DE19618610A1

DE19618610A1 - Tool spindle for use with machine tool, esp. tool changer

Info

Publication number: DE19618610A1
Application number: DE19618610A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Huber; Hugo Reckerth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-13
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 1996-11-14

Abstract

The tool spindle has a rotationally driven hollow spindle (13) in which a push rod (6) is located which positions a tool over a tool holder. The push rod can slide axially relative to the spindle and is activated by means of a slider mechanism (14). An additional holder mechanism for the push rod is located between the spindle and the push rod and consists of a spreader body (10) acted upon by a spring (8). Alternatively the mechanism can be a clamp which acts on the cone (7) of the push rod.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Werkzeugspindel mit Spanneinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a Tool spindle with clamping device according to the generic term of Claim 1.

Das Prinzip der gegenüber der Spindel verschieblichen Zugstange zum Fixieren eines Werkzeugs in einer Aufnahme an der Spindel ist bereits aus mehreren Druckschriften bekannt. So zeigt beispielsweise die EP-A-0 310 942 eine in einer Antriebsspindel verschiebliche Zugstange. Durch diese Verschiebung werden Spannkugeln radial auswärts gedrückt, wodurch der Werkzeugkopf fixiert wird.The principle of sliding relative to the spindle Pull rod for fixing a tool in a holder the spindle is already known from several publications. For example, EP-A-0 310 942 shows one in one Drive spindle movable drawbar. Through this Displacement, clamping balls are pressed radially outwards, which fixes the tool head.

Eine ähnliche Spanneinrichtung wird in der DE-OS 27 01 337 gezeigt. Hier ist vorgesehen, das Werkzeug mit einem konischen Schaft zu versehen bzw. ein derartiges Werkzeug zu verwenden, das mit einer Zugstange in den zugehörigen Spindelkonus gezogen wird. Zur endgültigen Fixierung erfolgt ein Verspreizen von Spannbacken.A similar tensioning device is described in DE-OS 27 01 337 shown. Here the tool is provided with a To provide conical shaft or such a tool use that with a pull rod in the associated Spindle cone is pulled. For final fixation a spreading of jaws.

Nachteilig bei beiden Druckschriften ist, daß zur zuverlässigen Halterung des Werkzeugs eine hohe Axialkraft erforderlich ist. Bei der DE-OS 27 01 337 ist darüber hinaus wegen des formschlüssigen Eingreifens der sich radial aufspreizenden Spannbacken eine hohe Fertigungs- und Einbaugenauigkeit erforderlich.A disadvantage of both publications is that reliable holding of the tool a high axial force is required. In DE-OS 27 01 337 is also because of the positive engagement of the radial spreading jaws a high manufacturing and Installation accuracy required.

Die erforderliche, auf die Zugkraft auszuübende Axialkraft wird in der Regel über Federn bzw. Federpakete oder Pneumatik- oder Hydraulikzylinder aufgebracht und aufrecht erhalten.The required axial force to be exerted on the tensile force is usually about springs or spring packs or Pneumatic or hydraulic cylinders applied and upright receive.

Ein wesentlicher Nachteil eines pneumatischen bzw. hydraulischen Systems ist, daß aufgrund der Rotation von Spindel und Zugstange aufwendige Dichtungen erforderlich sind.A major disadvantage of a pneumatic or hydraulic system is that due to the rotation of Spindle and tie rod require complex seals are.

Ein Nachteil der Verwendung von Federn ist, daß aufgrund der relativ hohen erforderlichen Axialkräfte große und starke Federn erforderlich sind. Eine genaue Führung der Federn ist wegen der aufgrund der Belastung auftretenden Durchmesser änderungen nicht möglich. Die Federn müssen somit mit radialem Spiel in der zugehörigen Aufnahme gehalten werden. Hierdurch kann es zu Unwuchten und zu Passungsrost an den Berührstellen zwischen Feder und Spindel bzw. Zugstange kommen.A disadvantage of using springs is that due to the relatively high required axial forces large and strong Springs are required. Precise guidance of the springs is essential because of the diameter that occurs due to the load no changes possible. The springs must therefore go with radial play in the associated recording. This can lead to unbalance and fretting corrosion on the Contact points between spring and spindle or tie rod come.

Dies führt zu relativ geringen maximal möglichen Drehzahlen sowie einem erhöhten Verschleiß.This leads to relatively low maximum possible speeds as well as increased wear.

Ein derartiges Federpaket zur Verspannung der Zugstange gegenüber der Spindel ist beispielsweise in der DE-A-37 12 820 gezeigt. Es ist deutlich erkennbar, daß relativ starke und entsprechend großvolumige und schwere Federn verwendet werden. Dies führt zu dem bereits weiter oben erwähnten Nachteilen.Such a spring assembly for bracing the tie rod opposite the spindle is, for example, in the DE-A-37 12 820 shown. It can be clearly seen that relatively strong and correspondingly large and heavy Springs are used. This already leads to that disadvantages mentioned above.

Es wäre nun möglich, eine selbsthemmende Werkzeugaufnahme in Form eines Konus zu verwenden und die Axialspannung lediglich während des Wechsels des Werkzeugs und zu dessen fixieren in der Aufnahme der Spindel einzusetzen. mit- rotierende Federn oder komplizierte Abdichtungen wären dann nicht erforderlich.It would now be possible to insert a self-locking tool Use the shape of a cone and the axial tension only during the change of the tool and to fix it in insert the spindle. co-rotating springs or complicated seals would then not be required.

