DE2345869A1 - Vorrichtung zum einspannen von werkzeugen - Google Patents

Description

D-4000 DÜSSELDORF 1 PATENTANWÄLTE Malkastenstraße2 DIPL.-ING. ALEX STENGER

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

Dipl.-Ing. Heinz J. Ring

UnserZeiAen: l4 591 Datum: _lQ ^ September 1972

?üul Foricardt Kommanditgesellschaft, 4000 Düsseldorf,

Rosenstrai3e 44-46

Vorrichtung* zum Einspannen von Werkzeugen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspannen von einen konischen Schaft aufweisenden und mit einem an dessen Ende hervorstehenden Spannkopf versehenen Werkzeugen in einer Spindel einer· Werkzeugmaschine mittels eines in einer zentralen Bohrung der Spindel längsverschiebbar gelagerten Spannelements, das über eine Zugstange mit dem Spannkopf des in eine Aufnahmebohrung der Spindel einziehbaren Werkzeuges zusammenwirkt.

Es sind bereits Vorrichtungen der voranstehend beschriebenen Art bekannt, bei denen das Spannelement durch eine Feder in die· Spannstellung und gegen den Druck der Feder in die Lösestellung verschiebbar ist, in welcher die Kupplung zwischen dem Werkzeugschaft und dem Spannelement lösbar ist. Die Verschiebung des Spannelements zum Lösen erfolgt durch einen am hinteren Ende angeordneten stationären Druckmittelzylinder. Die Verriegelung des Werkzeuges an der Spindel geschieht durch Kugeln, welche den am hinteren Ende hervorstehenden Spannkopf des Werkzeuges umfassen.

Diese bekannte Vorrichtung zum Einspannen von Werkzeugen besitzt den Nachteil, daß die vorgesehenen Federn insbesondere bei schwerer Zerspanung und schnelllaufenden WerkzeugmaschiBn nicht in der Lage sind, das Werkzeug mit der ausreichenden HaI-tekraft in der Spindel festzuhalten; eine Vergrößerung der IMerkraft ist wegen des damit verbundene!größeren Raumbedarfes

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infolge der beschränkten Raumverhältnisse nicht möglich.Auch der Kugelmechanismus zum Arretieren des Spannkopfes kann keine hohei Kräfte übertragen, so daß auch aus diesem Grunde nur eine ungenügende Haltekraft des Werkzeuges an der Spindel erfolgt. Schließlich wird die Haltekraft der das Werkzeug einspannenden Federn nahezu aufgehoben, wenn sogenannte rückwärtige Schnittkräfte auftreten, die das Werkzeug nicht in Richtung auf die Spindel belasten, sondern eine resultierende Kraft zur Folge haben, welche das Werkzeug versucht, aus der Spindel herauszuziehen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß ein Lösen des Werkzeuges bei verschiebbaren Spindeln nur in der axialen Ausgangsposition möglich ist, da der stationäre Druckmittelzylinder bei ausgefahrener Stellung der Spindel das erwähnte Federpaket und somit den Spannmechanismus nicht lösen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die voranstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche eine schnelle und sichere Einspannung des Werkzeuges ergibt und mit welcher die richtige Einspannung des Werkzeuges überwacht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange durch einen mit der Spindel umlaufenden, doppeltwirkenden Spannzylinder längsverschiebbar ist, der über ein stillstehendes, auf einer am Zylindergehäuse befestigten Zuführwelle gelagertes Überleitungsgehäuse an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Einspannen von Werkzeugen besitzt ein-e hohe Einspannkraft, die nicht durch Federn, sondern durch den Druck eines Druckmittels erzeugt wird und deshalb ausreichend groß gewählt werden kann, ohne daß hierzu besondere bauliche Gegebenheiten erforderlich sind. Da sich der Spannkrafterzeuger außerhalb der Spindel befindet, ist eine so ausreichende Dimensionierung des Zylinders und des Druckmittelüberleitungsgehäuses möglich, daß außergewöhnlich kurze Spannzeiten erzielt werden.

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Weiterhin ist keine besondere Stellung der Spindel für das Lösen des Spannelementes erforderlich, so daß auch axial verschiebbare Spindeln, beispielsweise von Präs- und Bohrwerken, in jeder beliebigen Stellung mit einem neuen Werkzeug bestückt werden können.

