DE19643493A1 - Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen in Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen in Werkzeugmaschinen, insbesondere Spritzgießmaschinen, die eine bewegliche und eine feste Maschinenplatte, d. h. eine Fest- und eine Losseite aufweisen.

Zum Befestigen der Werkzeuge in solchen Maschinen, wie Spritzgießma­ schinen oder Pressen, ist es bekannt, in den Formaufspannplatten Zentrierbohrungen sowie ein Lochbild mit Gewindebohrungen vorzuse­ hen. Das Werkzeug wird dabei sowohl fest- als auch losseitig mit mehreren Schrauben oder geschraubten Spannelementen an den Maschi­ nenplatten gesichert. Zur axialen Mittenzentrierung dienen werkzeug­ seitige Zentrierscheiben, die in die Zentrierbohrungen der Maschi­ nenplatten eingreifen. Weiterhin sind manuell drehbare Zentrier­ scheiben mit nach dem Bajonettprinzip arbeitenden Einlaufschrägen bekannt; diese Ausführungen lassen sich jedoch nur bedingt ein­ setzen, nämlich lediglich zur Befestigung und Zentrierung von kleineren Werkzeugen. Da hierbei zusätzliche Platten erforderlich sind, in die der Drehmechanismus integriert ist, wird unweigerlich die maximal mögliche Werkzeugeinbauhöhe verringert. Schließlich sind hydraulische Spannsysteme mit mechanischer Verriegelung im Einsatz. Diese erfordern allerdings eine aufwendige Steuerungstechnik und sind folglich auch entsprechend teuer, so daß sie aus Amortisations­ gründen häufig nicht zur Anwendung kommen. Mit allen vorgenannten Systemen ist außerdem nur eine axiale Zentrierung der Werkzeuge möglich. Beim Einsatz von Handling-Geräten, z. B. Entnahme- oder Bestückungsautomaten, ist aber eine zusätzliche horizontale Fixie­ rung der Werkzeuge unabdingbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung ohne die genannten Nachteile zu schaffen, die insbeson­ dere auf einfache Weise sowohl ein axiales als auch horizontales Zentrieren bzw. Fixieren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkzeug von einem sich maschinenschließkraftbedingt zunehmend um einen Spannrand des Werkzeuges legenden, in mindestens einer an wenigstens eine der beweglichen Maschinenplatten angeordneten Spannvorrichtung verschwenkbar gelagerten Spannelement festgelegt ist. Das in der beispielsweise in einer horizontal arbeitenden Maschine einzurich­ tende Werkzeug wird - bei auseinandergefahrenen Maschinenplatten - zwischen die an beiden Maschinenplatten angeordneten Spannvorrich­ tungen abgesenkt und zum Eingriff mit zunächst den festseitigen Spannelementen gebracht. Anschließend wird die bewegliche Maschinen­ platte bis an das freie Ende des vorkragenden Werkzeuges gefahren und damit von der Festseite her mittels des beim Zufahren geöff­ neten, sich danach verschwenkenden und das Werkzeug hintergreifenden Spannelementes betriebsfertig zwischen beiden Maschinenplatten festgelegt. Bei einer vertikal arbeitenden Maschine reicht es aus, Spannvorrichtungen an lediglich der Horizontalplatte vorzusehen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Werkzeug aufgrund seines Eigengewichtes in einer Halte- und Auf­ nahmevorrichtung der anderen, der Spannvorrichtung gegenüberliegen­ den Maschinenplatte festgelegt ist, wobei die Halte- und Aufnahme­ einrichtung aus am Werkzeug an dessen der Maschinenplatte zugewand­ ten Außenfläche zwei im Abstand nebeneinanderliegenden Einsatz­ buchsen, die in einem vorkragenden Buchsenkopf Nutausnehmungen aufweisen, deren jeweils innenliegenden Nutflächen als die Nutbreite zum Maschinenzentrum, nach unten hin allmählich verjüngende Keil­ flächen ausgebildet sind, und zwei an der Maschinenplatte angeord­ neten, mit komplementären Keilflächen versehenen, in die Nutausneh­ mungen eintauchenden Leisten besteht. Damit ergibt sich insgesamt, d. h. im Zusammenspiel der Nutausnehmungen der auf der Maschinen­ platte rechts bzw. links angeordneten Einsatzbuchsen eine - durch den Abstand der Einsatzbuchsen voneinander auseinandergezogene - Schwalbenschwanzführung für das sich absenkende Werkzeug, das somit zunächst über die Halte- und Aufnahmeeinrichtung festgelegt wird, wobei es sich durch das Eigengewicht selbsttätig absenkt und sowohl horizontal als auch vertikal und axial präzise zentriert. Die vertikal an die feststehende Maschinenplatte geschraubten Leisten sind jeweils mit einer konischen, zum Maschinenzentrum zeigenden Keilfläche (Schiefebene) ausgebildet, die einen Neigungswinkel wie ein Steilkegel besitzen. Sobald die Keilflächen der Leisten und die Keilflächen der Nutausnehmungen der Einsatzbuchsen durch das sich absenkende Werkzeug gegeneinander zur Anlage kommen, entsteht durch das Eigengewicht des Werkzeugs eine horizontale Querkraft. Diese wird durch die komplementären, im Zusammenwirken konischen Keil- bzw. Hinterschnittflächen der Nutausnehmungen in eine axiale Anpreß­ kraft zwischen der Maschinenplatte und dem Werkzeug umgewandelt. Hierzu trägt bei, daß die werkzeugseitigen Einsatzbuchsen ein im Außendurchmesser geringes Passungsspiel aufweisen; dieses unter­ stützt die Umwandlung der relativ großen Querkraft in eine geringe, aber ausreichende axiale Anpreßkraft. Im Zusammenwirken der schwer­ kraftbedingten Festlegung mittels der Halte- und Aufnahmeeinrichtung und der schließkraftbedingten Festlegung mittels der Spannvorrich­ tungen der anderen Maschinenplatte läßt sich ein optimiertes Spannen des Werkzeuges erreichen. Hierbei wird es sich in der Regel empfeh­ len, die Spannvorrichtung an der Los- und die Halte- und Aufnahmee­ inrichtung an der Festseite anzuordnen, jedoch ist auch die umge­ kehrte Anordnung möglich.

