DE19961451B4

DE19961451B4 - Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter

Info

Publication number: DE19961451B4
Application number: DE19961451A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: DE19961451B8; DE19961451A1; DE19961451C5

Abstract

Spannvorrichtung zum gleichachsigen Einspannen eines Werkzeughalters (5) an einer um eine Drehachse (1) rotierenden Maschinenspindel (3), insbesondere einer Auswuchtmaschine, umfassend: – einen mit der Maschinenspindel (3) zu verbindenden Grundkörper (11) mit einer zur Drehachse (1) zentrischen Aufnahmeöffnung (13) für einen von einem Stirnende des Grundkörpers (11) her axial einsteckbaren Kupplungsschaft (7) des Werkzeughalters (5), – den Kupplungsschaft (7) radial und gegebenenfalls axial stützende Zentriermittel (15, 17) an dem Grundkörper (11), die eine den Kupplungsschaft (7) zentrisch umschließende, im wesentlichen quer zu dessen äußerer Mantelfläche federnde oder gegen Federkraft auslenkbare Stützflächenanordnung (17) sowie in axialem oder/und, radialen Abstand zu der federnden Stützflächenanordnung (17) eine weitere, zur Drehachse (1) zentrische Stützflächenanordnung (15) umfassen und – Haltemittel (31, 33), die den Kupplungsschaft (7) während der Rotation der Maschinenspindel (3) an dem Grundkörper (11) axial fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde oder gegen Federkraft auslenkbare Stützflächenanordnung (17) an dem...

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum gleichachsigen Einspannen eines Werkzeughalters an einer um eine Drehachse rotierenden Maschinenspindel insbesondere einer Auswuchtmaschine, sowie einen Adapter für eine solche Spannvorrichtung und ferner eine Auswuchtmaschine mit einer solchen Spannvorrichtung.
Da rotierende Werkzeuge, beispielsweise Bohrer, Fräser oder Schleifwerkzeuge in modernen Bearbeitungsmaschinen vielfach mit sehr hoher Drehzahl, beispielsweise 10.000 bis 20.000 Umdrehungen pro Minute, rotieren, müssen sie in Auswuchtmaschine präzise ausgewuchtet werden. Die Werkzeuge haben üblicherweise einen Kupplungsschaft in Form eines Steilkegelschafts oder eines Hohlsteilkegelschafts (HSK-Schafts) oder sind in einen solchen Schaft eingesetzt. Die Auswuchtmaschine hat ihrerseits an ihrer rotierenden Maschinenspindel eine zur Drehachse zentrische Aufnahmeöffnung, in die von einem Stirnende her der Kupplungsschaft des Werkzeughalters axial einsteckbar ist. Die Aufnahmeöffnung ist zumeist an einem als auswechselbarer Adapter ausgebildeten Grundkörper vorgesehen, um die Auswuchtmaschine an unterschiedliche Typen von Kupplungsschäften der Werkzeughalter anpassen zu können. Der Grundkörper kann jedoch auch durch die Maschinenspindel selbst realisiert sein. An dem Grundkörper sind Zentriermittel, beispielsweise in Form von komplementär zum Aussenmantel des Kupplungsschafts geformten Stützflächen vorgesehen, die den Kupplungsschaft radial und gegebenenfalls axial stützen. Ferner weist die Auswuchtmaschine Haltemittel, beispielsweise in Form von Zangen oder dergleichen auf, die den in die Aufnahmeöffnung eingesetzten Werkzeughalter während des Auswuchtbetriebs in Kontakt mit den Stützflächen des Grundkörpers halten.
Eine solche Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter ist aus DE 41 10 857 A1 bekannt. In einer als Grundkörper dienenden Maschinenspindel ist eine zur Drehachse zentrische Aufnahmeöffnung für einen vom Stirnende der Maschinenspindel her axial einsteckbaren Kupplungsschaft des Werkzeughalters vorgesehen. Der Kupplungsschaft ist durch Konusringe radial an dem Grundkörper abgestützt und zentriert. Eine zangenförmige Verriegelungsvorrichtung hält den Kupplungsschaft während der Rotation der Maschinenspindel an dem Grundkörper. Die Konusringe sind mehrfach axial geschlitzt und damit federnd verformbar ausgeführt.
Der Werkzeughalter muss in dem Adapter der Auswuchtmaschine sehr genau zentriert werden, wenn die Unwucht des Werkzeughalters genau und vor allem wiederholbar gemessen werden soll. Bisher wurde die Zentrierung des Werkzeughalters durch eine hochgenaue Fertigung des Adapters erreicht. Eine solche Fertigung ist einerseits aufwendig und ermöglicht die erwünschte Zentriergenauigkeit andererseits nur dann, wenn auch der Werkzeughalter entsprechend genau gefertigt wurde. Da die Auswuchtmaschine universell, insbesondere auch bei Werkzeughaltern unterschiedlichster Hersteller eingesetzt werden soll, ist exakt auf die Präzision des Adapters abgestimmte Fertigung der Werkzeughalter nicht immer gewährleistet, insbesondere wenn der Fertigung des Werkzeughalters zu grosse oder in ihrer Richtung abweichende Toleranzen zugrunde liegen. Auch kann der Kupplungsschaft des Werkzeughalters Schadstellen haben, die die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Unwuchtmessung beeinträchtigen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine insbesondere für eine Auswuchtmaschine geeignete Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter zu schaffen, die einfacher als bisher gefertigt werden kann und dennoch den Werkzeughalter präzise zentrieren kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Spannvorrichtung zum gleichachsigen Einspannen eines Werkzeughalters an einer um eine Drehachse rotierenden Maschinenspindel, insbesondere einer Auswuchtmaschine, umfasst:
einen mit der Maschinenspindel zu verbindenden Grundkörper mit einer zur Drehachse zentrischen Aufnahmeöffnung für einen von einem Stirnende des Grundkörpers her axial einsteckbaren Kupplungsschaft des Werkzeughalters,
den Kupplungsschaft radial und gegebenenfalls axial stützenden Zentriermittel an dem Grundkörper,
Haltemittel, die den Kupplungsschaft während der Rotation der Maschinenspindel an dem Grundkörper axial fixieren,
wobei, die Zentriermittel wenigstens eine den Kupplungsschaft zentrisch umschließende, im wesentlichen quer zu dessen äußerer Mantelfläche federnde oder gegen Federkraft auslenkbare Stützflächenanordnung umfassen.
