-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile,
insbesondere zweier Werkzeugteile, mit einem am ersten Bauteil angeordneten,
eine zylindrische Mantelfläche
aufweisenden Passzapfen und einer den Passzapfen an dessen Wurzel
begrenzenden, ringförmigen
Planfläche,
mit einer am zweiten Bauteil angeordneten, eine zylindrische Innenfläche aufweisenden
und durch eine ringförmige
Stirnfläche
begrenzten Aufnahmehülse,
und mit einem den Passzapfen in die Aufnahmehülse einziehenden und dabei
die Planfläche
und die Stirnfläche
gegeneinander pressenden Spannmechanismus, wobei die Aufnahmehülse eine
von der zylindrischen Innenfläche
zur Stirnfläche
hin divergierende Innenkonuspartie aufweist und der Passzapfen eine hierzu
komplementäre
Außenkonuspartie
trägt.
-
Die
erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung
ist vor allem zur lösbaren
Kupplung von Werkzeugen mit einer Maschinenspindel (Schnittstelle) und
zur Verbindung von Werkzeugteilen untereinander (Trennstellte) bestimmt.
Unter "Werkzeugteile" sind insbesondere
Bohrstangen, Verlängerungs-
und Reduzierstücke,
Verstellköpfe,
Spindelvorsatzflansche und Maschinenspindeln zu verstehen.
-
Bei
bekannten Kupplungen dieser Art erfolgt die Zentrierung durch die
Zylinderpassung des Passzapfens in der Aufnahmehülse, während die Drehmitnahme überwiegend
durch Reibung aufgrund der Planflächenverspannung zwischen der
Planfläche und
der Stirnfläche
erfolgt. Bei Zylinderpassungen tritt prinzipiell immer ein gewisses
radiales Spiel zwischen Passzapfen und Aufnahmehülse auf. Um diesen Nachteil
zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (
DE 102 33 694 A1 ), dass
der Passzapfen im Bereich seiner Wurzel eine von der zylindrischen Mantelfläche zur
Planfläche
hin divergierende Außenkonuspartie
aufweist, die an den Passzapfen angeformt ist. Um eine ausreichende
Planflächenverspannung
für die
Drehmitnahme zu gewährleisten, wird
dort vor allem vorgeschlagen, dass die Innenkonuspartie unter der
Einwirkung des Spannmechanismus elastisch aufweitbar ist. Dazu bedarf
es einer Materialschwächung
im Bereich der Stirnpartie der Hülse,
die als nachteilig empfunden wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplungsvorrichtung
der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass auch
ohne Materialschwächung
im Hülsenbereich gute
Zentriereigenschaften und eine ausreichende Planflächenverspannung
für die
Drehmitnahme gewährleistet
ist.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen 1 und 26 angegebenen Merkmalskombinationen
vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
primär
darin, dass der Passzapfen in seinem Wurzelbereich einen elastisch
verformbaren Zentrierring trägt, der
die Außenkonuspartie
aufweist. Der Zentrierring ist zweckmäßig auf den Passzapfen aufgesteckt.
Um eine exakte Positionierung des Zentrierrings auf dem Passzapfen
zu gewährleisten,
sollte der Zentrierring form- und/oder kraftschlüssig mit dem Passzapfen verbunden
sein. Der Passzapfen kann zu diesem Zweck eine umlaufende randoffene
Ausnehmung zur Aufnahme des Zentrierrings aufweisen. Wenn der Zentrierring
vom Passzapfen lösbar
ist, kann er zur Herstellung der Kompatibilität mit herkömmlichen Kupplungssystemen
dieser Art vom Passzapfen abgenommen werden. Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich,
den Zentrierring auf den Passzapfen aufzuschrumpfen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung reicht die randoffene Ausnehmung
in einen axialen Einstich in der Planfläche des ersten Bauteils hinein.