Um ein Ingangsetzen der Spindel nur dann zu gewährleisten,wenn das jeweilige Werkzeug richtig eingespannt ist, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in einer zentralen Bohrung der Zugstange, des Kolbens und der Zuführwelle eine Fühlstange angeordnet, die mit ihrem vorderen Ende mit cem einzuspannenden Werkzeug und mit ihrem hinteren Ende mit einem Wegschalter zusammenwirkt. Der Wegschalter sorgt durch eine entsprechende Einstellung dafür,daß die Spindel erst in Drehung versetzt werden kann, wenn sich das Werkzeug in der ordnungsgemäßen Einspannstellung befindet.

Um die Sicherheit der Einspannung des Werkzeuges mittels des doppeltwirkenden Spannzylinders zu erhöhen, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Kolben des Spannzylinders zwischen zwei Anschlägen der Zugstange axial versetzbar gelagert und durch eine in Spannrichtung wirkende Feder belastet. Durch diese im Zusammenhang mit einem selbsttätigen Ventilsystem wirkende Feder wird selbst'bei Ausfall der Druckmitte.lquelle und bei nachlassendem Druck innerhalb des Spannzylinders, beispielsweise infolge Undichtigkeiten, sichergestellt, daß über einen längeren Zeitraum die erforderliche Spannkraft aufrechterhalten wird, da die den Kolben belastende Feder eine Druckerhöhung bewirkt, die insbesondere bei einer hydraulischen Ausführung des Spannzylinders im Falle von Leckverlusten von Wichtigkeit ist.

Mit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, die die Fühlstange aufnehmende zentrale Bohrung über einen Anschlußstutzen des Überleitungsgehäuses an eine Druckluftquelle anzuschließen. Hierdurch wird die Möglichkeit gegeben, die konische Aufnahmebohrung der Spindel beim Werkzeugwechsel mittels Druckluft freizublasen, wodurch eine hohe Rundlaufgenauigkeit erzielt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind auf das vordere Ende der Zugstange eine geschlitzte Spannpatrone und ein Auswerfer

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aufgesetzt, wodurch einerseits eine einfache und sichere Einspannung des Werkzeuges mittels seines Spannkopfes sichergestellt und andererseits ein schnellstmögliches Auswerfen des gebrauchten Werkzeuges erreicht wird.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die gesamte Vorrichtung mit ordnungsgemäß eingespanntem Werkzeug und

Fig. 2 einen Teilschnitt entsprechend der Pig.l während des Einsetzens eines neuen Werkzeuges.

Der Längsschnitt nach Pig.l zeigt nicht nur die mit starken Linien gezeichnete Vorrichtung, sondern mit dünneren Linien auch diejenigen Teile eines Präs- und Bohrwerkes, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind. So ist eine Spindel 1 zu erkennen,welche über zwei Kegelrollenlager in einem Spindelgehäuse 2 gelagert ist. Der Antrieb der Spindel 1 erfolgt über zwei Kegelräder 3» von denen das eine auf der Spindel 1 befestigt und das andere im Spindelgehäuse 2 drehbar gelagert ist. Im vorderen Ende der Spindel 1 ist eine kegelige Aufnahmebohrung für den Steilkegelschaft 4a eines Werkzeuges 4 ausgebildet, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Fräswerkzeug gezeichnet ist. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Werkzeug 4 und der Spindel 1 geschieht durch einen an der Spindel 1 vorgesehenen Mitnehmernocken la, welcher in eine entsprechende Aussparung 4b des Werkzeuges eingreift.

Das Werkzeug 4 ist mit einem Adapter 5 versehen, der einen Spannkopf 5a aufweist. Dieser Spannkopf wird von einer geschlitzten Spannpatrone 6 umgriffen, die zusammen mit einem Auswerfer 7 am vorderen Ende einer Zugstange 8 angeordnet ist. Auf dem hinteren Ende der Zugstange 8 ist zwischen einem Flansch 8a und einem Sicherungsring 8b ein Kolben 9 axial verschiebbar angeordnet, der durch eine Tellerfeder 9a belastet ist. Der Kolben 9 befindet sich

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in einem Zylindergehäuse Io eines Spannzylinders, der entweder mit Druckluft oder Druckflüssigkeit betätigt wird und doppeltwirkend ausgebildet ist. Das vordere Ende des Zylindergehäuses ist durch einen Gehäusedeckel loa verschlossen, durch den die Zugstange 8 hindurchgeführt ist. Die Befestigung des Spannzylinders an der Spindel 1 erfolgt durch Zwischenschaltung eines Zwischenstückes 11.

