DE19848371A1 - Werkzeugmaschine mit Spanndorn - Google Patents

Abstract

Eine Werkzeugmaschine weist eine Spindel (12) mit einer Werkzeugaufnahme (20) für Werkzeughalter (18) auf, die über Spannmittel in die Werkzeugaufnahme (20) eingezogen und dort drehfest mit der Spindel (12) gekuppelt werden. Ein Spanndorn (27) der Spannmittel dient zur Verbindung eines die Spindel (12) längs durchsetzenden Innenkanals (26) mit einer in dem Werkzeughalter (18) vorgesehenen Bohrung (32), derart, daß Kühlmittel über den Innenkanal (26) in die Bohrung (32) und von dort in ein von dem Werkzeughalter (18) gehaltenes Werkzeug (19) zu dessen Durchspülung gelangen kann. In dem Spanndorn (27) ist zumindest eine seitlich abgehende Sprühbohrung (30) vorgesehen, die mit dem Innenkanal (26) derart in Verbindung steht, daß ein Kühlmittel-Sprühstrahl in die Werkzeugaufnahme (20) abgebbar ist (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die eine Spindel mit einer Werkzeugaufnahme für Werkzeughalter auf­ weist, die über Spannmittel in die Werkzeugaufnahme eingezogen und drehfest mit der Spindel gekuppelt werden, wobei ein Kopf­ stück der Spannmittel zur Verbindung eines die Spindel längs durchsetzenden Innenkanals mit einer in dem Werkzeughalter vor­ gesehenen Bohrung vorgesehen ist, derart, daß Kühlmittel über den Innenkanal in die Bohrung und von dort in ein von dem Werk­ zeughalter gehaltenes Werkzeug zu dessen Durchspülung gelangen kann.

Derartige Werkzeugmaschinen sind aus dem Stand der Technik be­ kannt, sie weisen in der Regel ein Spannzangensystem zum Ein­ spannen von Hohlschaftkegel-Werkzeughaltern in die Werkzeugauf­ nahme auf. Das Spannzangensystem umfaßt einen sogenannten Spanndorn, in den ein Kühlmittelröhrchen des Hohlschaftkegel- Werkzeughalters bei dessen Einkuppeln eingreift, so daß Kühl­ mittel über einen Innenkanal ihn der Spindel durch den Spanndorn und das Kühlmittelröhrchen in ein von dem Werkzeughalter gehal­ tenes Werkzeug gelangen kann.

Die Erfindung betrifft vor diesem Hintergrund ferner einen Spanndorn für Spannmittel einer Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art.

Aus der DE 84 34 433 U ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der Werkzeughalter mit einem Steilkegel verwendet werden, der komplementär zu der Werkzeugaufnahme in der Spindel ausgebildet ist. An den Steilkegel schließt sich nach unten ein verdickter Bund an, an dem eine Greifernut vorgesehen ist. Unterhalb des Bundes verläuft ein Halteschaft, in dem Werkzeuge befestigt werden können.

Beim Einspannen des Werkzeughalters in die Spindel gelangt der Steilkegel in Anlage mit einer konischen Innenfläche der Werk­ zeugaufnahme, wobei für das Einspannen des Werkzeughalters eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die auf an sich bekannte Weise arbeitet.

Die bekannte Werkzeugmaschine umfaßt eine Innenkühlung mit ei­ nem längs durch die Spindel verlaufenden Innenkanal, der im Be­ reich der Spannvorrichtung über einen Drehverteiler in Zuführ­ leitungen mündet, die durch die Spindel zu deren Stirnseite laufen und dort mit Kanälen in Eingriff gelangen, die oben auf dem verdickten Bund des Werkzeughalters münden. Diese Kanäle führen durch den Werkzeughalter in das von ihm getragene Werk­ zeug, um dieses im Betrieb zu kühlen und zu durchspülen. Die Innenkühlung kann auf Druckluft umgeschaltet werden, um das be­ arbeitete Werkstück abzublasen.

Ferner ist eine Spülvorrichtung vorgesehen, die außermittige Kanäle in einer Spannstange der Spannvorrichtung umfaßt, wobei diese Kanäle über Ringkanäle mit einer zentral in die Werkzeug­ aufnahme mündenden Bohrung in Verbindung stehen. Die Spülvor­ richtung leitet durch dieses System ein Säuberungsmittel, durch das die Werkzeugaufnahme beim Werkzeugwechsel gereinigt werden kann. In Abhängigkeit von der axialen Lage der Spannstange wird eine Zufuhr des Säuberungsmittels möglich, wobei im ausgekup­ pelten Zustand eine Querbohrung in der Spannstange fluchtend mit einer Versorgungsbohrung im Gehäuse ist, die wiederum mit einer Säuberungsmittelquelle in Verbindung steht.

Durch konstruktiv aufwendige Maßnahmen wird sichergestellt, daß kein Kühlmittel in die Werkzeugaufnahme hinein gelangt.

Statt der hier erwähnten Steilkegel können für die Werkzeughal­ ter auch die eingangs erwähnten Kegel-Hohlschäfte vorgesehen sein, die mit einer oberen Öffnung versehen sind, durch die die Zangensegmente und der Spanndorn an einer Spannstange eines Spannsystems in das Innere des Kegel-Hohlschaftes eingreifen, um diesen in die Werkzeugaufnahme einzuziehen. Die Plananlage zwischen Spindel und Werkzeughalter erfolgt hier nicht vorran­ gig über die konische Außenfläche des Kegel-Hohlschaftes, son­ dern über eine nach oben weisende Ringfläche des verdickten Bundes, die mit einer Anlagefläche an der Stirnseite der Spin­ del in Plananlage kommt, wenn der Werkzeughalter in die Werk­ zeugaufnahme eingezogen wird.