Die randoffene Ausnehmung weist dabei gegenüber dem Zentrierring ein dessen
elastische Verformung beim Fügevorgang
zulassendes Übermaß auf. Der
Zentrierring besteht zweckmäßig aus
federelastischem Material, vorzugsweise aus Federstahl.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der
Zentrierring eine mit dem Passzapfen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbundene
ringförmige
Fußpartie
und eine axial an die Fußpartie
anschließende,
frei über
den Passzapfen überstehende,
die Außenkonuspartie
tragende ringförmige
Federpartie aufweist. Der Zentrierring kann dabei mit seiner Fußpartie
auf den Passzapfen aufgerastet, aufgeschrumpft, aufgeklebt, aufgeschweißt oder
aufgelötet
werden. Die Fußpartie
ist entweder auf der der Passzapfenwurzel zugewandten Seite oder
auf der der Passzapfenwurzel abgewandten Seite der Fußpartie
angeformt. Dementsprechend steht die Federpartie entweder in Richtung
Passzapfenwurzel oder in die entgegengesetzte Richtung über die
am Passzapfen fixierte Fußpartie über.
-
Zweckmäßig wird
dabei vorgeschlagen, dass der Zentrierring eine gegen einen Zylinderabschnitt
des Passzapfens anliegende ringförmige Fußpartie
und eine axial über
die Fußpartie überstehende,
in die randoffene Ausnehmung eingreifende Federpartie auf. Dementsprechend
weist der Passzapfen einen in axialem Abstand von der Planfläche angeordneten
zylindrischen Zentrierabschnitt auf, an dem sich in Richtung Planfläche über eine
Begrenzungsstufe die randoffene Ausnehmung mit gegenüber dem
Zentrierabschnitt kleinerem Durchmesser anschließt. Der Zentrierring ist dabei
mit seiner Fußpartie
zweckmäßig passgenau
auf den Zylinderabschnitt des Passzapfens aufgesteckt oder aufgeschrumpft.
Die Fußpartie
des Zentrierrings weist dazu einen im Durchmesser dem Zentrierabschnitt des
Passzapfens angepasste Zentrieröffnung
auf, deren Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser im Bereich
der Federpartie ist. Der Innendurchmesser im Bereich der Federpartie
kann dabei über die
axiale Erstreckung des Zentrierrings variieren. Vorteilhafterweise
weist der Einstich eine schräg
in Richtung Bauteilachse weisende Auflaufschräge für die Federpartie des Zentrierrings
auf. Beim Fügevorgang
wandert die Federpartie entlang der Auflaufschräge in Richtung Bauteilachse.
Dazu weist der Zentrierring im Bereich der Federpartie eine umlaufende,
durch eine Materialverdünnung
gebildete ringförmige
Biegezone auf. Von besonderem Vorteil in diesem Zusammenhang ist
es, wenn der Konuswinkel des hülsenseitigen
Innenkonus bei losem Passzapfen steiler als der Konuswinkel des
zentrierringseitigen Außenkonus
ist. In diesem Fall schlägt die
Aufnahmehülse
beim Fügevorgang
mit der Stirnkante ihres Innenkonus zuerst gegen den Außenkonus
des Zentrierrings, so dass sich die Federpartie entlang der Auflaufschräge nach
innen biegen kann und der Konuswinkel des Zentrierrings sich allmählich dem
Konuswinkel des Außenkonus
anpasst. Bei eingespannten Passzapfen hat man schließlich eine flächige Anlage
zwischen dem Innenkonus der Aufnahmehülse und dem Außenkonus
des Zentrierrings. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Konstruktion
besteht darin, dass der Zentrierung im eingespannten Zustand an
drei im Abstand voneinander angeordneten Stellen zu einer ringförmigen Anlage gebracht
wird, nämlich
im Bereich der Fußpartie
innenseitig am Zentrierabschnitt des Passzapfens, im Bereich der
Federpartie außenseitig
am Innenkonus der Aufnahmehülse
und stirnseitig an einer Einstichfläche im Bereich der Passzapfenwurzel.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
zwischen dem Passzapfen und dem Zentrierring ein Dichtring aus elastomerem Material
eingeschlossen ist, der das Eindringen von Schmutz in den Zwischenbereich
verhindert. Der Dichtring kann dabei entweder am Passzapfen oder am
Zentrierring anvulkanisiert sein.
