DE2318372A1 - Schnellwechseleinrichtung zur werkzeugspannung - Google Patents

Description

• Schnellwechseleinrichtung zur Werkzeugspannung Die Erfindung betrifft eine Schnellwechseleinrichtung zur Werkzeugspannung, bei der eine Spannmutter auf ein Befestigungsteil aufschraubbar ist und auf das zu spannende Werkzeug einwirkt, mit einer Sperre gegen selbsttätiges Öffnen zwischen der Spannmutter und dem Befestigungsteil, die eine Verzahnung und eine durch willkürliche Betätigung in eine selbsthaltende unwirksame Lösestellung bewegbare Klinke sowie einen Einrastmechanismus zum selbsttätigen Bewegen der Klinke in ihre Sperrstellung besitzt.
• Eine Schnellwechneleirlrichtung ist beispeilsweise aus der deutschen Patentschrift 1 193 339 bekannt geworden, Das Werkzeug bzw. der das Werkzeug tragende Steilkegel wird beim Aufschrauben der Spannmutter axial in die entsprechende Aufnahme in der Werkzeugmaschine, einer Meßeinrichtung o. dgl. gedruckt. Bei ungenügendem Anziehen der Spannmutter oder beispielsweise bei einem außerordentlich schnellen Abbremsen der Spindel durch die Werkzeugmaschine kann es passieren, daß die Spannmutter sich löst. Dies muß mit Sicherheit vermieden werden, und es sind zu diesem Zwecke bereits Sperren entwickelt worden. Liese Sperren werden beim Ausspannen des Werkzeuges, wenn also die Spannmutter gelöst werden soll, von Hand, beispielsweise durch Fingerdruck, betätigt. Da sichergestellt sein mußte, daß die Sperre nach dem Lösevorgang wieder in Eingriff kommt, mußte sie in der ganzen Zeit während des Lösens niedergedrückt bleiben. Wollte man sie in der Lösestellung selbsthaltend ausbilden, so wäre nicht sichergestellt, daß sie später auch wieder ordnungsgemäß eingelegt wird.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 oji 504 ist bereits eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt geworden, bei der die Sperre mit einer sägezahnförmigen Verzahnung zusammenwirkt, die quer zu dem Spanngewinde in diesem vorgesehen ist. In der Lösestellung wird die Klinke, die durch eine Feder in Wichtung auf die Sperrstellung belastet ist, durch einen Einrastmechanismus gehalten, der aus einem verschiebbaren Bolzen mit teilweise längsverlaufenden und teilweise quer durchgehenden Nuten besteht. In einer bestimmten Relativstellung zwischen der apannmutter und dem Befestigungsteil fällt dieser Bolzen in eine Nut und löst die-Klinke aus ihrer selbsthaltenden Lösestellung, so daß sie durch die Wieder in die Sperrstellung bewegt wird.
• Diese Vorrichtung hat zwar eine selbsthaltende Lösestellung, so daß der Finger beim Lösen nicht immer auf der Sperre bleiben euß und es ist auch einigermaßen sichergestellt, daß die Sperre nach dem Lösen eines Werkzeuges wieder eingedrückt wird, die Vorrichtung hat jedoch andere Nachteile.
• Zum einen ist die Vorrichtung außerordentlich kompliziert aufgebaut und daher aufwendig in der Herstellung und wartungsbedürftig. Zum anderen muß aber das Spanngewinde zwischen Spannmutter und Befestigungsteil sehr grob bzw. steil sein und Werkzeugmaschinenspindel und Spannvorrichtung müssen mit sehr engen Toleranzen gefertigt sein, da zwischen der Stellung, in der das Werkzeug von Hand durch die Spannvorrichtung in den Kegel gesteckt wird, und der Festspannstellung nur ein Teil einer Umdrehung der Spannmutter liegen darf. Anderenfalls wäre es nicht sichergestellt, daß nicht beim Lösen der Spannmutter der Bolzen des Einrastmechanismus die Nut überfährt und die Sperre wieder hereingeworfen wird, was dann das Lösen unmöglich machen würde bzw. eine neue Entsperrung fordern würde.
• Eine solche Vorrichtung benötigt aber zum Festspannen eine große Kraft und erzeugt trotzdem am Werkzeug keine großen axialen Spannkräfte. Das gleiche gilt für die zur Lösung des Werkzeuges aus der kegligen Aufnahme erforderlichen Kräfte.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schnellwechseleinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ein einfacher Einrastmechanismus vorhanden ist, der keine Einschränkungen bezüglich der Relativstellung zwischen Spamimutter und Befestigungsteil erfordert.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einrastmechanismus unabhangig von der gegenseitigen Stellung des die Verzahnung tragenden Teilrs zu dem die.