Zumindest ein Teil der für die exakte Zentrierung verantwortlichen, dem Grundkörper zuzuordnenden Stützflächen ist quer zu der zu zentrierenden äußeren Mantelfläche des Kupplungsschafts federnd beweglich angeordnet. Derartige Stützflächen können einerseits präzise gefertigt werden, sind aber andererseits in der Lage, auch größere Toleranzen zwischen dem Kupplungsschaft und dem Grundkörper auszugleichen und damit die Genauigkeit der Zentrierung zu verbessern. Die federnden Stützflächen können auch Schadstellen, die die Zentrierung beeinflussen, ausgleichen. Darüber hinaus sind derartige Zentriermittel weniger schmutzempfindlich und die von den Haltemitteln beim Einziehen des Werkzeughalters in die Zentrierstellung aufzubringenden Einzugskräfte sind vergleichsweise gering.
Die Zentriermittel umfassen im axialen oder/und radialen Abstand zu der federnden Stützflächenanordnung eine weitere zur Drehachse zentrische Stützflächenanordnung, die aber relativ zum Grundkörper starr ist. Da der Kupplungsschaft ausschließlich an der federnden Stützflächenanordnung und der starren Stützflächenanordnung zentriert ist, lässt sich eine mit hoher Genauigkeit axial vorgegebene Positionierung und radiale Zentrierung erreichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die federnde Stützflächenanordnung mehrere in Umfangsrichtung verteilt und im Abstand voneinander angeordnete, quer zur Mantelfläche des Kupplungsschaft federnde Stützflächensegmente, bevorzugt in Form radial federnder Zungen, deren Fussbereiche miteinander fest verbunden sind. Derartige Zungen können integral an dem Grundkörper ohne grösseren Herstellungsaufwand angeformt sein. Um die Zungen gegebenenfalls aus einem vom Material des Grundkörpers abweichenden Material herstellen zu können oder gegebenenfalls auswechseln zu können, ist aber bevorzugt vorgesehen, dass die Zungen im wesentlichen in Richtung der Drehachse von einem am Grundkörper gehaltenen Basisring abstehen, also zusammen mit dem Basisring ein vom Grundkörper separierbares Bauteil bilden.
In der vorstehend erläuterten Ausgestaltung sorgen die Zungen aufgrund ihrer Biegeelastizität inhärent für die Federeigenschaften. Durch geeignete Formgebung des Zungenquerschnittverlaufs können die Federeigenschaften der Zungen gezielt beeinflusst werden. In einer Variante der federnden Stützflächenanordnung, die gleichfalls von der Idee segmentierter Stützflächen Gebrauch macht, ist vorgesehen, dass die federnde Stützflächenanordnung in Umfangsrichtung des Kupplungsschafts verteilt angeordnet mehrere Druckkörper umfasst, die in Axiallängsschnittebenen schräg oder quer zur äusseren Mantelfläche des Kupplungsschafts verschiebbar an dem Grundkörper geführt und zur Mantelfläche des Kupplungsschafts hin federnd vorgespannt sind. Bei dem Druckkörper kann es sich um schräg zur Mantelfläche an einer Führungsfläche des Grundkörpers abrollbare Rollkörper, insbesondere Kugeln handeln. Derartige Rollkörper können jeweils für sich von einzeln zugeordneten Federn vorgespannt sein; sie können aber auch gemeinsam in einem in Richtung der Drehachse verschiebbaren, den Kupplungsschaft umschliessenden Führungskäfig geführt sein, der dann seinerseits federbelastet ist und bei seiner Verschiebung die Rollkörper mitnimmt. Die Druckkörper können aber auch in quer zur Mantelfläche des Kupplungsschafts verlaufenden Führungslöchern insbesondere des Grundkörpers verschiebbar geführt sein und vorzugsweise jeweils einzeln durch zugeordnete Federn vorgespannt sein. Um ein Verschmutzen der Druckkörper bzw. der Führungslöcher zu verhindern, können die Führungslöcher als durch eine flexible Membran zur Aufnahmeöffnung hin verschlossene Sacklöcher ausgebildet sein. Die Membran kann zusätzlich an dem Grundkörper angebracht sein, ist aber bevorzugt integral an diesem angeformt. Um hinreichend grosse Druckkräfte auch bei geringerer Federkraft auszüben zu können, haben die Druckkörper der Drehachse zugewandt bevorzugt ballige Stirnenden.
