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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur lösbaren Halterung eines ersten Maschinenteils an einem zweiten Maschinenteil nach dem Oberbegriff der Anspruchs 1.
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Eine derartige Spannvorrichtung ist aus der
DE 101 59 611 C1 bekannt. Diese weist einen mittels einer Betätigungsstange axial verschiebbaren Spannkonus und mehrere um den Spannkonus angeordnete Spannklauen auf. Die Spannklauen sind durch Axialverschiebung des Spannkonus zwischen einer radial inneren Lösestellung und einer radial äußeren Klemmstellung bewegbar. Durch eine an der Rückseite der Spannklauen angeordnete Führungseinrichtung werden die Spannklauen geführt. Bei der bekannten Spannvorrichtung sind der Spannkonus und die Spannklauen derart aufeinander abgestimmt, dass die Spannklauen durch eine Verschiebung des Spannkonus parallel zu einer Mittelachse verschoben werden. Dadurch können zwar hohe Kräfte übertragen werden, allerdings muss hierfür auch die Form und Lage der Spannflächen an den Spannklauen genau auf die korrespondierenden Gegenflächen der zu verbindenden Maschinenteile abgestimmt sein. Dies erfordert eine genaue Fertigung und exakte Montage. Aufgrund der nicht immer exakten Positionierung und auch aufgrund der unterschiedlichen Größen und Gewichte der zu spannenden Bauteile können sich jedoch unterschiedliche Spannpositionen ergeben. Dadurch kann es zu Fehlspannungen kommen oder es können sich unerwünschte Berührungen zwischen den Spannklauen und den weiteren beteiligten Bauteilen ergeben, die zu Schäden oder die Funktion beeinträchtigenden Verschleißerscheinungen führen können.
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In der
EP 1 211 004 B1 ist eine Spannvorrichtung zur lösbaren Kupplung eines einen Hohlschaft mit einer Hohlschaftaufnahme aufweisenden Werkzeugs oder Werkstücks mit der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine offenbart. Die Spannvorrichtung weist einen in der Arbeitsspindel geführten Spannkopf und um den Spannkopf angeordnete Spannklauen auf. Die Spannklauen sind mit ihren hinteren Enden in einer Ringnut der Arbeitsspindel angeordnet und weisen an ihren vorderen Enden geneigte Schrägflächen zur Anlage an Spannschrägen in der Hohlschaftaufnahme auf.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Spannvorrichtung der genannten Art zu schaffen, durch welche die vorgenannten Nachteile vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ist an den Spannklauen ein Halteelement zur Begrenzung der Bewegung der hinteren Enden der Spannklauen in einer ersten Phase des Spannvorgangs vorgesehen. Das Halteelement ist in Form einer am hinteren Ende der Spannklaue angeordneten Abstufung zur Anlage der Spannklaue an einer Kante des zweiten Maschinenteils ausgebildet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich die Spannklauen in einer ersten Phase des Spannvorgangs nicht axial, sondern nur an ihren vorderen Enden radial nach außen bewegen. Dadurch können Fehlspannungen und unerwünschte Berührungen zwischen den beteiligten Bauteilen vermieden werden. Auf diese Weise kann auch sichergestellt werden, dass sich Spannklauen in der ersten Phase des Spannvorgangs nur am vorderen Ende radial bewegen.
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Durch das Halteelement können die Spannklauen in einer vorderen axialen Ausgangsstellung gehalten werden. Vorzugsweise ist das Halteelement so positioniert, dass in der vorderen axialen Ausgangsstellung der Spannklauen auch bei einer radial nach außen geschwenkten Stellung der vorderen Enden der Spannklauen ein Abstand zwischen einer hinteren Spannfläche am vorderen Ende der Spannklauen und einer entsprechenden Gegenfläche am zu spannenden ersten Maschinenteil besteht. Dadurch kann eine Fehlspannung vermieden werden. Außerdem kann in der ersten Spannphase ein Reibkontakt zwischen der hinteren Spannfläche der Spannklauen und den entsprechenden Gegenflächen am zu spannenden Maschinenteil selbst dann vermieden werden, wenn das zu spannende Bauteil nicht vollständig eingesetzt ist.
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Auch die konischen Außenflächen am Spannkonus und die zugehörigen inneren Anlageflächen an den Spannklauen sind zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, dass bei einer axialen Verschiebung des Spannkonus in eine eingezogene Spannstellung zuerst die vorderen Enden und anschließend die hinteren Enden der Spannklauen radial nach außen bewegt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung enthält die Führungseinrichtung eine Druckfeder zur Ausübung einer Druckkraft auf die hinteren Enden der Spannklauen. Die Spannklauen können von der Druckfeder über eine axial verschiebbare Hülse der Führungseinrichtung beaufschlagt sein.
