DE1297437B - Einrichtung an Spindeln von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an Spin- weniger zwingend, und infolgedessen ist das Scheuern dein von Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräs- praktisch ausgeschlossen, und der Mechanismus ist maschinen, zum Spannen und Lösen von Werkzeu- zuverlässiger im Betrieb. Außerdem sind die Anforgen mit einer in der Spindel angeordneten Zugstange, derungen an Reparatur und Wartung stark verdie mit einer Antriebswelle durch eine auf dieser 5 ringert.

axial verschiebbar angeordnete und drehantreib- Mit dem genannten Planetengetriebe, dessen Verbare Kupplungsmuffe kuppelbar ist. Dabei ist zwi- Wendung als Untersetzungsgetriebe zur Drehzahlverschen der Innenkegelfläche eines ebenfalls auf der ringerung der Werkzeug-Einzugsstange in Fräs-Antriebswelle angeordneten, axial beweglichen und spindeln bekannt ist, in Kombination mit der bedadurch auf die Kupplungsmuffe einwirkenden io schriebenen, neuartigen Einrichtung wird dabei eine Druckringes und einer dieser gegenüberliegenden, auf konstante Rollbewegung der Kugeln unter Belastung der Antriebswelle axial feststehenden Schwung- erreicht. Dabei besteht das Planetengetriebe aus scheibe eine Anzahl von Kugeln angeordnet, die einem Zentralrad, welches auf der Antriebswelle durch einen zur Antriebswelle konzentrischen Käfig innerhalb der Kupplung befestigt ist, aus einem festmit radial nach außen offenen Taschen geführt sind. 15 stehenden Innenzahnkranz, der konzentrisch zur Die Kugeln sind mit einer Drehzahl, die höher ist als Kupplungsmuffe angeordnet ist und diese umgibt, diejenige der Kupplungsmuffe, auf einer um die An- und aus mehreren Planetenrädern, deren Träger die triebswelle verlaufenden Kreisbahn antreibbar, so Kupplungsmuffe ist.

daß sie infolge der hierdurch entstehenden Flieh- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des

kräfte über die Innenkegelfläche des Druckringes 20 Erfindungsgegenstandes dargestellt, es zeigt die Kupplungsmuffe entgegen der Wirkung der Feder F i g. 1 einen Längsschnitt durch die neue Spindelaxial bis zum Eingriff mit der Zugstange bewegen vorrichtung, die einen kraftgetriebenen Zugbolzen (USA.-Patentschrift 2 667 819). aufweist und zur Verwendung bei einer Fräsmaschine

Diese bekannte Vorrichtung, die bei vielen Ma- geeignet ist,

schinen verwendet wird, arbeitet in den meisten 25 Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fällen zufriedenstellend. Bei dieser Vorrichtung F i g. 1, gesehen in Richtung der Pfeile, und schleudern und gleiten die Fliehkraftkugeln gegen F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3

die Teile, zwischen denen sie getragen werden, wenn der Fig. 2, ebenfalls gesehen in Richtung der sie radial nach außen bewegt werden. Die Beruh- Pfeile.