Die Spannvorrichtung weist vorzugsweise einen im gleichen Drehsinn mit dem Spannelement verbundenen, im unbelasteten Zustand aus der Maschinenplatte vorspringenden, schwenkbeweglichen Gelenkhebel auf. Dieser nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung von in der Spann­ vorrichtung angeordneten Tellerfedern unter der Maschinenschließ­ kraft druckbeaufschlagte Gelenkhebel hält das Spannelement in der geöffneten Position; sobald durch Heranfahren der beweglichen Maschinenplatte der Gelenkhebel auf das Werkzeug auftrifft, wird er in eine parallele Lage zu der Maschinenplatte bewegt und - einhergehend mit dieser Bewegung - das Spannelement in die den Spannrand des Werkzeuges hintergreifende, das Werkzeug damit festle­ gende Position verschwenkt.

Es empfiehlt sich eine zahnartige Bewegungsverbindung von Spann­ element und Gelenkhebel. Ein erfindungsgemäßer Vorschlag sieht hierbei statt einer aufwendigen kompletten Verzahnung der inein­ andergreifenden Bewegungsteile vor, daß im Gelenkhebel angeordnete längsverzahnte Bolzen in halbkreisförmige Ausnehmungen der Lagerwel­ le des Spannelementes eingreifen. Um die beiden Endstellungen - offen und geschlossen - zu ermöglichen, reichen zwei solcher Bolzen­ paare, d. h. insgesamt vier Bolzen aus, die jeweils benachbart zu einer Lagerschale paarweise in einer Flucht hintereinanderliegend in der Lagerwelle angeordnet sind und deren Verzahnung mit den die Ausnehmungen begrenzenden Kanten kämmt.

Wenn vorzugsweise die Lagerwelle des Spannelementes und die Schwenk­ achse des Gelenkhebels exzentrisch zueinander angeordnet sind, lassen sich die Endstellungen mit in etwa verdoppelter Geschwindig­ keit erreichen.

Mit in der Spannvorrichtung vorzugsweise angeordneten Druckfedern läßt sich das Spannelement bei unbelastetem Gelenkhebel in einfacher Weise selbsttätig in der geöffneten Stellung halten.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Spannvorrichtung eine Spannlagensicherung des Spannelementes auf. Diese kann nach einer ersten Ausführung aus einem in Maschinenlängs­ richtung zwischen dem Spannelement und einer Trägerplatte der Spannvorrichtung eingelegten Treibkeil bestehen. Durch diesen manuell einzulegenden Keil mit selbsthemmendem Neigungswinkel wird nicht nur die Spannstellung gesichert, sondern der Druck auf den Spannrand und somit die Anpreßkraft zwischen dem Werkzeug und der Maschinenplatte zusätzlich erhöht.

