DE102004057827A1 - Anordnung zur Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeuges (1) auf einer Werkzeugspindel (2). Die Anordnung umfaßt einen Gewindeabschnitt (3) der Werkzeugspindel (2) und eine im Bereich des Gewindeabschnittes (3) angeordnete, manuell betätigbare und axial wirkende Schnellspannmutter (4). Das Werkzeug (1) weist einen festliegenden, auf den Gewindeabschnitt (3) aufschraubbaren Gewindeteil (5) auf, der im montierten Zustand stirnseitig an der Schnellspannmutter (4) anliegt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zu Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeuges auf einer Werkzeugspindel mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen ein auswechselbares Werkzeug auf der entsprechenden Werkzeugspindel einzuspannen ist. Die Einspannung hat dabei derart zu erfolgen, daß ein zentrischer Rundlauf des Werkzeuges gewährleistet ist. Das Spannen und Lösen des Werkzeuges soll mit geringem Aufwand und nach Möglichkeit ohne den Einsatz entsprechender Spannwerkzeuge erfolgen.
• Bei Werkzeugmaschinen, deren Werkzeugspindel einen Gewindeabschnitt mit einer entsprechenden Spannmutter aufweist, ist die Spannmutter mit einem geeigneten Werkzeug wie ein Schraubenschlüssel oder dgl. festzuziehen. Die im Betrieb auf das eingespannte Werkzeug wirkenden Drehmomente können zu einem zusätzlichen Festziehen der Verschraubung führen. Die Verschraubung kann sich dabei so weit festziehen, daß ein Lösen zum Auswechseln des Werkzeuges nur mit großem Kraftaufwand möglich ist.
• Die EP 0 424 388 B1 offenbart einen Winkelschleifer, bei dem eine Trennscheibe zwischen einem Flanschteil und einer von außen aufzuschraubenden Schnellspannmutter gehalten ist. Die Schleifscheibe ist dabei auf einem zylindrischen Fortsatz der Schnellspannmutter zentriert. Die Drehmomentübertragung von der Spindel auf die Schleifscheibe erfolgt durch Reibkräfte zwischen der Schleifscheibe und dem Spindelflansch bzw. der Schnellspannmutter. Für eine hinreichende Kraftübertragung sind hohe Vorspannkräfte erforderlich.
• In der DE 199 44 564 A1 ist die vorgenannte Ausführung dahingehend bewertet, daß die Gefahr einer Fehlbedienung der Arretiereinrichtung nicht völlig ausgeschlossen ist. Es ist ein relativ großes Auslösedrehmoment des Schaltringes der Schnellspannmutter erforderlich. Die die Arretiereinrichtung bildende Schnellspannmutter muß entsprechend kräftig ausgeführt sein. Zum Lösen des verspannten Werkzeuges sind hohe Handkräfte erforderlich.
• Davon ausgehend schlägt die DE 199 44 564 A1 eine Anordnung vor, bei der eine modifizierte Schnellspannmutter axial verschieblich und drehfest auf der Werkzeugspindel des Trennschleifers gehalten ist. Vom freien Ende der Werkzeugspindel aus wird zunächst die Schleifscheibe aufgesetzt und anschließend mit einer Gewindemutter gesichert. Die Gewindemutter wird zunächst von Hand lose aufgeschraubt. Anschließend ist die Werkzeugspindel mit einer geeigneten Vorrichtung in Drehrichtung zu blockieren. Ein Festziehen der Gewindemutter erfolgt durch Drehung der Schleifscheibe mit der Hand, wobei die Reibkräfte zwischen der Schleifscheibe und der Gewindemutter zu einem weiteren Festziehen führen sollen. Ein weiteres Spannen erfolgt im Betrieb des Winkelschleifers. Das an der Schleifscheibe angreifende Betriebsdrehmoment soll durch Reibkräfte auf die Gewindemutter übertragen werden und ein abschließendes Festspannen herbeiführen.
• Es hat sich gezeigt, daß ein gewünschtes Einspanndrehmoment sich nicht reproduzierbar einstellen läßt und hohen Schwankungen unterliegt. Es kann sowohl ein Rutschen der Schleifscheibe als auch eine derart feste Einspannung auftreten, daß ein anschließendes werkzeugloses Lösen der Verbindung mittels der Schnellspannmutter erschwert oder unmöglich ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeuges derart weiterzubilden, daß eine sichere Festlegung im Betrieb und ein einfaches werkzeugloses Lösen ermöglicht ist.
• Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Es wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der im Bereich eines Gewindeabschnittes der Werkzeugspindel eine manuell betätigbare und axial wirkende Schnellspannmutter vorgesehen ist. Das einzuspannende Werkzeug weist einen festliegenden, auf den Gewindeabschnitt aufschraubbaren Gewindeteil auf, der im montierten Zustand stirnseitig an der Schnellspannmutter anliegt.
• Zur Montage wird das Werkzeug mit seinem festliegenden Gewindeabschnitt auf den Gewindeteil der Werkzeugspindel aufgeschraubt, bis die Stirnseite des Gewindeteiles pressend an der Schnellspannmutter anliegt. Die Pressung erzeugt eine Reibverbindung zwischen der Schnellspannmutter und dem Gewindeteil des Werkzeuges. Darüber hinaus werden der Gewindeabschnitt der Werkzeugspindel und der Gewindeteil des Werkzeuges derart gegeneinander verspannt, daß auch hier eine Drehmomentübertragung stattfinden kann. Es ergibt sich ein doppelter Pfad des Kraftflusses, wobei das Werkzeug selbst durch seine feste Anbindung an den Gewindeteil keine rutschgefährdete, reibende Krafteinleitung erfährt. Bei der Montage kann das Werkzeug einfach von Hand auf den Gewindeabschnitt der Werkzeugspindel aufgeschraubt werden. Die entstehende Verspannung im Gewinde und stirnseitig der Schnellspannmutter kann beim Festziehen von Hand so hoch ausfallen, daß ein zusätzliches Festziehen unter Betriebslast unterbleibt. Ein übermäßiges Einspannmoment ist vermieden und damit ein einfaches, werkzeugloses Lösen mittels der Schnellspannmutter ermöglicht. Durch die feste Anbindung des Werkzeuges an den Gewindeteil unterbleibt ein Durchrutschen des Werkzeuges auch bei zu gering gewählter Vorspannkraft.
• In vorteilhafter Weiterbildung ist das Werkzeug eine topfförmige Bohrkrone mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand und mit einem an die Umfangswand angrenzenden, den Gewindeteil aufnehmenden Boden. Derartige Bohrkronen werden bei geringen Drehzahlen mit hohen Betriebsmomenten betrieben. Durch die feste Anbindung des Gewindeteiles ist auch bei den hohen auftretenden Betriebsmomenten ein Durchrutschen vermie den. Die zylindrische Umfangswand ist bei der Montage leicht von Hand zu umgreifen. Beim Einspannen kann über die Umfangswand ein hohes Spannmoment aufgebracht werden.
• In einer zweckmäßigen Ausbildung ist der Gewindeteil eine in axialer Richtung sich vom Boden der Bohrkrone in Richtung der Schnellspannmutter erhebende Mutter, deren der Bohrkrone abgewandte Stirnfläche eine Anlagefläche für die Schnellspannmutter bildet. Die derart hervorstehende Mutter weist im Vergleich zu einer Schleifscheibe oder insbesondere im Vergleich zum Boden der Bohrkrone einen geringen Durchmesser auf. Beim Einspannen der Bohrkrone über deren Umfangswand kann ein hohes Spannmoment aufgebracht werden, das wegen des kleinen Durchmessers der Mutter nur geringe Reibkräfte an der Schnellspannmutter erzeugt. Das aufgebrachte Spannmoment wird mit nur geringen Reibverlusten in eine axiale Vorspannung umgesetzt, wobei die entsprechend hohe axiale Vorspannung neben dem Reibschluß zwischen dem werkzeugseitigen Mutternteil und der Schnellspannmutter auch eine kräftige Verspannung im Gewinde herbeiführt.
• Die Mutter weist insbesondere dabei umfangseitig Flachseiten zum Lösen bzw. Festziehen mittels eines Werkzeuges auf. Sofern sich unerwartet durch betriebsbedingte Lasten eine zu starke Vorspannung derart einstellen sollte, daß eine Lösung der Schnellspannmutter von Hand nur schwer möglich ist, kann unterstützend an den Flachseiten ein Schraubenschlüssel oder dgl. angesetzt werden. In Verbindung mit der in axialer Richtung vom Boden der Bohrkrone hervorstehenden Mutter ergibt sich zwischen der Bohrkrone und der Schnellspannmutter ein Freiraum, in den ohne weiteres ein handelübliches Werkzeug eingeführt werden kann.