Eine derartige Vorrichtung ist allerdings nicht ausreichend sicher gegenüber einer Lockerung des Werkzeugs durch Unwuchten, wechselnde Belastung am Werkzeug oder dergleichen, die zu einer Lockerung des Werkzeugs in seinem Kegelsitz führen.However, such a device is not sufficient safe against loosening of the tool Imbalance, changing load on the tool or the like, leading to a loosening of the tool in his Lead conical seat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Werkzeugspindel mit Spanneinrichtung bereit zu stellen, die hohe Drehzahlen, eine zuverlässige Halterung, geringen Verschleiß sowie eine einfache Konstruktion aufweist.The object of the present invention is therefore a To provide tool spindle with clamping device that high speeds, a reliable bracket, low Wear and has a simple construction.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this task is achieved through technical teaching of the characterizing part of claim 1 solved.

Hierbei ist wesentlich, daß zusätzlich zur Verschiebeeinrichtung der Zugstange gegenüber der Spindel eine Halteeinrichtung zwischen Spindel und Zugstange vorgesehen ist.It is essential that in addition to Sliding device of the pull rod in relation to the spindle a holding device between the spindle and the tie rod is provided.

Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist nun, daß die beim Werkzeugwechsel erforderliche hohe Axialkraft von einer Einrichtung aufgebracht werden kann, die nicht zusammen mit der Spindel rotiert. Während des Betriebs selbst ist lediglich eine relativ geringe Vorspannung zwischen Spindel und Zugstange erforderlich, um die durch die bereits oben beschriebenen Einflußgrößen ausgelösten Lockerungsbewegungen des Werkzeugs in der Aufnahme an der Spindel zu verhindern bzw. zu korrigieren.A major advantage of the invention is that the Tool change required high axial force of one Facility that cannot be applied together with the spindle rotates. During the operation itself only a relatively low preload between the spindles and tie rod required to pass through the already above loosening movements described of the tool in the holder on the spindle or correct.

Es wird somit einerseits die rotierende Masse verringert, was zu einem besseren Anlaufverhalten und einem geringeren Energieverbrauch führt. Andererseits sind höhere Drehzahlen möglich, da die bisher vorhandenen Unwuchten mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausgeschaltet werden können.On the one hand, the rotating mass is reduced, what for better start-up behavior and less Energy consumption leads. On the other hand there are higher speeds possible because the existing unbalances with the Subject of the present invention can be turned off can.

Es ist hierbei vorgesehen, diese zusätzliche Halteeinrichtung so auszubilden, daß zwischen Zugstange und Spindel eine Feder eingebaut wird, die gegebenenfalls über einen Distanzring auf eine Spreizhülse wirkt. Diese Spreizhülse ist auf einen Kegel der Zugstange aufgesetzt. Je nach der Federkraft wird nun die Spreizhülse mehr oder weniger deformiert und stellt somit die gegenseitige Lage zwischen Zugstange und Spindel sicher.It is provided here that this additional holding device so that a spring between the tie rod and spindle is installed, which may have a spacer ring an expansion sleeve acts. This expansion sleeve is on a cone the drawbar. Depending on the spring force, the Expanding sleeve deformed more or less and thus represents the mutual position between tie rod and spindle secure.

Falls sich nun die Zugstange gegenüber der Spindel etwas verschiebt und hierdurch eine Lockerung der Werkzeugaufnahme eintritt, wirkt die Feder dieser Bewegung entgegen und bringt die Zugstange wieder in die Gleichgewichtslage gegenüber der Spindel zurück. Ein Lösen des Werkzeugs aus seinem selbsthemmenden Kegelsitz an der Spindel wird hierdurch zuverlässig verhindert.If the pull rod is slightly opposite the spindle moves and thereby loosening the tool holder occurs, the spring counteracts this movement and brings the tie rod back into equilibrium with the Spindle back. A release of the tool from his self-locking conical seat on the spindle is thereby reliably prevented.

Durch ein Auswechseln der Spreizhülse ist eine Anpassung der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel an unterschiedliche Randbedingungen möglich. Falls eine derartige Anpassung nicht gewünscht wird, ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, die Feder auf einen einfachen Anschlag an der Zugstange wirken zu lassen und somit eine im wesentlichen stets gleichbleibende Vorspannung zwischen Zugstange und Spindel zu erreichen.By changing the expansion sleeve is an adjustment tool spindle according to the invention to different Boundary conditions possible. If such an adjustment is not is of course also possible, the spring on a simple stop on the pull rod to let it work and therefore essentially always constant preload between the tie rod and the spindle to reach.

Zum Auswechseln bzw. Entfernen des Werkzeugs sowie zu dessen Fixieren nach einem Werkzeugwechsel ist eine Verschiebeeinrichtung in Form eines axial verschieblichen Kolbens vorgesehen. Der Werkzeugwechsel selbst wird bei Stillstehen der Spindel vorgenommen, so daß die Verschiebeeinrichtung nicht zusammen mit der Spindel bzw. der Zugstange rotieren muß.For changing or removing the tool as well as for it Fixing after a tool change is one Sliding device in the form of an axially displaceable Piston provided. The tool change itself is at The spindle is stopped so that the Sliding device not together with the spindle or Drawbar must rotate.

Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß diese Verschiebeeinrichtung während der Rotation der Spindel keinen Kontakt zu ihr aufweist und nur zum Werkzeugwechsel selbst mit der Spindel bzw. der Zugstange in Kontakt gebracht wird. Bevorzugt ist die Verschiebeeinrichtung in Form eines axial verschieblichen Kolbens ausgebildet, der pneumatisch, hydraulisch oder in anderer geeigneter Weise beaufschlagt werden kann. It is therefore provided according to the invention that this No displacement device during the rotation of the spindle Has contact with her and only for the tool change itself is brought into contact with the spindle or the pull rod. The displacement device is preferably in the form of an axial movable piston, which is pneumatic, hydraulically or in any other suitable manner can be.