-
Zur
Erleichterung der Montage des Zentrierrings kann dieser mit mehreren, über den
Umfang verteilt angeordneten, axial zur Fußpartieseite und/oder zur Federpartieseite
offene Spreizschlitze aufweisen. Beim Einspannvorgang sorgen die Spreizschlitze
dafür,
dass die Spielfreistellung an den Anlagestel len zwischen den Bauteilen
unter Vermittlung des Spreizrings erleichtert wird.
-
Der
Konuswinkel des Innen- und des Außenkonus ist zweckmäßig so bemessen,
dass keine Selbsthemmung auftritt. Er sollte daher mindestens 8° betragen.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten oder alternativen Ausführungsvariante, bei welcher
die Aufnahmehülse
und/oder der Passzapfen eine von ihrer zylindrischen Mantel- oder
Innenfläche
zur Stirn- oder Planfläche
hin divergierende Konuspartie aufweisen, die im Falle der Aufnahmehülse als
Innenkonuspartie und im Falle des Passzapfens als Außenkonuspartie
ausgebildet ist, wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, dass zwischen der Aufnahmehülse und dem Passzapfen im Bereich
der mindestens einen Konuspartie eine in die Aufnahmehülse und/oder
in den Passzapfen eingeformte, umlaufend ringförmige Tasche vorgesehen ist,
in der ein Käfigring
aus elastisch verformbarem Material angeordnet ist, der mit in Umfangsrichtung
verteilt angeordneten, sich im Fügezustand
an den im Bereich der Tasche einander zugewandten Begrenzungswänden der Aufnahmehülse und
des Passzapfens abstützenden, vorzugsweise
als Stützkugeln
ausgebildeten Stützkörpern bestückt ist.
Der Käfigring
besteht dabei zweckmäßig aus
einem polymeren Werkstoff, dem sowohl eine Haltefunktion für die Stützkugeln
als auch eine Dichtfunktion zukommt.
-
Zur
Erleichterung des Fügevorgangs
ist der Käfigring
zweckmäßig mit
einem der beiden Bauteile form- und/oder kraftschlüssig verbunden.
Der Käfigring
kann zu diesem Zweck mit einem der beiden Bauteile verrastet, verspannt
oder verschraubt sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, dass die umlaufende Tasche in die Aufnahmepartie eingeformt
und der Käfigring
in dieser Tasche fixiert ist. Damit wird erreicht, dass eine Nachrüstung nur
auf der Seite der Aufnahmehülse
notwendig ist.
-
Im Übrigen wird
mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen
erreicht, dass über
die Länge
des Passzapfens und der Aufnahmehülse eine Dreiteilung entsteht:
Im zylindrischen Teil des Passzapfens und der Aufnahmehülse befindet
sieh der Spannmechanismus. Die konischen Partien im Bereich des
Zentrierrings und der Aufnahmehülse
sorgen für
die Zentrierung. Die Planflächenverspannung,
die unter der Einwirkung des Spannmechanismus erfolgt, bewirkt die Drehmitnahme.
Die durch den Spannmechanismus eingebrachte Unsymmetrie bei der
Planflächenverspannung
wird kompensiert durch den elastisch komprimierbaren Zentrierring.
Bei geeigneter Dimensionierung der Passzapfenpassung in der Passbohrung kommt
es beim Spannvorgang zusätzlich
zu einer Anlage zwischen Bohrungswand und Passzapfen und damit zu
einer Erhöhung
der Biegesteifigkeit im Verbindungsbereich.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannmechanismus
eine in einer Querbohrung des Passzapfens verschiebbar angeordneten,
an seinen Enden einen Innen- oder Außenkonus aufweisenden Klemmbolzen
und zwei einander bezüglich
der Passbohrung diametral gegenüberliegende,
beim Spannvorgang unter gegenseitigem Anpressen der Werkzeugteile
im Bereich der Plan- und Stirnflächen
keilartig mit dem Klemmbolzen verspannbare, vorzugsweise als Halteschrauben
ausgebildete Spannorgane auf. Damit wird erreicht, dass die Planflächenverspannung
durch den Klemmbolzen und die Spannorgane erzeugt wird, während die
Zentrierung und Aussteifung der Kupplung über die Konuspartien am Zentrierring
und in der Aufnahmehülse
erfolgt. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wiederholgenauigkeit
beim Fügevorgang
aufgrund der konischen Spielfreisetzung über den Zentrierring gegenüber der
Variante mit am Passzapfen angeformtem Außenkonus signifikant verbessert
wird. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen
ist es außerdem
möglich,
die rotationssymmetrischen Kupplungsflächen des ersten und zweiten
Bauteils jeweils in einer Maschineneinspannung exakt konzentrisch
hartzudrehen und ggf. zu schleifen. Damit wird eine hohe Zentriergenauigkeit
gewährleistet.
