DE2560287C2

DE2560287C2 - Werkzeugspannvorrichtung

Info

Publication number: DE2560287C2
Application number: DE19752560287
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing.(grad.) 7251 Malmsheim Schmid
Original assignee: Sandvik Kosta GmbH
Current assignee: Sandvik Kosta GmbH
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-10-11
Publication date: 1986-02-20
Also published as: IT1037803B; DE7532469U; DE2545713C2; DE2545713A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugspannvorrichtung zum Spannen eines an einer Spindel einer Werkzeugmaschine gehaltenen Werkzeuges oder Werkzeug halters, der mit der Spindel mittels einer Klemmvorrichtung lösbar verbunden ist, die ein in Achsrichtung der Spindel verschiebbares Betätigungsorgan, eine Gruppe radial bewegbarer Kugeln, ein mit dem Werkzeughalter oder Werkzeug verbundenes, in Achsrichtung der Spindel bewegbares Spannglied und ein spindelfestes Stützglied umfaßt, die eine über Konuse betätigte Kugelklemmvorrichtung bilden, wobei die Kugein durch ein auf das Betätigungsorgan wirkendes Kraftglied gegen

die Kraft eines Kraftspeichers zwischen drei gegeneinander geneigten Flächen an dem Betätigungsorgan, dem Spannglied und dem Stützglied bewegbar sind.

Eine derartige Werkzeugspann vorrichtung ist aus der US-PS 35 33 636 bekannt

Bei der bekannten Werkzeugspannvorrichtung umfaßt die Spindel eine Spannzange, an deren freiem, geschlitzten Ende eine hohlkegelige Hülse angreift, die, wenn sie axial zum freien Ende der Spannzange hin verschoben wird, die Spannzange schließt und damit ein Werkzeug in dieser einklemmt Das dem freien Ende der Spannzange entgegengesetzte Ende ist mit einem AußenkegeL d. h. einer in Achsrichtung der Spindel wirkenden Schrägfläche versehen. Diese Schrägfläche bildet eine Begrenzungsfläche einer Kugelkammer, deren andere axiale Grenzfläche von einem spindelfesten radialen Ring gebildet wird. Radial innen wird die Kugelkammer von einem zylinderartigen Fortsatz der hohlkegeligen Hülse begrenzt, während am radialen Außenrand der Kugelkammer die Schrägfläche einer weiteren hohlkege'igen Hülse vorbeibewegbar ist, die auf einem axial verschieblichen Kolben sitzt, dessen Bewegung durch Beaufschlagen mit einem Druckmittel von der einen oder der anderen Seite des Kolbens erzeugt wird.

In der einen Endstellung des Kolbens kann die Kugel

etwas aus der Kugelkammer heraustreten und die erste hohlkegelige Hülse wird durch die Kraft eines Tellerfederpaketes vom freien Ende der Spannzange weggedrückt, so daß das Werkzeug freigegeben wird. Bewegt sich nun jedoch der Kolben in die entgegengesetzte

so Richtung, preßt die Schrägfläche der weiteren hohlkegeligen Hülse die Kugel in die Kugelkammer hinein, und die erste hohlkegelige Hülse wird gegen die Kraft des Tellerfedernpaketes verschoben, so daß die Spannzange gespannt wird. Zum Aufrechterhalten dieser Spannstel lung ist es jedoch erforderlich, das Druckmittel weiter auf den Kolben einwirken zu lassen, weil sich bei einem Druckabfall die erste hohlkegelige Hülse unter der Wirkung des Tellerfedeinpaketes zurückschieben und durch das Austreten der Kugel aus der Kugelkammer auch den Kolben mitnehmen könnte. Zwar könnte man diesem Problem dadurch begegnen, daß man die Anordnung selbsthemmend ausbildet, dann bedarf es jedoch einer zweiseitigen Druckbeaufschlagung des Kolbens mit Druckmittel, um das Werkzeug spannen und wieder lösen zu können. Darüber hinaus wirkt bei der bekannten Werkzeugspannvorrichtung die erste hohlkegelige Hülse nicht als Zugstange in dem Sinne, daß sie den Werkzeughalter in die Spindel »zieht«, vielmehr voll-

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it führt die Hülse beim Spannen der Vorrichtung eine Be- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

