-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Spannen und Lösen von
Werkzeugen und Spannteilen an Werkzeugmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen, bei
der die mit Gewinde, kurzer zylindrischer Zentrierung, ebener Stirnanlagefläche
und Stirnkeilmitnahme versehenen Werkzeuge oder Spannteile mittels einer ein Spindelteil
hintergreifenden Spannmutter gespannt werden.
-
Diese Einrichtung, die sich durch eine große Zahl bemerkenswerter
Vorteile auszeichnet, ist bei einer besonderen Ausbildung zum maschinellen Spannen
und Lösen der Werkzeuge und Spannteile mit einem Spannmotor und einer Getriebeverbindung
versehen, mit denen die Spannmutter antreibbar ist.
-
Eine solche Einrichtung wird gern benutzt, wenn neue Maschinen mit
der obenerwähnten Ausbildung der Spannmittel ausgerüstet werden, da es eine wesentliche
Arbeitserleichterung bedeutet, wenn motorisch statt von Hand gespannt wird. Es bereitet
jedoch manchmal Schwierigkeiten, diese motorische Spanneinrichtung an Maschinen
nachträglich anzubringen, wenn sie nicht von vornherein hierfür vorgesehen sind.
Der für den Einbau der Spanneinrichtung mit Motor und Getriebe erforderliche Raum
steht bei solchen Maschinen an der vorgeschriebenen Stelle dann nicht zur Verfügung.
Eine solche Einrichtung ist auch aufwendig. Der Motor zum Spannen und Lösen muß
darüber hinaus ein großes Drehmoment ausüben können, also recht kräftig sein, um
die zum Losreißen beim Lösen notwendige Kraft ausüben zu können.
-
Das motorische Spannen ist aber ein so großer Vorteil; daß hierauf
nicht verzichtet werden sollte. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spanneinrichtung
auch an solchen Maschinen motorisch betätigen zu können, bei denen der besondere
Spannmotor mit Getriebeverbindung zur Spannmutter sich nicht anbringen läßt. Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, dies mit einfachen und nachträglich mit sehr
geringem Aufwand anzubauenden Mitteln zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch bewirkt, daß zum motorischen Spannen
und Lösen der Werkzeuge oder Spannteile mit dem Spindelantriebsmotor eine kraftschlüssige
Drehverbindung zwischen der Spannmutter und der Maschinenspindel und eine lösbare
Verbindung zum drehfesten Kuppeln von Spannmutter und Maschinengestell vorgesehen
sind und die Stirnkeilmitnahme axial federnd ausgebildet ist.
-
Für diesen Erfindungsgedanken gibt es auf dem hochentwickelten Spezialgebiet
der Fräserspannung keine Vorbilder. Wohl ist es bekannt, daß man die Spannmutter
oder die Spannschraube von Frässpindeln motorisch betätigt. Die Frässpindel steht
aber dabei still, und die ganze Maschine muß speziell für das motorische Spannen
und Lösen konzipiert werden. Wollte man diesen Gedanken bei der in Rede stehenden
Spann- und Löseeinrichtung verwirklichen, müßte man den Antrieb der Frässpindel
vom Hauptmotor lösbar ausbilden. Man müßte eine Einrichtung vorsehen, die verhütet,
daß bei Antrieb der Spannmutter mit dem Spindelmotor die Maschinenspindel mitgedreht
wird. Es wären Mittel zum Bremsen der Maschinenspindel erforderlich. Verzweigungsantriebe
vom Hauptmotor zur Spannhülse wären notwendig, um vom Hauptmotor aus zu der vorn
an der Maschinenspindel sitzenden Spannmutter zu gelangen. Kupplungen und viele
zusätzliche weitere Bauteile müßten vorgesehen werden, um während des Spannens mit
dem Hauptmotor das Drehen der Spannhülse zu bewirken. Auch Sicherungseinrichtungen
wären erforderlich, um bei der großen Kraft des Spindelantriebsmotors beim Spannen
Beschädigungen zu vermeiden.