Wie bereits eingangs ausgeführt, sind die zum Fixieren des Werkzeugs erforderlichen Kräfte häufig relativ groß. Bei bisher bekannten Bauarten wird nun zum Verschieben der Zugstange lediglich eine Kraft auf die Zugstange selbst ausgeübt. Der Kraftfluß verläuft dann von der Zugstange über die Verschiebeeinrichtung, das Gehäuse und die Spindellagerung in die Spindel. Eine Beschädigung der Spindellagerung ist hierbei nicht auszuschließen.As already mentioned at the beginning, they are used to fix the Forces required for the tool are often relatively large. At previously known types are now used to move the Drawbar only exerts a force on the drawbar itself exercised. The power flow then runs from the tie rod the slider, the housing and the Spindle bearing in the spindle. Damage to the Spindle bearings cannot be ruled out here.

Erfindungsgemäß ist daher in einer Weiterbildung vorgesehen, daß die Verschiebeeinrichtung gegenüber dem Gehäuse verschieblich ist und sich mit geeigneten Anschlägen an der Spindel anlegt.According to the invention, a further development therefore provides that the displacement device relative to the housing is movable and with suitable stops on the Spindle creates.

Hierdurch wird gewährleistet, daß der Kraftfluß zum Verschieben der Zugstange gegenüber der Spindel nicht über die Spindellagerung wirkt, sondern direkt auf die Spindel aufgebracht wird. Eine Beschädigung der Spindellagerung wird somit vermieden.This ensures that the power flow to Do not move the pull rod in relation to the spindle the spindle bearing acts, but directly on the spindle is applied. Damage to the spindle bearing will thus avoided.

Zur Rückstellung der Verschiebeeinrichtung sind dann entsprechende Rückstellmittel wie beispielsweise Federn vorgesehen.To reset the shifter are then appropriate restoring means such as springs intended.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halteeinrichtung gelöst wird, bevor das Verschieben der Zugstange erfolgt. Grund hierfür ist, daß eine Beschädigung der Halteeinrichtung vermieden werden soll.In a development of the invention it is provided that the Holding device is released before moving the Drawbar is done. The reason for this is that damage the holding device is to be avoided.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Auswuchten der Spindel zusammen mit der Zugstange und der Werkzeugaufnahme sowie gegebenenfalls Teilen des Antriebs in eingebautem Zustand möglich ist. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß nun nicht mehr einzeln für sich gewuchtete Bauteile zusammengesetzt werden, wodurch eine Unwucht entstehen kann. Es wird vielmehr die Zusammensetzung der Bauteile direkt in der Einbaulage gewuchtet, so daß das Auftreten von Unwuchten praktisch ausgeschlossen werden kann.In a special embodiment of the invention provided that a balancing of the spindle together with the Drawbar and the tool holder and if necessary Parts of the drive in the installed state is possible. This has the main advantage that it is no longer individually for balanced components are assembled, creating a Unbalance can occur. Rather it is the composition the components are balanced directly in the installation position, so that the The occurrence of imbalances can practically be excluded.

Die obige Ausführungsform bezieht sich also darauf, daß eine zusätzliche Halteeinrichtung zwischen der Spindel und der Zugstange vorgesehen ist, die im wesentlichen aus einer über eine Feder vorgespannten Spreizhülse besteht, die auf einen Kegel der Zugstange wirkt.The above embodiment therefore relates to the fact that a additional holding device between the spindle and the Drawbar is provided, which essentially consists of an over there is a spring biased expansion sleeve, which on a Taper of the drawbar works.

In einer alternativen Ausführungsform ist statt dessen vorgesehen, daß diese Halteeinrichtung aus einer gleichfalls von der Feder vorgespannten Klemmeinrichtung besteht, die ebenfalls auf den Kegel der Zugstange wirkt.In an alternative embodiment, instead provided that this holding device from a likewise spring-loaded clamping device, which also acts on the taper of the drawbar.

Eine derartige Klemmeinrichtung kann aus verschiedenen Klemmelementen bestehen, für die sämtlich Schutz in der vorliegenden Erfindung beansprucht wird. In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung besteht die Klemmeinrichtung aus einem Kugelkranz, dessen einzelne Kugeln am Außenumfang der Kegelfläche des Kegels abrollen, wobei sich an dem Vollkugelring der Distanzring federbelastet anlegt und diesen Kugelring als Klemmeinrichtung zwischen den Innenumfang der Spindel und dem Außenumfang des Kegels der Zugstange zur Klemmung bringt.Such a clamping device can consist of different Clamping elements exist for which all protection in the present invention is claimed. In a first preferred embodiment consists of the clamping device a spherical ring, the individual balls on the outer circumference of the Roll off the cone surface of the cone, whereby on the Solid ball ring the spacer ring applies spring-loaded and this Ball ring as a clamping device between the inner circumference of the Spindle and the outer circumference of the taper of the drawbar Clamping brings.

Um diese Klemmeinrichtung wieder zu lösen, ist der Austreiber vorgesehen, der dann mit einer entsprechenden axialen Verschiebung den Vollkugelring gegen die Federkraft der Feder in entgegengesetzter Richtung drückt, um den Vollkugelring wieder von der Kegelfläche der Spindel freizugeben.In order to release this clamping device again, the expeller provided that then with a corresponding axial Shift the solid ball ring against the spring force of the spring pushes in the opposite direction to the full ball ring release from the conical surface of the spindle.

Statt der hier beschriebenen Klemmeinrichtung, die im wesentlichen aus einem Vollkugelkranz besteht, sind auch noch andere Klemmgesperre von der Erfindung umfaßt. Derartige Klemmgesperre können z. B. darin bestehen, daß statt des Vollkugelkranzes andere Wälzkörper verwendet werden, wie z. B. Kegelrollen oder andere unsymmetrische Rollkörper.Instead of the clamping device described here, which in consists essentially of a full spherical ring, are still includes other locking mechanism of the invention. Such Locking devices can e.g. B. consist in that instead of Vollkugelkranzes other rolling elements are used, such as. B. Tapered rollers or other asymmetrical rolling elements.