Anstelle von separat den Stützflächensegmenten zugeordneten Federungsmitteln kann in einer weiteren bevorzugten Variante vorgesehen sein, dass die radial federnde Stützflächenanordnung einen radial elastischen, am Grundkörper gehaltenen Stützring aufweist, der den Kupplungsschaft zur Drehachse zentrisch umschliesst und an seinem Innenmantel eine ringförmig geschlossene Stützfläche oder mehrere in Umfangsrichtung verteilt und im Abstand voneinander angeordnete Stützflächensegmente aufweist. In dieser Variante sorgt der bevorzugt als geschlossener Ring ausgebildete Stützring für radial federnde Zentrierkräfte.
Soweit der Stützring die Zentrierkräfte über Stützflächensegmente auf den Aussenmantel des Kupplungsschafts überträgt, kann vorgesehen sein, dass die Stützflächensegmente an radial nach innen vorstehenden, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen des Stützrings vorgesehen sind, wobei der Stützring in Umfangsrichtung zwischen den Vorsprüngen biegeelastisch ist und in radialem Abstand zur Mantelfläche des Kupplungsschafts verläuft. Die zwischen den Vorsprüngen sich erstreckenden Stützringsegmente positionieren die Vorsprünge und deren Stützflächensegmente in Umfangsrichtung präzise relativ zueinander. Die Stützflächensegmente liegen bei noch nicht eingestecktem Werkzeughalter auf einem Durchmesserkreis, der kleiner ist als der Durchmesser des Kupplungsschafts an der zu stützenden Stelle. Beim Einstecken des Kupplungsschafts in den Stützring werden die Stützflächensegmente federnd nach radial aussen gedrängt. Um den Stützring am Grundkörper zu positionieren, ist in axialem Abstand zu den Vorsprüngen ein am Grundkörper zu fixierender Basisring vorgesehen. Die Elastizitätseigenschaften des den axialen Abstand zwischen den Vorsprüngen und dem Basisring überbrückenden Stützringbereichs sorgen für die radiale Beweglichkeit der Vorsprünge relativ zum Basisring.
Bei dem Stützring kann es sich aber auch um einen in Umfangsrichtung gewellten Wellring handeln, dessen zur Drehachse hin vorstehende Wellenabschnitte die Stützflächensegmente bilden. Ein solcher Stützring kann im Abstand von den zur Drehachse hin vorstehenden Wellenabschnitten Bereiche aufweisen, mittels der er an dem Grundkörper gehalten werden kann. Bei diesen Bereichen kann es sich um eine axiale Verlängerung des Wellrings handeln, insbesondere wenn zumindest die axiale Verlängerung des Wellrings in einer zur Drehachse zentrischen Erweiterung der Aufnahmeöffnung des Grundkörpers angeordnet und der Wellring hier mit seinen hier von der Drehachse weg vorstehenden Wellenabschnitten in der Erweiterung gehalten ist. Es versteht sich, dass die von der Drehachse weg vorstehenden Wellenabschnitte nicht in jedem Fall auf einer axialen Verlängerung des Wellrings angeordnet sein müssen, sondern auch zusammen mit den zur Drehachse hin vorstehenden Wellenabschnitten in einer gemeinsamen Ringebene liegen können.
Die vorstehend erläuterten Varianten haben in erster Linie segmentierte Stützflächenanordnungen. In einer Variante mit einer ringförmig geschlossenen Stützfläche kann vorgesehen sein, dass diese ringförmig geschlossene Stützfläche im Bereich eines ersten axialen Endbereichs des Stützrings angeordnet ist, während der axial gegenüberliegende Endbereich des radial elastischen Stützrings an einem seinerseits am Grundkörper gehaltenen Basisring gehalten ist. Der Basisring und der Stützring können integral miteinander verbunden sein und lediglich durch eine von dem erstgenannten axialen Endbereich des Stützrings her eingesenkte Ringnut voneinander getrennt sein. Da der Stützring und der Basisring in dieser Ausgestaltung koaxial ineinander angeordnet sind, ist der axial benötigte Bauraum besonders klein, was insbesondere für Hohlsteilkegelschäfte von Vorteil ist.
Als günstig, insbesondere bei segmentierten Stützflächenanordnungen hat es sich erwiesen, wenn in Umfangsrichtung eine gerade Anzahl gleichabständig verteilter Stützflächensegmente vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass bei Unwuchtmessungen mit um 180° winkelverdreht eingesetzten Werkzeughaltern die Stützflächensegmente in beiden Messpositionen identische Mantelbereiche des Kupplungsschafts kontaktieren. Messfehler aufgrund wechselnder Kontaktpositionen werden auf diese Weise vermieden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 einen Axiallängsschnitt durch eine Werkzeughalter-Spannvorrichtung einer Auswuchtmaschine;
2 eine Draufsicht auf einen radial federnden Zentrierring der Spannvorrichtung nach 1;
3 einen Axiallängsschnitt durch eine Variante der Spannvorrichtung nach 1;
4 einen Axiallängsschnitt durch eine zweite Variante der Spannvorrichtung;
5 einen Axiallängsschnitt durch eine dritte Variante der Spannvorrichtung;
6 einen Axiallängsschnitt durch eine vierte Variante der Spannvorrichtung;
7 einen Axialquerschnitt durch die Spannvorrichtung, gesehen entlang einer Linie VII-VII in 6;
8 einen Axiallängsschnitt durch eine fünfte Variante der Spannvorrichtung, gesehen entlang einer Linie VIII-VIII in 9;
9 einen Axialquerschnitt durch die Spannvorrichtung, gesehen entlang einer Linie IX-IX in 8;
10 einen Axiallängsschnitt durch eine sechste Variante der Spannvorrichtung;
11 einen Axiallängsschnitt durch eine siebte Variante der Spannvorrichtung;
12 einen Axiallängsschnitt durch eine achte Variante der Spannvorrichtung; und
13 einen Axiallängsschnitt durch eine neunte Variante der Spannvorrichtung.
1 zeigt eine um eine Drehachse 1 rotierend angetriebene Maschinenspindel 3 einer Auswuchtmaschine, mit deren Hilfe in herkömmlicher Weise in einer oder mehreren Auswuchtebenen die Unwucht eines bei 5 angedeuteten Werkzeughalters der Grösse und Winkelposition nach gemessen werden kann. Der Werkzeughalter 5, der in seiner zugehörigen Bearbeitungsmaschine gleichfalls um die Drehachse 1 rotiert, hat einen Kupplungsschaft 7, hier in Form eines Steilkegelschafts, an dem bei 9 angedeutet ein rotierendes Werkzeug, beispielsweise ein Bohrer, ein Fräser oder ein Schleifwerkzeug befestigt ist. Der Werkzeughalter 5, der in der Bearbeitungsmaschine mit vergleichsweise hoher Drehzahl von bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute rotiert, ist der Werkzeughalter 5 in der Auswuchtmaschine während der Unwuchtmessung einer niedrigeren Drehzahl von beispielsweise 1000 bis 2000 Umdrehungen pro Minute ausgesetzt. Die Grösse und Winkellage der Unwucht wird auf einem Display der Auswuchtmaschine angezeigt.
Der Kupplungsschaft 7 des Werkzeughalters 5 sitzt in einem auswechselbar am Stirnende der Maschinenspindel 3 gehaltenen, beispielsweise angeschraubten Adapter, dessen Grundkörper 11 eine der Form des Aussenmantels des Kupplungsschafts 7 angepasste, hier hohfkonusförmige, zur Drehachse 1 zentrische Aufnahmeöffnung 13 hat, in die der Kupplungsschaft 7 vom freien Ende der Maschinenspindel 3 her axial einsteckbar ist. Im durchmesserkleineren Bereich der Aufnahmeöffnung 13 ist eine ringförmig die Drehachse 1 umschliessende starre Stützflächenanordnung 15 an dem Grundkörper 11 vorgesehen, hier integral in Form einer seinerseits konischen oder gegebenenfalls balligen, die Aufnahmeöffnung 13 verengenden Einschnürung vorgesehen, die bei in die Aufnahmeöffnung 13 eingestecktem Kupplungsschaft 7 an dessen Aussenmantel anliegt.
Im axialen Abstand von dieser starren Stützfläche 15 ist im durchmessergrösseren Bereich der Aufnahmeöffnung 13 eine quer zum Mantel des Kupplungsschafts 7 und damit im wesentlichen radial zur Drehachse 1 federnde Stützflächenanordnung 17 in Form eines federnden Zentrierzungenrings vorgesehen. Der Zentrierzungenring 17 hat einen im Presssitz in einer zur Drehachse 1 zentrischen Erweiterung 19 des Grundkörpers 11 sitzenden Basisring 21, von dem in Umfangsrichtung verteilt eine gerade Anzahl radial federnder Zungen 23 im wesentlichen axial absteht. Die Zungen 23 sind, wie am besten 2 zeigt, durch axiale Schlitze 25 voneinander getrennt, so dass sie einzeln radial nachgeben können, und haben in axialem Abstand von dem Basisring 21 konusabschnittförmige oder ballige Stützflächensegmente 27, mit welchen sie entsprechend ihrer Form flächig oder linienförmig am Aussenmantel des Kupplungsschafts 7 federnd vorgespannt anliegen. Die Zungen 23 sind durch radial innen oder/und radial aussen umlaufende, nutförmige Materialschwächungen 29 lokal verengt, um gezielte Federungseigenschaften der Zungen 23 zu erreichen.
Der Kupplungsschaft 7 des Werkzeughalters 5 wird in dem Grundkörper 11 ausschliesslich durch die Stützflächen der Verengung 15 einerseits und des Zentrierzungenrings 17 andererseits zentriert. Im übrigen verläuft die Aufnahmeöffnung 13 in radialem Abstand zum Kupplungsschaft 7.
Um den Werkzeughalter 5 für den Messbetrieb in die Aufnahmeöffnung 13 einzuziehen und während des Messbetriebs an der Maschinenspindel 3 axial zu fixieren, ist am freien Ende des Kupplungsschafts 7 ein Kopf 31 angeordnet, der von einer axial beweglichen Spannzange 33 mit radial zustellbaren Haken 35 hintergriffen und axial gegen die Stützflächenanordnungen 15, 17 gezogen wird. Im axial in den Grundkörper 11 eingezogenen und damit axial positionierten Zustand wird der Werkzeughalter 5 an den Stutzflachenanordnung 15, 17 radial zentriert, wobei die federnde Stützflächenanordnung 17 Masstoleranzen zwischen dem Grundkörper 11 und dem Kupplungsschaft 7 ausgleicht. Die von der Spannzange 33 aufzubringenden Einzugkräfte sind, da die Zungen 23 nachgiebig sind, vergleichsweise klein.
