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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Arretierungsvorrichtungen für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Werkzeugwechsler, sowie einen Werkzeugwechsler.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Arretierungsvorrichtungen zum Arretieren von Bauteilen in Werkzeugmaschinen bekannt. So offenbart die
DE 10 2007 000 021 A1 beispielsweise eine Arretierungsvorrichtung, bei der die Arretierung eines Werkzeugs über ein Spannelement durch Verschieben einer Stange stattfindet. Die Verschieberichtung der Stange ist dabei windschief zur Längsachse des zu spannenden Gegenstands angeordnet. Je nach Position der Stange drückt diese das Spannelement entweder in Richtung des Werkzeuges zum Arretieren des Werkzeugs oder entlastet das Spannelement zum Freigeben des Werkzeuges.
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Ferner zeigt die
DE 10 2006 009 432 A1 eine Arretierungsvorrichtung für eine Werkzeugaufnahme. Die Arretierungsvorrichtung besteht aus einem ersten und einem zweiten Arretierungsabschnitt, wobei der zweite Arretierungsabschnitt drehbar gelagert ist. Die Arretierung basiert darauf, dass der Drehpunkt des drehbaren Arretierungsabschnitts eine Exzentrizität zu charakteristischen Linien der Arretierungsvorrichtung aufweist. Die Exzentrizität führt beim Einführen der Werkzeugaufnahme in die Vorrichtung zu einer Arretierung der Werkzeugaufnahme durch den drehbaren Arretierungsabschnitt.
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Allgemein bekannt ist auch eine Arretierungsvorrichtung für einen Werkzeugwechsler, der aus einem drehbaren Träger mit jeweils einer seitlichen Aufnahme zum Aufnehmen eines Werkzeuges und einer Arretierungseinrichtung, die sich in Längserstreckung des Trägers verschieben lässt, aufweist. Die Arretierung des Werkzeugs erfolgt durch das Verschieben der Arretierungseinrichtung in Richtung des Werkzeugs und das Freigeben des Werkzeugs durch eine Verschiebung der Arretierungseinrichtung weg vom Werkzeug. Die Umschaltung zwischen Freigabe- und Arretierungsstellung erfolgt dabei über die Drehung des Trägers.
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All diesen Arretierungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass sie eine erhöhte Störanfälligkeit und einen erhöhten Wartungsaufwand aufgrund eines komplexen Maschinenaufbaus aufweisen.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Arretieren eines Bauteils für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche eine geringe Störanfälligkeit und einen geringen Wartungsaufwand aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Schutzanspruch 1 sowie einen Werkzeugwechsler gemäß Schutzanspruch 12 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Anzahl von Bauteilen in der Arretierungsvorrichtung zu minimieren, indem ein Bauteil mehrere Funktionen besitzt.
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Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Arretierungsvorrichtung einen Träger mit einer Arretierungseinrichtung und eine Welle mit mindestens einer Vertiefung aufweist. Genauer gesagt ist der Träger auf der Welle verschiebbar gelagert und die Arretierungseinrichtung des Trägers relativ zum Träger in Richtung der Welle bewegbar.
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In einem ersten Zustand, beispielsweise einer ersten Position oder Lage, ist die Bewegung der Arretierungseinrichtung in Richtung der Welle durch die Welle, insbesondere durch einen Außendurchmesser der Welle, blockiert, wobei sie in einem zweiten Zustand, beispielsweise einer Position oder Lage, in Richtung der Welle durch Ausweichen in die Vertiefung der Welle verschiebbar ist.