Die Zufuhr des Druckmittels von einer ortsfesten Druckmittelquelle zu den beiden Seiten des Kolbens 9 geschieht mittels eines Überleitungsgehäuses 13* welches auf einer Zuführwelle 12 gelagert ist, die an der hinteren Stirnseite des Zylindergehäuses Io befestigt ist und demgemäß ebenso wie das Zylindergehäuse Io mit dem Kolben 9 zusammen mit der Spindel 1 umläuft. Das Überleitungsgehäuse 15 läuft dagegen nicht mit den an der Spindel 1 befestigten Teilen um, sondern nimmt lediglich an eventuellen axialen Verschiebungen der Spindel 1 teil. Das Überleitungsgehäuse IJ ist mit zwei Druckmittelanschlüssen 14· und 15 versehen, welche in Ringnuten l4a bzw. 15a münden. Diese Ringnuten 14a bzw. 15a stehen ständig mit Überleitungsbohrungen 16 bzw. 17 in Verbindung^ die innerhalb der Zuführwelle 12 und des ZyIIndergehäuses Io verlaufen und zum kolbenstangenseitigen bzw. deckelseitigen Zylinderraum führen. In beide Überleitungsbohrungen 16 bzw. 17 ist ein Sicherheitsrückschlagventil 18 eingeschaltet, das bei einer Störung der Druckmittelzufuhr, beispielsweise durch Ausfall der Druckmittelquelle oder Bruch einer an die Druckmittelanschlüsse 14 oder 15 angeschlossenen Leitung sofort zu einem Verschließen des unter Druck stehenden Zylinderraumes führt. Bei der Verwendung eines flüssigen Druckmittels wird anfallende Leckage durch einen Anschluß 19 abgeleitet.

Sowohl die Zugstange 8 als auch der Kolben 9t die entsprechenden Teile des Zylindergehäuses Io und die Zuführwelle 12 sind mit einer zentralen Bohrung versehen, in der sich eine Fühlstange befindet. Diese FUhlstange 2o wirkt mit ihrem vorderen Ende mit dem

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Spannkopf 5a des Werkzeuges 5 und mit ihrem hinteren Ende mit dem Schaltschieber 21a eines Wegschalters 22 zusammen. Der Schaltschieber 21 ist durch eine auf einem Führungsstift 2j5 gelagerte Druckfeder 24 belastet,welche sich an einem Deckel 25 des Überleitüngsgehäuses 1J5 abstützt. Dieser Deckel 25 verschließt das hintere mit einer zylindrischen Bohrung versehene Ende des Überleitungsgehäuses I^. In dieser zylindrischen Bohrung ist der Schaltschieber 21 axial verschiebbar. Desgleichen nimmt die Bohrung das hintere Ende der Zugstange 8 auf, die zur Erzielung einer besseren Führung mit einem Flanschring 8c versehen ist.

In Fig.l ist eine Stellung gezeigt, in welcher das Werkstück 4 ordnungsgemäß in der Spindel 1 festgehalten wird. Der Spannkopf 5a wird hierbei vom vorderen Ende der geschlitzten Spannpatrone 6 umgriffen, die auf das Vorderende der Zugstange 8 aufgesetzt ist. Die Zugstange 8 befindet sich in der hintersten Stellung, da der kolbenstangenseitige Zylinderraum über die Überleitungsbohrung 16 bei diesbezüglich geöffnetem Sicherheitsrückschlagventil 18 mit einer nicht gezeichneten Druckmittelquelle in Verbindung steht,und zwar über den Druckmittelanschluß 14. Der Spannkopf 5a des Werkzeuges 4 hat durch seine Einspannung in der Spannpatrone 6 die Fühlstange 2o in der Zeichnung nach links verschoben, so daß deren hinteres Ende den Schaltschieber 21 entgegen der Kraft der Druckfeder 24 derart weit zurUckgedrückt hat, daß der Wegschalter 22 betätigt wurde. Dieser Wegschalter 22 hat über seine Schaltstange 22a den Kontakt 22b verschwenkt, der ein Einschalten des Antriebes für die Spindel 1 ermöglicht.