rungsfläche der Kugeln auf diesen Oberflächen ist 30 Die Spindel 10 kann mit ihrem vorderen Ende klein, und die übertragenen Kräfte sind groß. Wenn einen üblichen kegeligen Werkzeughalter 11 aufnehkeine gute Schmierung sichergestellt ist, bewirken men, der in der Spindel mittels eines Zugbolzens 12 die sich ergebenden hohen Reibungskräfte ein festgehalten wird. Der Zugbolzen 12 trägt an seinem Scheuern der Kugeln und eine Aufnahme von Metall vorderen Ende ein Gewinde und wird bei seiner durch ein Teil von einem anderen. Die Kugeln wer- 35 Drehung in einen am hinteren Ende des Werkzeugden nicht ordnungsgemäß arbeiten und sich nach halters Il befindlichen, ein Muttergewinde tragenden außen verschieben, wenn dies eintritt. Dadurch ist Sockel 13 eingeschraubt. Beim Einschrauben des Zugdie Kupplung dann nicht mehr arbeitsfähig. Dies bolzens 12 in den Sockel 13 wird der Werkzeughalter war der Hauptgrund für das Versagen der Einheiten, in die Spindel gezogen, und es wird ein Klemmdruck bei denen Schwierigkeiten entstanden. Eine ange- 40 zwischen dem am vorderen Ende der Spindel 10 vormessene Zuführung an Schmierungsmittel zu den in handenen Werkzeughalter 11 und einem Drucklager Frage kommenden Oberflächen ist schwer zu be- 14 ausgeübt, gegen das eine auf dem Zugbolzen 12 werkstelligen, da die Spindeleinheit zum Auslaufen befindliche Schulter 15 durch den Gewindeeingriff neigen würde und die Drehung des Spindelmecha- gezogen wird. Bei einem Fräsvorgang werden Werknismus dazu beiträgt, das Schmiermittel von den 45 zeughalter 11, Spindel 10 und Zugbolzen 12 gemeinkritischen Oberflächen zu entfernen. sam gedreht. Die Spindel 10 ist in den in einem Ge-Mit der Erfindung soll daher eine verbesserte, auf häuse 20 getragenen Lagern 16 bis 19 gelagert. Die die Drehzahl ansprechende Kupplung geschaffen wer- Drehung wird der Spindel 10 entweder über ein mit den, die einen Zugbolzen mit der Kraftquelle ver- hoher Drehzahl sich drehendes Zahnrad 21 oder ein bindet und in der die Kupplungsreibung unter 50 mit niedriger Drehzahl sich drehendes Zahnrad 22 dynamischen Belastungen wesentlich verringert wird, mittels eines üblichen Übertragungsgetriebes erteilt, so daß Schmierungsprobleme keinen kritischen das im Werkzeugmaschinenbau bekannt ist. Dieses Faktor im einwandfreien Arbeiten der Vorrichtung bekannte Getriebe enthält auch eine Bremse, die die bilden. Drehung der Spindel unterbricht, sobald keine Kraft Die erfindungsgemäße Einrichtung an Spindeln 55 übertragen wird. Eine derartige Bremse ist in Vervon Werkzeugmaschinen ist dadurch gekennzeichnet, bindung mit einer kraftgetriebenen Zugbolzenspindel daß die Schwungscheibe mit der Antriebswelle dreh- vorteilhaft, um eine Drehung der Spindel mittels der fest verbunden ist und die Kupplungsmuffe, die mit Zugbolzenvorrichtung zu verhüten, dem Druckring aus einem Stück besteht, unter Zwi- Das hintere Ende des Zugbolzens 12 weist eine schenschaltung eines Planetengetriebes mit der An- 60 Keilnutenfläche 23 auf, die sich in Axialrichtung triebswelle in Drehverbindung steht. durch eine Büchse 24 hindurchbewegt, mittels der Durch diese Ausbildung verringern sich die auf der Zugbolzen 12 gedreht wird, um das vordere Ende die Kugeln wirkenden Reibungskräfte, indem sicher- des Zugbolzens in das Gewinde des Sockels 13 eingestellt wird, daß, wenn sich die Kugeln nach außen zuschrauben oder aus diesem Gewinde herauszubewegen, sie auch dazu veranlaßt werden, zwischen 65 schrauben. Der Zugbolzen 12 wird für gewöhnlich den sie tragenden und berührenden Oberflächen zu nach vorn von einer Feder 25 gedrückt, so daß die rollen. Da die Reibungskräfte verringert sind, sind Schulter 15 an dem Drucklager 14 anliegt, jedoch die Anforderungen hinsichtlich der Schmierung kann der Zugbolzen 12 in Axialrichtung nach hinten

