DE102014114779B3

DE102014114779B3 - Spannpatrone zur Ankopplung eines Werkzeugadapters an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102014114779B3
Application number: DE102014114779.0A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Kleiner
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2014-10-13
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: WO2016058899A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) zur Ankopplung eines Werkzeugadapters an eine Motorspindel (12) einer Werkzeugmaschine. Die Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) umfasst einen Grundkörper (14) mit einer längsaxial durchgehenden Schmiermittelrohrausnehmung (16) zur axialen Aufnahme eines Schmiermittelrohres (18) und eine Spanneinrichtung (20) zum radialen Verspannen eines Werkzeugadapters. Es wird vorgeschlagen, dass die Spanneinrichtung (20) mindestens zwei Spannbacken (22) umfasst, die radial zur Längsachse (34) der Schmiermittelrohrausnehmung (16) verfahrbar sind, wobei jede Spannbacke (22) einen Gewindeverstellabschnitt (28) umfasst. Eine gemeinsame, rotatorisch aktivierbare Verstelleinheit (30, 70, 82) steht in Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) jeder Spannbacke (22), so dass durch eine Rotationsbewegung eines Antriebselements (32, 74, 96) der Verstelleinheit (30, 70, 82) eine radiale Verstellbewegung jeder Spannbacke (22) durch zumindest einen Schraubeingriff der Verstelleinheit (30, 70, 82) am Gewindeverstellabschnitt (28) jeder Spannbacke (22) bewirkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannpatrone zur Ankopplung eines Werkzeugadapters, insbesondere eines HSK-Adapters an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine, die für eine Zuführung eines MMS-Schmiermittels (Minimalmengenschmiersystem) bis zu einem materialabtragenden Werkzeug, insbesondere einem rotierenden Bohr-, Schleif-, Fräs- oder Senkwerkzeug, geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Gattungsgemäße Spannpatronen sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, und dienen als Schnittstelle zwischen einer Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine und einem Werkzeug, insbesondere einem Dreh-, Schleif-, Bohr- oder Fräswerkzeugs. Mithilfe des Werkzeugs, das geometrisch definierte Schneiden aufweist, können Späne von einem Werkstück abgetragen werden, wobei das Werkzeug in der Regel rotiert.
Eine Spannpatrone bildet einen Adapter zum auswechselbaren Verbinden zwischen einem verschleißunterworfenen Werkzeug und der Werkzeugmaschine. Das Werkzeug ist in der Regel in einem Werkzeugadapter verankert, wobei der Werkzeugadapter in vielen Fällen als Kegelaufnahme, insbesondere als HSK-Adapter (Hohlschaftkegel) ausgebildet ist, der in einen Innenkegelabschnitt die Spannpatrone aufgenommen und verankert werden kann. Mittels einer Spanneinrichtung der Spannpatrone kann der Hohlschaftkegel zentrisch in der Spannpatrone eingespannt und fixiert werden. Die Spanneinrichtung dient dazu, den Werkzeugadapter in die Spannpatrone hineinzuziehen und zu fixieren, wobei in der Regel kreisringförmige Abschnittsplanflächen von Spannbacken in einen Rundnutabschnitt des Hohlschaftkegels eingreifen. Hierdurch ergibt sich eine exakte Ausrichtung des Werkzeugadapters entlang der zentrischen Achse durch Spannpatrone und Werkzeugadapter.
Zum Einspannen des Werkzeugadapters an die Spannpatrone werden die Spannbacken der Spannpatrone radial verlagert, d.h. zum Verspannen radial ausgefahren bzw. zum Lösen radial eingefahren. Hierzu ist eine Verstelleinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, die radiale Verstellung der Spannbacken der Spannpatrone vorzunehmen. Zur Betätigung der Verstelleinheit ist in der Regel ein Antriebselement vorgesehen, das einen Antrieb der Verstelleinheit ermöglicht. Bekannte Spannpatronen weisen als Antriebselement eine Spannschraube auf, die zwei gegenläufige Gewindeabschnitte aufweisen, und die derart mit der Verstelleinheit der beiden Spannbacken zusammenwirkt, dass mithilfe eines der beiden Gewindeabschnitte eine erste Spannbacke nach außen und mithilfe des zweiten Gewindeabschnitts eine Längsverschiebebewegung eines Verschiebebolzen der Verstelleinheit radial bewirkt, durch die die zweite Spannbacke nach außen verlagert werden kann. Zum rotatorischen Antrieb des Antriebselements kann beispielsweise ein Inbusschlüssel eingesetzt werden, der radial von außen durch eine Öffnung des Werkzeugadapters am Antriebselement der Spanneinrichtung eingreifen und dieses in Drehung versetzen kann.
In jüngster Zeit wird bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken die sogenannte Minimalmengenschmierung (MMS) eingesetzt, bei der anstelle einer konventionellen Emulsion bzw. Flüssigkeitsschmierung ein Luft-Öl-Gemisch als Kühl- und Schmiermittel eingesetzt wird. Das Öl liegt in verteilten Tröpfchen vor, die in einer Art Nebel an eine bearbeitende Stelle eines Werkzeugs auf die Schneide und die umgebenden Bereiche des Werkzeugs auftreffen und diese benetzen und hierdurch kühlen und schmieren. Es hat sich gezeigt, dass bei der Zuführung eines solchen Luft-Öl-Gemisches Umlenkungen im Zuführkanal vermieden werden sollten, da durch Umlenkungen Entmischungen und Versackungen entstehen, und hierdurch das Luft-Öl-Gemisch nicht in der erwünschten Menge und Verteilung auf die Bearbeitungsfläche auftrifft. Letztlich besteht die Gefahr einer Verstopfung des Zuführsystems. Somit ist beim Einsatz einer Spannpatrone an einen Werkzeugadapter wünschenswert, dass eine geradlinig geführte Schmiermittelzuleitung ohne Knicke und Abwinkelungen eingesetzt werden kann.
Hierzu ist beispielsweise aus der EP 16 60 262 B1 und der EP 17 13 606 B1 eine Spannpatrone bekannt, bei der ein Schmiermittelrohr längsaxial zentrisch durch die Spannpatrone führbar ist, wobei die Spannpatrone eine Spanneinrichtung mit einer Verstelleinheit aufweist, mittels der zwei Spannbacken radial verlagerbar sind, wobei die Verstelleinheit derart ausgeführt ist, dass sie eine Durchführung des zentrisch gelagerte Schmiermittelrohr ermöglicht. Hierzu wird in beiden vorgenannten Druckschriften zum Stand der Technik vorgeschlagen, eine Verstelleinheit einzusetzen, die einen Verschiebebolzen umfasst, wobei im Verschiebebolzen ein Langloch bzw. eine Durchführungsausnehmung vorgesehen ist, durch das das Schmiermittelrohr verläuft, und das Langloch bzw. die Ausnehmung eine erste, eingefahrene und zweite, ausgefahrene Spannbacken-Funktionsposition des Verschiebebolzen zwischen einer ersten, entspannten und zweiten, gespannten Position der Spannbacken definiert. Zum Antrieb des Verschiebebolzens dient eine Doppelgewinde-Hutmutter oder eine Doppelgewindeschraube, die zwei Gewindeabschnitte aufweist, wobei der erste Gewindeabschnitt dazu dient, eine erste Spannbacke zu verlagern und ein zweiter Gewindeabschnitt dazu dient, den Verschiebebolzen längsradial zur Achse des Schmiermittelrohrs zu verschieben, wobei das Schmiermittelrohr durch das Langloch des Verschiebebolzens geführt ist. Die zweite Spannbacke ist am unteren axialen Ende des Verschiebebolzens fest arretiert und wird durch die Verschiebebewegung des Verschiebebolzen radial verlagert.
In den beiden vorgenannten Lösungen des Stands der Technik dient jeweils ein Doppelgewindeantriebselement dazu, eine erste Spannbacke mittels einer Schraubbewegung zu verlagern und eine zweite Spannbacke mittels einer Schiebebewegung des Verstellbolzens zu verlagern. Die Verschiebebewegung wird durch eine Schraubenbewegung des Antriebselements mit einem Gewindeabschnitt des Verschiebebolzens im Bereich der ersten Spannbacke erzeugt.