• Klinke tragenden Teil wirksam und in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Spannmutter in Schließrichtung von dem die Verzahnung tragenden Teil betätigbar ist.
• Ein solcher Einrastmechnnismus kann in besonders einfacher und vorteilhafter Weise aus einem blattfederjhilichon Einrastelement an einem Ende eines doppelarmigen Hebels bestehen, der in der Lösestellung in Eingriff mit der Verzahnung ist und bei der Drehung in Öffnungsrichtung über die Verzahnung hinwegspringt, jedoch beim drehen in Schließrichtung sich in der Verzahnung verstemmt und die Klinke über ihren federnden Totpunkt aus der selbsthaltenden Lösestellung in die federnd festgelegte Sperrstellung wirft.
• Beim Schließen springt dann die Klinke ebenfalls durch entsprechende Ausbildung ihres Sperrzahns über die Verzahnung, sperrt aber in Öffnungsrichtung die Drehung der Spannmutter. Es ist zu erkennen, daß solch eine Vorrichtung besonders einfach aufgebaut ist und daß sie unabhängig von der relativen Stellung zwischen Spannmutter und Befestigungsteil arbeitet. Das Wiedereinrasten der Sperre in die Sperrstellung wird vielmehr nur durch den Wechsel der Drehbewegung von der Öffnungsrichtung in die Schließrichtung bewirkt.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch Teile eines in einer Maschinenspindel aufgenommenen Werkzeugs mit Steilkegel und einer Schnellwechseleinrichtung nach der Erfindung, lig. 2 einen £ehnitt nech del Zirilo ll - 111 in Fig. 1, in stark vergrößertem Maßstab, wobei sich die Sperre in der Sperrstellung befindet und Fig. 3 eine arstellung entsprechend Fig. 2, bei der die Sperre in der Lösestellung ist.
• In der drehbaren Maschinenspindel 11 einer Werkzeugmaschine 12, beispielsweise einer Fräsmaschine, ist in einer kegligen Werkzeugaufnahme 13 ein Werkzeug 14 aufgenommen.
• Das Werkzeug 14 besitzt einen kegligen Teil 15 und einen Bund 16, in dem sich zwei Iängsverlaufende Ausnehmungen 23 befinden. Derartige Werkzeuge sind als sogenannte Steilkegel- oder Aufsteckwerkzeuge, insbesondere als Fräserdorne, bekannt. Wenn im folgenden von Werkzeug geredet wird, so sind damit auch entsprechende Spannvorrichtungen gemeint,an denen das eigentlichen Werkzeug erst befestigt wird.
• Am vorderen Ende der Maschinenspindel 11 ist eine Schnellwechseleinrichtung 17 vorgesehen. Sie besitzt ein Befestigungsteil 18 in Form eines Ringes, der an der Stirnfläche der Maschinenspindel 11 angeschraubt ist und an seiner Außenseite ein Gewinde 19 trägt, auf das eine Spannmutter 20 aufgeschraubt ist. Im Inneren dieser Spannmutter befindet sich ein Druckring 21, der nach innen ragende Vorsprünge 22 besitzt, die im Bereich des Bundes 16 liegen. Das Werkzeug kann aufgeschoben werden, indem es so ausgerichtet wird, daß die Vorsprünge durch die erwähnten Ausnehmungen 23 hindurchlaufen. Wenn dann die Spannmutter 20 gedreht wird, so wird der Druckring 21 zuerst um einen vorbestimmten Betrag durch eine reibende oder federnde Verbindung, die hier, als Kugelschnäpper 24 ausgebildet ist, mitgenommen.
• Ein nicht dargeetellter Anschlag legt dann dc:n druckring in einer relativen Drehstellung fest, in der die Vorsprünge 22 gegen den Bund 16 drücken, wenn Jetzt unter Relativdrehung zwischen Spannmutter 20 und Druckring 21 die Spannmutter weiter auf das Gewinde 19 heraufgeschraubt wird, bis das Werkzeug sicher in der Aufnahme 13 der Spindel festgelegt ist. In dieser soll das Werkzeug und somit auch die Spsnnmutter bleiben, solange das Werkzeug aufgespannt ist.