-
Die
vorstehenden Vorteile können
auch bei Verwendung eines Spannmechanismus erzielt werden, der eine
am stirnseitigen Ende des Passzapfens axial überstehenden Zugbolzen sowie
eine maschinenseitig angeordnete, durch eine Bohrung in der Aufnahme
hindurch am Zugbolzen axial angreifende Einzugvorrichtung aufweist.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer
Weise dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine
Seitenansicht zweier miteinander gekuppelter Werkzeugteile in Form
eines Messdorns mit Adapterstück;
-
2a einen
Ausschnitt einer ersten Ausführungsvariante
der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach 1 in
vergrößerter geschnittener
Darstellung;
-
2b einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 2a;
-
3a einen
Ausschnitt einer zweiten Ausführungsvariante
der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach 1 in
vergrößerter geschnittener
Darstellung;
-
3b einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 3a;
-
4a einen
Ausschnitt einer dritten Ausführungsvariante
der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach 1 in
vergrößerter geschnittener
Darstellung;
-
4b einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 4a;
-
5a bis
c drei Ausführungsvarianten
des mit dem Passzapfen bestückten
Werkzeugteils mit drei unterschiedlich ausgebildeten Zentrierringen
in schaubildlicher Darstellung;
-
6a und
b bis 15a und b einige weitere Ausführungsvarianten
der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen in Schnittdarstellungen
entsprechend 2a und b;
-
16 ein
Adapterstück
in schaubildlicher Darstellung mit einer Aufnahmehülse entsprechend einer
der Ausführungsvarianten
nach 8a und b bis 15a und
b;
-
17 eine
Seitenansicht eines Werkzeugteils mit Passzapfen und Zugbolzen sowie
zeichnerisch angedeutetem Käfigring
gemäß Ausführungsbeispiel
nach 8a bis 15b.
-
Die
in der Zeichnung dargestellten Verbindungsvorrichtungen dienen zur
lösbaren
Kupplung von Bauteilen 10, 12. Unter "Bauteile" sollen nachstehend
vor allem Werkzeugteile verstanden werden, die entweder einen Passzapfen 14 oder
eine Aufnahmehülse 16 enthalten.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das mit dem Passzapfen 14 bestückte Bauteil 10 ein
Messdorn, während
das mit der Aufnahmehülse 16 versehene
Bauteil 12 ein Adapterstück mit einem Steilkegelschaft 18 für den Anschluss
an eine Maschinenspindel ist.
-
Die
Verbindungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem am ersten
Bauteil 10 axial überstehenden
Passzapfen 14, einer am zweiten Bauteil angeordneten Aufnahmehülse 16 und
einem Spannmechanismus 20 zum Einziehen des Passzapfens 14 in
die Aufnahmehülse 16 sowie
zur Erzeugung einer Planflächenverspannung
zwischen der den Passzapfen 14 begrenzen den ringförmigen Planfläche 22 des
ersten Bauteils 10 und der die Aufnahmehülse 16 begrenzenden
Stirnfläche 24 des
zweiten Bauteils 12. Der Passzapfen 14 weist eine
im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche 26 auf, auf die im
Bereich seiner Wurzel 28 ein Zentrierring 29 mit
einer zur Planfläche 22 hin
divergierenden Außenkonuspartie 30 aufgesteckt
ist. Andererseits weist die Aufnahmehülse des zweiten Bauteils 12 eine
als Passbohrung ausgebildete, im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 32 auf,
die in eine zur Stirnfläche 24 hin
divergierende Innenkonuspartie 34 übergeht.