In der Spannstange verläuft zentrisch ein Innenkanal, der mit einer Innenkühlung der Werkzeugmaschine verbunden ist. An ihrem unteren Ende weist die Spannzange ein Spanndorn genanntes Kopf­ stück auf, in dem eine nach unten offene Bohrung vorgesehen ist, in die der Innenkanal mündet. Zugeordnet befindet sich in­ nen in einem Kegel-Hohlschaft ein Kühlmittelröhrchen, das in die Bohrung des Spannzapfens eingreift, wenn dieser beim Ein­ spannen eines Werkzeughalters in den Kegel-Hohlschaft hineinge­ langt. Das Kühlmittelröhrchen ist mit einer Innenbohrung verse­ hen, die zu dem eingespannten Werkzeug führt.

Wenn der Werkzeughalter mit dem Kegel-Hohlschaft in die Werk­ zeugaufnahme eingespannt ist, kann folglich Kühlmittel durch den Innenkanal in der Spannzange sowie die Innenbohrung in dem Kühlmittelröhrchen zu dem Werkzeug gelangen, um dieses von in­ nen zu kühlen und gleichzeitig Späne abzuspülen.

Bei einer der Anmelderin bekannten, derartigen Werkzeugmaschine ist an dem Spindelgehäuse eine die Spindel umgebende Hülse vor­ gesehen, die relativ zu der Längsachse der Spindel verfahren werden kann. An der Hülse ist eine Werkzeugwechselvorrichtung angeordnet, die eine Anzahl von Werkzeugwechslern umfaßt, von denen jeder einen wie oben beschriebenen Werkzeughalter trägt.

Jeder Werkzeugwechsler ist mit einer Greiferhand ausgestattet, die den Werkzeughalter an der Greifernut erfaßt. Die Greifer­ hand wiederum ist an zwei Greiferarmen gelagert, die eine Parallelogrammführung bilden. Einer der Greiferarme ist mit ei­ ner Antriebseinheit aus Zylinder und Kolbenstange verbunden, wobei durch das Aus- und Einfahren der Kolbenstange die Grei­ ferhand und damit der von ihr getragene Werkzeughalter von der Magazinposition in die Arbeitsposition in der Spindel bzw. von der Arbeitsposition zurück in die Magazinposition überführt wird. Durch eine Längsverschiebung der Hülse und damit des Werkzeugwechslers zu der Spindel wird der Steilkegel bzw. der Kegel-Hohlschaft in die Werkzeugaufnahme eingeschoben bzw. aus ihr zurückgezogen.

In der Magazinposition sind die Werkzeughalter mit ihren Steil­ kegeln oder Kegel-Hohlschäften in Köcher eingeführt, die die Werkzeughalter vor Verschmutzung schützen.

Es ist bekannt, daß bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit dem Werkzeug, das von dem jeweils in die Werkzeugaufnahme der Spindel eingespannten Werkzeughalter getragen wird, bei der in­ soweit beschriebenen Werkzeugmaschine der Arbeitsbereich mit Kühlmittel gespült wird, um zum einen das Werkstück zu kühlen und zum anderen die bei der Bearbeitung entstehenden Späne aus dem Arbeitsbereich des jeweiligen Werkzeuges wegzuspülen und ferner Späne vom Werkzeug und dessen Werkzeughalter zu entfer­ nen. Wie es allgemein bekannt ist, erfolgt dieses Spülen im Be­ reich der Spindel nur während der Bearbeitung des Werkstückes, während des Werkzeugwechsels ist aus offensichtlichen Gründen keine Spülung erforderlich.

Unterstützend zu dieser "Außenspülung" ist bei der eingangs er­ wähnten Werkzeugmaschine noch die oben besprochene Innenkühlung vorgesehen, durch die das Werkzeug von innen gekühlt wird, um eine Überhitzung sowie die damit verbundenen Probleme des im Eingriff befindlichen Werkzeuges zu vermeiden. Diese Innenküh­ lung ist aus offensichtlichen Gründen nur eingeschaltet, wenn das Werkzeug im Einsatz ist.

Es hat sich nun herausgestellt, daß offenbar wegen unzu­ reichender Außenspülung dennoch Späne an dem Steilkegel bzw. Kegel-Hohlschaft hängenbleiben, die in der Magazinstellung des jeweiligen Werkzeughalters an der äußeren Konusfläche und/oder an der Ringfläche des verdickten Bundes antrocknen. Bei dem nächsten Einspannen eines derart verschmutzten Werkzeughalters in die Werkzeugaufnahme der Spindel kommt es dann insbesondere bei Werkzeughaltern mit Kegel-Hohlschaft zu Fehlern bei der Plananlage, so daß das Werkzeug nicht zentrisch und fluchtend zu der Spindelachse eingespannt wird.

Aus diesen Gründen ist es erforderlich, insbesondere bei Werk­ zeughaltern mit Kegel-Hohlschaft relativ häufig Wartungs­ arbeiten durchzuführen, um Bearbeitungsfehler durch infolge der Verschmutzung mit Spänen nicht korrekt eingespannte Werkzeug­ halter zu vermeiden. Ferner müssen relativ häufig Werkzeug­ halter und Spindeln ausgetauscht werden, weil die an dem Werk­ zeughalter verbleibenden Späne sich in die Anlageflächen ein­ drücken, was auf Dauer ein lagegenaues Einspannen von Werkzeug­ haltern auch dann verhindert, wenn die Anlageflächen später wieder spänefrei sind.