Im folgenden werden Varianten der Spannvorrichtung erläutert. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der 1 und 2 bezeichnet und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die jeweils vorangegangene bzw. nachfolgende Beschreibung Bezug genommen.
Die Spannvorrichtung der 3 unterscheidet sich von der Spannvorrichtung der 1 und 2 im wesentlichen nur dadurch, dass die starre Stützflächenanordnung 15a, die wiederum die Form einer ringförmigen Verengung der Aufnahmeöffnung 13a hat, am durchmessergrösseren Ende der Aufnahmeöffnung 13a angeordnet ist, während die als Zentrierzungenring ausgebildete, federnde, segmentierte Stützflächenanordnung 17a am durchmesserkleineren Ende der Aufnahmeöffnung 13a vorgesehen ist. Der Zentrierzungenring hat wiederum einen in einer Erweiterung 19a des Grundkörpers 11a im Presssitz gehaltenen Basisring 21a und ist mit axial abstehenden, radial federnden Zungen 23a versehen, die sich jedoch hier entsprechend dem Anbringungsort konusförmig aufeinander zu erstrecken, während die Zungen 23 des Zentrierzungenrings 17 aus 1 dem Steilkegelwinkel entsprechend voneinander weg geneigt sind.
4 zeigt eine Variante einer Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter 5b mit einem als Hohlsteilkegel ausgebildeten Kupplungsschaft 7b. Während die radial federnde, am Aussenmantel des Kupplungsschafts 7b angreifende, wiederum dem Zentrierzungenring der 1 und 3 entsprechende, segmentierte Stützflächenanordnung 15b mit den Stützflächensegmenten 27b ihrer axial vom Basisring 21b abstehenden, einzeln federnden Zungen 23b am Aussenmantel des Kupplungsschafts 7b federnd anliegt, ist die starre Stützflächenanordnung als achsnormale Planfläche 15b ausgebildet und liegt mit axialem und radialem Abstand zu den Stützflächensegmente 27b an einer komplementären, achsnormalen Planfläche des Werkzeughalters 5b an. Die Spannzangenanordnung 33b greift in den Hohlraum des Kupplungsschafts 7b ein und hintergreift mit ihren Haken 35b eine nach radial innen vorspringende Ringschulter 31b des Werkzeughalters 5b.
5 zeigt eine Variante der Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter 5c mit einem als Steilkegelschaft ausgebildeten Kupplungsschaft 7c, die sich von der Ausführungsform nach 1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die durch radial federnde, axial sich erstreckende Zungen 23c gebildete federnde Stützflächenanordnung 17c nicht als vom Grundkörper 11c gesonderter Zentrierzungenring ausgebildet ist, sondern integral am freien Stirnende des Grundkörpers 11c angeformt sind. Auch hier sind die einzelnen Zungen 23c durch nicht näher dargestellte axial verlaufende Schlitze ähnlich den Schlitzen 25 voneinander getrennt und können, wenngleich dies in 5 nicht dargestellt ist, umlaufende Materialschwächungen zur Beeinflussung der Federeigenschaften der Zungen 23c haben. Der Basisring 21 kann, wie dies in 5 dargestellt ist, als integraler Absatz des Grundkörpers 11c vorhanden sein; er kann aber auch gegebenenfalls entfallen. Integral an dem Grundkörper angeformte, federnde Zungen können auch zur Zentrierung von Hohlsteilkegelschäften eingesetzt werden.
Bei den vorangegangen erläuterten Varianten sind die Stützflächensegmente an einzeln quer zur Mantelfläche des Kupplungsschafts federn auslenkbaren Zungen vorgesehen. Die 6 und 7 zeigen eine Variante einer Spannvorrichtung, die sich von der Spannvorrichtung der 1 in erster Linie dadurch unterscheidet, dass die Stützflächensegmente 27d der federnden Stützflächenanordnung 17d an Vorsprüngen 37 am Innenumfang eines geschlossenen, in seiner Wand biegeelastischen Rings 39 vorgesehen sind. Der biegeelastische Ring 37 steht axial von einem steifen Basisring 21d ab, der wiederum in einer Erweiterung 19d der Aufnahmeöffnung 13d des Grundkörpers 11d im Presssitz gehalten ist. Die Stützflächensegmente 27d liegen bei noch nicht eingesetztem Werkzeughalter 5d auf einem Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des für die Anlage der Stützflächensegmente 27d bestimmte Durchmesser des Kupplungsschafts 7d. Beim Einsetzen des Kupplungsschafts 7d werden, wie 7 zeigt, die Vorsprünge 37 radial voneinander weg gezwängt, wobei sich die zwischen den Vorsprüngen 37 mit radialem Abstand zum Kupplungsschaft 7d erstreckenden Wandbereiche 41 des Rings 39 biegeelastisch federnd nach radial innen einziehen. Um eine Ausgleichsbiegung zum Basisring 21d zuzulassen, enden die Vorsprünge 37 mit axialem Abstand zum Basisring 21d. Die Stützflächenanordnung 17d kann an die Stelle sämtlicher vorangegangen erläuterter Zentrierzungenringe treten.
Eine weitere Ausführungsform mit einem ringförmig geschlossenen, gleichfalls radial elastischen Zentrierring 17e ist in den 8 und 9 dargestellt. Auch der Zentrierring 17e schützt den Kupplungsschaft 7e an mehreren, in Umfangsrichtung verteilten Stützflächensegmenten 27e und ist alternativ an Stelle der in den 1 bis 5 dargestellten Stützflächenanordnungen mit radial federnden Zungen einsetzbar.