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Die Druckfeder kann in vorteilhafter Weise zwischen einem innerhalb des zweiten Maschinenteils abgestützten Abstützteil und einem Kragen eines innerhalb der Hülse axial verschiebbaren und durch die Druckfeder gegen einen Sicherungsring an der Innenseite der Hülse gedrückten Halter eingespannt sein. Dadurch wird von der Druckfeder nicht nur der Halter, sondern auch die Buchse federnd gegen die Spannklauen vorgespannt.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 einen ersten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Lösestellung;
- 2 einen zweiten Längsschnitt der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Lösestellung;
- 3 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer ersten Phase eines Spannvorgangs;
- 4 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer zweiten Phase eines Spannvorgangs und
- 5 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer dritten Phase eines Spannvorgangs.
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In den 1 bis 5 ist eine Spannvorrichtung zur lösbaren Halterung eines mit einer Außenkontur 1 versehenen ersten Maschinenteils 2 in einer mit einer Innenkontur 3 versehenen Aufnahme 4 eines zweiten Maschinenteils 5 in verschiedenen Ansichten und unterschiedlichen Stellungen gezeigt. Bei der gezeigten Ausführung sind das erste Maschinenteil als Werkzeugaufnahme zur Halterung eines Werkzeugs und das zweite Maschinenteil 5 als motorisch drehbare Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine ausgeführt. Die Außenkontur 1 des ersten Maschinenteils 2 und die Innenkontur 3 des zweiten Maschinenteils 5 sind so aufeinander abgestimmt, dass das erste Maschinenteil 2 rundlaufgenau und gegen Verdrehung gesichert in dem zweiten Maschinenteil 5 gehalten werden kann. Die Außenkontur 1 des ersten Maschinenteils kann z.B. als Außenkegel und die dazugehörige Innenkontur 3 als dazu passender Innenkegel ausgeführt sein. Die beiden Maschinenteile 2 und 5 können aber auch andere, zueinander passende Außen- und Innenkonturen aufweisen. So kann die Schnittstelle zwischen den beiden Maschinenteilen 2 und 5 auch als Capto-, ABS-, BT-, JIS- oder andere geeignete Schnittstelle ausgeführt sein.
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Die Spannvorrichtung enthält einen innerhalb der Aufnahme 4 des zweiten Maschinenteils 5 angeordneten hülsenförmigen Spannkonus 6, der am vorderen Ende einer innerhalb des zweiten Maschinenteils axial verschiebbaren Betätigungsstange 7 befestigt ist und durch die Betätigungsstange 7 zwischen einer in 1 gezeigten ausgefahrenen Lösestellung und einer und einer in 5 dargestellten eingezogenen Spannstellung axial verschiebbar ist. Der innerhalb einer Aufnahme 4 des zweiten Maschinenteils 5 angeordnete Spannkonus 6 weist an seinem dem ersten Maschinenteil 2 zugewandten vorderen Ende eine Bohrung 8 zur Aufnahme eines am zweiten Maschinenteil angeordneten zentralen Anschlusszapfens 9 für die Zuführung von Kühlflüssigkeit oder einem anderen Arbeitsfluid auf. Durch eine am vorderen Ende des Spannkonus 6 angeordnete und durch einen Ring 10 gesicherte Dichtung 11 wird der Anschlußzapfen 9 gegenüber dem Spannkonus 6 abgedichtet.
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Um den Spannkonus 6 herum sind mehrere in Umgangsrichtung gleichbeabstandete Spannklauen 12 angeordnet. Die Spannklauen 12 weisen an der Außenseite des zum ersten Maschinenteil 2 gewandten vorderen Endes 13 eine vordere Verdickung mit einer zum hinteren Ende der Spannklauen 12 weisenden hinteren Spannfläche 14 auf. Diese Spannfläche 14 liegt bei der in 5 dargestellten Spannstellung an einer entsprechenden Gegenfläche 15 einer Spannrille 16 an der Innenseite des ersten Maschinenteils 2 an. An der Innenseite des vorderen Endes 13 der Spannklauen 12 ist eine als Teilkonus ausgebildete erste innere Anlagefläche 17 zur Anlage an einer ersten konischen Außenfläche 18 des Spannkonus 6 vorgesehen.