Derartige Probleme sind aus dem Stand der Technik bereits seit längerem bekannt. So gibt es Werkzeugmaschinen, bei denen durch eine Bohrung in der Längsachse der Spindel Luft zugeführt wird, um die Werkzeugaufnahme vor dem Einkuppeln eines neuen Steilke­ gels auszublasen. Aus der DE 33 20 873 A1 ist in diesem Zusam­ menhang eine Ausblasanordnung bekannt, bei der die Werkzeugauf­ nahme der Spindel in jeder beliebigen Drehstellung der Spindel ausgeblasen werden kann. Hierzu ist an der Spindel eine äußere Ringnut vorgesehen, von der Kanäle quer durch die Spindel in die Werkzeugaufnahme hinein verlaufen. In dem Spindelgehäuse ist eine zugeordnete Ringnut vorgesehen, die von außen mit Druckluft versorgt wird. Über die beiden Ringnuten und die Querbohrung gelangt so von außen Druckluft in den oberen Be­ reich der Werkzeugaufnahme oberhalb der Innenkegelfläche.

Die DE 26 32 228 A1 offenbart ebenfalls eine vergleichbare Kon­ struktion, dort münden jedoch gleich mehrere Kanäle über den Umfang verteilt in der Kegelfläche, und zwar an ihrem unteren Ende. Die Kanäle verlaufen schräg nach unten und innen zur Spindelachse, wobei durch diese schräge Anordnung nicht nur die Werkzeugaufnahme ausgeblasen, sondern auch der Steilkegel abge­ blasen werden soll. Die Neigung der Kanäle ist dabei so ge­ wählt, daß der Steilkegel weit vor Erreichen der Öffnung der Werkzeugaufnahme abgeblasen wird, so daß die abgeblasenen Späne nicht in die Werkzeugaufnahme gelangen können.

Bei allen beiden insoweit beschriebenen Werkzeugmaschinen wird Druckluft seitlich durch das Spindelgehäuse und von dort über eine entsprechende Anordnung von Kanälen und Ringnuten in die Spindel geleitet. Sämtliche Werkzeugmaschinen sind für den Ein­ satz mit Werkzeughaltern mit Steilkegel ausgelegt und benötigen eine gesonderte Druckluftzufuhr, die beim Einkuppeln bzw. Ein­ spannen eines Werkzeughalters entsprechend angesteuert werden muß.

Die gesondert zu steuernde und bereitzustellende Luftzufuhr stellt dabei einen zusätzlichen Kostenfaktor dar und erfordert weiteren Konstruktionsaufwand, was allgemein von Nachteil ist. Ferner wurde festgestellt, daß dieses Abblasen teilweise nicht effektiv genug ist, es bleiben immer noch Späne am Werkzeughal­ ter haften, insbesondere wenn sie infolge angetrockneten Kühl­ mittels dort sozusagen verklebt sind.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Werkzeugmaschine so weiterzubilden, daß auf konstruktiv einfache Weise ein effektiveres Entfernen von Spänen von dem Werkzeughalter erreicht wird.

Bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine sowie bei dem dafür vorgesehenen Kopfstück wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Kopfstück zumindest eine seitlich abgehende Sprühbohrung vorgesehen ist, die mit dem Innenkanal derart in Verbindung steht, daß ein Kühlmittel-Sprühstrahl in die Werkzeugaufnahme abgebbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei­ se vollkommen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß in dem Kopfstück weitere Bohrungen anbringbar sind, durch die unmittelbar Kühlmittel, Bohrwasser etc. in die Werkzeugauf­ nahme abgebbar ist, so daß auf konstruktiv extrem einfache Wei­ se nicht nur die Werkzeugaufnahme sondern auch ein Werkzeughal­ ter effektiv abgespült werden kann, während er in die Werkzeug­ aufnahme eingesetzt wird. Die seitlich abgegebenen Sprühstrah­ len treffen dabei vorzugsweise auf die Innenseite der Werkzeug­ aufnahme und werden von ihr reflektiert, so daß sich insgesamt eine gute Verteilung der Sprühstrahlen und damit ein effektives Entfernen von Spänen etc. realisieren läßt.

Die Sprühbohrung kann dabei z. B. durch den Werkzeughalter selbst bei dessen Einkuppeln verschlossen werden, so daß bei eingekuppeltem Werkzeughalter kein Sprühstrahl abgegeben wird, sondern das gesamte Kühlmittel zur Durchspülung des Werkzeuges verwendet wird.

Diese Maßnahme ist auch unter dem Aspekt der Nachrüstung bevor­ zugt, denn bei einer bestehenden Werkzeugmaschine muß lediglich das bekannte Kopfstück durch ein neues Kopfstück mit seitlicher Sprühbohrung ersetzt werden.

Allgemein ist es bevorzugt, wenn die Sprühbohrung mit einer Längsachse des Kopfstückes einen Winkel einschließt, der klei­ ner als 90° ist, vorzugsweise zwischen 65° und 85° liegt, wei­ ter vorzugsweise ca. 75° trägt, derart, daß der Kühlmittel- Sprühstrahl schräg nach unten weisend auf eine Innenwand der Werkzeugaufnahme trifft und dort derart reflektiert wird, daß er nach unten aus der Werkzeugaufnahme als Abspülstrahl aus­ tritt.

Durch diese Maßnahme wird ein besonders effektives Abspülen des Werkzeughalters sowie der Innenseite der Werkzeugaufnahme er­ reicht, der Abspülstrahl trifft nicht nur auf die Stirnseite des HSK sondern auch auf den Kegel selbst, so daß die eingangs erwähnten manuellen Reinigungsmaßnahmen nicht mehr oder nur noch in sehr großen Zeitabständen erforderlich sind.

Bevorzugt ist es dabei, wenn die Spannmittel ein Spannzangensy­ stem für Hohlschaftkegel-Werkzeughalter (im folgenden HSK) und das Kopfstück ein vorne an einer Zugstange befestigter Spann­ dorn ist, in dessen Durchgangsbohrung bei eingekuppeltem HSK ein Kühlmittelröhrchen eingreift.