Hierdurch ergibt sich das Problem, dass zum einen eine relativ hohe Anzahl von Rotationen des Antriebselements erforderlich ist, um die Spannbacken zwischen einer gespannten und entspannten Funktionsposition zu verlagern, zum anderen ergibt sich das Problem, dass der Verschiebebolzen allein durch eine Schubbewegung die zweite Spannbacke verlagern muss und dementsprechend eine hohe mechanische Steifigkeit aufweisen muss. Letztlich wird das Antriebselement durch die Erzeugung der Verstell- und Schraubbewegung zum Verlagern beider Spannbacken mechanisch hoch belastet und muss entsprechend massiv ausgeführt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Spannpatrone mit Spanneinrichtung vorzuschlagen, die ein schnelleres und effektiveres Verspannen eines Werkzeugadapters an der Spannpatrone gewährleisten kann, wobei eine MMS-Schmierung einsetzbar ist, und die Nachteile des vorgenannten Stands der Technik überwunden werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Spannpatrone nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird eine Spannpatrone zur Ankopplung eines Werkzeugadapters an eine Motorspindel einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen, die einen Grundkörper mit einer längsaxial durchgehenden Schmiermittelrohrausnehmung zur axialen Aufnahme eines Schmiermittelrohrs und eine Spanneinrichtung zum radialen Verspannen eines Werkzeugadapters umfasst. Die Spanneinrichtung umfasst mindestens zwei Spannbacken, die radial zur Längsachse der Schmiermittelrohrausnehmung verfahrbar sind. Jede Spannbacke umfasst einen Gewindeverstellabschnitt. Eine gemeinsame, rotatorisch aktivierbare Verstelleinheit steht im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt jeder Spannbacke. Durch eine Rotationsbewegung eines Antriebselements der Verstelleinheit ist eine radiale Verstellbewegung jeder Spannbacke durch zumindest einen Schraubeingriff der Verstelleinheit am Gewindeverstellabschnitt jeder Spannbacke bewirkbar.
Mit anderen Worten umfasst die Spannpatrone zumindest zwei Spannbacken, die mittels einer Spanneinrichtung radial nach außen in eine verspannte und radial nach innen in eine entspannte Funktionsposition verlagerbar sind. Durch die Spannpatrone ist ein Schmiermittelrohr durchführbar. Zum Verlagern der Spannbacken dient eine Spanneinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass durch eine Verstelleinheit der Spanneinrichtung eine Drehbewegung an einem Gewindeverstellabschnitt jeder Spannbacke vornehmbar ist, so dass die Spannbacke zumindest teilweise in ihrer Verlagerposition durch einen Schraubgewindeeingriff verlagerbar ist. Hierdurch unterscheidet sich die Spannpatrone gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Spannpatronen zumindest dadurch, dass beide Spannbacken nicht oder nicht exklusiv durch eine Schiebebewegung, sondern durch eine Schraubbewegung verlagerbar sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch eine Betätigung des Antriebselements mittels einer Getriebewirkung der Verstellgewinde eine hohe Kraft zum Ver- und Entspannen aufgebracht werden kann, wobei eine mechanische Belastung der Verstelleinheit und des Antriebselements reduziert und durch wenige rotatorische Drehungen des Antriebselements ein sicheres und schnelles Ver- oder Entspannen des Werkzeugadapters an der Spannpatrone erreicht werden kann. Hierdurch kann eine definierte hohe Spannkraft aufgebracht werden, die mechanische Belastung auf die Verstelleinheit verringert, und ein schnelles und gleichmäßiges Ver- und Entspannen eines Werkzeugadapters, insbesondere eines HSK-Adapters, an einer Motorspindel bewirkt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die radiale Verstellbewegung zumindest eine Spannbacke durch eine kombinierte Schraub- und Schubbewegung der Verstelleinheit bewirkbar sein. Es ist durchaus denkbar, dass zur radialen Verstellung der Spannbacken von einer ersten, geöffneten Funktionsposition in eine zweite, verspannte Funktionsposition nicht nur eine Schraubbewegung alleine, sondern eine kombinierte Schraub- und Schubbewegung der Verstelleinheit vorgenommen werden kann. Hierdurch ergibt sich zwangsläufig das technische Merkmal, dass die Verstelleinheit radial zur Achse des Schmiermittelrohrs längsverlagerbar ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich die Kräfte der beiden Spannbacken gleichmäßig verteilen können, da ein Verpressen einer ersten Spannbacke zu einer Schubbewegung führt, um ein gleichmäßiges Verpressen der zweiten Spannbacke zu bewirken. Hierdurch werden die mechanischen Verspannkräfte gleichmäßig auf die beiden Spannbacken verteilt und eine einseitige Verspannung verhindert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Verstelleinheit einen Drehbolzen umfassen, der einen Führungskanal zur Führung des Schmiermittelrohres und zwei axial endseitige Gewindeabschnitten aufweist, wobei der erste Gewindeabschnitt des Drehbolzens zumindest mittelbar im Wirkeingriff mit einem Gewindeverstellabschnitt der ersten Spannbacke steht. Der zweite endseitige Gewindeabschnitt des Drehbolzens steht im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt der zweiten Spannbacke. Das Schmiermittelrohr verläuft durch den gewundenen bzw. gekrümmt ausgebildeten Führungskanal des Drehbolzens, so dass eine Schubbewegung des Drehbolzens durch Gleitführung einer Innenfläche des Führungskanals entlang eines Außenmantelabschnitts des Schmiermittelrohrs eine Drehbewegung des Drehbolzens bewirkt, wodurch die Spannbacke radial durch einen Schraubeingriff verfahrbar sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit einen Drehbolzen umfasst, der einen komplex geführten ausgebildeten Führungskanal aufweist, durch den das Schmiermittelrohr geführt ist.
Der Drehbolzen kann zwei endseitige Gewindeabschnitte aufweisen, die in die Gewindeverstellabschnitte der beiden Spannbacken eingreift, so dass der Drehbolzen als Antriebselement wirkt.
Das Führungsloch ist derart ausgestaltet, dass eine Schubbewegung des Drehbolzens radial zur Ausrichtung des Schmiermittelrohrs von einer ersten Funktionsstellung zu einer zweiten Funktionsstellung zu einer Drehung des Drehbolzens führt, da eine Innenfläche des Führungslochs entlang einer Außenmantelfläche des Schmiermittelrohrs geführt wird, und durch die komplexe Gestaltung des Führungskanals eine Drehbewegung bewirkt wird. Der Führungskanal ist sozusagen als Wurmloch ausgeführt, wobei dessen entlang der Drehachse des Drehbolzens variierende Kanalachse eine Drehung des Drehbolzens bei einer radialen Verlagerung gegenüber der Achse des Schmiermittelrohrs bewirkt. Der Führungskanal kann als Spiralabschnittsloch um die Achse des Drehbolzens oder als Schrägabschnittsloch entlang der Achse des Drehbolzens ausgebildet sein.
Durch Betätigen des Antriebselements wird eine kombinierte Längsschub- und Drehbewegung des Drehbolzens bewirkt, durch die zumindest die zweite Spannbacke durch eine kombinierte Schraub- und Schubbewegung verlagerbar ist. Das Schmiermittelrohr dient als Führungselement des Drehbolzens zur Erzeugung der Drehbewegung und ist bei Überführung der ersten in die zweite Funktionsposition aktiv in den Verspannprozess mechanisch eingebunden. Gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Spannpatronen können mit reduzierten Drehbewegungen des Antriebselements der Drehbolzen rotatorisch verschoben werden, der ein Verspannen bzw. Entspannen der zweiten Spannbache bewirkt. Die mechanische Belastung auf den Drehbolzen ist verringert und der Drehbolzen kann kleiner und kompakter ausgeführt werden. Hierdurch lässt sich die Spannpatronen kompakt, mit geringem Gewicht und langlebig bereitstellen.