-
Bei allen bekanntgewordenen Einrichtungen zum motorischen Spannen
und Lösen von Werkzeugen und Spannteilen mit formschlüssiger Verbindung durch Mitnehmerkeile
ergibt sich die Schwierigkeit, daß diese eine genau vorbestimmte Lage zur Spindel
bei Beginn des Spannvorganges einnehmen müssen. Diese Notwendigkeit entfällt bei
der Erfindung, die neben den obenerwähnten Vorzügen den Vorteil hat, daß sie sich
an jeder Maschine, auch an vorhandenen, in raumsparender Weise einbauen läßt. Zum
Spannen und Lösen steht die hohe Leistung des Hauptmotors der Maschine zur Verfügung.
Ein besonderer Motor, elektrische Leitungen, Schalter usw. entfallen, weil die vorhandenen
Schaltmittel zum Ein- und Ausschalten des maschinell zu bewirkenden Spannens und
Lösens verwendet werden können.
-
Gemäß weiterer erfindungsgemäßer Ausbildung ist die Haltekraft der
Verbindung zum drehfesten Kuppeln von Spannmutter und Maschinengestell in der zum
Spannen wirksamen Drehrichtung der Maschinenspindel kleiner als in der zum Lösen
wirksamen Drehrichtung. Damit wird erreicht, daß der durch die kinetische Energie
beim Spannen entstehende feste Sitz der Spannteile oder Werkzeuge mit Sicherheit
gelöst wird.
-
Besonders vorteilhaft ist gemäß der Erfindung, daß die Haltekraft
der Verbindung zum drehfesten Kuppeln von Spannhülse und Maschinengestell über Keilflächen
auf die Spannhülse zur Wirkung gebracht wird, und daß die Keilfläche der Verbindung
zum drehfesten Kuppeln von Spannmutter und Maschinengestell mit der zugehörigen
Gegenfläche der Spannhülse in der Lösedrehrichtung selbsthemmend ist.
-
Um ein ungewolltes Betätigen der Spanneinrichtung zu verhüten, ist
weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, daß beim Überschreiten der Haltekraft der
drehfesten Kupplung von Spannmutter und Maschinengestell das Halteglied dieser Verbindung
in der Spanndrehrichtung in eine wirkungslose Stellung ausweicht.
-
Eine wesentliche Erleichterung für das erfindungsgemäße Spannen und
Lösen wird dadurch geschaffen, daß der Federungsweg des axial beweglichen Stirnkeilmitnehmers
gleich oder größer ist als der axiale Verschiebeweg der Werkzeuge oder Spannteile
während ihres Verschraubens relativ zur Spannmutter um eine Teilung der Stirnkeilmitnehmer.
-
Die federnden Stirnkeile sind dabei erfindungsgemäß in ungespannter
Lage gegenüber den festen Stirnkeilen so angeordnet, daß sie vorstehen.
-
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt A b b. 1 einen Schnitt durch die Spann- und Löseeinrichtung
in Längsrichtung der Maschinenspindel mit einem zugehörigen, als Fräsdorn ausgebildeten
Spanndorn, A b b. 2 eine Ansicht und einen teilweisen Schnitt durch die Sperreinrichtung
mit Spannhülse und Grunddorn senkrecht zur Maschinenspindelachse.
-
Es bezeichnet v den Grunddorn, der in der Maschinenspindel ä wie üblich
befestigt ist. Er hat eine
kurze zylindrische Bohrung
b, eine Stirnfläche d,
deren Ebene die Achse c der Maschinenspindel
rechtwinklig schneidet, Stirnkeilmitnehmer e1 und e2 sowie eine als überwurfmutter
ausgebildete Spannmutter f, g, die mit dem Gewinde m versehen ist und mit ihrem
Teilstück feine hintere Stirnfläche h des Grunddornes v hintergreift.
-
An dem zu spannenden Fräsdorn sind n1 und n., die Nuten für die Stirnkeilmitnehmer
e1 und e2 und mit k der zylindrische Zentrieransatz, sowie mit
u die Planfläche bezeichnet.
-
Zum Spannen und Lösen des Fräsdornes od. dgl. ist die Spannmutter
f, g mit einer Ausnehmung 2 versehen, in die ein Schieber 3 eindringen kann. Der
Schieber 3 ist radial zur Spannmutter f, g im Gehäuse 1 am Maschinengestell beweglich
geführt. Nicht näher dargestellte, an sich bekannte Mittel (Paßfeder und Nutstein)
verhindern ein Drehen des Schiebers 3 um seine Achse. Eine Feder 4, deren Spannkraft
z. B. durch eine Schraube 16 einstellbar ist, übt auf den Schieber 3 eine radial
zur Achse c der Maschinenspindel hin gerichtete Druckkraft aus.