Im übrigen kann es auch vorgesehen sein, daß der Vollkugelkranz entweder aus freilaufenden, nicht durch einen Käfig zusammengehaltenen Kugeln oder anderen Wälzkörpern besteht, oder daß diese Vollkugelanordnung mindestens einen Käfig aufweist.In addition, it can also be provided that the Solid ball wreath either from free running, not through one Cage balls or other rolling elements held together exists, or that this full-ball arrangement at least one Cage has.

Ebenso ist es von der vorliegenden Erfindung umfaßt, daß die zur Klemmung notwendige Kegelfläche nicht am Außenumfang des Kegels der Zugstange angeordnet ist, sondern an der gegenüberliegenden Fläche, nämlich am Innenumfang der Spindel.It is also encompassed by the present invention that the conical surface necessary for clamping not on the outer circumference of the Cone of the pull rod is arranged, but on the opposite surface, namely on the inner circumference of the Spindle.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject matter of the present invention provides not just from the subject of each Claims, but also from the combination of individual claims among themselves.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, Offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All in the documentation, including the summary, Disclosed information and features, in particular those in the Drawings illustrated spatial training are considered essential to the invention, insofar as they are used individually or in Combination are new compared to the prior art.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention is based on only one Execution path illustrating drawings explained in more detail. Here go from the drawings and their description further features and advantages essential to the invention Invention.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel in eingebauten Zustand; Figure 1 is an overall view of the tool spindle according to the invention in the installed state.

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X in Fig. 1; Fig. 2 is an enlarged view of the detail X in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Y in Fig. 1 mit zusätzlicher Schnittdarstellung; Fig. 3 is an enlarged view of the detail Y in Figure 1 with an additional sectional view.

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Kolbenanordnung; Fig. 4 is an enlarged view of the piston assembly;

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Halte einrichtung zwischen Spindel und Zugstange. Fig. 5 shows an alternative embodiment of a holding device between the spindle and the tie rod.

Es ist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 1 vorgesehen, in dem die Spindel 13 drehbar gelagert und über einen Antrieb 2 in Rotation versetzt wird. Als Antrieb wird bevorzugt ein Elektromotor verwendet, dessen Anschluß 28 in der gezeigten Ausführungsform nach hinten aus dem Gehäuse 1 geführt wird. Die Spindel 13 ist hierbei mittels Lagern 31, 32 drehbar und axial fixiert im Gehäuse 1 gelagert.A housing 1 is provided in a manner known per se, in which the spindle 13 is rotatably mounted and is set in rotation via a drive 2 . An electric motor is preferably used as the drive, the connection 28 of which, in the embodiment shown, is guided to the rear out of the housing 1 . The spindle 13 is in this case rotatably and axially fixed in the housing 1 by means of bearings 31 , 32 .

Die Spindel 13 ist hohl ausgebildet und weist im Inneren eine Zugstange 6 auf, die in Längsrichtung der Spindel in Pfeilrichtung 26, 27 verschieblich ist (vgl. Fig. 2).The spindle 13 is hollow and has a pull rod 6 inside, which is displaceable in the longitudinal direction of the spindle in the direction of the arrow 26 , 27 (cf. FIG. 2).

Das Werkzeug bzw. der Werkzeugkegel 3 ist am freien Ende der Spindel 13 mittels Klappelementen 4 gehalten. Die Klappelemente 4 werden von einem Betätigungselement 5 beaufschlagt, das an der Zugstange 6 befestigt und mit dieser zusammen verschieblich ist. Durch das Verschieben des Betätigungselements 5 wird eine Bewegung der Klappelemente 4 erreicht, die das Einsetzen, Entnehmen bzw. Fixieren des Werkzeugkegels 3 erlaubt.The tool or the tool cone 3 is held at the free end of the spindle 13 by means of folding elements 4 . The folding elements 4 are acted upon by an actuating element 5 which is fastened to the pull rod 6 and is displaceable together with the latter. By moving the actuating element 5 , a movement of the folding elements 4 is achieved, which allows the tool cone 3 to be inserted, removed or fixed.

Die Verschiebung und Halterung der Zugstange 6 wird nun mit zwei verschiedenen Mechanismen realisiert. The displacement and mounting of the tie rod 6 is now realized with two different mechanisms.

Die Verschiebung erfolgt mittels eines Kolbens 14, der über zwei Kammern 15, 16 pneumatisch oder in anderer geeigneter Weise beaufschlagt wird, um eine Verschiebung in seiner Längsrichtung in den Richtungen 26, 27 zwangsgesteuert herbeizuführen (vgl. Fig. 4). Die Abdichtung erfolgt über O- Ringe.The displacement takes place by means of a piston 14 , which is acted upon pneumatically or in another suitable manner via two chambers 15 , 16 in order to bring about a displacement in its longitudinal direction in the directions 26 , 27 (see FIG. 4). Sealing takes place via O-rings.

Es wird hierbei eine pneumatische Betätigung bevorzugt, wobei der Kolben 14 einen Flansch 17 aufweist, der die beiden bereits erwähnten Kammern 15 und 16 voneinander trennt.Pneumatic actuation is preferred here, the piston 14 having a flange 17 which separates the two aforementioned chambers 15 and 16 from one another.

Sobald nun Luft in die Kammer 15 gegeben wird, wird der Kolben 14 über den Flansch 17 nach hinten in Pfeilrichtung 27 verschoben und zieht dadurch die Zugstange 6 über die in den Kolben 14 eingreifende Schraube 12 ebenfalls in diese Richtung.As soon as air is now introduced into the chamber 15 , the piston 14 is displaced backwards in the direction of the arrow 27 via the flange 17 and thereby also pulls the pull rod 6 in this direction via the screw 12 engaging in the piston 14 .