Ausgehend von dem vorgenannten Ausführungsbeispiel kann die Verstelleinheit ein Antriebselement mit zwei Gewindeabschnitten umfassen, wobei der erste Gewindeabschnitt des Antriebselements im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt der ersten Spannbacke steht, und der zweite Gewindeabschnitt des Antriebselements im Wirkeingriff mit dem ersten Gewindeabschnitt des Drehbolzens steht. In dieser weiter vorteilhaften Ausführungsform wird zwischen erster Spannbacke und dem Drehbolzen ein Antriebselement mit zwei Gewindeabschnitten vorgesehen, das sozusagen als Getriebeumsetzung dient, und das zur Betätigung der Antriebsbewegung die erste Spannbacke eine Schraubbewegung ausübt und des Weiteren eine Schubbewegung des Drehbolzen bewirkt, wobei die Führung des Drehbolzens entlang der Außenfläche des Schmiermittelrohrs eine Rotation des Drehbolzens bewirkt, so dass der zweite endseitige Gewindeabschnitt des Drehbolzens eine kombinierte Schub- und Schraubbewegung der zweiten Spannbacke erzeugt. Durch das Antriebselement kann eine Erweiterung der Ausfahrposition erreicht werden, und somit eine höhere Spannkraft aufgebracht werden.
In einer Fortentwicklung der vorgenannten Ausführungsbeispiele kann der Führungskanal des Drehbolzens eine rechtwinklig zur Achse des Drehbolzens verlaufende Achse des Schmiermittelrohrs definieren, die abhängig von einer axialen Funktionsposition des Drehbolzens zum Schmiermittelrohr in einem Drehwinkel zwischen 2° bis 45°, bevorzugt 5° bis 30°, insbesondere 12° bis 20°, zur Drehbolzenachse zwischen einem unteren und einer oberen axialen Funktionsposition des Drehbolzens gegenüber dem Schmiermittelrohr variierbar ist. Der Drehbolzen dreht sich durch eine axiale Schubbewegung zwischen unterer und oberer axialer Funktionsposition um diesen Drehwinkel. In dieser Ausführungsform wird eine Ausgestaltung des Führungskanals definiert, in der eine Drehung des Drehbolzens zwischen unterer und oberer Funktionsposition um einen Drehwinkel von minimal 2° bis maximal 45° erreicht wird. Dieser Drehwinkel entspricht dem Schraubwinkel der zweiten Spannbacke, und um diesen Schraubweg wird die zweite Spannbacke durch die Schraubbewegung verstellt. Somit wird die zweite Spannbacke durch einen axialen Verlagerungsweg rechtwinklig zur Achse des Schmiermittelrohrs verlagert und durch eine Schraubbewegung um maximal 45° weiterhin verlagert, während die erste Spannbacke durch eine Schraubbewegung beispielsweise eines Antriebselements um diesen oder um einen weiteren Verfahrweg verlagerbar ist. Hierdurch ergibt sich eine Einstellbarkeit des Verspannweges der Spannbacken, wobei ein gleichmäßiges Verspannen beider Spannbacken durch die Schubbewegung des Drehbolzens bewirkbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Antriebselement eine Hutmutter oder eine Schraube mit Doppelgewinde sein, wobei ein erster, bevorzugt radial vergrößerter Gewindeabschnitt in den Gewindeverstellabschnitt der ersten Spannbacke eingreift und ein zweiter, bevorzugt radial verkleinerter Gewindeabschnitt in den ersten Gewindeabschnitt des Drehbolzens eingreift, wobei bevorzugt der erste und der zweite Gewindeabschnitt dieselbe Steigung aufweisen. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement als Hutmutter oder Schraube mit Doppelgewinde ausgelegt ist, und somit einen hohen Verstellweg ermöglicht und ein Gewindegetriebe bereitstellt.
Vorteilhafterweise sind die Steigungen der beiden Gewindeabschnitte gleich, so dass eine gleichmäßige Verstellbewegung bewirkbar ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, dass die beiden Spannbacken baugleich ausgebildet sind, so dass eine hohe Anzahl Gleichbauteile erreicht werden kann, was die Fertigungskosten senkt und Ausschuss vermindert. So können erste und zweite Spannbacken identisch ausgebildet sein, und die Ausgestaltung des Antriebselements sowie des Führungskanals definieren einen maximalen Verspannweg der beiden Spannbacken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgenannten Ausführung der Spanneinrichtung mit Drehbolzen kann der erste Gewindeabschnitt des Drehbolzens radial verkleinert gegenüber dem zweiten Gewindeabschnitt des Drehbolzens sein, und bevorzugt der erste Gewindeabschnitt des Antriebselements den gleichen Durchmesser, wie der zweite Gewindeabschnitt des Drehbolzens aufweisen. Auch in diesem Fall wird Gleichteilausbildung der beiden Spannbacken ermöglicht, so dass die Montage der Spanneinrichtung erleichtert und geringe Produktionskosten für eine hohe Anzahl von Gleichteilen erreicht werden kann.
Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform einer Spanneinrichtung mit Drehbolzen kann die Verstelleinheit zumindest einen, insbesondere zwei oder vier Gewindespindeln umfassen, der bzw. die von dem Gewindeverstellabschnitt der ersten Spannbacke zu dem Gewindeverstellabschnitt der zweiten Spannbacke reicht, wobei das Schmiermittelrohr an der Gewindespindel vorbeiführbar ist. Mittels eines Antriebselements kann die Gewindespindel zumindest an einer Spannbacke drehend antreibbar sein. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Spanneinrichtung die beiden Spannbacken mittels zumindest einer, insbesondere zwei oder vier Gewindespindeln verbindet. Die Gewindespindel kann radial klein gegenüber dem Durchmesser des Schmiermittelrohres bemessen sein. Die Gewindespindel ist außermittig um das Schmiermittelrohr geführt, und verbindet die Gewindeabschnitte der ersten und zweiten Spannbacke. Zum Antrieb der Gewindespindel ist zumindest in oder an einer Spannbacke eine Getriebemechanik vorgesehen, durch die die Gewindespindel antreibbar ist. Durch ein Verdrehen der Gewindespindel wird ein radiales Verschieben der Spannbacken zwischen einer ersten und einer zweiten Spannposition erreicht. Hierzu weist die Gewindespindel vorzugsweise an ihren Endbereichen gegenläufig geschnittene Gewindeabschnitte auf. Die Spannbewegung durch eine Schraubbewegung bewirkt, wobei eine Schubverlagerungsbewegung der beiden Spannbacken ermöglicht wird, um einen gleichmäßigen Verpressdruck auszuüben, und eine einseitige Verspannung zu verhindern. Das Schmiermittelrohr wird im Gegensatz zu den vorab diskutierten Ausführungsformen nicht in die Mechanik der Spanneinrichtung einbezogen, und spielt für ein Verspannen des Werkzeugadapters keine Rolle.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Antriebselement mit der Gewindespindel durch eine Getriebemechanik gekoppelt sein, wobei das Antriebselement als Antriebszahnrad, bevorzugt als Kegelzahnrad ausgebildet ist und zumindest an einem axialen Ende der Gewindespindeln ein Abtriebszahnrad, bevorzugt ein Kegelzahnrad angeordnet ist. Zum Antreiben der Gewindespindel wird vorgeschlagen, dass ein Antriebselement als Zahnrad, beispielsweise als Kegelzahnrad oder als Umfangszahnrad ausgebildet ist, und die Gewindespindel mindestens an seinem oberen axialen Ende ein weiteres Zahnrad aufweist, durch das eine Drehbewegung des Antriebszahnrads eine Drehbewegung der Gewindespindel durch das Abtriebszahnrad bewirkbar sind. Durch die Getriebemechanik wird eine Umsetzung der Antriebsdrehzahl in einer Abtriebsdrehzahl erreicht, die deutlich höher als die Antriebsdrehzahl ist, so dass durch das Antriebsgetriebe eine hohe Verfahrgeschwindigkeit und ein Kraftumsetzung zur Erzeugung eines hohen Spanndrucks erreicht werden kann.