bewegt werden, bis eine auf der Büchse 24 vorhandene Schulter 26 an einer hinteren Schulter 27 anliegt. Zu Erläuterungszwecken wird als Vorwärtsrichtung die Richtung bezeichnet, die in Axialrichtung zu dem den Halter 11 tragenden Ende der Spindel 10 gerichtet ist, und als Rückwärtsrichtung wird die Richtung bezeichnet, die in Axialrichtung längs der Spindel 10 von diesem Ende weggerichtet ist. Eine axiale Rückwärtsbewegung des Zugbolzens 12 erfolgt beim Einsetzen des Werkzeughalters 11 in die Spindel 10, und zwar ehe der Zugbolzen 12 gedreht wird, um in den Sockel 13 eingeschraubt zu werden, oder wenn der Zugbolzen aus dem Sockel 13 herausgezogen wird und der Werkzeughalter 11 in der Spindel 10 haftet oder klemmt. Wegen dieser Axialbewegung des Zugbolzens 12 wird die Keilnutenbüchse zum Antrieb des Zugbolzens 12 verwendet. Die Büchse 24 wird in Axialrichtung in der Spindel zwischen einem Stützring 28 und einer Haltekappe 29 gehalten und ist in einer Lagerbüchse 30 drehbar ao gelagert. Die hintere Fläche der Büchse 24 trägt Kupplungszähne 31, mit denen die Büchse 24 mittels des nachstehend beschriebenen Kraftantriebes gedreht wird.

Der Kraftantrieb weist ein Gehäuse 32 auf, in welchem ein umkehrbarer Elektromotor untergebracht ist, der Statorwicklungen 33 und Rotorwicklungen 34 hat. Die Rotorwicklungen 34 sind auf eine Motorwelle 35 gewickelt, die mit dem Zugbolzen 12 axial fluchtet und die mittels eines Keiles 36 von dem Rotor 34 getrieben wird. Die Welle 35 ist in Lagern 37, 38 des Gehäuses 33 bzw. eines Gehäuseansatzes 39 drehbar gelagert. Ein scheibenähnliches Schwungrad oder eine Schwungscheibe 40 ist auf der Welle 35 nahe dem Lager 37 angeordnet. An der dem Lager 37 gegenüberliegenden Seite stößt an die Schwungscheibe 40 ein Zahnrad 41 an. Die Schwungscheibe 40 und das Zahnrad 41 drehen sich mit der Welle 35, da ein in einer Keilführung längs der Welle 35 vorhandener Keil 24 in die Schwungscheibe 40 und in das Zahnrad 41 eingreift und beide Teile durchsetzt. Am vorderen Ende der Welle 35 ist ein Flansch 44 vorhanden, der gegen das Zahnrad 41 von einer Gewindemutter 45 gezogen wird, die auf das hintere Ende der Welle 35 aufgeschraubt ist und sich fest gegen das Lager 38 legt, um das Zahnrad 41 und die Schwungscheibe 40 zusammenzuhalten.

Die Welle 35 ist eine Hohlwelle, in der eine zweite kleinere Welle 46 so aufgenommen wird, daß die Welle 46 eine begrenzte Axialbewegung ausführen kann. Auf das hintere Ende der Welle 46 ist eine Gewindemutter 47 aufgeschraubt, nahe der sich über der Welle 46 eine Hülse 48 befindet. Eine die Welle 46 umgebende Feder 49 ist zwischen Hülse 48 und Antriebswelle 35 zusammengepreßt. Die Feder 49 übt einen axial nach hinten gerichteten Druck auf die Welle 46 aus, um einen am vorderen Ende der Welle 46 vorhandenen Flansch 51 gegen ein Drucklager 52 zu drücken, das nahe eines Kupplungsblockes 53 liegt, der locker von dem vorderen Ende der Welle 46 aufgenommen wird und der sich in bezug auf das vordere Ende der Welle 46 drehen kann. Eine zusätzliche Druckscheibe 54 befindet sich zwischen dem Kupplungsblock 53 und dem vorderen Ende der Antriebswelle 35. Die Feder 49 ist bestrebt, den Kupplungsblock 53 nach hinten gegen die Druckscheibe 54, wie dargestellt, zu halten, wenn die Kupplungszähne 31, 60 ausgekuppelt sind und der Motor 33, 34 ausgeschaltet ist. Der Kupplungsblock 53 weist mehrere Achszapfen 55 auf, die im Abstand voneinander um den Kupplungsblock verteilt sind und von denen jeder Lagerzapfen eine Lagerhülse 56 trägt. Von jeder Lagerhülse 56 wird drehbar ein kleines Zahnrad 57 getragen, das mit dem Zahnrad 41 im Eingriff steht. Ein feststehender Zahnkranz 58 mit Innenzähnen ist an dem vorderen Ende des Gehäuses 32 konzentrisch zur Antriebswelle 35 befestigt. Jedes Zahnrad 57 durchsetzt eine in der Seite des Kupplungsblockes 53 vorhandene öffnung 59 und steht im Eingriff mit dem Zahnkranz 58. Zahnrad 41, Zahnrad 57 und Zahnkranz 58 bilden daher ein Umlaufgetriebe oder Planetenradgetriebe, das den Kupplungsblock 53 mit einer Drehzahl dreht, die kleiner ist als die Drehzahl der von dem Motor 33, 34 angetriebenen Antriebswelle 35.