Eine andere Ausführung der Spannlagensicherung sieht statt eines manuellen, einen automatisierten Sicherungsvorgang vor. Hierzu läßt sich in die Spanneinrichtung vorteilhaft eine einen Querriegelbolzen in und außer Eingriff mit dem Spannelement bringende Kolben-/Zylin­ dereinheit anordnen. Aufgrund der vollintegrierten, pneumatisch oder hydraulisch zu betätigenden Kolben-/Zylindereinheit ergibt sich eine kompakte Bauweise der Spannvorrichtung mit mechanischer Endlagensi­ cherung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele anhand der Kombination von losseitig angeordneten Spannvorrichtungen mit einer festseitig angeordneten Halte- und Aufnahmeeinrichtung näher erläutert sind. Es zeigen:

Fig. 1 als Einzelheit eine Maschine im Teil-Längsschnitt, mit auseinandergefahrenen Maschinenplatten und dem Werkzeug vor dem Absenken dargestellt;

Fig. 2 den Gegenstand gemäß Fig. 1 im Teil-Querschnitt und abgesenktem Werkzeug dargestellt, mit geöffneter Spannvorrichtung in der oberen und geschlossener Spannvorrichtung in der unteren Zeichnungshälfte gezeigt;

Fig. 3 eine Teil-Vorderansicht auf die feststehende Maschi­ nenplatte mit daran befestigter Keil-Leiste gezeigt;

Fig. 4 in der Vorderansicht von der Rückseite her gesehen eine rechte und eine linke Einsatzbuchse, die an der der Maschinen-Losseite zugewandten Fläche in dem Werkzeug angeordnet sind;

Fig. 5 die Einsatzbuchsen gemäß Fig. 4 in der Draufsicht;

Fig. 6 als Einzelheit in der Vorderansicht die auf der festen Maschinenplatte angeordnete rechte und linke Keilleiste;

Fig. 7 die Keilleisten gemäß Fig. 6 entlang der Linie VII-VII geschnitten;

Fig. 8 eine geschlossene Spannvorrichtung im Teil-Längs­ schnitt dargestellt;

Fig. 9 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 8 im Teil-Quer­ schnitt, wobei lediglich eine Symmetriehälfte der Spannvorrichtung gezeigt ist; und

Fig. 10 als Einzelheit der Kolben-/Zylindereinheit von Fig. 8 das Zusammenwirken mit einem Querverriegelungs­ bolzen zur Spannlagensicherung.

Von einer in Fig. 1 weiterhin nicht dargestellten, in horizontaler Bauweise ausgeführten Maschineneinheit sind deren feste Maschinen­ platte 1 und die davon weggefahrene bewegliche Maschinenplatte 2 gezeigt. Ein aus mehreren Einzelplatten mit Formtrennung in Pfeil­ richtung 3 (vgl. Fig. 2) zusammengesetztes Werkzeug 4 wird zum Befestigen bei gleichzeitiger Zentrierung zwischen die geöffneten Maschinenplatten 1, 2 in Pfeilrichtung 5 zur Maschinenachse hin abgesenkt.

Das Werkzeug 4 besitzt an seiner der festen Maschinenplatte 1 zugewandten Seite zwei im Abstand, auf der Werkzeugseite rechts und links nebeneinanderliegende Einsatzbuchsen 7, 6, die gemäß den Fig. 4 und 5 mit einem Buchsenkopf 8 ausgebildet sind. Diese weisen jeweils Nutausnehmungen 9 auf, deren in der Einbaulage innenliegenden, einander benachbarten Nutflächen als die Nutbreite zum Maschinenzentrum, d. h. nach unten hin allmählich verjüngende Keilflächen 10 ausgebildet sind. Die anderen Nutflächen 11 haben die Form von schwalbenschwanzartigen, nach außen konischen Hinter­ schnittflächen. Den Einsatzbuchsen 6, 7 sind an der festen Maschi­ nenplatte 1 mit Zylinderschrauben 12 und Stiften 13 (vgl. Fig. 1 oder 3) befestigte, im einzelnen in den Fig. 6 und 7 gezeigte komplementäre Keilleisten 14 bzw. 15 zugeordnet, und zwar entspre­ chend jeweils eine Keilleiste 14 links und eine Keilleiste 15 rechts im Abstand der Nutausnehmungen 9 der Einsatzbuchsen 6, 7.