Wird die Gewindemechanik nur an einer der beiden Spannbacken eingesetzt, so werden zwei verschiedene Spannbacken, nämlich eine Spannbacke mit Getriebemechanik und eine zweite Spannbacke ohne Getriebemechanik für eine Spanneinrichtung eingesetzt. Vorteilhaft denkbar ist jedoch, beide Spannbacken mit Getriebemechanik auszustatten, wobei sich der besondere Vorteil ergibt, dass ein Verspannen von jeder der beiden Spannbacken vorgenommen werden kann. Hierdurch kann die Anzahl der Gleichteile erhöht und der Zusammenbau der Spanneinrichtung erleichtert werden.
Alternativ zu den oben dargestellten Ausführungsformen ergibt sich in einer weiteren Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Verstelleinheit zumindest ein Antriebselement aufweist, das mit einem drehbar gelagerten Schmiermittelrohr oder einer drehbar gelagerten Hülse um das Schmiermittelrohr in Wirkverbindung koppelbar ist, wobei das Antriebselement mittels zumindest einer Gewindespindel oder mittels mindestens einer Schubstange mit zumindest einem Gewindeverstellabschnitt der Spannbacke verbunden ist, um eine radiale Verfahrbarkeit der Spannbacken gegenüber der Längsachse des Schmiermittelrohrs zu bewirken. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Schmiermittelrohr unmittelbar ein Antriebselement antreibt, wobei das Schmiermittelrohr drehbar gelagert ist, und durch eine Drehung des Schmiermittelrohrs, das in Wirkverbindung mit dem Antriebselement steht, das Antriebselement derart antreibt, dass das Antriebselement mittels einer Gewindespindel eine Schraubbewegung oder mittels einer Schubstange eine Schubbewegung auf die beiden Spannbacken ausübt, und somit die Spannbacken von einer ersten, radial eingefahrenen in eine zweite, radial ausgefahrene Spannposition verbringt. Hierbei wird die mechanische Spannkraft über das Schmiermittelrohr übertragen, wobei wiederum eine Getriebemechanik eingesetzt wird, um eine Rotationsbewegung des Schmiermittelrohrs in eine radiale Verfahrposition der Spannbacken gegenüber der Längsachse des Schmiermittelrohrs zu bewirken. Die Drehbewegung des Schmiermittelrohrs kann händisch oder motorhaft erfolgen. Das Schmiermittelrohr kann von einer Werkzeugadapterseite oder einer Motorspindelseite der Werkzeugmaschine erfolgen.
Dabei kann in einer ersten Ausführungsform das Antriebselement der Gewindespindel einen Schrägverzahnungsabschnitt, einen Kegelverzahnungsabschnitt oder einen Schneckenverzahnungsabschnitt umfassen, der im Wirkeingriff mit einem Spindelgewinde-, einem Kegel- oder Schneckenverzahnungsabschnitt des Schmiermittelrohrs steht. Die Gewindespindel kann zwei axiale Gewindeendabschnitte aufweisen, die im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt der Spannbacken stehen. In dieser Ausführungsform kann wie in der vorgenannten Ausführungsform der Spanneinrichtung mit Gewindespindel ein Antrieb der Gewindespindeln durch eine Drehbewegung des Schmiermittelrohrs erreicht werden. Das Schmiermittelrohr weist hierzu ein Spindelgewinde-, Kegel- oder Schneckenverzahnungsabschnitt auf, der im Wirkeingriff mit einem Schrägverzahnungs-, Kegelverzahnungs- oder Schneckenverzahnungsabschnitt der Gewindespindel steht. Durch eine Drehbewegung des Schmiermittelrohrs wird eine Drehbewegung der Gewindespindeln erreicht, und die Gewindespindeln können durch den Gewindeverstellabschnitt der Spannbacken ein Verfahren der Spannbacken bewirken. Die Getriebemechanik ermöglicht ein Umsetzen der Drehzahl von Schmiermittelrohrumdrehung zu Gewindespindelumdrehung, so dass ein radiales Ver- und Entspannen der Spannbacken durch wenige Drehbewegungen des Schmiermittelrohrs erreichbar ist. Die beiden Spannbacken können mechanisch relativ einfach und als Gleichteil ausgebildet sein, und weisen lediglich Gewindeverstellabschnitte auf, wobei auf eine Getriebemechanik innerhalb der Spannbacke verzichtet werden kann. Hierdurch kann eine extrem einfache, auch robuste und leicht herzustellende Spanneinrichtung ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Antriebselement zumindest als ein Mutterverstellelement vorgesehen sein, wobei das Mutterverstellelement auf einem Spindelgewindeabschnitt des Schmiermittelrohrs längsaxial zum Schmiermittelrohr verstellbar ist, und das Mutterverstellelement mittels zumindest einer Schubstange mit einem Gewindeverstellabschnitt der Spannbacke verbunden ist. In dieser Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein nicht drehbar gelagertes, sondern schubgelagertes Mutterverstellelement entlang der Längsachse des Schmiermittelrohrs durch Drehung des Schmiermittelrohrs verfahrbar ist. Ein Grundkörper der Spannpatrone kann einen entsprechenden Führungskanal des Mutterverstellelements definieren. Durch die längsaxiale Verfahrbarkeit des Mutterverstellelements wird durch eine Schubstangenverbindung zu zumindest einer der beiden Spannbacken eine Hubbewegung der Spannbacke bewirkt, wobei die Schubstange in einem Gewindeverstellabschnitt der Spannbacke eingreifen kann. Durch ein Drehen des Schmiermittelrohrs wird eine längsaxiale Verstellung des Mutterverstellelements bewirkt, wobei vorteilhafterweise zwei Mutterantriebselemente am Schmiermittelrohr an zwei gegenläufigen Gewindeabschnitten vorgesehen sind, so dass bei einer Verstellbewegung sich die beiden Mutterelemente aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegen, und durch ein Kreuzschubgestänge die beiden Spannbacken mit beiden Mutterantriebselementen verbunden sein können, um ein gleichmäßiges radiales Ein- und Ausfahren der Spannbacken zu bewirken.
Weiterhin ist es vorteilhaft denkbar, dass die Spannbacken gleichteilig ausgebildet sind, und identisch herstellbar sind, so dass eine hohe Anzahl von Gleichteilen erreicht, und ein Zusammenbau einer Spanneinrichtung vereinfacht wird. Hierdurch ergeben sich in der Massenproduktion die Vorteile, gleichteilige Spannbacken vorzusehen, die mechanisch gleichartige Eigenschaft aufweisen, so dass eine langlebige, robuste und günstige Spannpatrone hergestellt werden kann.
Vorteilhafterweise können die beiden Spannbacken in Richtung der Längsachse eines anzukoppelnden Werkzeugadapters eine abgerundete oder abgewinkelte Kontur aufweisen. Durch eine abgewinkelte oder abgerundete Kontur, wie sie bereits in der EP 1 713 606 B1 vorgeschlagen ist, kann eine höhere Wirkfläche eine größere mechanische Stabilität und eine geringere Belastung der Spanneinrichtung erreicht werden, so dass die Langlebigkeit, Effizienz und Spannqualität der Spannpatrone deutlich verbessert werden kann.
ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 in einer Seiten- und Draufsicht eine Spannpatrone einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 mehrere Darstellungen einer Spannpatrone des Stands der Technik,
3 in einer Längsschnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannpatrone,
4 in detaillierten Teilansichten eine Ausführungsform einer Spannpatrone mit Drehbolzen nach der Erfindung,
5 die Ausführungsform der 4 in einer ersten entspannten Funktionsposition,
6 perspektivisch eine Ausführungsform der 4 in einer zweiten gespannten Funktionsposition,
7 eine Ausführungsform nach 4 in einer ersten, entspannten Funktionsposition,
8 eine Ausführungsform nach 4 in einer Zwischenfunktionsposition,
9 eine Darstellung einer Ausführungsform nach 4 in einer zweiten, gespannten Funktionsposition,
10 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Verstelleinrichtung mit Gewindespindeln,
11 in mehreren Darstellungen eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit drehbarem Schmiermittelrohr und Mutterantriebselementen,
12 eine weitere Ausführungsform mit drehbarem Schmiermittelrohr und Gewindeantriebsbolzen.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
In der 1 sind in zwei Teilbildern 1a und 1b eine Seitenansicht und Draufsicht einer Spannpatrone 10 der Erfindung dargestellt. Die Spannpatrone 10 umfasst einen Grundkörper 14 und eine Spanneinrichtung 20. Der Grundkörper 14 weist einen spindelseitigen Anschlussbereich 36 an einer Maschinenseite 68 auf. Im Bereich der gegenüberliegenden Werkzeugseite 66 ist die Spanneinrichtung 20 angeordnet, die sich entlang einer Achse 56 erstreckt. Die Achse 56 ist rechtwinklig zur Achse 34 des Schmiermittelrohrs 18 angeordnet. Am Grundkörper 14 sind zwei Anschlusszapfen 38 zur drehsichernden Aufnahme eines Werkzeugadapters angeordnet. Die Spanneinrichtung 20 weist zwei Spannbacken 22, eine erste Spannbacke 24 und eine zweite Spannbacke 26 auf. Die beiden Spannbacken 24, 26 können radial zur Achse 34 mittels einer Verstelleinheit 30 verfahren werden, wobei die Verstelleinheit 30 ein Antriebselement 32 in Form einer Inbusbetreibbaren Schraube umfasst, mittels derer die beiden Spannbacken 24 und 26 von einer ersten, entspannten Funktionsposition zu einer zweiten, verspannten Funktionsposition verlagerbar sind. Die Außenkontur einer Spannbacke 22 weist einen abgerundeten Konturverlauf 64 in Richtung der Werkzeugseite 66 auf, um eine erhöhte Spannbackenfläche zu definieren, in der das Antriebselement 32 eingebettet ist.
In den vier Teilfiguren 2a bis 2d ist eine Spannpatrone 200 des Stands der Technik mit einer Spanneinrichtung 204 dargestellt. Die Spannpatrone 200 weist einen Grundkörper 202 auf, wie er in den 2c und 2d in einer Seiten- und Oberansicht dargestellt ist. Der Grundkörper 202 weist einen spindelseitigen Anschlussbereich 36 auf, an dem zwei Bajonettzapfen 228 zum Arretieren in der Werkzeugspindel angeordnet sind. An dem der Maschinenseite 68 gegenüberliegenden Werkzeugseite 66 ist eine Ausnehmung 224 zur Aufnahme der in den 2a und 2b dargestellten Spanneinrichtung 204 eingelassen. In Längsrichtung verläuft durch den Grundkörper 202 die Achse 34 eines einführbaren Schmiermittelrohrs 18. In der Ausnehmung 224 sind zwei Spannbackensitze 106 eingelassen, in denen die Spannbacken 220, 222 in eine erste entspannte Funktionsposition eingefahren werden können. Die Ausnehmung 224 definiert eine Achse 226 des in den 2a und 2b gezeigten Verschiebebolzens 206.
Die in den 2a und 2b dargestellte Spanneinrichtung 204 umfasst eine erste Spannbacke 220 und eine zweite Spannbacke 222. Die beiden Spannbacken 220, 222 sind an Zapfen 212, 214 des Verschiebebolzens 206 befestigbar. Die zweite Spannbacke 222 wird an einem Arretierzapfen 212 mittels eines Arretierstifts 216 befestigt. Hierzu ist in dem Arretierzapfen 212 ein Stiftkanal 218 eingelassen und in der zweiten Spannbacke 222 eine Arretierstiftausnehmung 230. Durch die Arretierstiftausnehmung 230 und den Stiftkanal 218 ist der Arretierstift 216 durchsteckbar, um die zweite Spannbacke 222 am Verschiebebolzen 206 zu befestigen. Die erste Spannbacke 220 lässt sich mittels einer Doppelgewinde-Hutmutter 208 als Antriebselement am Gewindezapfen 214 befestigen. Der Verschiebebolzen 206 weist eine Rahmenöffnung 210 auf, die eine derartig große Ausnehmung definiert, durch die ein Schmiermittelrohr 18 entlang einer Schmiermittelrohrachse 34 durchführbar ist, wobei der Verschiebebolzen 206 radial zur Achse 34 von einer ersten in eine zweite Funktionsposition verschoben werden kann. Durch ein Drehen der Doppelgewinde-Hutmutter 208 als Antriebselement wird zum einen die erste Spannbacke 220 radial nach außen gedrängt, sowie durch eine Gegenpressbewegung der Verschiebebolzen 206 in die entgegengesetzte Richtung verschoben, und somit die zweite Spannbacke 222 ebenfalls nach außen durch eine Längsbewegung verschoben. Die Spannbacken-Verstellbewegung wird alleinig durch die Gewindeverdrehung der Hutmutter 208 bewirkt. Dementsprechend wirken lediglich Längsschubkräfte auf die zweite Spannbacke 222. Es muss eine relativ hohe Anzahl von Drehungen der Hutmutter 208 vollzogen werden, um eine nennenswerte Spannbewegung der beiden Spannbacken 220, 222 zu erreichen.
In der 3 ist in einem Längsschnitt durch eine Spannpatrone 10 als erstes Ausführungsbeispiel 120 der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung dargestellt. Die Spannpatrone 120 weist einen Grundkörper 14 auf, der an seiner Maschinenseite 68 einen spindelseitigen Anschlussbereich 36 mit Innengewindetopf definiert, in die ein Gewindebolzen einer Maschinenspindel 12 eingeschraubt ist. In der Maschinenspindel 12 ist ein achsparalleles Schmiermittelrohr 18 integriert, wodurch ein Luft-Öl-Gemisch von der Werkzeugmaschine über die Spannpatrone 10, einen nicht dargestellten Hohlschaftkegel (HSK) bis zu einem darin befestigtes spanenden Werkzeug geführt werden kann. An der gegenüberliegenden Werkzeugseite 66 ist eine Spanneinrichtung 20 zum Spannen des HSKs gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels 130 angeordnet. Die Spanneinrichtung 130 ist entlang einer Drehbolzenachse 56 rechtwinklig zur Achse 34 des Schmiermittelrohrs 18 angeordnet. Der Grundkörper 14 nimmt zwei Spannbacken 22, eine erste Spannbacke 24 und eine zweite Spannbacke 26, in gegenüberliegenden Spannbackensitzen 106 auf. Die Spannbacken 24, 26 lassen sich radial zur Achse 34 von einer ersten, entspannten zu einer zweiten, gespannten Funktionsposition verlagern. Hierzu ist ein Drehbolzen 40 vorgesehen, der einen Führungskanal 42 umfasst, durch die das Schmiermittelrohr 18 geführt ist. Der Drehbolzen 40 weist einen ersten Gewindeabschnitt 44 an der Seite der ersten Spannbacke 24 und einen zweiten Gewindeabschnitt 46 im Bereich der zweiten Spannbacke 26 auf. Die zweite Spannbacke 26 weist einen Gewindeverstellabschnitt 28 auf, in der der zweite Gewindeabschnitt 46 des Drehbolzens 40 eingeschraubt ist. Als Antriebselement 32 der Verstelleinheit 30 ist eine Doppelgewindeschraube 62 vorgesehen. Die Doppelgewindeschraube 62 weist einen ersten Gewindeabschnitt 52 auf, der in den Gewindeverstellabschnitt 28 der ersten Spannbacke 24 eingeschraubt ist. Der zweite Gewindeabschnitt 54 des Antriebselements 30 ist in den ersten Gewindeabschnitt 44 des Drehbolzens 40 eingeschraubt. Zur Verstellung der Spanneinrichtung 130 von der ersten in die zweite Funktionsposition kann die Doppelgewindeschraube 62 in Richtung aus dem Drehbolzen 40 herausgeschraubt werden, wodurch sich die erste Spannbacke 24 entlang des ersten Gewindeabschnitts 52 des Antriebselements 32 herausschraubt und radial nach außen drängt. Gleichzeitig wird durch einen Gegendruck eine Bewegung des Drehbolzens 40 in Richtung der zweiten Spannbacke 26 bewirkt. Aufgrund einer Gleitreibung des Führungskanals 42 an einem Oberflächenabschnitt des Schmiermittelrohrs 18 verdreht sich der Drehbolzen 40, so dass durch eine zusätzliche Schraubbewegung des zweiten Gewindeabschnitts 46 des Drehbolzens 40 ein Herausschrauben des Gewindeverstellabschnitts 28 der zweiten Spannbacke 26 bewirkt wird. Somit kann durch ein Verdrehen der Doppelgewindeschraube 62 eine Verlagerung der beiden Spannbacken 24, 26 durch eine kombinierte Schraub- und Verschiebebewegung des Drehbolzens 40 erreicht werden, wodurch mit einer relativ geringen Anzahl von Schraubbewegungen die beiden Spannbacken 22 von einer ersten in eine zweite Funktionsposition verfahren werden können.