Hierdurch werden die Klappelemente 4 mittels des Befestigungselements 5 nach außen bewegt und hintergreifen mit entsprechenden Vorsprüngen zugeordnete Anschläge am Werkzeugkegel 3, der dadurch in seine vorgesehene Lage verschoben und in dieser fixiert wird.As a result, the folding elements 4 are moved outward by means of the fastening element 5 and engage with corresponding projections on the tool cone 3 , which is thereby displaced into its intended position and fixed in this position.

Wichtig hierbei ist, daß der Kolben 14 sowie weitere noch zu beschreibende Elemente, insbesondere Anschläge, nach Abschluß des Verschiebevorgangs von der Spindel 13 räumlich getrennt sind, so daß während der Rotation kein Kontakt zwischen diesen Elementen besteht.It is important here that the piston 14 and other elements to be described, in particular stops, are spatially separated from the spindle 13 after the displacement process has been completed, so that there is no contact between these elements during the rotation.

Das Befestigungselement 5 und die Klappelemente 4 sind hierbei so ausgebildet, daß bei Befestigung des Werkzeugkegels 3 Selbsthemmung zwischen den Klappelementen 4 und den Befestigungselementen 5 auftritt. Ein Lösen der Verbindung kann somit nur unbeabsichtigt durch ständiges Rütteln oder andere angreifende Lasten geschehen. The fastening element 5 and the folding elements 4 are designed such that when the tool cone 3 is fastened, self-locking occurs between the folding elements 4 and the fastening elements 5 . The connection can only be released unintentionally by constant shaking or other attacking loads.

Um ein derartiges Lösen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß eine zusätzliche Halterung der Zugstange 6 vorgesehen.In order to avoid such loosening, an additional mounting of the pull rod 6 is provided according to the invention.

Diese Halterung der Zugstange 6 sieht eine Feder 8 vor, die zwischen einem Anschlag der Spindel 13 und einem entsprechenden Kegel 7 auf die Zugstange 6 aufgeschoben ist. Die Feder 8 wirkt hierbei über einen Distanzring 9 auf eine Spreizhülse 10, die wiederum auf dem Kegel 7 aufsitzt.This mounting of the pull rod 6 provides a spring 8 which is pushed onto the pull rod 6 between a stop of the spindle 13 and a corresponding cone 7 . The spring 8 acts here via a spacer ring 9 on an expansion sleeve 10 , which in turn is seated on the cone 7 .

Hierdurch wird die Zugstange 6 gegenüber der Spindel 13 durch die Feder 8 in eine bestimmte, in Richtung 27 zurückgezogene Stellung gedrängt. Dies führt dazu, daß das Befestigungselement 5 am gegenüberliegenden Ende der Zugstange 6 axial in Pfeilrichtung 27 zurückgezogen wird, hierdurch die Klappelemente 4 nach außen drängt und dadurch insgesamt der Werkzeugkegel 3 sehr zuverlässig in seiner Aufnahme gehalten wird.As a result, the pull rod 6 is pressed relative to the spindle 13 by the spring 8 into a certain position retracted in the direction 27 . This leads to the fact that the fastening element 5 at the opposite end of the pull rod 6 is withdrawn axially in the direction of arrow 27 , thereby pushing the folding elements 4 outwards and as a result the tool cone 3 as a whole is held very reliably in its receptacle.

Geringe Lockerungen des Befestigungselements 5 werden somit beständig über diese Halterung ausgeglichen.Slight loosening of the fastener 5 is thus constantly compensated for by this bracket.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Feder 8 nun nicht mehr die gesamte Befestigungskraft für das Befestigungselement 5 aufbringen muß, sondern lediglich eine relativ geringe Vorspannkraft. Die Feder 8 kann somit sehr klein bauend und entsprechend massearm ausgebildet werden.A major advantage of this arrangement is that the spring 8 no longer has to apply the entire fastening force for the fastening element 5 , but rather only a relatively low pretensioning force. The spring 8 can thus be made very small and correspondingly low in mass.

Beim Stand der Technik bestand hier der wesentliche Nachteil, daß die entsprechenden Federn oder Federpakete sehr groß und massereich ausgebildet waren. Eine Zentrierung dieser Federpakete war allerdings nicht möglich, da sich aufgrund der Belastungen und Verformungen der Feder relativ große Durchmesseränderungen ergeben. Diese Federn waren also nicht zentrisch in den Spindeln oder anderen rotierenden Teilen gehalten und führten somit zu Unwuchten, die besonders wegen der relativ großen Masse der Federn zu Problemen geführt haben.The main disadvantage of the prior art here was that the corresponding springs or spring assemblies are very large and were massively trained. Centering this Pen sets were not possible, however, because of the loads and deformations of the spring are relatively large Changes in diameter result. So these feathers weren't centrically in the spindles or other rotating parts held and thus led to imbalances, especially because of the relatively large mass of the springs caused problems to have.

Dies wird mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung erfolgreich vermieden.This becomes the subject of the present invention successfully avoided.

Um Verschmutzungen des Kolbens 14 zu verhindern, ist eine geeignete Abdeckung 29 vorgesehen. Die Versorgung mit dem Druckmedium erfolgt über geeignete, nicht näher dargestellte Anschlüsse, die bevorzugt an der Rückseite des Gehäuses 1 oder an dem Zylindergehäuse 21 selbst angebracht sind.In order to prevent contamination of the piston 14 , a suitable cover 29 is provided. The supply of the pressure medium takes place via suitable connections, not shown, which are preferably attached to the rear of the housing 1 or to the cylinder housing 21 itself.