Die Keilleisten 14, 15 sind mit Keilflächen 16 bzw. 17 ausgebildet, die sich beim Eingreifen in die Nutausnehmungen 9 an deren Keil- bzw. Nutfläche 10 bzw. 11 anlegen; es liegt somit eine aus den Einsatzbuchsen 6, 7 und den Keilleisten 14, 15 bestehende Halte- und Aufnahmeeinrichtung in Form einer Nut-/Federverbindung vor (vgl. die rechte Seite von Fig. 2, die die in die Nutausnehmungen der Einsatzbuchsen 6, 7 eingreifenden Keilleisten 14, 15 zeigt). Allein aufgrund des Eigengewichtes des Werkzeuges 4 entsteht beim Zusammen­ wirken der Keilflächen bzw. Schiefebenen von Einsatzbuchsen 6 bzw. 7 und Keilleisten 14, 15 eine horizontale Schwerkraft, die in eine axiale Anpreßkraft umgeleitet wird; das Werkzeug 4 wird beim Ab­ senken selbsttätig sowohl horizontal als auch vertikal und axial präzise zentriert und von der festen Maschinenplatte 1 gehalten.

An der gegenüberliegenden Maschinenseite wird das abgesenkte Werk­ zeug 4 an jeder Seite von an der beweglichen Maschinenplatte 2 angeordneten Spannvorrichtungen 18 gehalten. Die beiden Spannvor­ richtungen 18 sind mittels Zylinderschrauben 19 an Trägerplatten 20 (vgl. Fig. 1) befestigt. Die Spannvorrichtungen 18 besitzen ein Spannelement (Spannklaue) 21, das bewegungsabhängig, gleichsinnig drehend mit einem Gelenkhebel 22 verbunden ist, der sich beim Heranfahren der beweglichen Maschinenplatte 2 an das Werkzeug 4 unter der Schließkraft der Maschine gemäß Pfeil 23 in Fig. 2 in eine zu der Maschinenplatte 2 parallele Lage verstellt und dabei das Spannelement 21 in eine einen Spannrand 24 einer Platte 25 des Werkzeugs 4 hintergreifende, in der unteren Hälfte von Fig. 2 gezeigte Spannposition verschwenkt. Durch Einlegen eines Treibkeiles 26 kann eine Spannlagensicherung 27 des Spannelementes 21 erreicht werden (vgl. Fig. 2, links unten). In dieser Position wird das Werkzeug 4 von der Losseite her horizontal zentriert, indem ein Zentriermittel 28 in eine Konusnut 29 (vgl. auch Fig. 1) der Werk­ zeug-Einzelplatte 25 eingreift.

Die Spannvorrichtung 18 ist näher in Fig. 8 dargestellt, und zwar in der den Spannrand 24 der ihr zugewandten Werkzeug-Einzelplatte 25 übergreifenden Lage des Spannelementes bzw. der Spannklaue 21. Mehrfach geschichtete Tellerfedern 30 erzeugen durch die Schließ­ kraft der Maschine einen anhaltend hohen Druck auf den Gelenkhebel 22 und damit über das Spannelement 21 auf den Spannrand 24 der Werkzeugplatte 25. Hingegen halten in der geöffneten Position der Spannvorrichtung 18 (vgl. Fig. 2, oben links) mehrere Druckfedern 31 das Spannelement 21 in der zum Überfahren der Platten des Werk­ zeugs 4 geeigneten Offenposition. Die beiden Lagerschalen 32 (vgl. Fig. 1) einer Spannvorrichtung 18 sind miteinander über Zylinder- bzw. Querverbindungsschrauben 33 (vgl. Fig. 9) verbunden. Zur Gewährleistung einerseits der freien Beweglichkeit sind diese in einer Buchse 34 und andererseits in einer den Schwenkbewegungen des Gelenkhebels 22 entsprechenden, nierenförmigen Ausnehmung 35 an­ geordnet (vgl. Fig. 8).

Das Spannelement 21 lagert auf einer durchgehenden Welle 36, die gemäß Fig. 8 mit einer Verzahnung in Form von - bezogen auf die beiden Lagerschalen - pro Seite zwei nebeneinanderliegenden Halb­ kreisausnehmungen 37 ausgebildet ist, denen im Gelenkhebel 22 jeweils zwei längsverzahnte Bolzen 38 zugeordnet sind (vgl. auch Fig. 9). Zur erhöhten Geschwindigkeit beim Verschwenken des Spann­ elementes 21 in die geöffnete Position bzw. die Spannposition sind die Lagerwelle 36 des Spannelementes 21 und die Schwenkachse 46 des Gelenkhebels 22 exzentrisch im Abstand e (vgl. Fig. 9) zueinander angeordnet.