I wegung aus der Vorrichtung hinaus, so d°.ß der Werk- dung ist die an der Zugstange vorgesehene Kegelfläche

g zeughalter mit besonderer Umsicht eingesetzt und wäh- die Ranke einer in die Zugstange eingearbeiteten Ring-

I rend des Spannvorganges gehalten und in die Spann- nut und es ist der Kegel winkel dieser Flanke größer als ? vorrichtung gedruckt werden muß. 5 der Kegelwinkel des Flächenabschnittes mit der kleine-

f Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu- ren Neigung. Bevorzugt beträgt dabei der Kegelwinkel

if gründe, eine Werkzeugspannvorrichtung der eingangs 4er Nutflanke etwa 80° bis ICO". Damit läßt sich, zusam-

r genannten Art mit von Hand axial verschiebbarer Zug- men mit einem Kegelwinkel des Flächenabschnittes mit

f stange so weiterzubilden, daß nach Auslösen der Verrie- der kleineren Neigung von etwa 20° bis 40° eine Kraft-

i gelung von der Vorrichtung eine so geringe Kraft auf io übersetzung im Bereich von etwa 1 :2 bis 1 :5, vorzugs-

i die Zugstange ausgeübt wird, da diese noch leicht von weise von etwa 1 :3 erzielen. Dies führt zu einer erhebli-

•i Hand axial verschoben werden kann, andererseits aber, chen Verminderung des Raumbedarfes des Kraftspei-

sobald die Flanke der Zugstange in Kontakt mit den chers einerseits und des für die Entspannung erforderli-

;; Kugeln kommt, die Verriegelung selbsttätig vonstatten cher> Kraftgliedes andererseits.

- geht 15 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-"i Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dung ist die spindelfeste Fläche keine Plan- oder Kegel- ;, daß die Kegelfläche des Betätigungsorganes Flächenab- fläche sondern durch die Oberfläche von radialen Boh- ! schnitte mit unterschiedlichem Kegelwinkel umfaßt, rungen einer Hülse gebildet. Die Kugeln sind also in

wobei ein erster Flächenabschniit, an dem die Kugeln in axialer Richtung gegenüber der Spinde! feststehend an-

• der Spannstellung anliegen, eine kleinere Neigung zur 20 geordnet und können sich lediglich radial bewegen, ab-

; ■■ Achse aufweist, als ein zweiter Flächenabschnitt des Be- gesehen von einem vorgesehenen Bewegungsspiel, weil

ν tätigungsorganes. die Bohrungen einen deutlich größeren Durchmesser

ί;' Weiterhin ist aus der DE-OS 21 01 894 eine Vorrich- aufweisen als die Kugeln. Dabei umfaßt bevorzugt der

: tung zum Einspannen eines Werkzeuges in einer Spin- Kraftspeicher Spannfedern, die die Hülse umgebend an-

K del in einer Werkzeugmaschine bekannt, bei der eine, 25 geordnet sind und sich einerseits an einem Bund der

T während des manuellen Einführens des Werkzeughai- Hülse und andererseits an dem Betätigungsglied abstüt-

I: ters jedoch feststehende Zugstange den eingeführten zen. Dies ergibt eine sehr kompakte Bauform und ver-

fjj Werkzeughalter nach innen zieht und arretiert Hierzu mindert den Längenbedarf der Anordnung.

|/ ist ein zweistufiger Einzugsvorgang vorgesehen, i>ei Die Erfindung wird anhand zweier in der Zeichnung

ψ dem zunächst am unteren Ende der Zugstange angeord- 30 dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Da-

t.; nete Kugeln durch eine die Zugstange umgebende und bei ist in dem Beispiel das Betätigungsorgan (29) als

ν zunächst spindelfeste Hülse austreten und in eine Ring- Kupplungsring, das Spannglied (34) als Bolzen und das

ti nut des Werkzeughalters eingreifen. Bei weiterem Zu- Stützglied (25) als Kupplungsstütze ausgeführt. Es zeigt

p rückziehen der Zugstange wird in einer zweiten Stufe im Längsschnitt

I; ein Formschluß zwischen Kugeln, Hülse und Werkzeug- 35 F i g. 1 eine Schnellwechselvorrichtung zum Befesti-

ti halter hergestellt, während in einem weiter innen liegen- gen an dem Spindelstock einer Werkzeugmaschine in

["" den Abschnitt der Zugstange über eine weitere Kugel- gelöster und gespannter Stellung,