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Die Spannklauen 12 enthalten an der Außenseite ihres hinteren Endes 19 außerdem eine hintere Verdickung mit einer zum vorderen Ende der Spannklauen 12 weisenden vorderen Spannfläche 20. Die ebenfalls als Teilkonus ausgeführte vordere Spannfläche 20 an dem hinteren Ende 19 der Spannklauen 12 ist zur Anlage an einer konischen Gegenfläche 21 innerhalb einer Ringnut 22 des zweiten Maschinenteils 5 bestimmt. An der Außenseite der vorderen Spannfläche 20 ist ein im Folgenden noch näher erläutertes Halteelement 23 in Form einer Abstufung vorgesehen. An der Innenseite des hinteren Endes 19 der Spannklauen 12 ist eine zweite innere Anlagefläche 24 zur Anlage an einer zweiten konischen Außenfläche 25 am hinteren Ende des Spannkonus 6 vorhanden.
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Die konischen Außenflächen 18 und 25 des Spannkonus 6 und die korrespondierenden inneren Anlageflächen 17 und 24 der Spannklauen 12 sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei einer Verschiebung des Spannkonus 6 aus der in 1 gezeigten Lösestellung in die in 5 gezeigte Spannstellung zunächst die vorderen Enden 13 der Spannklauen 12 radial nach außen verschoben werden.
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Zur Führung der Spannklauen 12 ist innerhalb des zweiten Maschinenteils 5 an die hinteren Enden 19 der Spannklauen 12 anschließend eine Führungseinrichtung mit einer Hülse 26 und einem innerhalb der Hülse 26 axial verschiebbaren und durch eine Druckfeder 27 in Richtung der Spannklauen 12 beaufschlagten Halter 28 angeordnet. Wie aus den unterschiedlichen Schnittansichten der 1 und 2 hervorgeht, weist die innerhalb des zweiten Maschinenteils 5 angeordnete Hülse 26 mehrere durch Schlitze 29 in Umfangsrichtung voneinander getrennte, in Richtung der Spannklauen 12 axial vorstehende Ansätze 30 mit einer geneigten Stirnfläche 31 am vorderen Ende auf.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass die Ansätze 30 der Hülse 26 mit ihren geneigten vorderen Stirnflächen 31 in Richtung einer entsprechend geneigten hinteren Fläche 32 der Spannklauen 12 drücken und unter einen Fortsatz 33 am hinteren Ende der Spannklauen 12 greifen. Die Druckfeder 27 ist mit ihrem hinteren Ende durch ein zwischen der Hülse 26 und dem Halter 28 angeordnetes Abstützteil 34 gegenüber dem zweiten Maschinenteil 5 abgestützt. Der Halter 28 wird durch das auf einen Kragen 35 des Halters 28 wirkende vordere Ende der Druckfeder 27 gegen einen an der Innenseite der Hülse 26 befestigten Sicherungsring 36 gedrückt. Dadurch wird von der Druckfeder 27 nicht nur der Halter 28, sondern auch die Hülse 26 federnd gegen die Spannklauen 12 vorgespannt.
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Der innerhalb der Hülse 26 axial verschiebbare Halter 28 weist gemäß 2 mehrere in die Schlitze 29 der Hülse 26 eingreifende Haltefinger 37 mit einer schrägen vorderen Stirnfläche 38 auf. Die Haltefinger 37 des axial verschiebbaren und durch die Druckfeder 27 in Richtung der Spannklauen 12 beaufschlagten Halters 28 greifen mit ihren vorderen Enden 39 in schlitzförmige Ausnehmungen 40 an den hinteren Enden 19 der Spannklauen 12 ein. Die schlitzförmigen Ausnehmungen 40 weisen an ihrem Grund eine zu der schrägen vorderen Stirnfläche 38 der Haltefinger 37 korrespondierende Schrägfläche 41 auf. Durch die mit ihrer schrägen vorderen Stirnfläche 38 an den Schrägflächen 41 im Grund der Ausnehmungen 40 anliegenden Haltefinger 37 des federnd vorgespannten Halters 28 werden die Spannklauen 12 an ihren hinteren Enden 19 radial nach innen gedrückt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung anhand der 1 bis 5 erläutert.
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Bei der in den 1 und 2 gezeigten Lösestellung ist der Spannkonus 6 über die Betätigungsstange 7 in Richtung des Maschinenteils 2 gedrückt. In dieser vorgeschobenen Lösestellung sind die vorderen Enden 13 der Spannklauen 12 radial nach innen gedrückt und geben die Spannrille 16 an der Innenseite des zu spannenden Maschinenteils 2 frei. Die hinteren Enden 19 der Spannklauen 12 werden über das hier in Form einer Abstufung ausgebildete Halteelement 23 in einer radial inneren Stellung gehalten. In dieser Stellung kann das z.B. als Werkzeugaufnahme ausgeführte Maschinenteil 2 in das z.B. als Arbeitspindel ausgeführte zweiten Maschinenteil 5 eingesetzt bzw. aus diesen entnommen werden.