Der Kupplungsblock 53 hat mehrere Kupplungszähne 60, die sich aus der vorderen Fläche des Kupplungsblockes nach vorn erstrecken und die in Eingriff mit den Zähnen 31 der Büchse 24 kommen und diese Zähne 31 treiben, wenn der Kupplungsblock 53 in Axialrichtung gegen den Druck der Feder 49 nach vorn geschoben wird. Der Kupplungsblock 53 wird durch eine auf Drehzahl ansprechende, die Kupplung einkuppelnde Vorrichtung nach vorn geschoben, die eine kegelstumpfförmige Nockenfläche 61 aufweist, die sich um das hintere Ende des Kupplungsblockes 53 erstreckt und die nach innen zur Antriebswelle 35 und der Schwungscheibe 40 weist. In der Nockenscheibenfläche 61 sind mehrere Fliehkraftkugeln 62 vorhanden, die an der Fläche 61 anliegen. Stehen die Zähne 31, 60 außer Eingriff (wie in Fig. 1 dargestellt), dann werden die Kugeln nach innen zur Welle 35 und zum Boden von radial gerichteten Taschen 63 gedrückt, die in einem Kugelkäfig 64 geformt und um den Kugelkäfig 64 gleichmäßig verteilt sind. Die Kugeln 62 werden auch hinten gegen die ebene Vorderfläche der Schwungscheibe 40 gehalten. Der Kugelkäfig 64 wird von Nadellagern 65 getragen, die auf einem die Welle 35 umgebenden Ansatz der Schwungscheibe angeordnet sind. Der Kugelkäfig 64 kann sich daher in bezug auf Welle 35, Schwungscheibe 40 und Kupplungsblock 53 frei drehen.

Werden die Kugeln 62 in Radialrichtung nach außen in den Taschen 63 des Kugelkäfigs 64 bewegt, dann legen sich die Kugeln an den Kupplungsblock 53 und drücken den Kupplungsblock 53 nach vorn. Die Kugeln 62 werden mit Druck von dem Boden der Taschen 63 weg nach außen geschleudert, wenn die Kugeln um die Achse der Welle 35 schwingen. Da die Kugeln 62 in Berührung mit der kegeligen Kupplungsscheibenfläche 61 und mit der Schwungscheibe 40 liegen und da diese beiden Teile sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, rollen die Kugeln 62 zwischen diesen beiden Teilen ab und werden gleichzeitig in einer Kreisbahn um die Welle 35 bewegt. Sobald die Geschwindigkeit auf der Kreisbahn ein vorherbestimmtes Ausmaß erreicht, das durch den Verdrängungsdruck der Feder 49 bestimmt wird, überwiegt der Druck, der die Kugeln 62 radial nach außen bewegen will, so daß die in Axialrichtung auf den Kupplungsblock 53 wirkende Druckkomponente den Verdrängungsdruck der Feder 49 überwindet und den Kupplungsblock 53 in Axialrichtung nach vorn bewegt, so daß ein Eingriff der