-
Eine
Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der im Wurzelbereich
des Passzapfens 14 angeordnete Zentrierring 29 elastisch
verformbar ist, also aus einem elastisch verbiegbaren Material,
vorzugsweise aus Federstahl besteht. Er ist auf den Passzapfen aufgesteckt
und mit diesem form- und/oder
kraftschlüssig
verbunden. Der Passzapfen 14 weist zu diesem Zweck eine
umlaufende randoffene Ausnehmung 36 zur Aufnahme des Zentrierrings 29 auf,
die in einen axialen Einstich 37 in der ringförmigen Planfläche 22 des
ersten Bauteils 10 hineinreicht. Die randoffene Ausnehmung 36 weist
gegenüber
dem Zentrierring 29 ein dessen elastische Verformung zulassendes Übermaß auf.
-
Wie
in 2b angedeutet ist, ist der Konuswinkel der hülsenseitigen
Innenkonuspartie 34 bei losem Passzapfen steiler als der
Konuswinkel des zentrierringseitigen Außenkonus 30 ausgebildet.
Beim Fügevorgang
schlägt
deshalb die Aufnahmehülse 16 mit
der Stirnkante ihres Innenkonus 34 zuerst gegen den Außenkonus 30 des
Zentrierrings 29 an, so dass sich der Zentrierring beim
Spannvorgang in der Nähe seiner
Stirnseite nach innen biegen kann und der Konuswinkel des Zentrierrings 29 sich
dem Konuswinkel des Außenkonus
anpasst. Bei eingespanntem Passzapfen 14 hat man schließlich eine
flächige
Anlage zwischen dem Innenkonus 34 der Aufnahmehülse 16 und
dem Außenkonus 30 des
Zentrierrings 29.
-
Die
Ausführungsbeispiele
nach den 2, 3 und 4 unterscheiden sich im Wesentlichen in
der Innenkontur des Zentrierrings 29 und der Außenkontur der
zugehörigen
randoffenen Ausnehmung 36 und des Einstichs 37 im
Passzapfen. In allen drei Fällen befindet
sich zwischen dem Zentrierring 29 und einer benachbarten
Fläche
des Passzapfens 14 ein Dichtring 38 aus elastomerem
Material. Im Falle der 2a und b ist ein als O-Ring
ausgebildeter Dichtring 38 vorgesehen, der den freien Zwischenraum zwischen
dem Zentrierring 29 und dem Passzapfen radial überbrückt und
dort eine Art Kippachse bildet. Beim Fügevorgang wird der Zentrierring 29 über die durch
den Dichtring 38 gebildete Kippachse verformt. Die in den
Einstich 37 eingreifende Federpartie 60 des Zentrierrings 29 wird
beim Fügevorgang
radial nach innen bewegt, so dass eine Angleichung der beiden Konuswinkel
erfolgt.
-
Bei
der Ausführungsvariante
nach 3a und b weist der Zentrierring 29 eine
gegen einen zylindrischen Zentrierabschnitt 62 anliegende
ringförmige
Fußpartie 64 und
eine axial über
die Fußpartie 64 überstehende,
in die randoffene Ausnehmung 36 und den Einstich 37 eingreifende
Federpartie 60 auf. Der Zentrierring ist mit seiner Fußpartie 64 auf
den Zentrierabschnitt 62 des Passzapfens 14 spielfrei aufgesteckt
oder aufgeschrumpft. Im Bereich der Federpartie 60 weist
der Zentrierring eine ringförmig umlaufende,
durch eine Materialverdünnung
gebildete Biegezone 66 auf, die dafür sorgt, dass die Federpartie 60 beim
Fügevorgang
unter der Einwirkung der aufgespannten Aufnahmehülse 16 im Einstich 37 radial
nach innen gebogen wird. Die Dichtung 38 ist dort stirnseitig
an der Federpartie 60 angeordnet und liegt auf der anderen
Seite gegen den Boden des Einstichs 37 an. Außerdem weist
der Einstich 37 eine Auflaufschräge 68 auf, auf die
die Federpartie 60 beim Fügevorgang mit einer komplementären Schrägfläche 70 auflaufen
kann.