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Unter Außendurchmesser der Welle wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Außendurchmesser verstanden, den die Welle abschnittsweise aufweist. Der Träger besitzt die Funktion der Aufnahme eines zu arretierenden Bauteils und darüber hinaus der Aufnahme der Arretierungseinrichtung, womit ein zusätzliches Bauteil zur Lagerung der Arretierungseinrichtung vermieden wird. Auch die Welle besitzt erfindungsgemäß mehrere Funktionen, nämlich das Tragen des Trägers und das Blockieren der Verschiebung der Arretierungseinrichtung. So führt die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einem weniger komplexen und damit robusteren und wartungsärmeren Maschinenaufbau. Darüber hinaus mindert sie die Produktionskosten der Vorrichtung, da weniger Teile gefertigt werden müssen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Arretierungseinrichtung im ersten Zustand einen Abstand zur Welle auf. Dies führt zu dem Vorteil, dass bei einer Verschiebung des Trägers auf der Welle im ersten Zustand keine Reibkraft zwischen der Arretierungseinrichtung und der Welle überwunden werden muss, wodurch die energetische Effizienz sowie die Lebensdauer der Einrichtung erhöht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Arretierungseinrichtung mit einer Feder vorspannbar, wobei die Arretierungseinrichtung eine erste Hülse aufweist, die fest mit dem Träger verbunden ist und sich die Feder an der ersten Hülse abstützt. Dies führt zu dem Vorteil, dass die Lage der Arretierungseinrichtung in einem Normalzustand eindeutig bestimmt ist. Die erste Hülse bietet dabei eine Abstützfläche für die Feder.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Arretierungsvorrichtung eine zweite Hülse auf, die Teil der Arretierungseinrichtung ist. Dabei steht die zweite Hülse in Kontakt mit der ersten Hülse und ist relativ zu ihr verschiebbar. Wie im Anspruch 1 offenbart, ist die Arretierungseinrichtung relativ zum Träger verschiebbar. Diese bevorzugte Ausführungsform bietet dabei den Vorteil, dass die Verschiebung der Arretierungseinrichtung durch das Zusammenspiel von erster und zweiter Hülse geführt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Hülse in der zweiten Hülse angeordnet. Dies führt zu einer platzsparenden Ausgestaltung, bei der die Feder innerhalb der zweiten Hülse positioniert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Hülse über einen Bolzen durch ein Langloch in der zweiten Hülse mit dem Träger verbunden, sodass die zweite Hülse entlang des Langloches gegenüber der ersten Hülse verschiebbar ist. Dies führt zu dem Vorteil, dass das Langloch und der Bolzen eine Verschiebbarkeit der zweiten Hülse gegenüber der ersten Hülse begrenzen und so eine einfache, feste Verbindung zwischen Träger und erster Hülse hergestellt werden kann.
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Die Arretierungsvorrichtung kann eine Nuthülse aufweisen, mit der der Träger relativ zur Welle verschiebbar ist. Die Nuthülse bietet dabei den Vorteil, dass mit ihr zwei Teile in einfacher und wenig komplexer Form translatorisch gekoppelt werden können, die dabei rotatorisch entkoppelt bleiben.
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Ferner kann die Arretierungsvorrichtung eine drehbare Scheibe mit einer exzentrisch daran aufgenommenen Kurvenrolle aufweisen, wobei die Scheibe und die Kurvenrolle zum Antreiben der Nuthülse ausgestaltet sind. Der Vorteil dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung liegt darin, dass mit ihr in einfacher und kostengünstiger Weise eine rotatorische Bewegung der Scheibe in eine translatorische Bewegung der Nuthülse gewandelt werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Arretierungsvorrichtung einen ersten Motor zum Antreiben der Scheibe auf. Dies bietet den Vorteil, die translatorische Bewegung automatisieren zu können.
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Es kann bevorzugt sein, dass der erste Motor ein Getriebe aufweist und NC-gesteuert ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine hohe Zustellgenauigkeit mit einer hohen Wiederholbarkeit für unterschiedliche (z. B. im Gewicht) zu arretierende Bauteile gewährleistbar ist. Darüber hinaus wird eine flexible Zustellung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Arretierungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche in einem Werkzeugwechsler genutzt. Dies führt zu einem oder mehreren der oben genannten Vorteile für den Werkzeugwechsler.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine isometrische Ansicht eines Werkzeugwechslers mit einer Arretierungsvorrichtung.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch den in 1 gezeigten Werkzeugwechsler.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch den Träger eines Werkzeugwechslers mit einer Arretierungsvorrichtung.