In den 4a bis 4c ist im Detail eine erste Ausführungsform 130 einer Spanneinrichtung 20 dargestellt. Die Spanneinrichtung 20, 130 umfasst zwei Spannbacken 22, eine erste Spannbacke 24 und eine zweite Spannbacke 26. Die beiden Spannbacken 22 sind identisch aufgebaut und weisen jeweils eine Gewindedurchgangsbohrung mit einem Gewindeverstellabschnitt 28 auf. Die beiden Spannbacken 22 sind mittels einer Verstelleinheit 30, die einen Drehbolzen 40 und ein Antriebselement 32 umfasst, verbunden. Das Antriebselement 32 ist eine Doppelgewindeschraube 62, die einen ersten Gewindeabschnitt 52 und einen zweiten Gewindeabschnitt 54 aufweist. Der erste Gewindeabschnitt 52 ist in den Gewindeverstellabschnitt 28 der ersten Spannbacke 24 einschraubbar. Der zweite Gewindeabschnitt 54 ist in einen ersten Gewindeabschnitt 44 des Drehbolzens 40 einschraubbar. Der Drehbolzen 40 weist neben dem ersten Gewindeabschnitt 44, der in Richtung der ersten Spannbacke 24 ausgerichtet ist, einen zweiten Gewindeabschnitt 46 auf, der in Richtung der zweiten Spannbacke 26 ausgerichtet ist. Der zweite Gewindeabschnitt 46 des Drehbolzens 40 weist den gleichen Durchmesser wie der erste Gewindeabschnitt 52 der Doppelgewindeschraube 62 auf. Der Drehbolzen 40 weist einen Führungskanal 42 auf, durch den ein Schmiermittelrohr 18 geführt ist. Der Führungskanal 42 weist einen in Achse des Drehbolzens 40 gekrümmten Verlauf auf, und ähnelt einem Wurmloch bzw. einem Spirallochabschnitt, wobei bei verschiedenen axialen Verschiebepositionen des Drehbolzens 40 rechtwinklig zur Achsrichtung des Schmiermittelrohrs 18 verschiedene Drehwinkel des Drehbolzens 40 um seine Achse 56 eingenommen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass durch eine längsradiale Verschiebung des Drehbolzens 40 eine Gleitführung einer Innenfläche 48 des Führungskanals 42 an einem Außenmantelabschnitt 50 des Schmiermittelrohrs 18 auftritt, die eine Drehbewegung des Drehbolzens 40 bei einer Schubbewegung auslöst. Hierdurch kann durch ein Verdrehen des Antriebselements 32 gleichzeitig eine Schub- und Drehbewegung des Drehbolzens 40 an dem gegenüberliegenden Gewindeabschnitt 46 erreicht werden, so dass die zweite Spannbacke 26 sowohl durch die Schub- als auch durch die Gewindeverschraubbewegung nach außen gedrängt wird.
Die Spanneinrichtung 130 kann in die in den 4b und 4c dargestellten Spannpatrone 10 eines ersten Ausführungsbeispiels 120 eingesetzt werden. Die Spannpatrone 10, 120 weist einen Grundkörper 14 auf, und besitzt an seiner Maschinenseite 68 einen spindelseitigen Anschlussbereich 36, an denen zwei Bajonettzapfen 38 zur Verankerung in einer Maschinenspindel angeordnet sind. Entlang einer Schmiermittelrohrachse 34 kann ein Schmiermittel den Grundkörper 14 ohne Abwinkelung und Krümmung durchdringen. In Richtung der Werkzeugseite 66 der Spannpatrone 120 ist eine Ausnehmung 104 zur Aufnahme der Spanneinrichtung 130 vorgesehen. In einer eingefahrenen ersten Funktionsposition der Spanneinrichtung 130 werden die beiden Spannbacken 22 in Spannbackensitze 106 des Grundkörpers 14 der Spannpatrone 120 aufgenommen. Der Drehbolzen 40 erstreckt sich entlang einer Achse 56, die rechtwinklig zur Achse 34 des Schmiermittelrohrs ausgerichtet ist.
In den 5a und 5b sind perspektivisch die in der 3 und 4 dargestellte Ausführungsform 120 einer Spannpatrone 10 in einer ersten, entspannten Funktionsposition dargestellt. Hierbei befindet sich der Drehbolzen 40 in einer Position, in dem das Schmiermittelrohr 18 in einem unteren Bereich des Führungskanals 42 angeordnet ist. Dementsprechend ist das Antriebselement 32 vollständig in den Drehbolzen 40 eingeschraubt und die beiden Spannbacken 22 befinden sich vollumschlossen im Sitz 106 des Grundkörpers 14.
In den 6a und 6b sind in gleicher Weise die Ausführungsform 120 in einer zweiten, gespannten Funktionsposition dargestellt. Das Schmiermittelrohr 18 befindet sich nun in einem oberen Bereich des Führungskanals 42 und das Antriebselement 32 ist in weiten Bereichen aus dem Drehbolzen 40 herausgeschraubt, so dass die beiden Spannbacken 22 radial nach außen verlagert sind.
In einer ähnlichen Darstellung zeigen die 7a und 7b in einer perspektivischen Ansicht sowie die 8a und 8b und schließlich 9a und 9b eine erste entspannte Funktionsposition in 7a, eine Zwischenposition zwischen erster und zweiter Funktionsposition in der 8a und 8b, sowie eine gespannte zweite Funktionsposition in 9, in dem die beiden Spannbacken 22 vollständig nach außen verlagert sind. In der Position nach der 9 ist ein nicht dargestellter HSK in der Spannpatrone eingespannt, und zentrisch exakt gelagert, und es können hohe Drehmomentkräfte zwischen Maschinenspindel und HSK übertragen werden.
In den vier Teilfiguren der 10 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel 132 einer Spanneinrichtung 20 dargestellt. Die Spanneinrichtung 132 besteht aus zwei Spannbacken 22, die über, wie in 10a dargestellt ist, zwei Gewindespindeln 72 bzw., wie in 10b dargestellt ist, vier Gewindespindeln 72 verbunden sind. Die Gewindespindeln 72 weisen zwei gegenläufige Gewindeendabschnitte 94 auf, die in Gewindeverstellabschnitte 28 der Spannbacken 22 eingeschraubt sind. Die gegenläufigen Gewindeendabschnitte 94 der Gewindespindeln 72 können soweit in die Spannbacken 22 eingeschraubt werden, dass sie eine erste und eine zweite Funktionsposition definieren können. Die Gewindespindeln 72 sind derart angeordnet, so dass sie um ein zentrales Schmiermittelrohr 18 herumgeführt sind. Zum Antrieb der Gewindespindeln 72 ist eine Getriebemechanik 76 vorgesehen, die, wie in 10a dargestellt ist, durch ein Antriebszahnrad 78 beispielsweise als Kegelzahnrad ausgeführt ist, wobei die beiden Gewindespindeln 72 Abtriebszahnräder 80 auch in Form von Kegelzahnrädern aufweisen. Durch die Getriebemechanik 76 kann die Umdrehungszahl der Gewindespindeln 72 bei Antrieb des Antriebselements 74 als Antriebszahnrad 78 eingestellt werden, wobei diese in der Regel höher als die Umdrehungszahl des Antriebszahnrads 78 ist. Dadurch kann durch eine geringe Anzahl von Drehungen des Antriebszahnrads 78 eine hohe Anzahl Umdrehungen der Gewindespindeln 72 erreicht werden.