In der Ausführungsform der 8 und 9 ist die federnde Stützflächenanordnung als radial federnder, in Umfangsrichtung geschlossener Wellring 39e ausgebildet, dessen zur Drehachse 1e hin vorstehende Wellenabschnitte 43 die am Kupplungsschaft 7e anliegenden Stützflächensegmente 27e bilden. Mit seinen von der Drehachse 1e weg vorstehenden Wellenabschnitten 45 ist der Wellring 39e in der Erweiterung 19e des Grundkörpers 11e im Presssitz gehalten.
Im Ausführungsbeispiel der 8 erstrecken sich die Wellenabschnitte 43 und 45 im wesentlichen über die gesamte axiale Höhe des Wellrings 39e. Die Anordnung kann aber auch so getroffen sein, dass die zur Drehachse hin vorstehenden Wellenabschnitte 43 einerseits und die von der Drehachse 1e weg vorstehenden Wellenabschnitte 45 andererseits einander in axialer Richtung nur teilweise überlappen oder in axialer Richtung insgesamt im Abstand voneinander angeordnet sind. Der Wellring 39e kann durch Drücken der Wellenabschnitte 43 oder/und der Wellenabschnitte 45 und gegebenenfalls nach Bearbeiten seiner Anlageflächen aus einem Rohrabschnitt hergestellt werden.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 7 sind die zur Fixierung der federnden Stützflächenanordnung vorgesehenen Basisringe axial gegen die am Kupplungsschaft anliegenden Komponenten versetzt. Bei der Ausführungsform der 8 und 9 wechseln diese Komponenten einander in Umfangsrichtung ab. 10 zeigt eine Variante einer federnden Stützflächenanordnung 17f, bei welcher der zur Fixierung in einer Erweiterung 19f des Grundkörpers 11f bestimmte Basisring 21f die federnd am Mantel des Kupplungsschafts 7f anliegende Stützfläche 27f aussenliegend koaxial umschliesst. Auch diese Stützflächenanordnung lässt sich anstelle sämtlicher in den 1 bis 5 erläuterter Stützflächenanordnungen mit radial federnden Zungen einsetzen. 10 zeigt hierbei eine Ausführungsform, bei welcher der Kupplungsschaft 7f ähnlich der Variante in 4 als Hohlsteilkegelschaft ausgebildet ist.
Im Unterschied zur den vorangegangen erläuterten Ausführungsformen federnder Stützflächenanordnungen ist die Stützfläche 27f der Stützflächenanordnung 17f nicht segmentiert, sondern ringförmig geschlossen am axialen Ende eines radial federnd aufweitbaren Zentrierrohrs 23f angeformt, welches die Drehachse 1f zentrisch umschliesst und an seinem axial anderen Ende integral mit dem koaxial, jedoch in radialem Abstand den Rohrabschnitt 23f umschliessenden Basisring 21f verbunden ist. Der Basisring 21f und der Rohrabschnitt 23f sind hierzu durch eine von dem stützflächenseitigen Stirnende her koaxial eingesenkte Ringnut 47 voneinander getrennt. Die Stützflächenanordnung 17f hat in axialer Richtung vergleichsweise kleine Abmessungen.
Nicht näher dargestellt ist eine Ausführungsform, bei welcher der radial federnd aufweitbare Rohrabschnitt 23f ähnlich den Zentrierzungenring der Ausführungsformen gemäss den 1 bis 5 durch axial verlaufende Nuten in einzelne, dann radial federnde Zungen ähnlich den Zungen 23 der 1 und 2 segmentiert ist.
In der Ausführungsform der 10 ist die Ringnut 47 zum Inneren der Maschinenspindel 3f hin geöffnet und damit gegen Verschmutzen von aussen her weitgehend geschützt. 11 zeigt eine Variante, die sich von der Ausführungsform der 10 lediglich dadurch unterscheidet, dass die der Ringnut 47 entsprechende Ringnut 47g zum freien Stirnende des Grundkörpers 11g hin offen und damit zu Reinigungszwecken zugänglich ist. Auch befindet sich bei dieser Ausführungsform der Fussbereich des Rohrabschnitts 23g aufgrund der Verjüngung des Kupplungsschafts 7g bereits in einem Bereich, der Bauraum für die Unterbringung eines hinreichend grossen Materialquerschnitts bietet.