Um zu verhindern, daß die Lagerung der Spindel 13 durch das Verschieben der Zugstange und die entsprechenden auftretenden Kräfte beschädigt oder in anderer Weise beeinträchtigt wird, ist ein gesteuerter Kraftfluß vorgesehen. Hierzu sind an der Spindel 13 zwei Anschläge 18, 19 vorgesehen, die mit einem entsprechenden Anschlag 20, der mit dem Zylindergehäuse 21 verbunden ist, zusammenwirken. Das Zylindergehäuse 21 ist hierbei in relativ geringem Umfang gegenüber dem Gehäuse 1 in Pfeilrichtung 26, 27 verschieblich und wird über entsprechende Federn 22 in seiner Ruhelage in einer Mittelstellung gehalten.In order to prevent the bearing of the spindle 13 from being damaged or otherwise impaired by the displacement of the pull rod and the corresponding forces occurring, a controlled flow of force is provided. For this purpose, two stops 18 , 19 are provided on the spindle 13 , which cooperate with a corresponding stop 20 , which is connected to the cylinder housing 21 . The cylinder housing 21 can be displaced to a relatively small extent in relation to the housing 1 in the direction of the arrow 26 , 27 and is held in a central position in its rest position by corresponding springs 22 .

In dieser Mittelstellung ist der Anschlag 20 beabstandet von den Anschlägen 18,19, so daß auch hier kein Kontakt zwischen der sich drehenden Spindel 13 und den feststehenden Gehäuseteilen stattfindet.In this central position, the stop 20 is spaced from the stops 18 , 19 , so that here, too, there is no contact between the rotating spindle 13 and the stationary housing parts.

Ebenso ist der Kolben 14 über entsprechende Federn 23 und 24, die jeweils in den Kammern 15, 16 angebracht sind, in einer Mittellage beabstandet von der Spindel 13 und entsprechenden Anbauteilen gehalten. Eine Berührung ist somit auch hier ausgeschlossen. Likewise, the piston 14 is held in a central position at a distance from the spindle 13 and corresponding attachments by means of corresponding springs 23 and 24 , which are each installed in the chambers 15 , 16 . Touch is therefore also excluded here.

Zum Anziehen an der Zugstange wird der Kolben 14 nach hinten in Pfeilrichtung 27 bewegt und nimmt hierbei über die Schraube 12 die Zugstange 6 mit. Diese leistet einen gewissen Widerstand aufgrund von Reibung. Hierdurch wandert das Zylindergehäuse 21 entsprechend in Gegenrichtung, so daß sich der Anschlag 20 des Zylindergehäuses 21 am Anschlag 18 der Spindel 13 anlegt. Die Kraft läuft somit nicht über die Lagerung der Spindel 13, sondern wird direkt an der Kontaktstelle eingeleitet.To tighten the pull rod, the piston 14 is moved rearward in the direction of arrow 27 and takes the pull rod 6 with it via the screw 12 . This provides some resistance due to friction. As a result, the cylinder housing 21 moves accordingly in the opposite direction, so that the stop 20 of the cylinder housing 21 bears against the stop 18 of the spindle 13 . The force therefore does not run through the bearing of the spindle 13 , but is introduced directly at the contact point.

Entsprechend legt sich beim Lösen der Zugstange 6 der Anschlag 20 am Anschlag 19 an. Hierzu wird die andere Kammer 16 entsprechend beaufschlagt, so daß sich eine Verschiebung des Kolbens 14 in Pfeilrichtung 26 und eine Verschiebung des Zylindergehäuses 21 in Gegenrichtung ergibt.Accordingly, the stop 20 bears against the stop 19 when the pull rod 6 is released . For this purpose, the other chamber 16 is acted upon accordingly, so that there is a displacement of the piston 14 in the direction of arrow 26 and a displacement of the cylinder housing 21 in the opposite direction.

Beim Lösen der Zugstange und dem entsprechenden Wechseln des Werkzeugkegels stößt nun der Kolben 14 zunächst mit seinem vorderen Ende 25 an den Austreiber 11. Dieser Austreiber 11 wirkt direkt auf die Spreizhülse 10 und drückt somit die Feder 8 zusammen. Die Zugstange ist dann nicht mehr durch diese Feder 8 vorgespannt und in Pfeilrichtung 26, 27 verschieblich.When the drawbar is loosened and the tool cone is changed accordingly, the piston 14 now strikes the expeller 11 with its front end 25 . This expeller 11 acts directly on the expansion sleeve 10 and thus compresses the spring 8 . The pull rod is then no longer biased by this spring 8 and is displaceable in the direction of arrow 26, 27 .

Erst nach dem Entlasten der Feder 8 kommt das vordere Ende 25 des Kolbens 14 direkt mit der Zugstange 6 in Kontakt und verschiebt diese nach unten, so daß das Befestigungselement 5 aus dem selbsthemmenden Abschluß mit den Klappelementen 4 gelöst wird.Only after relieving the spring 8 , the front end 25 of the piston 14 comes into direct contact with the pull rod 6 and moves it downward, so that the fastening element 5 is released from the self-locking closure with the folding elements 4 .

Um die Berührung des Endes 25 des Kolbens 14 mit der Zugstange 6 zu verzögern, ist ein Abstand 30 vorgesehen, der je nach der vorgesehenen Konstruktion passend gewählt werden kann. In order to delay the contact of the end 25 of the piston 14 with the pull rod 6 , a distance 30 is provided, which can be selected appropriately depending on the design provided.

Danach kann die gesamte Zugstange 6 relativ zügig weiter in diese Richtung verschoben werden, so daß der Werkzeugkegel 3 entnommen werden kann. Bei diesem Lösevorgang wird das Befestigungselement 5 in Pfeilrichtung 26 verschoben, so daß die Klappelemente 4 nach innen klappen können und hierdurch der Werkzeugkegel 3 entnommen werden kann.Then the entire pull rod 6 can be moved relatively quickly in this direction so that the tool cone 3 can be removed. During this loosening process, the fastening element 5 is displaced in the direction of arrow 26 , so that the folding elements 4 can fold inwards and the tool cone 3 can thereby be removed.