-
Die
in 4a und b gezeigte Ausführungsvariante sieht eine gegenüber 3a und
b verkürzte
Fußpartie 64 auf,
mit der sie auf dem Zentrierabschnitt 62 des Passzapfens 14 passgenau
anliegt. Der Dichtring 38 befindet sich hier unmittelbar
neben der Fußpartie 64 und
schlägt
mit seinem einen Rand ge gen eine Begrenzungsstufe 72 der
Ausnehmung 36 an. Diese Anordnung des Dichtrings 38 hat
den Vorteil, dass zwischen der Federpartie 60 und dem Boden
des Einstichs 37 ein kleiner Freiraum 74 verbleibt,
der dafür
sorgt, dass die Federpartie 60 mit ihrer Schrägfläche 70 beim
Fügevorgang
frei auf der Auflaufschräge 68 auflaufen
kann. Auch dort ist eine durch eine Materialverdünnung 66 gebildete
Biegezone 66 vorgesehen, die beim Fügevorgang wirksam wird.
-
Zur
Verbesserung der Biegsamkeit des Zentrierrings 29 können über den
Umfang verteilt angeordnete, entweder axial zur Fußpartiekante
und/oder zur Federpartiekante offene Spreiz- oder Biegeschlitze 76, 78 vorgesehen
werden (vgl. 5a bis c).
-
Die
in 6a und b sowie 7a und
b gezeigten Ausführungsvarianten
einer Kupplungsstelle zwischen zwei Bauteilen 10 und 12 unterscheiden sich
von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
vor allem darin, dass der Zentrierring 29 sowohl an seiner
Fußpartie 64 als
auch an seiner Federpartie 60 gegen das benachbarte Bauteil
dichtend anliegt, so dass in diesem Bereich kein zusätzlicher Dichtring
erforderlich ist. Der Zentrierring 29 weist dort eine mit
dem Passzapfen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbundene ringförmige Fußpartie 64 und
eine axial an die Fußpartie
anschließende,
frei über
den Passzapfen überstehende,
die Außenkonuspartie 30 tragende
ringförmige
Federpartie 60 auf, die beim Fügevorgang dichtend gegen den
Innenkonus 34 der Aufnahmehülse 16 anliegt. In
beiden Fällen
ist der Zentrierring 29 mit seiner Fußpartie 64 auf den
Passzapfen aufgerastet, aufgeschrumpft, aufgeklebt, aufgeschweißt oder
aufgelötet.
Im Falle der 6a und b ist die Federpartie 60 auf
der der Passzapfenwurzel 28 zugewandten Seite der Fußpartie 64 angeformt,
während
sie im Falle der 7a und b auf der der Passzapfenwurzel 28 abgewandten Seite
der Fußpartie 64 angeformt
ist. In beiden Fällen kann
der Passzapfen auch im Wurzelbereich zylindrisch oder leicht stufenzylindrisch
ausgebildet sein, so dass bei Weglas sen des Zentrierrings 29 Kompatibilität mit herkömmlichen
Werkzeugverbindungen dieser Art, die einen zylindrischen Passzapfen
aufweisen, besteht.
-
Bei
den Ausführungsvarianten
nach 8a, b bis 15a,
b weist der Zentrierring 29 einen Käfigring 110 aus einem
verformbaren, vorzugsweise elastomerem Material auf, der mit in
Umfangsrichtung verteilt angeordneten Stützkugeln 112 bestückt ist.
Die Stützkugeln 112 liegen
in gefügtem
Zustand der Bauteile 10, 12 an den einander zugewandten Begrenzungswänden 30', 34' an. Bei den
Ausführungsbeispielen
nach 8a, b bis 12a,
b sind die Begrenzungswände 30' und 34' jeweils konisch im
Sinne einer Außenkonuspartie
und einer Innenkonuspartie an den betreffenden Bauteilen ausgebildet. Bei
den Ausführungsbeispielen
nach 13a und b bis 15a und b ist nur eine der beiden Begrenzungswände konisch
in diesem Sinne ausgebildet, während
die andere Begrenzungswand zylindrisch verläuft, ohne dass dadurch die
Zentrierfunktion verloren geht. Beim Fügevorgang sorgen die Stützkugeln 112 dafür, dass
der Zentrierring an den Begrenzungsflächen eine Abrollbewegung ausführen kann, die
einer unkontrollierten Verspannung in diesem Bereich entgegenwirkt.