-
An seinem der Spannmutter f, g zugekehrten Ende ist der Schieberbolzen
3 angeschrägt. Die Keilflächen tragen die Bezeichnungen 5 und 6. Ihre Neigung zur
Achse des Schiebers 3 ist unterschiedlich. Beim Eindringen des Schiebers 3 in die
Ausnehmung 2 der Spannmutter f. g trifft bei rotierender Maschinenspindel a je nach
deren Drehrichtung entweder die schwächer geneigte Keilfläche 6 auf eine Rolle 8,
die in der Spannhülse f, g in der gezeichneten Weise um einen Bolzen drehbar gelagert
ist, oder es trifft die steiler geneigte Fläche 5 auf die entsprechend geneigte
Fläche 7 der Ausnehmung 2 der Spannmutter.
-
Der Schieber 3 ist mit einer schwach kegeligen Bohrung 9 versehen,
in die ein Rastbolzen 10 unter dem Druck einer Feder 12 eindringen kann, wenn der
Schieber 3 so weit entgegen dem Druck der Feder 4 sich radial nach außen bewegt
hat, daß die Spannmutter sich frei drehen kann. Mit einem Handgriff 11 läßt
sich der Rastbolzen 10 zurückziehen, so daß unter dem Druck der Feder 4 der
Haltebolzen 3 wieder in die Ausnehmung 2 der Spannmutter f, g eindringen kann.
-
Der Stirnkeilmitnehmer e2 des Grunddornes v enthält ein federndes
Teilstück 13, das die gleiche Breite hat wie das fest mit dem Grunddorn verbundene
Stück des Stirnkeilmitnehmers e2. Es ragt um einen kleinen Betrag 14 über
die vordere Stirnfläche des festen Mitnehmerkeiles e1 und des fest mit dem Grunddorn
verbundenen Stückes des Stirnkeilmitnehmers e2 heraus, läßt sich aber um den vollen
Federungsweg14 in Richtung derAchsec derSpannmutter f, g in den Grunddorn v hineinschieben.
Die Druckfeder, die das federnde Teilstück 13 aus dem starren Teil des Stirnkeilmitnehmers
e2 herausdrückt, ist ebenso wie die als Gewindestift ausgebildete Federwegbegrenzung
nicht näher bezeichnet. Der Federungsweg 14 ist etwas größer als der axiale Verschiebeweg
eines Werkzeuges oder Spannteiles, wenn dieses relativ zur Spannmutter um eine halbe
Drehung (das ist bei nur zwei Stirnkeilmitnehmern eine Teilung) verschraubt wird.
-
Zwischen der Spannmutter f, g, die auf dem Grunddorn v drehbar geführt
ist, ist ein Bremsring 15 vorgesehen, der die Spannhülse durch Reibmitnahme, also
kraftschlüssig, mit dem Grunddorn verbindet. Der Bremsring 15 bewirkt, daß die Spannmutter
f, g mit umläuft, wenn der Grunddorn v sich dreht.
-
Zum motorischen Einspannen des Fräsdornes oder eines anderen Spannteiles,
das von Hand oder mittels einer Vorrichtung dem Grunddorn zugeführt worden ist,
genügt es, die maschinelle Drehbewegung der Frässpindel einzuschalten. Die Spannmutter
f, g, die unter dem Einfluß der durch den Bremsring 15 ausgeübten Reibkraft umläuft,
zieht den Spanndorn über das Gewinde m an, sobald das Innengewinde der Spannhülse
das Außengewinde des Spannteiles erfaßt, wenn dieses in Richtung der Achse c an
den Grunddorn herangeführt wird. Der Schieber 3 befindet sich hierbei in zurückgezogener,
durch den Rastbolzen 10 arretierter Lage.
-
Während sich hierbei der einzuspannende Fräsdorn in das Gewinde m
der Spannmutter f, g hineinschraubt, verschiebt sich der stillstehende Spanndorn
in der Achsrichtung c zum Grunddorn v hin. Dabei kommt seine der Stirnfläche d zugewandte
Spannfläche, die Planfläche u, an das vorstehende Teilstück 13 des Stirnkeilmitnehmers
e, und drückt dieses in der Achsrichtung c in den Grunddorn hinein, bis das federnde
Teilstück 13 in eine Nut n1 oder n2 des Spannteiles hineinspringen kann. Von diesem
Augenblick an wird der Spanndorn gemeinsam mit dem Grunddorn v gedreht. Nunmehr
wird die maschinelle Drehbewegung der Frässpindel ausgeschaltet und im umgekehrten
Drehsinn wieder eingeschaltet.