Diese Maßnahme ist konstruktiv besonders bevorzugt, weil gerade bei Spannzangensystem für HSK der Spanndorn als lösbares Kopf­ teil ausgebildet und bereits mit einer Durchgangsbohrung für Kühlmittel versehen ist, so daß die Sprühbohrung lediglich durch die Außenwand bis zu dieser Durchgangsbohrung getrieben werden muß, um zu dem neuen Spanndorn zu gelangen. Weitere kon­ struktive Maßnahmen sind gegenüber bekannten Spanndornen nicht erforderlich, das Nachrüsten erfolgt durch einfachen Austausch des Kopfteils.

Andererseits ist es jedoch bevorzugt, wenn eine Ventilanordnung zur gesteuerten Abgabe eines Kühlmittel-Sprühstrahles vorgese­ hen ist, die vorzugsweise an dem Kopfstück angeordnet ist, wo­ bei weiter vorzugsweise die Ventilanordnung sich bei anstehen­ dem Kühlmitteldruck selbsttätig öffnet und bei eingekuppeltem Werkzeughalter in ihre Schließstellung verriegelt ist.

Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, sie sorgt näm­ lich auf einfache Weise für ein effektives Abdichten der Sprüh­ bohrung. Die Ventilanordnung kann dabei einerseits aktiv über die Maschinensteuerung betätigt werden, wobei andererseits bei an dem Kopfstück angeordneter Ventilanordnung diese durch den Kühlmitteldruck selbsttätig geöffnet werden kann, wenn kein Werkzeughalter in die Werkzeugaufnahme eingekuppelt ist.

Dies bedeutet, daß sich die Ventilanordnung sozusagen selbst steuert, sie öffnet den Durchgang zu der Sprühbohrung nur dann, wenn kein Werkzeughalter eingekuppelt ist, also die Abgabe ei­ nes Sprühstrahles erwünscht ist. Dies entlastet die Maschinen­ steuerung sowie die Programmierung der neuen Werkzeugmaschine, nach dem Auskuppeln eines Werkzeughalters muß lediglich noch die Innenkühlung eingeschaltet werden, um für die Abgabe des Sprühstrahles zu sorgen. Beim Nachrüsten werden durch den neuen Spanndorn also alle Modifikationen bewirkt, durch die lediglich durch das Aus- und Einschalten der Kühlmittelversorgung beste­ hende Werkzeugmaschinen Werkzeughalter sehr effektiv abspülen können.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Kopfstück einen Spülkanal auf­ weist, der einen Endes mit dem Innenkanal und anderen Endes über eine Ventilanordnung mit der Sprühbohrung verbunden ist, wobei die Ventilanordnung vorzugsweise eine längs verschiebli­ che Hülse umfaßt, die in Abhängigkeit von ihrer axialen Lage eine Verbindung zwischen dem Spülkanal und der Sprühbohrung öffnet bzw. schließt, wobei weiter vorzugsweise die Hülse eine mit dem Spülkanal in Verbindung stehende Stirnseite aufweist und an ihrem gegenüberliegenden Ende federbelastet in ihre Schließstellung vorgespannt ist.

Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, die Hülse schließt nämlich die Ventilanordnung infolge ihrer Federbela­ stung, wenn kein oder ein zu geringer Kühlmitteldruck ansteht, so daß ein Heraustropfen von Kühlmittel aus der Sprühbohrung verhindert wird. Bei entsprechend hohem Kühlmitteldruck wird die Hülse jedoch gegen die Kraft der Feder axial verschoben, wodurch die Verbindung zwischen Spülkanal und Sprühbohrung her­ gestellt und der Sprühstrahl abgegeben wird.

Weiter ist es bevorzugt, wenn die Hülse mit einem in der Durch­ gangsbohrung angeordneten Dichtring in Anlage ist, der sich auf einem Widerlager an dem Kopfstück derart abstützt, daß er durch eine axiale Längsbewegung der Hülse beim Öffnen der Ven­ tilanordnung radial nach innen gedrückt wird, wenn diese mit Kühlmittel beaufschlagt wird, wobei vorzugsweise der Dichtring bei eingekuppeltem Werkzeughalter auf dem Kühlmittelröhrchen zu liegen kommt, das dessen Bewegung radial nach innen begrenzt, so daß die Hülse ihre Öffnungsstellung nicht einnehmen kann.

Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, der Dichtring, der zum Abdichten zwischen Innenkanal und Kühlmittelröhrchen sowieso vorgesehen ist, dient jetzt gleichzeitig dazu, die Ven­ tilanordnung in ihrer Schließstellung zu verriegeln, wenn ein Werkzeughalter in die Werkzeugaufnahme eingekuppelt ist.