Kupplungszähne 31 und 60 erfolgt. Bei der Vorwärtsverschiebung des Kupplungsblockes 53 werden die auf den Kupplungsblock S3 wirkenden Axialdrucke vollständig durch eine Rollberührung übertragen. Die Kugeln 62 rollen sowohl auf der Kupplungsscheibenfläche 61 als auch auf der Schwungscheibe 40. In gleicher Weise erzeugen die Drucklager 52 ebenfalls eine Rollberührung. Da während der Einkupplungszeit und während der Kupplungszeit schwerste dynamische Axialbelastungen auf die Kupplung einwirken und da alle Berührungen durch Wälzlager erfolgen, ist jede gleitende Reibung unter dynamischen Belatsungen tatsächlich ausgeschaltet, und die Schmierung der Anlage ist weniger kritisch als bei Verwendung von Flächen mit Gleitberührung zum Übertragen der Drucke. In der Anlage können daher größere Axialdrucke verwendet werden. Diese größeren Drucke erzeugen eine sicherere Wirkung beim Arbeiten des Zugbolzens 12.

Die beschriebene Vorrichtung weist auch einen zum Schalten eines Grenzschalters bestimmten Schaltkolben 66 auf, der die ebenfalls rohrförmige kleinere Welle 46 durchsetzt und in dieser Hohlwelle 46 axial gleitet. Das vordere Ende des Schaltkolbens 66 liegt an dem hinteren Ende des Zugbolzens 12 an. Das hintere Ende des Schaltkolbens 66 liegt an einer Rolle 67 an, die sich am Ende eines Schalterantriebshebels 68 befindet, der aus einem Grenzschalter 69 ragt. Mittels einer Feder drückt der Hebel 68 die Rolle 67 zum Schaltkolben 66. Der Grenzschalter ist so eingestellt, daß zu gewünschten Zeiten des Arbeitszyklus des Zugbolzens Stromstöße oder Signale erzeugt werden, beispielsweise dann, wenn der Zugbolzen 12 in Axialrichtung durch das Einsetzen eines Fräsers in die Spindel 10, und zwar vor dem Einschalten des Motors 33, 34, zwecks Drehung des Zugbolzens 12 nach hinten geschoben wird. Die Arbeitsweise des Grenzschalters 69 ist hier im einzelnen nicht näher beschrieben, da der Grenzschalter keinen Teil der Erfindung bildet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung an Spindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, zum Spannen und Lösen von Werkzeugen mit einer in der Spindel angeordneten Zugstange, die mit einer Antriebswelle durch eine auf dieser axial verschiebbar angeordnete und drehantreibbare Kupplungsmuffe kuppelbar ist, wobei zwischen der Innenkegelfläche eines ebenfalls auf der Antriebswelle angeordneten, axial beweglichen und dadurch auf die Kupplungsmuffe einwirkenden Druckringes und einer dieser gegenüberliegenden, auf der Antriebswelle axial feststehenden Schwungscheibe eine Anzahl von Kugeln angeordnet ist, die durch einen zur Antriebswelle konzentrischen Käfig, mit radial nach außen offenen Taschen, geführt sind und die mit einer Drehzahl, die höher ist als diejenige der Kupplungsmuffe, auf einer um die Antriebswelle verlaufenden Kreisbahn antreibbar sind, so daß sie infolge der hierdurch entstehenden Fliehkräfte über die Innenkegelfläche des Druckringes die Kupplungsmuffe entgegen der Wirkung einer Feder axial bis zum Eingriff mit der Zugstange bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungscheibe (40) mit der Antriebswelle (35) drehfest verbunden ist und die Kupplungsmuffe (53), die mit dem Druckring (61) aus einem Stück besteht, unter Zwischenschaltung eines Planetengetriebes (41, 57, 58) mit der Antriebswelle (35) in Drehverbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe aus einem Zentralrad (41), welches auf der Antriebswelle (35) innerhalb der Kupplung befestigt ist, aus einem feststehenden Innen-Zahnkranz (58), der konzentrisch zur Kupplungsmuffe (53) angeordnet ist und diese umgibt, und aus mehreren Planetenrädern (57) besteht, deren Träger die Kupplungsmuffe (53) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen