große
und axial relativ lange Federpaket des Federspannsystems 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 ergebender 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. Am Spindelende ist
eine mit der Spindel und der Betätigungsstange
mitrotierende Betätigungseinrichtung
vorgesehen, die in einem Gehäuse
einen druckmittelbetriebenen Kolben enthält, der in einer Axialposition, die
der Lösestellung
der Betätigungsstange
entspricht, axial gegen die Betätigungsstange
drückt. Das
Zylindergehäuse
ist über
ein Kuppelglied abgestützt,
das formschlüssig
in einen mit der Spindel fest verbundenen Kupplungsring eingreift
und das Zylindergehäuse
in Bezug auf diesen Kupplungsring und die Spindel in der Löseposition
derart abstützt,
dass der auf dem Kolben wirksame Arbeitsdruck den Kolben gegen die
Betätigungsstange
axial andrücken kann.
Zum Überführen in
die Spannstellung wird der druckmittelbeaufschlagte Kolben in die
entgegengesetzte Axialrichtung beaufschlagt, wobei das Zylindergehäuse mit
dem Kuppelglied außer
Axialeingriff mit dem Kupplungsring gelangt. Die Spannstellung für die Betätigungsstange
wird durch das Federspannsystem herbeigeführt. Die Betätigungsstange steht
nicht in Kontakt mit dem Kolben, wobei auch ein Berührungskontakt
zwischen dem Kuppelglied und dem Kupplungsring aufgehoben ist. Nur
in diesem Zustand gilt, dass die Spindel in Rotation versetzt werden
kann, ohne dass dabei die als Löseeinheit fungierende
Betätigungseinheit
an dieser Rotation teilnehmen muss. Gleichwohl ergibt sich der Nachteil,
dass diese Betätigungseinheit
innerhalb eines Gehäuses
für die
Rotation gelagert werden muss und somit der diesbezügliche Aufwand
nicht gespart werden kann. Im Betrieb kann nicht als sicher davon
ausgegangen werden, dass die Lösestellung
der Betätigungsstange
zuverlässig
und reproduzierbar bei Stillstand der Spindel herbeigeführt wird,
sondern hierbei eine Rotation der Betätigungseinrichtung erfolgt,
die von erheblichem Nachteil ist wegen der erheblichen Schwungmasse,
die die Betätigungseinrichtung
darstellt, mit allen daraus resultierenden Nachteilen.
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Aus
der
DE 36 29 453 C2 ist
eine elektromotorische Spindeleinheit bekannt mit einem eine Drehbewegung
in eine Translationsbewegung umwandelnden Untersetzungsgetriebe.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Werkzeugmaschine gelagert ist. Die Spannvorrichtung
12 ist
herkömmlicher Art
und bedarf daher keiner weiteren Beschreibung. Spannvorrichtungen
dieser oder ähnlicher
Art sind beispielsweise bekannt aus
DE 91 04 377 U1 ,
DE 39 36 121 C1 ,
DE 89 12 833 U1 ,
DE 39 36 122 C1 oder auch
DE 38 14 550 C1 ,
die vielfältige
Variationen und Einzelheiten einer solchen Spannvorrichtung
12 zeigen.
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Generell
ist Teil der Spannvorrichtung 12 eine schematisch angedeutete
Spannzange 14, die zum Festspannen und Gespannthalten des
Zerspanungswerkzeuges 11 am Ende mittels eines z. B. konischen
Zugbolzens 15 gespreizt wird, der fest mit einer Betätigungsstange 16 verbunden
ist. Die Betätigungsstange 16 ist
innerhalb der Spindel 13 koaxial zu dieser angeordnet und
läuft beim
Antrieb der Spindel 13 zusammen mit dieser um. Je nach
Bearbeitungsaufgabe 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 Betätigungsstange 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.
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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.
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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 Betätigungseinrichtung 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 Betätigungsstange 16 zu
deren Betätigung.
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Die
Betätigungseinrichtung 20 ist
aus einer Spindeleinheit 22 gebildet, die mit der Betätigungsstange 16 gekoppelt
ist. Die Spindeleinheit 22 weist einen Antriebsmotor 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 Translations bewegung 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.
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Die
Betätigungsstange 16 wird
von der Abtriebsspindel 27 über die Kupplungseinrichtung 30 translatorisch
zumindest in einer Axialrichtung mit einer Stellkraft, insbesondere
einer axialen Spannkraft, beaufschlagt bzw. ist sie in dieser Weise
beaufschlagbar.
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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 Betätigungseinrichtung 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 Antriebsmotor 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
umlaufender Spindel 13 und Betätigungsstange 16 mit
mittels der Spannvorrichtung 12 gespanntem Zerspanungswerkzeug 11 steht
die Betätigungseinrichtung 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 mit der Spindel 13 mit hoher Drehzahl umlaufen.
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Hierdurch
werden vielfältige
Vorteile gegenüber
bekannten Betätitungseinrichtungen
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.
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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.
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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 Werkzeugmaschine 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.
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Bei
bekannten Federspannsystemen ergibt sich wegen der benötigten Größe der Federn
ein großer
Bohrungsdurchmesser in der Spindel 13. Da die erfindungsgemäße 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 Kraftübertragungsflächen 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.
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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.
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Bei
einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung 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 Abtriebsspindel 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.