Solange jedoch kein Werkzeughalter in der Werkzeugaufnahme ist, kann der Dichtring bei einem entsprechenden Druck der Hülse ra­ dial nach innen ausweichen, so daß die Hülse sich soweit axial nach unten bewegen kann, daß die Verbindung zwischen Spülkanal und Sprühbohrung freigegeben wird.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben weiter erkannt, daß mit dieser Maßnahme ein weiterer Vorteil verbunden ist, der die Lebensdauer des Dichtringes sowie die Wirksamkeit der Ab­ dichtung zwischen Spülkanal und Kühlmittelröhrchen betrifft. Bei bestehenden Werkzeugmaschinen ist der Durchmesser des Dichtringes so ausgelegt, daß er sich von selbst eng an den verdickten Kopf des Kühlmittelröhrchens anlegt, um für ein ef­ fizientes Abdichten zu sorgen. Dies bedeutet jedoch, daß der Dichtring beim Einkuppeln des Werkzeughalters jedes Mal aufge­ weitet wird und in axialer Richtung auf der Mantelfläche des verdickten Kopfes des Kühlmittelröhrchens gleitet, wodurch er mechanisch stark belastet wird. Dabei ist zu beachten, daß ein derartiger Werkzeugwechsel im Bereich von einer Sekunde er­ folgt, so daß der Dichtring sozusagen abrupt von dem Kühlmit­ telröhrchen des auszuwechselnden Werkzeughalters heruntergeris­ sen und dann sehr schnell auf das Kühlmittelröhrchen des näch­ sten, einzuwechselnden Werkzeughalters aufgeschoben wird. Diese Dauerbelastung hat zur Folge, daß der Dichtring sehr häufig ausgewechselt werden muß.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Hülse ist es jetzt je­ doch möglich, den Dichtring mit Übermaß auszulegen, so daß er beim Ein- und Auskuppeln eines Werkzeughalters nicht in reiben­ de Verbindung mit der Mantelfläche des Kühlmittelröhrchens ge­ langt. Erst wenn die Innenkühlung eingeschaltet wird, drückt die Hülse den Dichtring radial nach innen, so daß er in dich­ tende Anlage mit dem Kühlmittelröhrchen gelangt.

Erste Versuche in den der Öffentlichkeit nicht zugänglichen Werksräumen der Anmelderin haben ergeben, daß schon bei einem Kühlmitteldruck von 30 bar eine so dichte Anlage zwischen Dichtring und Kühlmittelröhrchen erfolgt, daß dieses von Hand nicht mehr aus dem Spanndorn herausgezogen werden kann.

Damit stellt aber auch eine derartige Konstruktion ohne seitli­ che Sprühbohrung bereits eine erfinderische Bereicherung der Technik dar, die bei der gattungsgemäßen Werkzeugmaschine für sich genommen patentfähig ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung. Es versteht sich, daß die vorstehend ge­ nannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wir in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht und im Längs­ schnitt eine neue Werkzeugmaschine;

Fig. 2 eine vergrößerte, detailgetreuere Darstellung der Werkzeugaufnahme sowie des Spanndornes der Werkzeug­ maschine aus Fig. 1, mit einem im Längsschnitt ge­ zeigten HSK-Werkzeughalter;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Spanndorn der Werk­ zeugmaschine aus Fig. 2 bei abgeschalteter Kühlmit­ telversorgung;

Fig. 4 in einer Darstellung wie Fig. 3 den Spanndorn, je­ doch mit eingeschalteter Kühlmittelversorgung; und

Fig. 5 den Spänndorn in einer Darstellung wie Fig. 4, je­ doch mit in den Spanndorn eingeschobenem Kühlmittel­ röhrchen, das lediglich schematisch gezeigt ist.

In Fig. 1 ist schematisch eine Werkzeugmaschine 10 gezeigt, die ein Spindelgehäuse 11 aufweist, in dem eine Spindel 12 drehbar gelagert ist.

Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt eine Werkzeugwechselvorrichtung 13, die einen an dem Spindelgehäuse 11 höhenverschiebbar ange­ ordneten Wechslerkorb 14 umfaßt, der auch Hülse genannt wird. An dem Wechslerkorb 14 sind mehrere Werkzeugwechsler 15 vorge­ sehen, von denen in Fig. 1 zwei schematisiert dargestellt sind.

Jeder Werkzeugwechsler 15 umfaßt ein Parallelogrammgestänge 16, das eine Greiferhand 17 trägt. In jeder Greiferhand 17 ist ein Werkzeughalter 18 angeordnet, an dem ein Werkzeug 19 befestigt ist, das jeweils nur schematisiert dargestellt ist.

Der in Fig. 1 linke Werkzeugwechsler 15 hat den von ihm getra­ genen Werkzeughalter 18 in dessen Magazinposition hochge­ schwenkt, während der rechte Werkzeugwechsler 15 den von ihm gehaltenen Werkzeughalter 18 unter eine Werkzeugaufnahme 20 ge­ schwenkt hat, die in der Spindel 12 zentrisch vorgesehen ist. Wird jetzt die Hülse 14 in Fig. 1 nach oben geschoben, so ge­ langt der Werkzeughalter 18 in die Werkzeugaufnahme 20 hinein und befindet sich dann in seiner Arbeitsposition.

Bei der insoweit beschriebenen Werkzeugmaschine 10 ist eine In­ nenkühlung 21 vorgesehen, die eine Pumpe 22 umfaßt, die aus ei­ nem Kühlmittelbehälter 23 Kühlmittel durch eine Zuleitung 24 zu der Werkzeugmaschine 10 pumpt. In der Zuleitung 24 ist noch ein Absperrschieber 25 vorgesehen, über den die Innenkühlung 21 eingeschaltet, bzw. ausgeschaltet wird.

An den Absperrschieber 25 schließt sich ein Innenkanal 26 an, der die Spindel 12 zentrisch durchsetzt und unten in einem Spanndorn 27 eines noch näher zu beschreibenden Spannzangen­ systems mündet.

Unter der Werkzeugaufnahme 20 ist an dem dort befindlichen Werkzeughalter 18 noch ein Hohlschaft-Kegel 28 zu erkennen, in den der Spanndorn 27 in ebenfalls noch zu beschreibender, aber an sich bekannter Weise beim Einkuppeln eingreift.

Wird jetzt die Innenkühlung 21 durch Betätigen des Absperr­ schiebers 25 eingeschaltet, so fließt Kühlmittel in Richtung eines Pfeiles 29 durch den Innenkanal 26 und tritt unten aus einer seitlichen Sprühbohrung 30 des Spanndornes 27 aus und wird als Abspülstrahl 31 nach unten reflektiert. Dieser Abspül­ strahl 31 trifft auf den Hohlschaft-Kegel 28 (im folgenden HSK) und sorgt für effektives Reinigen des Werkzeughalters 18 von Spänen und sonstigem, das korrekte Einkuppeln behindernden Ver­ unreinigungen.