Beschädigungen im Bereich des Kegels 7 der Zugstange werden durch diesen getrennten Lösemechanismus zuverlässig vermieden.Damage in the area of the cone 7 of the pull rod is reliably avoided by this separate release mechanism.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil bei der vorliegenden Erfindung ist, daß die Spindel 13 zusammen mit dem Befestigungselement 5 und den Klappelementen 4 in montagefertigem Zustand gewuchtet werden kann. Zu diesem Zweck wird der Kolben 14 mit dem Zylindergehäuse 21 und den weiteren Anbauteilen entfernt, so daß das hintere Ende der Spindel 13 freiliegt. Hier kann nun eine entsprechende Drehkraft aufgebracht und die Unwucht gemessen und durch entsprechende Gegengewichte oder Ausgleichsbohrungen korrigiert werden.Another important advantage of the present invention is that the spindle 13 can be balanced together with the fastening element 5 and the folding elements 4 in the ready-to-install state. For this purpose, the piston 14 is removed with the cylinder housing 21 and the other attachments, so that the rear end of the spindle 13 is exposed. A corresponding torque can now be applied and the imbalance measured and corrected using appropriate counterweights or compensating holes.

Beim bisherigen Stand der Technik war ein derartiges Wuchten der Spindel in zusammengebautem Zustand nicht möglich.Such balancing was in the prior art the spindle cannot be assembled.

Um nun die Stärke der Feder 8 möglichst weit reduzieren zu können, ist eine relativ weiche Spreizhülse 10 vorgesehen. Je weicher die Spreizhülse ist, um so größer ist ihre Deformation und um so größer entsprechend die Verschiebewege der Zugstange 6.In order to be able to reduce the strength of the spring 8 as much as possible, a relatively soft expansion sleeve 10 is provided. The softer the expansion sleeve, the greater its deformation and the greater the displacement of the pull rod 6 .

Die Haltebedingung für die Fixierung der Zugstange 6 durch die Feder 8 muß hierbei der folgenden Bedingung genügen:The holding condition for fixing the tie rod 6 by the spring 8 must meet the following condition:

Fumfang _* η _* tan(α)/(Ffeder _* µ) < 1,F circumference _* η _* tan (α) / (Ffeder _* µ) <1,

oder
Fumfang/Ffeder < µ/(tan(α) _* η)or
F circumference / F spring <µ / (tan (α) _* η)

wobei:
Fumfang: Umfangskraft am zylindrischen Teil der Innenkonus-Büchse = axiale Haltekraft
Ffeder: Federkraft = Axialkraft auf die Innenkonus-Büchse
η: Wirkungsgrad der Innenkonus-Büchse (hängt von der elastischen Gestalt der Büchse ab)
µ: Reibwert am zylindrischen Teil zwischen Innenkonus-Büchse und Spindel
α: halber Kegelwinkel.in which:
F circumference: circumferential force on the cylindrical part of the inner cone bushing = axial holding force
Spring: spring force = axial force on the inner cone bush
η: efficiency of the inner cone bush (depends on the elastic shape of the bush)
µ: Coefficient of friction on the cylindrical part between the inner cone bush and the spindle
α: half cone angle.

Es ist somit ersichtlich, daß je nach den elastischen Eigenschaften der Spreizhülse 10 eine größere oder geringere Verschiebung der Zugstange bewirkt werden kann. Selbstverständlich ist auch durch die Verwendung einer anderen Feder mit veränderter Steifigkeit eine Anpassung möglich.It can thus be seen that, depending on the elastic properties of the expansion sleeve 10, a greater or lesser displacement of the pull rod can be effected. Of course, an adjustment is also possible by using a different spring with a changed stiffness.

Insgesamt wird mit dem Gegenstand der Erfindung eine wesentliche Verbesserung bekannter Werkzeugspindeln und Werkzeugaufnahmen erreicht.Overall, the subject of the invention significant improvement of known tool spindles and Tool holders reached.

In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform zu der Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt. Hierbei besteht die Klemmeinrichtung 34 aus einer Vollkugelanordnung 35, wobei die Feder 8 über den Distanzring 9 sich an der Vollkugel anordnung 35, bestehend aus einzelnen Kugeln, anlegt. FIG. 5 shows an alternative embodiment to the embodiment in FIG. 3. Here, the clamping device 34 from a whole ball assembly 35, the spring assembly 8 located on the spacer ring 9 on the solid ball 35, consisting of individual balls applies.

Die Kugeln der Kugelanordnung 35 rollen hierbei auf der Kegelfläche 33 des Kegels 7 ab, wobei dieser Kegelfläche 33 der zylindrische Innenumfang der Spindel 13 gegenüberliegt.The balls of the ball arrangement 35 roll on the conical surface 33 of the cone 7 , this conical surface 33 lying opposite the cylindrical inner circumference of the spindle 13 .

Aufgrund der Federbelastung, welchen der Distanzring 9 auf die Kugelanordnung 35 ausübt, kommt es hierbei zu einer Klemmung und Selbsthemmung zwischen der Zugstange 6 und der Spindel 13.Due to the spring load which the spacer ring 9 exerts on the ball arrangement 35 , this results in a clamping and self-locking between the pull rod 6 and the spindle 13 .

Mit dieser Ausführungsform sind gegenüber der vorbeschriebenen Ausführungsform Vorteile gegeben.With this embodiment are compared to the Given embodiment described advantages.