Nach der 10a unterscheidet sich die erste Spannbacke 24, die die Getriebemechanik 76 aufweist, von der zweiten Spannbacke 26. Um einen gleichartigen Aufbau zu erreichen, kann, wie in 10b dargestellt, die erste Spannbacke 24 identisch zur zweiten Spannbacke 26 ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass von beiden Spannbacken aus Antriebselemente 74 zugänglich sind, und somit von beiden Seiten ein Verstellen der Spanneinrichtung 132 ermöglicht ist.
In den 10c und 10d sind jeweils Grundkörper 14 von Spannpatronen 10 eines zweiten Ausführungsbeispiels 122 dargestellt, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau den vorangegangenen Spannpatronen 10 entsprechen. Die Grundkörper 14 weisen Spindelkanäle 108 zum Durchstecken der Gewindespindeln 72 auf. In der 10c ist entsprechend zur 10a ein Grundkörper 14 einer Spannpatrone 122 dargestellt, die eine Spanneinrichtung 132 mit einer Verstelleinheit 70 aufnehmen kann, die zwei Gewindespindeln 72 umfasst. In der 10d ist eine Spannpatrone 122 mit einem Grundkörper 14 dargestellt, die vier Spindelkanäle 108 aufweist, die die vier Gewindespindeln 72 der Verstelleinheit 70 der Spanneinrichtung 132 aufnehmen kann. Im Grundkörper 14 sind Sitze 106 für die Spannbacken 22 vorgesehen, auf eine größere Ausnehmung für die Spanneinrichtung 20 kann verzichtet werden, so dass ein belastbarer Grundkörper 14 bereitgestellt werden kann.
In den 11a bis 11d ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel 134 einer Spanneinrichtung 20 dargestellt, wobei in den 11c und 11d die entsprechenden Spannpatronen 124 gezeigt sind. Im Gegensatz zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen, in dem ein Antriebselement innerhalb einer Spannbacke 22 angeordnet ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Antriebselement 96 an einem drehbaren Schmiermittelrohr 110 angeordnet. Das Schmiermittelrohr 110 ist um seine Achse 34 frei drehbar und weist zwei gegenläufige Gewindeabschnitte 100 auf. Das Schmiermittelrohr 110 kann händisch oder motorisch z.B. durch eine Drehkinematik der Maschinenspindel gedreht werden. Entlang der Spindelgewindeabschnitte 100 sind zwei Mutterantriebselemente 98 als Antriebselement 96 vorgesehen. Die Mutterantriebselemente 98 laufen innerhalb eines Laufkanals des Grundkörpers 14 der Spannpatrone 124. Wird das Schmiermittelrohr 110 gedreht, so bewegen sich die beiden Mutterantriebselemente 98 entweder aufeinander zu oder voneinander weg. Mittels Schubstangen 102, die von jedem Mutterantriebselement 98 zu einer Spannbacke 22 reicht, werden beim Zufahren der beiden Mutterantriebselemente 98 die Spannbacken 22 radial nach außen gedrängt. Die Schubstangen 102 greifen an den Spannbacken 22 an Gewindeverstellabschnitten, die als Gelenke ausgebildet sind, ein. Hierdurch lässt sich durch ein radiales Verschieben der Antriebselemente 96 eine Radialverstellbewegung der Spannbacken 22 zwischen einer ersten und einer zweiten Funktionsposition 58, 60 erreichen.
Alternativ hierzu zeigen schließlich die 12a und 12b ein weiteres Ausführungsbeispiel 136 einer Spanneinrichtung 20 einer Spannpatrone 126. Auch in diesem Fall ist das Schmiermittelrohr 110 drehbar, wobei ein Schräg- oder Schneckenverzahnungsabschnitt 92 des Schmiermittelrohrs 110 im Bereich der Spannbacken 22 angeordnet ist. Die beiden Spannbacken 24 und 26 sind über Gewindespindeln 86 miteinander verbunden. Durch ein Verdrehen der Gewindespindeln 86 greifen deren gegenläufigen Gewindeendabschnitte 94 in die Gewindeverstellabschnitte 28 der Spannbacken 22 ein. Zum Antrieb der Gewindespindeln 86 ist in Höhe des Schmiermittelrohrs 110 ein Schnecken- oder Schrägverzahnungsabschnitt 90 vorgesehen, der in den Verzahnungsabschnitt 92 des Schmiermittelrohrs 110 kämmt und dadurch die Gewindespindeln 86 antreibt. Durch ein Verdrehen des Schmiermittelrohrs 110 werden somit die beiden Gewindespindeln 86 in Drehung versetzt, und die beiden Spannbacken 22 entlang der Gewindeendabschnitte 94 und der Gewindeverstellabschnitte 28 zwischen einer ersten und einer zweiten Funktionsposition verfahrbar.
Die Erfindung erreicht eine Spannhubverkürzung einer HSK-Spannpatrone für ein Minimalmengenschmiersystem durch einen Drehantrieb beider Spannbacken. Hierdurch wird eine Erhöhung der Wechselgeschwindigkeit erreicht und ein schnelleres und sicheres Verspannen der Spannpatrone ermöglicht. Durch die Schaffung eines zusätzlichen rotorischen Antriebs des Gewindes an der gegenüberliegenden zweiten Spannbacke wird eine Erhöhung des Drehmoments, eine Verringerung der mechanischen Belastung sowie eine schnelle Funktionsverstellung ermöglicht. Ein Drehschubelement als Drehbolzen, der eine Kraftabstützung am zentral durchlaufenden Schmiermittelrohr zur Erstellung einer Drehbewegung nutzt, ermöglicht eine Verstellkinematik, die die Vorteile der Erfindung zugänglich macht.
Bezugszeichenliste

10: Spannpatrone
12: Motorspindel
14: Grundkörper
18: Schmiermittelrohr
20: Spanneinrichtung
22: Spannbacke
24: Erste Spannbacke
26: Zweite Spannbacke
28: Gewindeverstellabschnitt der Spannbacke
30: Verstelleinheit
32: Antriebselement
34: Achse des Schmiermittelrohres / der Schmiermittelrohrausnehmung
36: Spindelseitiger Anschlussbereich
38: Anschlusszapfen für Werkzeugadapter
40: Drehbolzen
42: Führungskanal
44: Erster Gewindeabschnitt des Drehbolzens
46: Zweiter Gewindeabschnitt des Drehbolzens
48: Innenfläche des Führungskanals
50: Außenmantelabschnitts des Schmiermittelrohrs
52: Erster Gewindeabschnitt des Antriebselements
54: Zweiter Gewindeabschnitt des Antriebselements
56: Achse des Drehbolzens
58: entspannte Funktionsposition des Drehbolzens
59: Mittlere Funktionsposition des Drehbolzens
60: gespannte Funktionsposition des Drehbolzens
62: Doppelgewindeschraube
64: Abgerundete Kontur der Spannbacke
66: Werkzeugseite
68: Maschinenseite
70: Verstelleinheit
72: Gewindespindel
74: Antriebselement
76: Getriebemechanik
78: Antriebszahnrad
80: Abtriebszahnrad
82: Verstelleinheit
84: Antriebselement
86: Gewindespindel
88: Schubstange
90: Schrägverzahnungsabschnitt der Gewindespindel
92: Schrägverzahnungsabschnitt des Schmiermittelrohres
94: Gewindeendabschnitte der Gewindespindel
96: Antriebselement
98: Mutterantriebselement
100: Spindelgewindeabschnitt
102: Schubstange
104: Grundkörper Ausnehmung für Spanneinrichtung
106: Spannbackensitz
108: Spindelkanal im Grundkörper
110: Drehbares Schmiermittelrohr
112
114
116
118
120: Spannpatrone nach erster Ausführungsform
122: Spannpatrone nach zweiter Ausführungsform
124: Spannpatrone nach dritter Ausführungsform
126: Spannpatrone nach vierter Ausführungsform
128
130: Spanneinrichtung nach erster Ausführungsform
132: Spanneinrichtung nach zweiter Ausführungsform
134: Spanneinrichtung nach dritter Ausführungsform
136: Spanneinrichtung nach vierter Ausführungsform
138
200: Spannpatrone des Stands der Technik
202: Grundkörper
204: Spanneinrichtung
206: Verschiebebolzen
208: Doppelgewinde-Hutmutter, Antriebselement
210: Rahmenöffnung
212: Arretierzapfen
214: Gewindezapfen
216: Arretierstift
218: Stiftkanal
220: Erste Spannbacke
222: Zweite Spannbacke
224: Grundkörper Ausnehmung für Spanneinrichtung
226: Achse des Verschiebebolzens
228: Bajonettzapfen
230: Arretierstiftausnehmung

Claims

Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) zur Ankopplung eines Werkzeugadapters an eine Motorspindel (12) einer Werkzeugmaschine, umfassend einen Grundkörper (14) mit einer längsaxial durchgehenden Schmiermittelrohrausnehmung zur axialen Aufnahme eines Schmiermittelrohres (18, 110) und eine Spanneinrichtung (20) zum radialen Verspannen eines Werkzeugadapters, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (20) mindestens zwei Spannbacken (22) umfasst, die radial zur Längsachse (34) der Schmiermittelrohrausnehmung verfahrbar sind, wobei jede Spannbacke (22) einen Gewindeverstellabschnitt (28) umfasst und eine gemeinsame, rotatorisch aktivierbare Verstelleinheit (30, 70, 82) in Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) jeder Spannbacke (22) steht, so dass durch eine Rotationsbewegung eines Antriebselements (32, 74, 96) der Verstelleinheit (30, 70, 82) eine radiale Verstellbewegung jeder Spannbacke (22) durch zumindest einen Schraubeingriff der Verstelleinheit (30, 70, 82) am Gewindeverstellabschnitt (28) jeder Spannbacke (22) bewirkbar ist.
Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Verstellbewegung zumindest einer Spannbacke (22) durch eine kombinierte Schraub- und Schubbewegung der Verstelleinheit (30, 70, 82) bewirkbar ist.
Spannpatrone (10, 120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (30) einen Drehbolzen (44) umfasst, der einen Führungskanal (42) zur Führung des Schmiermittelrohres (18) und axial endseitige Gewindeabschnitte (44, 46) aufweist, wobei der erste Gewindeabschnitt (44) des Drehbolzens (40) zumindest mittelbar im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) der ersten Spannbacke (22, 24) steht, und der zweite endseitige Gewindeabschnitt (46) des Drehbolzens (44) im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) der zweiten Spannbacke (22, 26) steht, und wobei das Schmiermittelrohr (18) durch den Führungskanal (42) des Drehbolzens (40) verläuft, so dass eine Schubbewegung des Drehbolzens (40) durch Gleitführung einer Innenfläche (48) des Führungskanals (42) entlang eines Außenmantelabschnitts (50) des Schmiermittelrohrs (18) eine Drehbewegung des Drehbolzens (40) bewirkt, wodurch die Spannbacken (22) radial durch einen Schraubeingriff verfahrbar sind.
Spannpatrone (10, 120) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (30) ein Antriebselement (32) mit zwei Gewindeabschnitten (52, 54) umfasst, wobei der erste Gewindeabschnitt (52) des Antriebselements (32) im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) der ersten Spannbacke (22, 24) steht, und der zweite Gewindeabschnitt (54) des Antriebselements (32) im Wirkeingriff mit dem ersten Gewindeabschnitt (44) des Drehbolzens (40) steht.
Spannpatrone (10, 120) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (42) des Drehbolzens (40) eine rechtwinklig zur Achse (56) des Drehbolzens (40) verlaufende Achse (34) des Schmiermittelrohres (18) definiert, die abhängig von einer axialen Funktionsposition des Drehbolzens (40) zum Schmiermittelrohr (18) in einem Drehwinkel zwischen 2° bis 45°, bevorzugt 5° bis 30°, insbesondere 12° bis 20° zur Drehbolzenachse (56) zwischen einer unteren und oberen axialen Funktionsposition (58, 60) des Drehbolzens (40) gegenüber dem Schmiermittelrohr (18) variierbar ist, wodurch sich der Drehbolzen (40) durch eine axiale Schubbewegung zwischen unterer und oberer axialer Funktionsposition (58, 60) um diesen Drehwinkel dreht.
Spannpatrone (10, 120) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (32) eine Hutmutter oder eine Schraube (62) mit Doppelgewinde ist, wobei ein erster, bevorzugt radial vergrößerter Gewindeabschnitt (52) in den Gewindeverstellabschnitt (28) der ersten Spannbacke (22, 24) eingreift, und ein zweiter, bevorzugt radial verkleinerter Gewindeabschnitt (54) in den ersten Gewindeabschnitt (44) des Drehbolzens (40) eingreift, wobei bevorzugt der erste und der zweite Gewindeabschnitt (52, 54) dieselbe Steigung aufweisen.
Spannpatrone (10, 120) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gewindeabschnitt (44) des Drehbolzens (40) radial verkleinert gegenüber dem zweiten Gewindeabschnitt (46) des Drehbolzens (40) ist, und bevorzugt der erste Gewindeabschnitt (52) des Antriebselements (32) den gleichen Durchmesser, wie der zweite Gewindeabschnitt (46) des Drehbolzens (40) aufweist.
Spannpatrone (10, 122) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (70) zumindest eine, insbesondere zwei oder vier Gewindespindeln (72) umfasst, die von dem Gewindeverstellabschnitt (28) der ersten Spannbacke (22, 24) zu dem Gewindeverstellabschnitt (28) der zweiten Spannbacke (22, 26) reicht, und das Schmiermittelrohr (18) an der Gewindespindel (72) vorbeiführbar ist, wobei mittels des Antriebselements (74) die Gewindespindel (72) drehend antreibbar ist.
Spannpatrone (10, 122) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (74) mit der Gewindespindel (72) durch eine Getriebemechanik (76) gekoppelt ist, wobei das Antriebselement (74) als Antriebszahnrad (78), bevorzugt als Kegelzahnrad ausgebildet ist, und zumindest an einem axialen Ende der Gewindespindel (72) ein Abtriebszahnrad (80), bevorzugt ein Kegelzahnrad angeordnet ist.
Spannpatrone (10, 124, 126) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (82) zumindest ein Antriebselement (84) aufweist, das mit einem drehbar gelagerten Schmiermittelrohr (110) oder einer drehbar gelagerten Hülse um das Schmiermittelrohr (110) in Wirkverbindung koppelbar ist, wobei das Antriebselement (84) mittels zumindest einer Gewindespindel (86) oder zumindest mittels einer Schubstange (88) mit zumindest einem Gewindeverstellabschnitt (28) der Spannbacken (22) verbunden ist, um eine radiale Verfahrbarkeit der Spannbacken (22) gegenüber der Längsachse (34) des Schmiermittelrohres (110) zu bewirken.
Spannpatrone (10, 124) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebselement (84) die mindestens eine Gewindespindel (86) einen Schrägverzahnungsabschnitt (90), einen Kegelverzahnungsabschnitt oder einen Schneckenverzahnungsabschnitt umfasst, der im Wirkeingriff mit einem Spindelgewinde-, Kegel- oder Schneckenverzahnungsabschnitt (92) des Schmiermittelrohrs (18) steht, und die mindestens eine Gewindespindel (86) zwei axiale Gewindeendabschnitte (94) aufweist, die im Wirkeingriff mit dem Gewindeverstellabschnitt (28) der Spannbacken (22) stehen.
Spannpatrone (10, 126) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebselement (96) zumindest ein Mutterantriebselement (98) vorgesehen ist, wobei das Mutterantriebselement (98) auf einem Spindelgewindeabschnitt (100) des Schmiermittelrohrs (110) längsaxial verstellbar ist, und das Mutterantriebselement (98) mittels zumindest einer Schubstange (102) mit einem Gewindeverstellabschnitt (28) der Spannbacke (22) verbunden ist.
Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (22) gleichteilig ausgebildet sind.
Spannpatrone (10, 120, 122, 124, 126) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (22) in Richtung der Längsachse eines anzukoppelnden Werkzeugadapters eine abgerundete oder abgewinkelte Kontur aufweisen.