Wenn dagegen der Werkzeughalter 18 in die Werkzeugaufnahme 20 eingesetzt ist, fließt das Kühlmittel durch den Innenkanal 26 in eine Bohrung 32, die in einem Kühlmittelröhrchen 33 des HSK- Werkzeughalters 18 vorgesehen ist, und von dort in das Werkzeug 19, das somit durchspült und im Einsatz gekühlt wird. Auf noch zu beschreibende Weise wird bei einem eingekuppelten Werkzeug­ halter 18 verhindert, daß Kühlmittel aus der Sprühbohrung 30 austritt.

Der prinzipielle Aufbau des Spanndornes 27 sowie eines HSK 28 wird jetzt anhand von Fig. 2 erörtert.

Zunächst ist in Fig. 2 unten zu erkennen, daß der HSK 28 einen Innenraum 34 aufweist, in den einerseits das Kühlmittelröhrchen 33 mit seinem verdickten Kopf 35 hineinragt und in dem anderer­ seits eine umlaufende Schulter 36 vorgesehen ist, die von Spannzangen 37 eines Spannzangensystems 38 beim Einkuppeln hin­ tergriffen wird.

Das Spannzangensystem 38 umfaßt in an sich bekannter Weise eine Zugstange 41, auf die der Spanndorn 27 aufgeschraubt ist. Die Spannzangen 37 kommen dabei auf einer Kegelfläche 42 des Spann­ dornes 27 zu liegen und werden radial nach außen gedrückt, wenn die Zugstange 41 den Spanndorn 27 in Fig. 2 nach oben zieht. Durch dieses Spreizen und gleichzeitiges Nachobenziehen der Spannzangen 37 wird der HSK 28 in die Werkzeugaufnahme 20 ein­ gezogen und entsprechend drehfest mit der Spindel 12 gekuppelt.

Der Spanndorn 27 umfaßt einen rohrförmigen Träger 43, in dem eine Konterschraube 44 mit üblichem Rückschlagventil angeordnet ist. Bei auf die Zugstange 41 aufgeschraubtem Spanndorn 27 ist die Konterschraube 44 derart in Anlage mit der Zugstange 41, daß ein Kühlmittelaustritt aus dem Innenkanal 26 in eine in dem Spanndorn 27 vorgesehene Durchgangsbohrung 45 nur dann möglich ist, wenn der Kühlmitteldruck derart groß ist, daß das Rück­ schlagventil in der Konterschraube 44 geöffnet wird.

In Fig. 2 schließt sich innerhalb des Spanndornes 27 unten an die Konterschraube 44 eine axial verschiebliche Hülse 46 an, die einen gestuften Innendurchmesser aufweist und durch eine Überwurfmutter 47 unter Zwischenlage einer Druckfeder 48 in dem Spanndorn 27 gehalten wird.

Die gestufte Durchgangsbohrung 49 nimmt beim Einkuppeln des HSK 28 den verdickten Kopf 35 des Kühlmittelröhrchens 33 auf. Für eine Abdichtung zwischen dem Spanndorn 27 sowie dem Kühlmittel­ röhrchen 33 sorgt dabei ein O-Ring 51, der in noch zu beschrei­ bender Weise zwischen der Hülse 46 sowie der Überwurfmutter 47 eingeklemmt ist.

Außen ist die Hülse 46 von einem Ringraum 52 umgeben, in den auch die bereits aus Fig. 1 bekannte Sprühbohrung 30 mündet. Der Ringraum 52 ist nach unten durch einen Dichtring 53 abge­ dichtet, der in Anlage mit einer Stirnseite der Hülse 46 ist und in der in Fig. 2 gezeigten Stellung eine Fluidverbindung zwischen dem Ringraum 52 sowie einem Spülkanal 54 verhindert. Der Spülkanal 54 durchsetzt den Spanndorn 27 in Längsrichtung und mündet einen Endes in einem Ringraum 55, der das untere En­ de der Zugstange 41 umgibt. Von dem Ringraum 55 führen Bohrun­ gen 56, von denen in Fig. 2 zwei dargestellt sind, in die Kon­ terschraube 44, wo sie unter Umgehung des Rückschlagventiles unmittelbar in Fluidverbindung mit dem Innenkanal 26 stehen.

Der in Fig. 2 gezeigte Schließzustand des durch die Hülse 46 im Zusammenhang mit dem Dichtring 53 gebildeten Ventilanordnung ist vergrößert in Fig. 3 gezeigt.

Dort ist zu erkennen, daß der Ringraum 52 unter Ausbildung ei­ nes Spaltes 57 im Bereich des Dichtringes 53 endet, der genauso wie der durch einen Pfeil 58 angedeutete Kühlmitteldruck auf eine Stirnfläche 61 der Hülse 46 einwirkt.

Mit anderen Worten, durch die Stirnfläche 61 wird mit Hilfe des Dichtringes 53 der Spalt 57 derart verschlossen, daß in dem Spülkanal 54 stehendes Spülmittel nicht in den Ringraum 52 ge­ langen kann. Die Hülse 46 wird bei der Position gemäß Fig. 3 durch die Druckfeder 48 nach oben gedrückt, so daß Kühlmittel nur dann in den Ringraum 52 gelangen kann, wenn der Kühlmittel­ druck groß genug ist, um die Hülse 46 gegen die Kraft der Druckfeder 48 in Fig. 3 nach unten zu bewegen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.