• Dazu dient eine aus den Fig. 2 und 3 deutlicher zu erkennende Sperre 25, die eine in eimer Ausnehmung 27 der Spannmutter 20 gelagerte Klinke 26 besitzt. Die Klinke 26 ist auf einer parallel zur Werkzeugmaschinenachse 29 verlaufenden Schwenkachse 28 angeordnet und in Form eines doppelarmigen Hebels ausgebildet. Dieser trägt an seinem einen Ende einen Sperrzahn 30 mit einer Sperrfläche 31,' der in eine Verzahnung 32 an einem Ring 33 eingreifen kann, der an dem Befestigungsteil 18 angeschraubt ist. Bei der Ver--zahnung 32 handelt es sich um eine übliche symmetrische Verzahnung, beispielsweise mit trapezförmigen Zähnen.
• Anschließend an den Sperrzahn besitzt die Klinke 26 einen dreieckförmigen Vorsprung 34, der mit einem Bedermechanismus 35 zusammenarbeitet. Der Federmechanismus ist in eine Bohrung 36 der Spannmutter 20 eingeschraubt und besitzt eine Hälse 57, die durch eine Feder 38 in Hichtung auf den dreieckförmigea Vorsprung 34 der Klinke 26 gedrückt wird.
• Durch die ebenfalls dreieckförmige Frontfläche der Hülse 37 wird sichergestellt, daß die Klinke stets in eine ihrer beiden Endstellungengedrückt wird, entweder in die in Fig. 2 dargestellte Sperrstellung oder in die in Fig. 3 dargestellte Lösestellung.
• Die Sperrfiäche 31 deß Sporrzahns 30 steht im wesentlichen conkrecht auf der strichpunktiert angedeuteten Verbindung 39 der Sperrfläche in ihrem Eingriffsbereich mit der Schwenkachse 28.
• Das von dem Sperrzahn 30 entgegengesetzte Ende der Klinke ist in seinem im Bereich der Öffnung der Ausnehmung 27 nach außen liegenden Teil als Druckfläche 40 für einen Finger ausgebildet. An der Unterseite dieses Teils ist ein zu einem Einrastmechanismus gehörendes Einrastelement 41 angeordnet. Es besteht aus Federmaterial und hat die Form einer Blattfeder, die mittels einer Schraube 42 an der Klinke 26 angebracht ist. Das Einrastelement 41 ist in seinem freien, von der Schwenkachse 28 weg gewandten Ende auf die Verzahnung 32 zu gebogen und verläuft in diesem Bereich etwa radial zu der Verzahnung bzw. dem sie tragenden Ring.
• Die Wirkungsweise ist wie folgt: Bezüglich der Wirkungsweise der Schnellspanneinrichtung selbst wird auf die deutsche Patentschrift 1 193 339 verwiesen. Die Sperre befindet sich index in Fig. 2 dargestellten Sperrstellung, bei der die Klinke 26 mit ihrem Sperrzahn 30 durch Wirkung des Federmechanismus 35, der in Eingriff mit den Schrägflächen des dreieckförmigen Vorsprunges ist, in die Verzahnung 32 gedrückt wird. Das Einrastelement ist dabei außer Eingriff mit der Verzahnung und somit unwirksam. Wenn nun die Spannmutter 20 zum Spannen des Werkzeuges im Uhrzeigersinn (Pfeil 44) gedreht wird, so kann die Klinke wegen der Abschrägung 43 auf der Vorderseite des Sperrzahns über die Verzahnung 32 springen und erlaubt so ein Spannen des Werkzeugs.
• In der gespannten Stellung ist dann jedoch die Spannmutter 20 relativ zum Befestigungsteil 18 fer-tgelet, d. h. gegen Drechung in der ö1f£riun£rrjcht,uri (entgegen dem Uhrzeigersinn, siehe auch Pfeil 45) gesperrt. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß dabei durch die Tatsache, daß die Sperrfläche 31 im wesentlichen senkrecht auf ihrer Verbindung zur Schwenkachse 28 steht, sichergestellt ist,daß einerseits bei einem Druck in Öffnungsrichtung sich die Klinke 26 nicht selbsttätig öffnet und andererseits aber auch durch einen solchen Druck nicht daran gehindert wird, unter manueller Betätigung geöffnet zu werden. Mit anderen Worten, die Kraft zur Lösung der Klinke ist weitgehend unabhängig von dem auf die Sperre wirkenden Sperrdruck. r von der Klinke 26 nach innen auf die Verzahnung zu wirkende Druck ist ebenfalls weitgehend unabhängig davon und nur durch die Federkraft bestimmt, die der Federmechanismus 35 ausübt. Dazu trägt es vorteilhaft auch bei, wenn die Zahnflanken der Verzahnung 32 eine solche Abschrägung haben, daß eine flächige Anlage zwischen ihnen und der Sperrfläche erfolgt. Dies trägt auch zur Schonung der Klinke und der Verzahnung bei.