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4 zeigt einen Querschnitt durch den Träger eines Werkzeugwechslers mit einer Arretierungsvorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Weitere Varianten oder Modifikationen können jeweils miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
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1 zeigt einen Werkzeugwechsler 1 mit einer Arretierungsvorrichtung. Der Werkzeugwechsler 1 umfasst ein Gehäuse 2, an dem ein erster Motor 3 und ein zweiter Motor 4 montiert sind, sowie einen Träger 5. Beide Motoren weisen ein Getriebe auf und sind NC gesteuert. Der zweite Motor 4 liefert dabei ein Drehmoment von etwa 750 Nm.
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In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Träger 5 einen Schwenkarm 6, eine am Schwenkarm 6 befestigte Führungsbuchse 7 und eine Nuthülse 8. Die Nuthülse 8 ist mit einem eingesetzten Labyrinth-Dichtungsring 9 gegenüber dem Gehäuse 2 abgedichtet (nicht schleifende Dichtung), und wird mittels einer Gleitbuchse 15a gleitbar gegenüber einer Lagerhülse 15 abgestützt. Die Lagerhülse 15 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und mittels Schrauben am Gehäuse 2 fixiert.
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Der Schwenkarm 6 ist auf der Führungsbuchse 7 montiert. Dabei weist die Führungsbuchse 7 einen Absatz 7a auf, an dem sich der Schwenkarm 6 abstützt; die Nuthülse 8 stützt sich wiederum am Schwenkarm 6 ab. Der Schwenkarm 6 und die Nuthülse 8 sind darüber hinaus am Absatz 7a mit der Führungsbuchse 7 verschraubt. Ferner ist die Führungsbuchse 7 mit einem Deckel 7c an dem vom Schwenkarm 6 wegweisenden Ende verschlossen.
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Am Schwenkarm 6 sind zwei Aufnahmeelemente 11 für Werkzeuge 12 montiert. Die Aufnahmeelemente 11 besitzen dabei halbkreisförmige Aufnahmen 13, wobei im Bereich der halbkreisförmigen Aufnahmen jeweils ein Nutenstein 14 eingesetzt ist, der durch eine Schraube am Aufnahmeelement 11 gehalten wird. Die Aufnahmen 13 sind in einer Drehrichtung des Schwenkarms 6 in gleiche Richtung geöffnet. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen, so z. B. eckige Aufnahmen und/oder ein Schwenkarm, der mehr als zwei Aufnahmeelemente und/oder keine Symmetrien aufweist, denkbar.
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Der Werkzeugwechsler 1 umfasst ferner die Lagerhülse 15 und eine Welle 16, die über Kugellager 17 in der Lagerhülse 15 gelagert und mit dem zweiten Motor 4 verbunden ist. Die Welle 16 ragt dabei abschnittsweise aus dem Gehäuse 2 heraus und weist in diesem Bereich abschnittsweise die Form einer Keilwelle auf. Die Führungsbuchse 7 besitzt zahnkranzförmige Aussparungen auf deren Innenfläche und ist formschlüssig auf dem freiliegenden Teil der Welle 16 montiert.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Träger 5 drehbar um die Achse der Welle 16 gelagert, wobei diese Drehbewegung über den zweiten Motor 4 angetrieben wird. Die Drehmomentübertragung vom Motor 4 an den Träger 5 erfolgt dabei über die Welle 16, die mit der Führungsbuchse 7 formschlüssig im Eingriff steht. In anderen Zielrichtungen sind auch beispielsweise eine kraftschlüssige Drehmomentübertragung oder eine formschlüssige Drehmomentübertragung durch eine Passfeder denkbar. Der Vorteil der Keilwelle der beschriebenen Ausführungsform gegenüber anderen Ausführungsformen besteht jedoch darin, dass sie sowohl eine Drehmomentübertragung wie eine axiale Verschiebbarkeit ermöglicht.