In 16 ist die Anordnung des Käfigrings 110 mit Stützring 112 in
einer schaubildlichen Darstellung der Aufnahmehülse 16 am Bauteil 12 verdeutlich.
-
Im
Falle der 8a und b ist das Prinzip des Zentrierrings 29 mit
Stützkugeln 112 gezeigt,
ohne Bevorzugung des einen oder anderen Bauteils hinsichtlich einer
Fixierung des Käfigrings 110.
Insbesondere ist in 8b zu erkennen, dass der elastomere
Käfigring
in seinem Einspannbereich noch genügend Luftraum für eine Verformung
aufweist, die für
die Einpassung des Käfigrings
im Zuge des Fügevorgangs
notwendig ist. Bei allen Ausführungsvarianten 8a bis 15b befindet sich der Einstich 37 für die Aufnahme
des Käfigrings 110 auf
der Seite der Aufnahmehülse 16.
-
Um
eine eindeutige Zuordnung zwischen Zentrierring 29 und
Bauteil zu erhalten, ist im Falle der 9a und
b sowie 10a und b der Käfigring 110 mit
je einer Rastrippe 116', 116'' in einer Ringnut 118', 118'' der Aufnahmehülse 16 eingerastet.
Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 11a und b ist am Käfigring 110 eine
Rastrippe 116''' angeordnet, die im montierten
Zustand in eine komplementäre
Ringnut 120 des Passzapfens 14 eingerastet ist.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 12a und b sind am Käfigring 110 über den
Umfang verteilt angeordnete Rastzapfen 122 vorgesehen,
die in komplementäre
Ausnehmungen 124 der Aufnahmehülse 16 eingerastet
sind.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 13a und b ist der Käfigring 110 mit
radial nach außen
weisenden, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel konischen Ausnehmungen 126 versehen,
in die von außen
her durch die Wand der Aufnahmehülse 16 hindurchgreifende
Halteschrauben 128 mit ihrer Konusspitze eingreifen.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 14a und b sowie 15a und
b wird gezeigt, dass von den Begrenzungswänden 30', 34' des Passzapfens und der Aufnahmehülse nur
eine konisch ausgebildet sein muss, während die andere zylindrisch
sein kann. In der Verbindungsanordnung nach 14a und
b können
Bauteile 10 mit herkömmlichen
Passzapfen verwendet werden.
-
Der
Spannmechanismus 20 nach 1 bis 16 enthält einen
in einer Querbohrung 44 des Passzapfens 14 verschiebbar
angeordneten Klemm- oder Pendelbolzen 46 sowie zwei in
Innengewinden 48, 50 des zweiten Bauteils 12 eingedrehte,
einander diametral gegenüberliegende
Halteschrauben 52, 54. Die Halteschraube 52 ist
dabei als mit ihrem Kopf 56 am zweiten Bauteil 12 festgelegte
Anschlagschraube ausgebildet, während
die Halteschraube 54 eine Bewegungsschraube bildet. Der
Klemmbolzen 46 greift mit seinem Außenkonus 78 in einen
Innenkonus 80 der benachbarten Anschlagschraube 52 ein
und weist an seinem den Außenkonus 78 gegenüberliegenden Ende
einen Innenkonus 82 zur Aufnahme eines an der Bewegungsschraube 54 angeformten
Außenkonus 84 auf.
-
Zur
Herstellung einer Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 wird
zunächst
der Passzapfen 14 bei ausgedrehter Bewegungsschraube 54 lose
in die Aufnahmehülse 16 des
zweiten Bauteils 12 eingeführt. Beim anschließenden Eindrehen
der Bewegungsschraube 54 in das Innengewinde 50 kommt
es zunächst
zum Anschlag zwischen der Bewegungsschraube 54 und dem
Klemmbolzen 46 im Bereich der einander zugewandten Konusflächen 82, 84.