• Wenn nun das Werkzeug gewechselt werden soll, so wird durch Druck mit dem Finger auf die Druckfläche 40 an der Klinke 26 diese aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung in die Stellung nach Fig. 3 bewegt, d. h. im Uhrzeigersinne geschwenkt. Diese Verschwenkung geht zuerst entgegen der von dem Federmechanismus 35 ausgeübten Kraft, dann jedoch, wenn die Spitze an der Hülse 37 über den höchsten Punkt auf dem Vorsprung 34 hinweggekommen ist, läßt der Federmechanismus 35 die Klinke 26 in die Lösestellung springen, die in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Stellung ist der Sperrzahn 30 außer Eingriff mit der Verzahnung 32, jedoch das Einrastelement 41 in Eingriff mit der Verzahnung.
• Wenn nun die Spannmutter 20 in Ofinurlgsrichturlt 45 gedreht wird, so wird dies durch die Sperre 25 nicht verhindert.
• Es irt zu erkennen, daß infolge der Abschrügung der Zähne und der Form des Sinrastelementes sowie seiner Anordnung dieses über die Verzahnung springen kann, ohne eine Sperre dafür zu bilden.
• Wenn jedoch bei einem erneuten Spannen eines Werkzeuges die Spannmutter 20 in Schließrichtung 44 gedreht wird, so verstemmt sich das in die Verzahnung eingreifende Ende des Einrastelementes 41 so in der Verzahnung, daß sich das blattfederartige Element zusammenbiegt und dabei die Klinke entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Dabei braucht das Einrastelement die Klinke nur bis über den Totpunkt des Federmechanismus 35 hinwegzubringen, d. h. bis über die Spitze des Vorsprunges 34, dann schnappt die Klinke wieder federnd in die Sperrstellung nach Fig. 2 und hebt dabei das Einrastelement aus der Verzahnung.
• Es ist zu erkennen, daß diese vorteilhafte Wirkung automatisch und- ohne Rücksicht auf die gerade eingenommene relative Drehlage der Teile 33 und 20 zueinander eintritt Von der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform sind zahlreiche Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. So könnte beispielsweise das Einrastelement auch eine andere Ausbildung haben, obwohl es in der gezeigten Ausführung als Blattfeder besonders einfach und sicher funktioniert. flan könnte auch an einen klinkenartigen Hebel denken, der an der Klinke 26 so angelenkt und federnd gegen die VerzAhnung gedrückt ist, daß er in Offnungsrichtung über die Verzahnung springt, Jedoch in Schließrichtung eine Verstemmung eintritt. Er mußte dann so in seiner Bewegung begrenzt sein, daß er beim vollständigen Umspringen der Klinke tn die Sperrstellung von der Verzahnung treisomit. Es könnto auch eine andore Art eines wedarechaniiius zur federnden Festlegung in den beiden Endstellun6en der Klinke vorgesehen sein.
• Es sei noch erwährt, daß es besonders vorteilhaft ist, daß der Ring 33 gesondert an dem Befestigungsteil 18 angebracht werden kann. Er ist so erheblich einfacher herzustellen und auswechselbar. Das Gewinde 19 kann ein Gewinde kleiner Steigung sein, so daß mit geringen Kräften in Umfangsrichtung große axiale Spannkräfte erzeugt werden können. Es macht nämlich bei der Sperre nach der Erfindung nichts aus, wenn beim Spannen oder Öffnen die Spannmutter mehrmals herumgedreht wird. Bekanntlich wird ja durch die Drehung der Mutter. 20 im Öffnungssinne auch das Lösen des Werkzeuges aus der Aufnahme 13 herbeigeführt, indem ein mit dem Druckring 21 verbundener Vorsprung 46 am Bund angreift und das Werkzeug auswirft. Obwohl durch die Ausbildung der Erfindung in vielen Fällen auf ein spezielles Werkzeug zum Lösen der Spannmutter 20 verzichtet werden kann, ist jedoch auch eine Ausführung denkbar, wo das Einsetzen des Lösewerkzeuges automatisch das Öffnen der Klinke 26 herbei führt. Ebenso ist es denkbar, daß die Klinke am Befestigungsteil und die Verzahnung an der Spannmutter 20 angebracht ist, obwohl Eie dargestellte Ausführungsform die bessere Zugänglichkeit der Sperre sicherstellt. Es ist auch möglich, das Befestigungsteil 18 mit der Maschinenspindel 11 einstückig herzustellen.