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Zum Spannen des ersten Maschinenteils 2 an dem zweiten Maschinenteil 5 wird der Spannkonus 6 durch die Betätigungstange 7 eingezogen (d.h. in den 1 bis 5 nach oben gezogen).
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Wie aus 3 hervorgeht, werden dabei in einer ersten Phase noch ohne axiale Verschiebung der Spannklauen 12 lediglich die vorderen Enden 13 der Spannklauen 12 über die erste konische Außenfläche 18 des Spannkonus 6 radial nach außen gedrückt. In dieser Phase werden die Spannklauen 12 durch die von der Druckfeder 27 in Richtung der Spannklauen 12 vorgespannte Hülse 26 und den ebenfalls vorgespannten Halter 28 mit dem als Abstufung ausgeführten Halteelement 23 gegen eine Kante 42 an der Innenseite der konischen Gegenfläche 21 innerhalb der Ringnut 22 gedrückt. Dadurch wird in dieser Phase eine axiale Bewegung der Spannklauen 12 verhindert. Außerdem wird auch verhindert, dass sich die hinteren Enden 19 der Spannklauen 12 in dieser Phase radial bewegen. In 3 ist auch erkennbar, dass in dieser Phase noch ein Abstand zwischen der hinteren Spannfläche 14 der Spannklauen 12 und der Gegenfläche 15 an der Spannrille 16 besteht. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die vorderen Enden 13 der Spannklauen auch dann ohne Kontakt mit der Gegenfläche 15 am ersten Maschinenteil 2 radial nach außen bewegt werden können, wenn das erste Maschinenteil 2 nicht exakt eingesetzt ist.
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Erst wenn der Spannkonus 6 mit seiner zweiten konischen Außenfläche 25 zur Anlage an den zweiten inneren Anlageflächen 24 der Spannklauen 12 gelangt und weiter eingezogen wird, werden die Spannklauen 12 über den Spannkonus 6 auch axial bewegt, so dass die hinteren Spannflächen 14 der Spannklauen 12 gemäß 4 zur Anlage an die Gegenfläche 15 der Spannrille 16 gelangen und das als Abstufung ausgeführte Halteelement 23 an den hinteren Enden der Spannklauen 12 von der Kante 42 abgehoben wird.
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Durch weiteres Einziehen des Spannkonus 6 gemäß 5 können die Spannklauen 12 dann mit den vorderen Spannflächen 20 zur Anlage an der Gegenfläche 21 in der Ringnut 22 gelangen, so dass auch die hinteren Enden 19 der Spannklauen 12 radial nach außen gedrückt werden und das erste Maschinenteil 2 über die Spannklauen 12 axial eingezogen werden kann.
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Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung ist besonders zum automatischen Spannen von Werkzeugaufnahmen oder Werkzeugen in einer drehbaren und motorisch angetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine geeignet, wobei das erste Maschinenteil ein Hohlschaftwerkzeug oder eine Hohlschaft-Werkzeugaufnahme und das zweite Maschinenteil die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine ist. Durch die Spannvorrichtung können aber auch andere Maschinenteile lösbar miteinander verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenkontur
- 2
- Erstes Maschinenteil
- 3
- Innenkontur
- 4
- Aufnahme
- 5
- Zweites Maschinenteil
- 6
- Spannkonus
- 7
- Betätigungsstange
- 8
- Bohrung
- 9
- Anschlusszapfen
- 10
- Ring
- 11
- Dichtung
- 12
- Spannklauen
- 13
- Vorderes Ende der Spannklaue
- 14
- Hintere Spannfläche
- 15
- Gegenfläche
- 16
- Spannrille
- 17
- Erste innere Anlagefläche
- 18
- Erste konische Außenfläche
- 19
- Hinteres Ende der Spannklaue
- 20
- Vordere Spannfläche
- 21
- Gegenfläche
- 22
- Ringnut
- 23
- Halteelement
- 24
- Zweite innere Anlagefläche
- 25
- Zweite konische Außenfläche
- 26
- Hülse
- 27
- Druckfeder
- 28
- Halter
- 29
- Schlitz
- 30
- Ansatz
- 31
- Vordere Stirnfläche des Ansatzes
- 32
- Hintere Fläche der Spannklaue
- 33
- Fortsatz
- 34
- Abstützteil
- 35
- Kragen
- 36
- Sicherungsring
- 37
- Haltefinger
- 38
- Vordere Stirnfläche des Haltefingers
- 39
- Vorderes Ende des Haltefingers
- 40
- Ausnehmung
- 41
- Schrägfläche
- 42
- Kante