Um diese Klemmeinrichtung 34 wieder zu lösen, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 der Austreiber 11 gegenüber dem vorher beschriebenen Austreiber 11 verlängert ausgebildet, um so bei einer entsprechenden axialen Verschiebung nach links in Fig. 5 die Kugelanordnung 35 von der Kegelfläche 33 zu trennen, um so die Zugstange 6 wieder frei beweglich zu machen.In order to release this clamping device 34 again, in the exemplary embodiment according to FIG. 5, the expeller 11 is elongated compared to the previously described expeller 11 , so as to separate the ball arrangement 35 from the conical surface 33 with a corresponding axial displacement to the left in FIG. 5 . to make the pull rod 6 freely movable again.

Wie bereits schon im allgemeinen Beschreibungsteil angegeben, ist die Erfindung nicht auf die hier beschriebene Klemmeinrichtung mit einer Vollkugelanordnung beschränkt, es können auch andere Klemmeinrichtungen verwendet werden, wie z. B. den Ersatz der Kugelanordnung durch eine entsprechende Anordnung aus kegeligen oder anders geformten Rollkörpern.As already stated in the general description section, the invention is not limited to that described here Clamping device with a full ball arrangement limits it other clamping devices can also be used, such as e.g. B. the replacement of the ball assembly with a corresponding one Arrangement of conical or other shaped rolling elements.

Ebenso ist vorgesehen, daß die Kugeln in einem Käfig gefaßt sind.It is also provided that the balls are contained in a cage are.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Antrieb
3 Werkzeugkegel
4 Klappelement
5 Befestigungselement
6 Zugstange
7 Kegel
8 Feder
9 Distanzring
10 Spreizhülse
11 Austreiber
12 Schraube
13 Spindel
14 Kolben
15 Hammer
16 Hammer
17 Flansch
18 Anschlag
19 Anschlag
20 Anschlag
21 Zylindergehäuse
22 Feder
23 Feder
24 Feder
25 Ende
26 Pfeilrichtung
27 Pfeilrichtung
28 Anschluß
29 Abdeckung
30 Abstand
31 Lager
32 Lager
33 Kegelfläche
34 Klemmeinrichtung
35 Kugelanordnung 1 housing
2 drive
3 tool cones
4 folding element
5 fastener
6 tie rod
7 cones
8 spring
9 spacer ring
10 expansion sleeve
11 expellers
12 screw
13 spindle
14 pistons
15 hammer
16 hammer
17 flange
18 stop
19 stop
20 stop
21 cylinder housing
22 spring
23 spring
24 spring
25 end
26 direction of arrow
27 direction of arrow
28 connection
29 cover
30 distance
31 bearings
32 bearings
33 conical surface
34 clamping device
35 ball arrangement

Claims

1. tool spindle with clamping device for use with a machine tool, in particular with a tool changing device, a pull rod for fixing a tool being provided via a tool holder within a rotatably driven spindle and the pull rod being axially displaceable relative to the spindle by means of a displacement device, characterized by an additional holding device between the spindle ( 13 ) and the pull rod ( 6 ), which consists of a spreading sleeve ( 10 ) pretensioned via a spring ( 8 ) or a clamping device ( 34 ) which fits onto a cone ( 7 ) of the pull rod ( 6 ) works.

2. Tool spindle according to claim 1, characterized in that the displacement device ( 14 , 15 , 16 , 17 , 21 ) is designed in the form of an axially displaceable piston ( 14 ) which only with the and during the displacement of the pull rod ( 6 ) Spindle ( 13 ) is in contact.

3. Tool spindle according to claim 2, characterized in that the piston ( 14 ) can be acted upon pneumatically or hydraulically.

4. Tool spindle according to claim 2 or 3, characterized in that the displacement device ( 14 , 15 , 16 , 17 , 21 ) relative to the housing ( 1 ) is displaceable, and that for power transmission to move the pull rod ( 6 ) relative to the spindle ( 13 ) stops ( 18 , 19 , 20 ) on the spindle ( 13 ) and on the displacement device ( 14 , 15 , 16 , 17 , 21 ) are provided.

5. Tool spindle according to one of claims 2-4, characterized in that the piston ( 14 ) and the associated cylinder housing ( 21 ) can be adjusted into a rest position by means of springs ( 22 , 23 , 24 ).

6. Tool spindle according to one of claims 1-5, characterized in that when moving the pull rod ( 6 ) to release the tool cone ( 3 ) a separate release of the tool holder ( 4 , 5 ) and the holding device ( 7 , 8 ) is provided .

7. Tool spindle according to one of claims 1-6, characterized in that a balancing of the spindle ( 13 ) together with the pull rod ( 6 ) and the tool holder ( 4,5 ) in the housing ( 1 ) is possible in the installed state.

8. Tool spindle according to claim 1, characterized in that the clamping device ( 34 ) consists of a solid ball arrangement ( 35 ), the spring ( 8 ) via a spacer ring ( 9 ) on the solid ball arrangement consisting of individual balls ( 35 ) .

9. Tool spindle according to claim 8, characterized in that the balls of the ball arrangement ( 35 ) roll on a conical surface ( 33 ) of the cone ( 7 ), this conical surface ( 33 ) opposite the cylindrical inner circumference of the spindle ( 13 ).

10. Tool spindle according to claim 1 or 8, characterized in that a spring load is exerted on the ball arrangement ( 35 ) by the spacer ring ( 9 ), whereby a clamping and self-locking is present between the pull rod ( 6 ) and the spindle ( 13 ).

11. Tool spindle according to claim 1 or one of claims 8-10, characterized in that in the ball arrangement ( 35 ) an extended expeller ( 11 ) is used.

12. Tool spindle according to claim 1, characterized in that instead of the clamping device ( 34 ) with the solid ball arrangement ( 35 ) also other, for example consisting of an arrangement of conical or differently shaped rolling elements, existing clamping devices are used.

13. Tool spindle according to claim 1 or 8, characterized in that the balls of the solid ball arrangement ( 35 ) of the clamping device ( 34 ) are contained in a cage.