Die Schwenkachse 46 ergibt sich dadurch, daß der Gelenkhebel 22 mit jeweils einem außenseitigen, ringartigen ausgedrehten Bund 47 auf komplementären erhabenen Vorsprüngen 48 der beiden Lagerschalen 32 aufgesteckt wird; der Gelenkhebel 22 wird folglich auf den Vor­ sprüngen 48 bzw. deren Außenmantel verschwenkt (vgl. Fig. 9).

Die Ausführung der Spannvorrichtung nach den Fig. 8 und 9 ist mit einer automatischen Spannlagensicherung 39 (vgl. Fig. 10) für das in die Spannposition verschwenkte Spannelement 21 ausgebildet. Diese besteht aus einer hydraulischen oder pneumatischen Kolben-/Zylinder­ einheit 40, deren Kolben 41 mit einem Querriegelbolzen 42 zusammen­ wirkt. Am Kolben 41 der Zylindereinheit 40 ist ein mit einer T-Nut 43 versehenes Führungselement 44 angeordnet, und der Querriegelbol­ zen 42 weist eine komplementäre T-Nut 45 auf. In der in Fig. 10 gezeigten Hub-Endlage des für den Hub H ausgelegten Kolbens 41 der Zylindereinheit 40 (vgl. auch in Fig. 8 die linke Hälfte der Zylin­ derdarstellung) nimmt der Querverriegelungsbolzen 42 seine die Spannlage sichernde Position ein. Sobald der Kolben 41 angehoben wird, verschieben sich die in die T-Nuten 43 bzw. 45 eingreifenden Stege des Führungselementes 44 bzw. des Querriegelbolzens 42 gegen­ einander, was bewirkt, daß der Querriegelbolzen 42 in Pfeilrichtung 46 gemäß Fig. 10 in die das Spannelement 21 freigebende Position herausgerückt wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Spannen von Werkzeugen in Werkzeugmaschinen, insbesondere Spritzgießmaschinen, die eine bewegliche und eine feste Maschinenplatte, d. h. eine Fest- und eine Losseite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (4) von einem sich maschinenschließkraftbe­ dingt zunehmend um einen Spannrand (34) des Werkzeuges (4) legenden, in mindestens einer an wenigstens eine der Maschinen­ platten (1 bzw. 2) angeordneten Spannvorrichtung (18) ver­ schwenkbar gelagerten Spannelement (21) festgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (18) einen im gleichen Drehsinn mit dem Spannelement (21) verbundenen, im unbelasteten Zustand aus der Maschinenplatte (2) vorspringenden, schwenkbeweglichen Gelenkhebel (22) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zahnartige Bewegungsverbindung von Spannelement (21) und Gelenkhebel (22).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß längsverzahnte Bolzen (34) des Gelenkhebels (22) in halb­ kreisförmige Ausnehmungen (37) der Lagerwelle (36) des Spann­ elementes (21) eingreifen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerwelle (36) des Spannelementes (21) und die Schwenkachse (33) des Gelenkhebels (22) exzentrisch zueinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch das Spannelement (21) der Spannvorrichtung (18) bei unbelaste­ tem Gelenkhebel (21) in der geöffneten Stellung haltende Druckfedern (31).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch den Gelenkhebel (22) unter der Maschinenschließkraft druck­ beaufschlagende, in der Spannvorrichtung (18) angeordnete Tellerfedern (30).

8. Vorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (4) aufgrund seines Eigengewichtes in einer Halte- und Aufnahmeeinrichtung (6, 7; 14, 15) der anderen Maschinenplatte (1) festgelegt ist, wobei die Halte- und Aufnahmeeinrichtung aus am Werkzeug (4) an dessen der Maschi­ nenplatte (1) zugewandten Außenfläche zwei im Abstand nebenein­ anderliegenden Einsatzbuchsen (6, 7), die in einem vorkragenden Buchsenkopf (8) Nutausnehmungen (9) aufweisen, deren jeweils innenliegenden Nutflächen als die Nutbreite zum Maschinenzen­ trum, nach unten hin allmählich verjüngende Keilflächen (10) ausgebildet sind, und zwei an der Maschinenplatte (1) angeord­ neten, mit komplementären Keilflächen (16, 17) versehenen, in die Nutausnehmungen (9) eintauchenden Leisten (14, 15) besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (18) eine Spannlagensicherung (27; 39) des Spannelementes (21) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen in Maschinenlängsrichtung zwischen dem Spannelement (21) und der Spannvorrichtung (18) eingelegten Treibkeil (26).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine einen Querriegelbolzen (42) in und außer Eingriff mit dem Spannelement (21) bringende Kolben-/Zylindereinheit (40).