Claims (13)

Ansprüche

1. Schnellwechseleinrichtung zur Werkzeugspannung, bei der eine Spannmutter auf ein Befestigungsteil aufschraubbar ist und auf das zu spannende Werkzeug einwirkt, mit einer Sperre gegen selbsttätiges Öffnen zwischen der Spannmutter und dem Befestigungsteil, die eine Verzahnung und eine durch willkürliche Betätigung in eine selbsthaltende unwirksame Lösestellung bewegbare Klinke sowie einen Einrastmechanismus zum selbsttätigen Bewegen der Klinke in ihre Sperrstellung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrastmechanismus (41) unabhängig von der gegenseitigen Stellung des die Verzahnung (32) tragenden Teils (3)7) zu dem die Klinke (26) tragenden Teil (20) wirksam und in Abhängigkeit von der Drehbewegung der Spannmutter (20) in Schließrichtung von dem die Verzahnung (32) tragenden Teil betätigbar ist.

2. Schnellwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrastmechanismus ein mit der Verzahnung (32) zusammenwirkendes, zum Bewegen der Klinke (26) in die Sperrstellung an der Verzahnung (32) angreifendes Einrastelement (41) besitzt.

3. Schnellwechseleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrastmechanismus ein an der Klinke (26) angreifendes Einrastelement besitzt, das in der Lösestellung der Klinke (26) in Eingriff mit der Verzahnung (32) int und durch Abstützung an der Verzahnung (32) bei deren Relativdrehung in Schließrichtung (44) die Klinke (26) in die Sperrstellung bewegt.

4. Schnellwechseleinrichtung nach einen der Arls)rLichc 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (26) als schwenkbarer Hebel ausgebildet ist, an dessen einem Ende wenigstens ein zum Eingriff in die Verzahnung (32) ausgebildeter Sperrzahn (30) angeordnet ist.

5. Schnellwechseleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrastelement (41) an dem dem Sperrzahn (30) gegenüberliegenden Arm des zweiarmigen Hebels angeordnet ist.

6. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,- daß das Einrastelement (41) an seinem freien Ende zum Zusammenwirken mit der Verzahnung (32) derart ausgebildet ist, daß beim Drehen in Schließrichtung (44) eine die Klinke (26) verschwenkende Abstützung und ein darauffolgendes Freikommen des Endes aus der Verzahnung eintritt, während das Ende in Öffnungsrichtung von der Verzahnung (32) weitgehend unbeeinflußt ist.

7. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrastelement (41) blattfederartig ausgebildet und an der Klinke (26) befestigt ist.

8. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Klinke (26) in der Löse- und der Sperrstellung federnd festlegender Federmechanismus vorgesehen ist.

9. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrzahn (30) zu der Schwenkachse (28) der Klinke (26) derart angeordnet ist, daß die Sperrfläche (31) des Sperrzahns (30) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Verbindung (39) mit der Schwenkachse (28) angeordnet ist.

10. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (32) von dem Gewinde (19) zwischen Befestigungsteil (18) und Spannmutter (20) getrennt ist.

11. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (32) eine symmetrische Verzahnung ist.

12. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (32) auf einem gesonderten, an dem Befestigungsteil (18) angebrachten Ring (33) vorgesehen ist.

13. Schnellwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (32) sich über 3600 erstreckt.