-
Durch Herausziehen des Rastbolzens 10 aus der kegeligen Bohrung 9
des Schiebers 3 kann sich dieser auf die Spannmutter f, g aufsetzen. Er fällt beim
weiteren Drehen der Spannmutter in die Ausnehmung 2 und hält jetzt die Spannmutter
so lange fest, bis das Spannteil mit seiner Planfläche u zur Anlage an die Stirnfläche
d des Grunddornes gelangt. Ist diese Stellung erreicht, dann kann das Spannteil
nicht weiter verschraubt werden. Unter dem Einfluß der vom Hauptmotor - der Maschine
ausgeübten Drehkraft auf die Maschinenspindel mit dem Grunddorn und der nunmehr
mit umlaufenden Spannmutter f, g drückt die Rolle 8 den Schieber 3 an der Keilfläche
6 radial nach außen, und der Rastbolzen 10 arretiert den Schieber 3 in der zurückgezogenen
Lage. Das Spannteil ist jetzt festgespannt.
-
Soll nach beendeter Arbeit das Spannteil wieder ausgespannt werden,
geht man folgendermaßen vor: Die Maschinenspindel wird in entgegengesetzter Drehrichtung
eingeschaltet und motorisch angetrieben. Durch Herausziehen des Rastbolzens
10
setzt sich der Schieber 3 wieder auf den Umfang der Spannmutter f, g auf,
bis er wieder in die Ausnehmung 2 einfällt. Infolge der umgekehrten Drehrichtung
der Maschinenspindel kommt jetzt die Keilfläche 5 des Schiebers 3 an die Keilfläche
7 der Ausnehmung 2. Durch die selbsthemmende Winkellage der Flächen 5, 7 wird die
Spannmutter f, g blockiert und dadurch beim weiteren Drehen der Maschinenspindel
das Spannteil aus dem Gewinde m der Spannmutter f, g herausgeschraubt.
-
Es versteht sich von selbst, daß durch geeignete Halteeinrichtungen
dafür gesorgt werden muß, daß beim Drehen des Spannteils und eventuell des mit ihm
verbundenen Werkzeuges durch den Hauptmotor der Maschine Verletzungen des Bedienungsmannes
und sonstige Beschädigungen durch geeignete Halte- und Schutzvorrichtungen ausgeschlossen
werden müssen. Solche Halte- und Schutzvorrichtungen
sind werkzeugabhängig
und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Auf ihre Beschreibung wird deshalb
verzichtet, zumal sie von jedem Fachmann ohne erfinderischen Aufwand konstruiert
werden können.
-
Die Erfindung kann verschiedenartig ausgebildet werden, ohne daß ihr
Grundgedanke verlassen wird. An Stelle des radial bewegbaren Schiebers 3 kann z.
B. eine um einen Zapfen schwingbare Halteklinke vorgesehen werden. An Stelle von
nur einer Ausnehmung in der Spannmutter können mehrere vorgesehen sein. An Stelle
der Rolle, an der der Haltebolzen leicht nach außen gleitet, kann auch eine Gleitfläche
mit entsprechend kleinem Winkel vorgesehen sein, in besonderer Abwandlung kann also
auch eine sperradähnliche Verzahnung außen auf der Spannmutter vorgesehen werden.
-
An Stelle von zwei Stirnkeilmitnehmern können auch drei oder mehr
vorgesehen werden. In diesem Fall kann wegen der kleineren Teilung der Mitnehmer
(120° oder weniger statt 180°) der Federweg 14 kleiner, d. h. nur ein Drittel oder
entsprechend noch weniger der Steigung eines Gewindeganges vom Gewinde m ausgebildet
werden.
-
Die im Ausführungsbeispiel vorgesehene Betätigung des Schiebers, des
Rastbolzens usw. von Hand kann durch Servomotoren auch elektrisch, pneumatisch oder
hydraulisch erfolgen, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.