Bei den vorangegangen erläuterten Ausführungsformen der Spannvorrichtung werden die für die Zentrierung erforderlichen Federkräfte durch Materialelastizitäten der auch die Stützflächen bildenden Komponenten erzeugt. 12 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher für die Erzeugung der Zentrierkräfte gesonderte Federn vorgesehen sind. 12 zeigt eine Spannvorrichtung für einen Werkzeughalter 5h mit Hohlsteilkegelschaft 7h, der ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 4 in einer Aufnahmeöffnung 13h des Grundkörpers 11h sitzt. Die Stützflächenanordnung 17h hat eine Vielzahl angenähert radial zur Drehachse 1h und im Winkelabstand voneinander in den Grundkörper von aussen zur Drehachse 1h hin eingesenkter Sacklöcher (Bohrungen), die in radialem Abstand zur inneren Mantelfläche der Aufnahmeöffnung 13h enden und damit membranartig flexible Böden 51 haben. Die Böden 51 bilden zur Drehachse 1h hin auswölbbare Stützflächensegmente 27h. In den Führungslöchern 49 sind zu den Böden 51 hin ballige Druckstücke 53 verschiebbar geführt, die von Schraubendruckfedern 55 zur Drehachse 1h hin vorgespannt sind. Die Schraubendruckfedern 55 stützen sich den Druckstücken 53 abgewandt an Schraubstöpseln 57 ab, die in die Führungslöcher 53 jeweils eingeschraubt sind. Die Kraft der Federn 55 ist jeweils so gross bemessen, dass sie in der Lage ist, über den Druckkörper 53 den membranartigen Boden 51 über seine vom Federdruck entlastete Kontur hinaus nach radial innen federnd auszuwölben. Um Führungstoleranzen der Druckstücke 53 in den Führungslöchern 49 zu verringern, ist jedes der Druckstücke 53 mit einem umlaufenden, elastischen Ring 59 versehen. Es versteht sich, dass die federnde Stützflächenanordnung 17h auch bei anderen Formen von Kupplungsschäften, beispielsweise einem Steilkegelschaft, wie er in 1 dargestellt ist, einsetzbar ist.
In der Ausführungsform der 12 sind die Druckkörper 53 senkrecht zur Mantelfläche des Kupplungsschafts 7h verschiebbar. 13 zeigt eine Variante einer Spannvorrichtung, bei welcher zur Erhöhung der Stützkräfte die Druckkörper als Kugeln, allgemein jedoch als Rollkörper 61 ausgebildet und nach Art eines Keilflächengetriebes von Federn 63 zwischen die äussere Mantelfläche des Kupplungsschafts 7i, hier eines Steilkegelschafts, und der Innenwand der die Aufnahmeöffnung 13i des Grundkörpers in Durchmesser erweiternden, zylindrischen Erweiterung 19i hinein vorspannen. Die Stützflächensegmente der federnden Stützflächenanordnung 17i werden hierbei durch die Umfangsflächen der Rollkörper 61 gebildet. Die Rollkörper 61 sind in einem axial verschiebbaren, die Drehachse 1i zentrisch umschliessenden Kugelkäfig 65 geführt und liegen am äusseren Mantel des Kupplungsschafts 7i einerseits und dem inneren Mantel der Erweiterung 19i andererseits unmittelbar an. Um den Kugelkäfig 65 verkantungsfrei zur durchmessergrösseren Seite des Kupplungsschafts 7i hin vorspannen zu können, sind in Umfangsrichtung verteilt mehrere Druckfedern 63 zwischen dem Kugelkäfig 65 und einer Stützschulter 67 der Erweiterung 19i eingespannt. Ein Anschlagring 69 des Grundkörpers 11i begrenzt den Weg des Kugelkäfigs 65.
Die federnde Stützflächenanordnung 17i kann auch bei Hohlsteilkegelschäften, wie sie beispielsweise in 12 dargestellt sind, eingesetzt werden. Auch kann es zweckmässig sein, den in 13 zylindrischen Innenmantel der Erweiterung 19i konusförmig zu gestalten, wenn der Konuswinkel des Kupplungsschafts zu gering ist oder es sich um einen zylindrischen Kupplungsschaft handelt.
Nicht näher dargestellt ist eine Variante zu 13, bei welcher die Rollkörper 65 in Führungskanälen des Kugelkäfigs verschiebbar geführt sind und ähnlich der Variante aus 12 jeweils für sich durch eine zugeordnete Druckfeder vorgespannt sind. In einer solchen Ausführungsform kann der Kugelkäfig auch nicht verschiebbar an dem Grundkörper 11 fixiert sein oder integraler Bestandteil des Grundkörpers 11 sein, beispielsweise indem die Führungskanäle für die Rollkörper in den Innenmantel der Erweiterung 19i eingeformt sind.

Claims

Spannvorrichtung zum gleichachsigen Einspannen eines Werkzeughalters (5) an einer um eine Drehachse (1) rotierenden Maschinenspindel (3), insbesondere einer Auswuchtmaschine, umfassend: – einen mit der Maschinenspindel (3) zu verbindenden Grundkörper (11) mit einer zur Drehachse (1) zentrischen Aufnahmeöffnung (13) für einen von einem Stirnende des Grundkörpers (11) her axial einsteckbaren Kupplungsschaft (7) des Werkzeughalters (5), – den Kupplungsschaft (7) radial und gegebenenfalls axial stützende Zentriermittel (15, 17) an dem Grundkörper (11), die eine den Kupplungsschaft (7) zentrisch umschließende, im wesentlichen quer zu dessen äußerer Mantelfläche federnde oder gegen Federkraft auslenkbare Stützflächenanordnung (17) sowie in axialem oder/und, radialen Abstand zu der federnden Stützflächenanordnung (17) eine weitere, zur Drehachse (1) zentrische Stützflächenanordnung (15) umfassen und – Haltemittel (31, 33), die den Kupplungsschaft (7) während der Rotation der Maschinenspindel (3) an dem Grundkörper (11) axial fixieren, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde oder gegen Federkraft auslenkbare Stützflächenanordnung (17) an dem Grundkörper (11) angeordnet ist und zur Abstützung an der äußeren Mantelfläche des Kupplungsschafts (7) quer zur äußeren Mantelfläche federnd bewegliche Stützflächen aufweist, dass die weitere Stützflächenanordnung (15) relativ zum Grundkörper (11) starr ist, und dass der Kupplungsschaft (7) ausschliesslich an der federnden Stützflächenanordnung (17) und der starren Stützflächenanordnung (15) zentriert ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschaft (7; 7a, c–e, i) als Steilkegelschaft ausgebildet ist und dass die federnde Stützflächenanordnung (17; 17a, c–e, i) und die starre Stützflächenanordnung (15; 15a, c–e, 1) in axialem Abstand voneinander angeordnet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschaft (7b, f–h) als in eine achsnormale Anlagefläche übergehender Hohlsteilkegelschaft ausgebildet ist und dass die federnde Stützflächenanordnung (17b, f–h) an der Kegelmantelfläche des Kupplungsschafts (7b, f–h) und die starre Stützflächenanordnung (15b, f–h) an der achsnormalen Anlagefläche anliegt.