Durch den Kühlmitteldruck längs des Pfeiles 58 wurde die Hülse 46 in Fig. 4 derart nach unten bewegt, daß oberhalb der Stirn­ fläche 61 ein Ringspalt 62 in dem rohrförmigen Träger 43 frei­ gegeben wird. Der Dichtring 53 hat sich dabei soweit nach unten abgesenkt, daß durch den Spalt 57 Kühlmittel in den Ringraum 52 gelangen kann, was durch einen Pfeil 63 in Fig. 4 rechts ange­ deutet ist. Aus dem Ringraum 52 gelangt das Kühlmittel dann in die Sprühbohrung 30. Es sei noch erwähnt, daß in den Figuren zwar nur eine Sprühbohrung gezeigt ist, daß aber selbstver­ ständlich umfänglich gleichmäßig verteilt mehrere Sprühbohrun­ gen 30 in dem Spanndorn 27 vorgesehen sein können.

Jede Sprühbohrung 30 schneidet mit ihrer Längsachse eine bei 65 angedeutete Spindelachse, die mit der Längsachse des Spanndor­ nes 27 zusammenfällt, unter einem bei 64 angedeuteten Winkel, der zwischen 65° und 85° liegt, vorzugsweise ca. 75° beträgt.

Durch diese geneigte Anordnung der Sprühbohrung 30 trifft ein bei 66 angedeuteter, aus der Sprühbohrung 30 austretender Sprühstrahl auf eine bei 67 angedeutete Innenwand der schema­ tisch dargestellten Werkzeugaufnahme 20 und wird als Abspül­ strahl 31 nach unten reflektiert, wie es besonders gut in Fig. 1 erkennbar ist.

Die Hülse 46 befindet sich in Fig. 4 in ihrer axial unteren Po­ sition, wobei sie über ihre Keilfläche 68 den O-Ring 51, der sich unten auf einer Keilfläche 69 abstützt, die an der Über­ wurfmutter 47 vorgesehen ist, radial nach innen gedrückt hat.

Wenn der Kühlmitteldruck jetzt verringert wird, wird die Hülse 46 durch die Druckfeder 48 und teilweise auch durch den sich wieder nach außen bewegenden O-Ring 51 in Fig. 4 nach oben ge­ drückt, so daß der Spalt 57 wieder durch den Dichtring 53 ver­ schlossen wird. Wird jetzt ein Werkzeughalter in die Werkzeug­ aufnahme eingeführt, gelangt das Kühlmittelröhrchen 33 mit sei­ nem verdickten Kopf 35 in die gestufte Durchgangsbohrung 49, wie es in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Wenn jetzt erneut bei 58 ein Kühlmitteldruck auf die Stirnfläche 61 der Hülse 46 ausgeübt wird, verklemmt sich der O-Ring 51 zwischen der Keilfläche 68, der Keilfläche 69 sowie der Mantelfläche des verdickten Kopfes 35 des Kühlmittelröhrchens 33. Der O-Ring 51 kann in Fig. 5 nicht radial nach innen ausweichen, so daß die Hülse 46 sich nicht axial nach unten bewegen kann, der Dichtring 53 verschließt also selbst bei anstehendem Kühlmit­ teldruck den Spalt 57, so daß kein Sprühstrahl abgegeben werden kann.

Der Kühlmitteldruck wird jetzt soweit erhöht, daß das Rück­ schlagventil in der Konterschraube 44 öffnet, so das in Rich­ tung des Pfeiles 29 Kühlmittel durch das Kühlmittelröhrchen 33 in das gehaltene Werkzeug gelangt. Der auf die Stirnfläche 61 ausgeübte Druck ist dabei so groß, daß der O-Ring 51 sich dich­ tend an das Kühlmittelröhrchen 33 anlegt, obwohl er unbelastet einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außen­ durchmesser des verdickten Kopfes 35. Dieser Andruck des O-Ringes 51 ist derart groß, daß das Kühlmittelröhrchen 33 in Fig. 5 nicht nach unten aus dem Spanndorn 27 herausgezogen wer­ den könnte.

Es sei noch erwähnt, daß zur Abgabe eines Sprühstrahles, wie es in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, der Kühlmitteldruck unterhalb des Öffnungsdruckes des Rückschlagventiles in der Konterschrau­ be 44 bleibt, so daß Kühlmittel lediglich durch die Sprühboh­ rung 30 austreten kann.

Claims (21)

1. Werkzeugmaschine, die eine Spindel (12) mit einer Werk­ zeugaufnahme (20) für Werkzeughalter (18) aufweist, die über Spannmittel in die Werkzeugaufnahme (20) eingezogen und drehfest mit der Spindel (12) gekuppelt werden, wobei ein Kopfstück der Spannmittel zur Verbindung eines die Spindel (12) längs durchsetzenden Innenkanales (26) mit einer in dem Werkzeughalter (18) vorgesehenen Bohrung (32) vorgesehen ist, derart, daß Kühlmittel über den Innenkanal (26) in die Bohrung (32) und von dort in ein von dem Werk­ zeughalter (18) gehaltenes Werkzeug (19) zu dessen Durch­ spülung gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopfstück zumindest ei­ ne seitlich abgehende Sprühbohrung (30) vorgesehen ist, die mit dem Innenkanal (26) derart in Verbindung steht, daß ein Kühlmittel-Sprühstrahl (66) in die Werkzeugaufnah­ me (20) abgebbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel ein Spannzangensystem (38) für Hohl­ schaftkegel-Werkzeughalter (28, 18) und das Kopfstück ein vorne an einer Zugstange (41) befestigter Spanndorn (27) ist, in dessen Durchgangsbohrung (49) bei eingekuppeltem Hohlschaftkegel-Werkzeughalter (18, 28) ein Kühlmittel­ röhrchen (33) eingreift.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Ventilanordnung zur gesteuerten Abgabe eines Kühlmittel-Sprühstrahles (66) vorgesehen ist.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung an dem Kopfstück angeordnet ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilanordnung sich bei anstehendem Kühlmitteldruck selbsttätig öffnet und bei eingekuppeltem Werkzeughalter (18) in ihrer Schließstellung verriegelt ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück einen Spülkanal (54) aufweist, der einen Endes mit dem Innenkanal (26) und an­ deren Endes über eine Ventilanordnung mit der Sprühbohrung (30) verbunden ist.

7. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung eine längs verschiebliche Hülse (46) umfaßt, die in Abhängigkeit von ihrer axialen Lage eine Verbindung (57) zwischen dem Spülkanal (54) und der Sprühbohrung (30) öffnet, bzw. schließt.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) eine mit dem Spülkanal (54) in Verbin­ dung stehende Stirnseite (61) aufweist und an ihrem gegen­ überliegenden Ende federbelastet in ihre Schließstellung vorgespannt ist.

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse mit einem in der Durchgangsbohrung (49) angeordneten Dichtring (51) in Anlage ist, der sich auf einem Widerlager an dem Kopfstück derart abstützt, daß er durch eine axiale Längsbewegung der Hülse (46) beim Öffnen der Ventilanordnung radial nach innen gedrückt wird, wenn die Hülse (46) mit Kühlmittel beaufschlagt wird.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (51) bei eingekuppeltem Werkzeughalter (18) auf dem Kühlmittelröhrchen (33) zu liegen kommt, das dessen Bewegung radial nach innen begrenzt, so daß die Hülse (46) ihre Öffnungsstellung nicht einnehmen kann.

11. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sprühbohrung (30) mit einer Längsachse (65) des Kopfstückes einen Winkel (64) ein­ schließt, der kleiner als 90° ist, vorzugsweise zwischen 65° und 85° liegt, vorzugsweise ca. 75° beträgt, derart, daß der Kühlmittel-Sprühstrahl (66) schräg nach unten wei­ send auf eine Innenwand (67) der Werkzeugaufnahme (20) trifft und dort derart reflektiert wird, daß er nach unten aus der Werkzeugaufnahme (20) als Abspülstrahl (30) aus­ tritt.

12. Kopfstück für Spannmittel einer Werkzeugmaschine (10), die eine Spindel (12) mit einer Werkzeugaufnahme (20) für Werkzeughalter (18) aufweist, die über die Spannmittel in die Werkzeugaufnahme (20) eingezogen und drehfest mit der Spindel gekuppelt werden, wobei das Kopfstück zur Verbin­ dung eines die Spindel (12) längs durchsetzenden Innenka­ nals (26) mit einer in dem Werkzeughalter (18) vorgesehe­ nen Bohrung (32) vorgesehen ist, derart, daß Kühlmittel über den Innenkanal (26) in die Bohrung (32) und von dort in ein von dem Werkzeughalter (18) gehaltenes Werkzeug (19) zu dessen Durchspülung gelangen kann, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopfstück zumindest ei­ ne seitlich abgehende Sprühbohrung (30) vorgesehen ist, die mit dem Innenkanal (26) derart in Verbindung steht, daß ein Kühlmittel-Sprühstrahl (66) in die Werkzeugaufnah­ me (20) abgebbar ist.

13. Kopfstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel ein Spannzangensystem (38) für Hohlschaft­ kegel-Werkzeughalter (28, 18) und das Kopfstück ein vorne an einer Zugstange (41) befestigter Spanndorn (27) ist, in dessen Durchgangsbohrung (49) bei eingekuppeltem Hohl­ schaftkegel-Werkzeughalter (18, 28) ein Kühlmittelröhrchen (33) eingreift.

14. Kopfstück nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Ventilanordnung zur gesteuerten Abgabe eines Kühlmittel-Sprühstrahles (66) vorgesehen ist.

15. Kopfstück nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung in dem Kopfstück angeordnet ist.

16. Kopfstück nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventilanordnung sich bei anstehendem Kühlmit­ teldruck selbsttätig öffnet und bei eingekuppeltem Werk­ zeughalter (18) in ihrer Schließstellung verriegelt ist.

17. Kopfstück nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück einen Spülkanal (54) aufweist, der einen En­ des mit dem Innenkanal (26) und anderen Endes über eine Ventilanordnung mit der Sprühbohrung (30) verbunden ist.

18. Kopfstück nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung eine längs verschiebliche Hülse (46) umfaßt, die in Abhängigkeit von ihrer axialen Lage eine Verbindung (57) zwischen dem Spülkanal (54) und der Sprüh­ bohrung (30) öffnet, bzw. schließt.

19. Kopfstück nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (46) eine mit dem Spülkanal (54) in Verbindung stehende Stirnseite (61) aufweist und an ihrem gegenüber­ liegenden Ende federbelastet in ihre Schließstellung vor­ gespannt ist.

20. Kopfstück nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hülse mit einem in der Durchgangsbohrung (49) angeordneten Dichtring (51) in Anlage ist, der sich auf einem Widerlager an dem Kopfstück derart abstützt, daß er durch eine axiale Längsbewegung der Hülse (46) beim Öffnen der Ventilanordnung radial nach innen gedrückt wird, wenn die Hülse (46) mit Kühlmittel beaufschlagt wird.

21. Kopfstück nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sprühbohrung (30) mit einer Längs­ achse (65) des Kopfstückes einen Winkel (64) einschließt, der kleiner als 90° ist, vorzugsweise zwischen 65° und 85° liegt, vorzugsweise ca. 75° beträgt, derart, daß der Kühl­ mittel-Sprühstrahl (66) schräg nach unten weisend auf eine Innenwand (67) der Werkzeugaufnahme (20) trifft und dort derart reflektiert wird, daß er nach unten aus der Werk­ zeugaufnahme (20) als Abspülstrahl (30) austritt.