Wird nach Beendigung des Bearbeitungsvorganges die Druckmittelzufuhr vom Druckmittelanschluß l4 auf den Druckmittelanschluß 15 umgeschaltet, erfolgt ein Umsteuern des Sicherheitsrückschlagventiles 18 und des Kolbens 9*der auf diese Weise zusammen mit der Zugstarige 8 in Fig.l nach rechts verfährt. Die Spannpatrone 6 gelangt hierdurch in die in Fig.2 gezeichnete Stellung,in der sich ihr vorderes Ende öffnet, so daß der Spannkopf 5a. des Werkzeuges 4 freigegeben wird. Sollte der Steilkegelschaft 4a des Werkzeuges 4

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in der Aufnahmebohrung der Spindel 1 festsitzen, bewirkt der Auswerfer 7* der sich zusammen mit der Zugstange 8 in Fig.l nach rechts bewegt hat, ein Lösen des Werkzeuges 4 und zwar aufgrund der auf das äeckelseitige Ende des Kolbens 9 ausgeübten Druckkraft des Druckmittels. Die Druckfeder 24 hat gleichzeitig dafür gesorgt, daß der-Schaltschieber 21 und mit ihm die Fühlstange 2o nach rechts verschoben wurden. Hierdurch wurde der Wegschalter 22 betätigt,der gemäß Fig.2 über seine Schaltstange 22a den Kontakt 22b verschwenkt hat, um in dieser Situation ein Einschalten des Spindelantriebes auszuschalten.

Das Einsetzen eines neuen Werkzeuges 4 geschieht nunmehr in umgekehrter Reihenfolge. Nachdem der Spannkopf 5a des Werkzeuges 4 die in Fig.2 dargestellte Lage eingenommen hat,wird der Spannzylinder betätigt· Der Kolben 9 zieht somit die Zugstange 8 aus der in Fig.2 dargestellten Lage nach links, wobei das vordere Ende der Spannpatrone 6 den Spannkopf 5a umfaßt und den Steilkegelschaft 4a des Werkzeuges 4 in die Spindel 1 hineinzieht. Gleichzeitig wird die Fühlstange 2o durch den Spannkopf 5a betätigt, so daß der Schaltschieber 21 aus der in Fig.2 gezeichneten in die in Fig.l dargestellte Lage gelangt, aufgrund derer der Kontakt 22b in die in Fig.l gezeichnete Lage verschwenkt wird, so daß nunmehr · der Drehantrieb der Spindel eingeschaltet werden kann.

Am Überleitungsgehäuse 15 ist schließlich ein Anschlußstutzen 26 vorgesehen, der mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht. Die dem Anschlußstutzen 26 zugeführte Druckluft strömt durch die die Fühlstange 2o umgebende zentrale Bohrung bis in die geschlitzte Spannpatrone 6. Hierdurch wird nicht nur die Spannpatrone 6,sondern die gesamte Aufnahmebohrung der Spindel 1 von Schmutz,beispielsweise Spänen oder Staub, gesäubert.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   l.J Vorrichtung zum Einspannen von einen.konischen Schaft aufweisenden und mit einem an dessen Ende hervorstehenden Spannkopf versehenen Werkzeugen in einer Spindel einer V/erk zeugmas chine mittels eines in einer zentralen Bohrung der Spindel längsverschiebbar gelagerten Spannelements, das über eine Zugstange mit .dem Spannkopf des in eine Aufnahmebohrung der Spindel einziehbaren Werkzeuges zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (8) durch einen mit der Spindel (1) umlaufenden, doppeltwirkenden Spannzylinder (9*lo) längsverschiebbar ist, der über ein stillstehendes, auf einer am Zylindergehäuse (lo) befestigten Zuführwelle (12) gelagertes Überleitungsgehäuse (13) an eine Druckmittelquelle angeschlossen ist.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zentralen Bohrung der Zugstange (8), des Kolbens (9) und der Zuführwelle (12) eine Fühlstange (2o) angeordnet ist, die mit ihrem vorderen Ende mit dem einzuspannenden Werkzeug (4) und mit ihrem hinteren Ende mit einem Wegschalter (22) zusammenwirkt.

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) zwischen zwei Anschlägen (8a, 8b) der Zugstange (8) axial verschiebbar gelagert und durch eine in Spannrichtung wirkende Feder (Tellerfeder 9a) belastet ist.

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die die PUhlstange (2o) aufnehmende zentrale Bohrung über einen Anschlußstutzen (26) des Überleitungsgehäuses (13) an eine Druckluftquelle anschließbar ist.

   Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das vordere Ende der Zugstange (8) eine geschlitzte Spannpatrone (6) und ein Auswerfer (7) aufgesetzt sind.