• In vorteilhafter Weiterbildung umfaßt die Schnellspannmutter eine Stützscheibe, einen axial zur Stützscheibe verschieblichen Stützflansch sowie einen umfangseitigen Schaltring zur Einstellung der axialen Relativposition von Stützscheibe und Stützflansch. Durch Drehen des Schaltringes kann der Stützflansch in axiale Richtung von der Stützscheibe abgehoben werden und damit zur Einspannung des Werkzeuges beitragen. Umgekehrt läßt sich mittels des Schaltringes der Stützflansch in Richtung der Stützscheibe derart verschieben, daß die Vorspannung in der Spanneinrichtung nachläßt. Das eingespannte Werkzeug kann mit geringem Kraftaufwand von Hand demontiert werden.
• Die Schnellspannmutter ist zweckmäßig drehfest und axial verschieblich auf der Werkzeugspindel gehalten. Durch die drehfeste Verbindung kann die Spindel bei der Montage mittels der Schnellspannmutter von Hand gehalten werden. Die Betätigung einer Spindelarretierung zum Aufschrauben des Werkzeuges ist nicht erforderlich. Das Werkzeug wird dabei so weit aufgeschraubt, bis die axial verschiebliche Schnellspannmutter an einem Anschlag anliegt. Es ist eine präzise Axialpositionierung des Werkzeuges gegeben.
• In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist die Werkzeugspindel einen Griffbereich insbesondere mit einer gerändelten Oberfläche auf. Bei der Montage oder auch beim Lösen des Werkzeuges kann die Spindel im Griffbereich gehalten werden. Eine Spindelarretierung ist weder beim Aufschrauben des Werkzeuges noch beim Lösen der Schnellspannmutter mittels ihres Schaltringes erforderlich.
• Die Werkzeugspindel ist zweckmäßig als separates Adapterstück für eine weitere Werkzeugspindel ausgeführt. Das Adapterstück kann dabei in geeigneter Weise auf die besonderen Erfordernisse der Schnellspannmutter angepaßt sein. Geeignete Werkzeuge wie eine Bohrkrone oder dgl. können beliebig eingespannt, gelöst bzw. ausgetauscht werden. Zur Einspannung anderer Werkzeuge kann das Adapterstück von der weiteren Werkzeugspindel entfernt werden, in dessen Folge jeweils andere geeignete Spannmittel zum Einsatz kommen können.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
• Die einzige Figur zeigt in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Anordnung zur Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeuges 1 auf einer Werkzeugspindel 2. Das Werkzeug 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Bohrkrone 6 mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand 7 und mit einem an die Umfangswand 7 angrenzenden, einen Gewindeteil 5 aufnehmenden Boden 8 ausgebildet. Auf ihrer der Werkzeugspindel 2 abgewandten Stirnseite weist die Bohrkrone 6 über den Umfang verteilte Schneidzähne 19 auf. Die zylindrische Umfangswand 7 ist auf ihrer gegenüberliegenden, der Werkzeugspindel 2 zugewandten Stirnseite mit dem Boden 8 verschlossen, wobei mittig des kreisscheibenförmigen Bodens 8 der Gewindeteil 5 angeschweißt ist. Der Gewindeteil 5 kann ein Zapfen mit einem Außengewinde sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er als in axialer Richtung vom Boden 8 hervorstehende Mutter 9 mit einem Innengewinde ausgeführt. Im montierten Zustand ist das Innengewinde der Mutter 9 auf einen Gewindeabschnitt 3 der Werkzeugspindel 2 aufgeschraubt. Außenseitig der Mutter 9 sind zwei sich gegenüberliegende Flachseiten 12 vorgesehen, an die ein Werkzeug beispielsweise in Form eines Schraubenschlüssels zum Festziehen bzw. zum Lösen der Bohrkrone 6 angesetzt werden kann.
• Anstelle der gezeigten Bohrkrone 6 kann auch ein geeignetes anderes Werkzeug mit einem festliegenden Gewindeteil 5 vorgesehen sein.
• Es ist eine Schnellspannmutter 4 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine der Werkzeugspindel 2 zugewandte Stützscheibe 13, einen der Bohrkrone 6 zugewandten Stützflansch 14 und einen zwischenliegenden, die beiden vorgenannten Bauteile umschließenden Schaltring 15 umfaßt. Der Stützflansch 14 ist drehfest mit der Stützscheibe 13 verbunden und gegenüber der Stützscheibe 13 axial verschieblich. Durch von Hand drehende Betätigung des Schaltringes 15 ist der axiale Relativabstand zwischen dem Stützflansch 14 und der Stützscheibe 13 einstellbar. Die Stützscheibe 13 weist innenseitig einen Innensechskant 20 auf, der im montierten Zustand auf einen Außensechskant 21 der Werkzeugspindel 2 aufgeschoben ist. Die Schnellspannmutter 4 ist dabei auf dem Außensechskant 21 axial verschieblich geführt und in Drehrichtung formschlüssig mit der Werkzeugspindel 2 verbunden. Es kann auch eine kraft- bzw. reibschlüssige Verbindung vorgesehen sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann eine zylindrische Gestaltung der Stützscheibe 13 der Schnellspannmutter 4 zweckmäßig sein, die mit Preßsitz auf der Werkzeugspindel 2 festzulegen ist.