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Wie in 2 zu sehen, umfasst der Werkzeugwechsler 1 weiterhin eine kreisförmige Scheibe 18, die eine exzentrische Bohrung für eine Kurvenrolle 19 aufweist, und die mit dem ersten Motor 3 verbunden ist. Die Nuthülse 8 besitzt eine umlaufende Ringnut 20, in der der Kopf 19a der Kurvenrolle 19 bewegbar gelagert ist.
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Durch eine Rotation der Scheibe 18 um die Drehachse des Motors 18a ändert sich der senkrechte Abstand der Symmetrieachse der Kurvenrolle 19 von der feststehenden Vorderseite des Gehäuses 2a. Da die Kurvenrolle 19 in der Ringnut 20 der Nuthülse 8 gelagert und die Nuthülse 8 fest mit der Führungsbuchse 7 verbunden ist, führt dies zu einer entsprechenden Verschiebung der Führungsbuchse 7 auf der Welle 16. Die Drehbewegung der Scheibe 18 und damit die axiale Verschiebebewegung des Trägers 5 auf der Welle 16 wird in der vorliegenden Ausführungsform durch den ersten Motor 3 angetrieben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass auch andere Verschiebe- und/oder Antriebsmechanismen denkbar sind, so z. B. ein manueller Antrieb oder ein Verschiebemechanismus basierend auf einer hydraulischen oder luftgesteuerten Linearbewegung.
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Wie in 3 zu sehen, besitzt der Schwenkarm 6 zwei Bohrungen 21, die in der Mittelebene des Trägers 5 liegen. Die Bohrungen 21 beginnen jeweils auf einer Seitenfläche des Schwenkarms 6 und verlaufen parallel zur Längserstreckung des Schwenkarms 6 in Richtung der Welle 16. Innerhalb der Bohrungen befindet sich jeweils eine erste Hülse 27, die über einen Stift 25 fest mit dem Schwenkarm 6 verbunden ist. Der Stift 25 dient der Fixierung der Hülse 27 und ist dabei in der Mittelebene des Schwenkarmes 6 senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Bohrung 21 montiert.
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Innerhalb der Bohrung 21 ist eine Arretierungseinrichtung 30 positioniert. Die Arretierungseinrichtung 30 umfasst eine zweiten Hülse 31, die ein Langloch 32 aufweist, einen Bolzen 33, einen Arretierungskopf 34 und eine Feder 36. Ferner ist zwischen dem Kopf des Bolzens 33 und der zweiten Hülse 31 ein Abstimmring 33a vorgesehen, mit dem der Abstand des Bolzens 33 zur Welle 16 einstellbar ist. Auf diese Weise können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, insbesondere des Arretierungskopfs 34.
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Die zweite Hülse 31 ist innerhalb der Bohrung 21 angeordnet, sodass die erste Hülse 24 innerhalb der zweiten Hülse 31 positioniert ist und der Stift 25 zur Fixierung der ersten Hülse durch das Langloch 32 der zweiten Hülse 31 hindurchragt. Der Bolzen 33 der Arretierungseinrichtung 30 ist an der der Welle 16 zugewandten Seite mit der zweiten Hülse 31 verschraubt. An der dem Bolzen 33 gegenüberliegenden Seite der Hülse 31 ist diese mit einem Arretierungskopf 34 verbunden.
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Der Bolzen 33 weist eine (nicht dargestellte) Öffnung, durch die ein Werkzeug geführt werden kann, um die Schraube 34a des Arretierungskopfs 34 zu Lösen und wieder Anzuziehen. Auf diese Weise ist ein leichter Wechsel des Arretierungskopfs 34, der einem gewissen Verschleiß ausgesetzt ist, möglich, ohne Elemente der Arretierungseinrichtung 30 zu lösen bzw. zu entfernen.