Im weiteren Verlauf des Spannvorgangs wird der Klemmbolzen 46 mit
seinem Außenkonus 78 bis
zum Anschlag gegen die Anschlagschraube 52 in den Innenkonus 80 eingeschoben.
In diesem Zustand setzt der eigentliche Spannvorgang ein, bei welchem
die durch die Halteschrauben 52, 54 eingeleiteten Spannkräfte über die
konischen Anlageflächen 78, 80, 82, 84 des
Spannmechanismus 20 den Passzapfen 14 in die Aufnahmehülse 16 einziehende
Axialkräfte
umgesetzt werden. Die Axialkräfte
führen
zunächst
zu einer Verbiegung der Federpartie 60 des Zentrierrings 29 durch
die Innenkonuspartie 34 der Aufnahmehülse 16, bis die Stirnfläche 24 der
Aufnahmehülse 16 gegen
die Planfläche 22 des
Passzapfens 14 anliegt. Beim weiteren Anziehen der Bewegungsschraube 54 kommt
es schließlich
zu einer Planflächenverspannung
zwischen der Stirnfläche 24 und
der Planfläche 22.
Die gegeneinander anliegenden Außen- und Innenkonuspartien 30, 34 des
Zentrierrings 29 und der Aufnahmehülse 16 sorgen für eine exakte
Zentrierung der Bauteile 10, 12 und eliminieren
das im Bereich der Zylinderpassung vorhandene Spiel und die im Spannmechanismus 20 vorhandene
Unsymmetrie.
-
In
den gezeigten Ausführungsbeispielen
befindet sich zwischen der Stirnseite des Passzapfens 14 und
dem Boden der Aufnahmehülse 16 ein
mit einem axialen Durchbruch 96 versehener Dichtring 98, der
einen durch die Kupplungsvorrichtung hindurchgeführten Kühlmittelkanal 100 nach
außen
hin abdichtet. Der von dem zweiten Bauteil ankommende Kühlmittelkanal 100 mündet durch
den Dichtring 98 hindurch in ein Kühlmittelrohr 102,
das durch den Spannmechanismus 20 stufenfrei hindurchgesteckt ist.
-
Der
Spannmechanismus 20 spielt bei der Erfindung nur eine untergeordnete
Rolle. So kann gemäß 17 auch
ein Spannmechanismus vorgesehen werden, bei welchem am Bauteil 10 ein
stirnseitig über
den Passzapfen 14 axial überstehender Zugbolzen 136 vorgesehen
ist, der beim Fügevorgang durch
eine Bodenöffnung
in der Aufnahmehülse 16 hindurchgreift
und von einem nicht dargestellten maschinenseitigen Einzugsmechanismus
erfasst wird. Die Zentrierung zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 erfolgt
hier mit Hilfe eines Zentrierrings 29, der bei dem in 17 gezeigten
Ausführungsbeispiel
als Käfigring 110 mit
Stützkugeln 112 ausgebildet
ist.
-
Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile 10, 12,
beispielsweise zweier Werkzeugteile. Das erste Bauteil 10 weist
einen zylindrischen Passzapfen 14 sowie eine den Passzapfen
an dessen Wurzel 28 begrenzende, radial überstehende
Planfläche 22 auf,
während
das zweite Bauteil 12 eine Aufnahmehülse 16 mit zylindrischer
Innenfläche 32 aufweist.
Weiter ist ein Spannmechanismus 20 vorgesehen, der beim
Spannvorgang dafür
sorgt, dass der Passzapfen 14 in die Aufnahmehülse 16 eingezogen
wird und dabei die Planfläche 22 und
die Stirnfläche 24 gegeneinander
gepresst werden. Um mit einfachen Mitteln eine exakte Zentrierung
der Bauteile zu gewährleisten,
wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, dass die Aufnahmehülse einen von der zylindrischen
Innenfläche
zur Stirnfläche
hin divergierende Innenkonuspartie 34 aufweist und der
Passzapfen einen in seinem Wurzelbereich angeordneten, elastisch
verformbaren Zentrierring 29 mit einer zur Innenkonuspartie 34 komplementären Außenkonuspartie
trägt.