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Stützflächenanordnung (17; 17a–e, h, i) mehrere in Umfangsrichtung verteilt und im Abstand voneinander angeordnete, quer zur Mantelfläche des Kupplungsschafts (7; 7a–e, h, i) federnde Stützflächensegmente (27; 27a–e, h) umfasst.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächensegmente (27; 27a–c) an radial federnden Zungen (23; 23a–c), deren Fussbereiche miteinander fest verbunden sind, vorgesehen sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (23; 23a, b) im wesentlichen in Richtung der Drehachse von einem am Grundkörper gehaltenen Basisring (21; 21a, b) abstehen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen (23c) einteilig am Grundkörper (11c) angeformt sind und im wesentlichen in Richtung der Drehachse vom Grundkörper abstehen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Stützflächenanordnung (17h, i) in Umfangsrichtung des Kupplungsschafts (7h, i) verteilt angeordnet mehrere Druckkörper (53; 61) umfasst, die in Axiallängsschnittebenen schräg oder quer zur äusseren Mantelfläche des Kupplungsschafts (7h, i) verschiebbar an dem Grundkörper (7h, i) geführt und zur Mantelfläche des Kupplungsschafts (7h, i) hin federnd vorgespannt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (61) als schräg zur Mantelfläche des Kupplungsschafts (7i) oder/und einer Führungsfläche des Grundkörpers (11i) abrollbare Rollkörper, insbesondere Kugeln, ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollkörper (1) in einem die Richtung der Drehachse (1i) verschiebbaren, den Kupplungsschaft (7i) umschliessenden Führungskäfig (65) in Umfangsrichtung des Kupplungsschafts (7i) fixiert geführt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (53) in quer zur Mantelfläche des Kupplungsschafts (7h) verlaufenden Führungslöchern (49) verschiebbar geführt sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslöcher (49) als durch eine flexible Membran (51) zur Aufnahmeöffnung (13h) hin verschlossene Sacklöcher ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (51) integral an dem Grundkörper (11h) angeformt ist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkörper (53) der Drehachse (1h) zugewandt ballige Stirnenden haben.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial federnde Stützflächenanordnung (17d–g) einen radial elastischen, am Grundkörper (11d–g) gehaltenen Stützring aufweist, der den Kupplungsschaft (7d–g) zur Drehachse (1d–g) zentrisch umschliesst und an seinem Innenmantel eine ringförmig geschlossene Stützfläche (27f, g) oder mehrere in Umfangsrichtung verteilt und im Abstand voneinander angeordnete Stützflächensegmente (27d, e) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächensegmente (27d) an radial nach innen vorstehenden, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen (37) des Stützrings (39) vorgesehen sind und der Stützring (39) in Umfangsrichtung zwischen den Vorsprüngen (37) biegeelastisch ist und in radialem Abstand zur Mantelfläche des Kupplungsschafts (7d) verläuft.
Spannvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (39) in axialem Abstand zu den Vorsprüngen einen am Grundkörper (11d) gehaltenen Basisring (21d) aufweist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring als in Umfangsrichtung gewellter Wellring (39e) ausgebildet ist, dessen zur Drehachse (1e) hin vorstehende Wellenabschnitte (43) die Stützflächensegmente (27e) bilden.
Spannvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellring (39e) in einer zur Drehachse (1e) zentrischen Erweiterung (19e) der Aufnahmeöffnung (13e) des Grundkörpers (11e) angeordnet und mit seinen von der Drehachse (1e) weg vorstehenden Wellenabschnitten (45) in der Erweiterung (19e) gehalten sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (23f, g) im Bereich seines einen axialen Endbereichs die ringförmig geschlossene Stützfläche (27f, g) bzw. die Stützflächensegmente aufweist und an seinem axial gegenüberliegenden Endbereich an einem seinerseits am Grundkörper (11f, g) gehaltenen Basisring (21f, g) gehalten ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisring (21f, g) und der Stützring (23f, g) integral miteinander verbunden und durch eine von dem einen axialen Endbereich des Stützrings (23f, g) her eingesenkte Ringnut (47) voneinander getrennt sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Stützflächenanordnung (17) eine gerade Anzahl in Umfangsrichtung gleichabständig verteilter Stützflächensegmente (27) aufweist.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) mit seiner Aufnahmeöffnung (13) für den Kupplungsschaft (7) des Werkzeughalters (5) und die Zentriermittel (15, 17) mit ihren Stützflächenanordnungen einen auswechselbar an der Maschinenspindel (3) befestigbaren Adapter bilden.
Adapter für eine Spannvorrichtung nach Anspruch 22.
Auswuchtmaschine umfassend eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23.