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Die Feder 36 befindet sich innerhalb der zweiten Hülse 31 und stützt sich auf der einen Seite an der ersten Hülse 24 und auf der anderen Seite über einen Stützring 31a innerhalb der zweiten Hülse 31 ab. Die Welle 16 weist zwei Laufnuten 40 für die Bolzen 33 auf. Ferner zeigt 4, dass die Welle pro Laufnut 40 eine Vertiefung 41 umfasst, die breiter als der Kopf des Bolzens 33 ist und die sich jeweils in Richtung der Bohrung 21 erstreckt.
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Die Vertiefung 41 ist in der vorliegenden Ausführungsform als durch einen Fräser hergestellte, zylinderförmige Senkung ausgebildet. Andere Ausgestaltungen der Vertiefung 41 sind denkbar, beispielsweise als Nut.
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Die Arretierungsvorrichtung lässt sich zwischen zwei Zuständen verstellen. In einem ersten Zustand arretiert sie ein Werkzeug 12 in der Aufnahme 13 des Schwenkarms 6. In einem zweiten Zustand ist das Werkzeug entriegelt und kann aus der Aufnahme 13 entnommen werden.
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Dabei basiert die Arretierungseinrichtung auf folgendem Funktionsprinzip: Die zweite Hülse 31 ist relativ zum Schwenkarm 6 und damit der ersten Hülse 24 in der Bohrung 21 verschiebbar. Der Stift 25 zur Fixierung der ersten Hülse 24 ragt dabei durch das Langloch 32 der zweiten Hülse 31 hindurch. Da sich die Feder 36 an. der ersten – gegenüber dem Schwenkarm feststehenden – Hülse 24 abstützt, wird die zweite Hülse 31 samt Arretierungskopf 30 und Bolzen 33 durch die Feder in einem Normalzustand aus der Bohrung 21 in Richtung des Werkstücks 12 herausgedrückt. Die Verschiebung der zweiten Hülse 31 in Richtung des Werkstücks wird dabei durch das Langloch 32 und den feststehenden Stift 25 begrenzt. Im ersten Zustand befindet sich der Träger 5 in einer axialen Position auf der Welle 16, bei der eine Verschiebung der Arretierungseinrichtung 30 in Richtung der Welle 16 durch die Welle 16 blockiert wird. Dabei ist hervorzuheben, dass der Bolzen 33 der Arretierungseinrichtung 30 im ersten Zustand einen Abstand (Luftspalt) von der Welle aufweist, der etwa 0.05 mm–0.1 mm beträgt. Dieser Abstand ist darin begründet, dass die Feder 36 die zweite Hülse 31, samt Bolzen 33 und Arretierungskopf 34 aus der Bohrung 21 herausdrückt.
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Wird nun eine Druckkraft in Richtung der Bohrung 21 auf den Arretierungskopf 34 ausgeübt, so lässt sich die Arretierungseinrichtung um den genannten Luftspalt nach innen verschieben, wobei die Verschiebung ab dann durch die Welle 16 blockiert wird. Dabei reicht eine Verschiebung im Größenbereich des Luftspalts nicht aus, um das Werkzeug 12 in der Aufnahme 13 des Schwenkarms 6 freizugeben.
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Wird der Träger hingegen in den zweiten Zustand gebracht, bei der sich der Bolzen 33 über der Vertiefung 41 befindet, so lässt sich die Arretierungseinrichtung 30 gegen die Federkraft in Richtung der Welle 16 bewegen. Der Bolzen 33 kann dabei in die Vertiefung 41 zurückweichen und das Werkzeug 12 wird entriegelt. Damit kann über ein axiales Verschieben des Trägers 5 auf der Welle 16 zwischen einem ersten Zustand, bei dem das Werkzeug 12 arretiert ist, und einem zweiten Zustand, bei dem das Werkzeug 12 freigegeben ist, umgeschaltet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007000021 A1 [0002]
- DE 102006009432 A1 [0003]