• Beim Aufschrauben der Bohrkrone 6 auf den Gewindeabschnitt 3 kommt eine Stirnfläche 10 der Mutter 9 zur Anlage an den Stützflansch 14. Über die auftretenden Axialkräfte wird die Schnellspannmutter 4 in axialer Richtung gegen eine Stützfläche 24 der Werkzeugspindel 2 gedrückt. Die Stirnfläche 10 der Mutter 9 bildet dabei eine Anlagefläche 11 zur stirnseitigen Anlage an den Stützflansch 14 der Schnellspannmutter 4.
• Anstelle der gezeigten axial verschieblichen und drehfesten Verbindung der Schnellspannmutter 4 mit der Werkzeugspindel 2 kann auch eine Ausführung vorgesehen sein, bei der die Schnellspannmutter 4 auf den Gewindeabschnitt 3 aufgeschraubt ist. Zum Festlegen des Werkzeuges 1 können die Schnellspannmutter 4 und das Werkzeug 1 gegeneinander auf dem Gewindeabschnitt 3 verschraubt und damit verspannt werden.
• Die den Gewindeteil 5 bildende Mutter 9 erhebt sich in axialer Richtung derart vom Boden 8 in Richtung der Schnellspannmutter 4, daß zwischen der Schnellspannmutter 4 und dem Boden 8 ein axialer Zwischenraum verbleibt. In den axialen Zwischenraum kann ein Werkzeug an die Flachseiten 12 eingeführt werden.
• Die gezeigte Ausführung der Werkzeugspindel 2 weist einen zylindrischen Griffbereich 16 auf, der ebenso wie die Umfangs fläche des Schaltringes 15 mit einer gerändelten Oberfläche 17 versehen ist.
• Die Werkzeugspindel 2 kann in einer Werkzeugmaschine fest eingebaut sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist sie als separates Adapterstück 18 ausgeführt, welches auf der dem Gewindeabschnitt 3 gegenüberliegenden Seite einen Zylinderabschnitt 22 mit einem Innengewinde 23 aufweist. Das Adapterstück 18 kann auf einer weiteren Werkzeugspindel beispielsweise mittels des Innengewindes 23 aufgeschraubt werden. Ebenso kann der Zylinderabschnitt 22 beispielsweise in einem Dreibackenfutter der weiteren Werkzeugspindel eingespannt werden.

Claims (8)

1. Anordnung zur Festlegung eines drehend antreibbaren Werkzeuges (1) auf einer Werkzeugspindel (2), umfassend einen Gewindeabschnitt (3) der Werkzeugspindel (2) und eine im Bereich des Gewindeabschnittes (3) angeordnete, manuell betätigbare und axial wirkende Schnellspannmutter (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) einen festliegenden, auf den Gewindeabschnitt (3) aufschraubbaren Gewindeteil (5) aufweist, der im montierten Zustand stirnseitig an der Schnellspannmutter (4) anliegt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) eine topfförmige Bohrkrone (6) mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand (7) und mit einem an die Umfangswand (7) angrenzenden, den Gewindeteil (5) aufnehmenden Boden (8) ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil (5) eine in axialer Richtung sich vom Boden (8) in Richtung der Schnellspannmutter (4) erhebende Mutter (9) ist, deren der Bohrkrone (6) abgewandte Stirnfläche (10) eine Anla gefläche (11) für die Schnellspannmutter (4) bildet.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (9) umfangseitig Flachseiten (12) zum Lösen bzw. Festziehen mittels eines Werkzeuges aufweist.
5. Anordnung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellspannmutter (4) eine Stützscheibe (13), einen axial zur Stützscheibe (13) verschieblichen Stützflansch (14) sowie einen umfangseitigen Schaltring (15) zur Einstellung der axialen Relativposition von Stützscheibe (13) und Stützflansch (14) umfaßt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellspannmutter (4) drehfest und axial verschieblich auf der Werkzeugspindel (2) gehalten ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (2) einen Griffbereich (16) insbesondere mit einer gerändelten Oberfläche (17) aufweist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (1) als separates Adapterstück (18) für eine weitere Werkzeugspindel ausgeführt ist.