'{;■ gruppe ein Formschluß zur Hülse hergestellt und diese F i g. 2 eine andere Vorrichtung für Werkzeugmaschi-

[-' zusammen mit der Zugstange zurückgezogen wird. nen mit beweglicher Pinole, bei der die Vorrichtung

>·, Durch die an sich bekannte Verwendung eines Kraft- 40 unmittelbar in die Spindel eingeschraubt wird, und

$· Speichers zur Erzeugung der Spannung ist die er- Fig.3 in stark vergrößerter Darstellung ein Detail

f' wünschte erhöhte Sicherheit gegen Ausfall der Span- einer als Keilgetriebe ausgebildeten Kugelkupplung.

¹ nung während des Betriebes, beispielsweise bei Wegfall Eine Spindel 1 ist drehbar in einem nicht dargestellten

i der Druckmittelzufuhr oder plötzlichem Druckabfall, Spindelkopf einer Werkzeugmaschine gelagert. Die

erreicht. Das Kraftglied in Gestalt eines Hydraulikkol- 45 Spindel 1 weist einen von einer Stirnseite ausgehenden

: bens dient nur noch der Erzeugung der Entspannbewe- Aufnahmekonus 2 für einen konischen Schaft 6 eines

gung. Durch die Verwendung des Keilgetriebes läßt sich Werkzeughalters 5 auf. Der Aufnahmekonus 2 geht an

einerseits der Kraftspeicher, also die als Kraftspeicher seinem inneren, engen Ende in eine Bohrung 3 über, die

verwendeten Tellerfedern, in seiner Baugröße vermin- anschließend in eine Längsbohrung 4 mit vermindertem

dem. Außerdem läßt sich dadurch auch das zur Entspan- 50 Durchmesser übergeht. In den konischen Schaft 6 des

nung erforderliche Kraftglied kleiner bauen, da es nur Werkzeughalters 5 ist, an der dem Werkzeug gegen-

noch die zum Zusammenpressen des verkleinerten überliegenden Stirnseite eine zentrale Sackbohrung 7

Kraftspeichers erforderliche Kraft aufzubringen hat. eingearbeitet, die mit einem Einschraubgewinde verse-

Diese ist nur etwas größer als die um den durch das hen ist, in das eine Spannhülse 8 eingedreht ist. In die

Verhältnis der Kegelwinkel gegebenen Faktors verklei- 55 Spannhülse 8 ist eine innere Ausdrehung 9 eingearbei-

. nerte Kraft der Spannfeder. Durch die Bemessung des tet, die eine Ringnut bildet Von der freien Stirnseite her

Kegelwinkels des anderen Flächenabschnittes des Beta- führt eine Kegelfiäche 10 zu dem durch die Ringnut 9

tigungsorganes auf mehr als etwa 20° wird eine ausrei- begrenzten Raum.

- chende Übersetzung erzielt und dennoch eine Selbst- Auf den Spindelkopf, in dem die Spindel 1 gelagert ist, hemmung ausgeschlossen, die bei der Verwendung ei- 60 ist ein zylinderförmiges Gehäuse 11, das an seinen beines Kraftspeichers zum Spannen im Gegensatz zu einer den Stirnseiten mit je einem Flansch 12 bzw. 13 versemanuellen Erzeugung der Spannbewegung nicht not- hen ist, mit dem Flansch 12 flach anliegend, befestigt, wendig und nicht einmal erwünscht ist. Die Zylinderachse des Gehäuses 11 fluchtet dabei mit

Bevorzugt schließt der Kegelwinkel des eine kleinere der Achse der Bohrungen 2,3 und 4. An dem Flansch 13

Neigung zur Achse aufweisenden Flächenabschnittes 65 ist mittels Schrauben 14 ein Zylinder 15 befestigt, indem

einen Winkel von unter etwa 40° ein. Der Bereich von ein mittels einer Dichtung 16 abgedichteter Kolben 17

20° bis 40° Kegelwinkel hat sich als sehr zweckmäßig in Achsrichtung geführt ist. Auf der der Spindel 1 abge-

erwiesen. wandten Seite ist der Kolben 17 mit einer zentralen.

starr an ihm befestigten Kolbenstange 18 versehen, die durch eine Bohrung in einem den Zylinder 15 abschließenden Boden 19 mittels einer Dichtung 10 abgedichtet nach außen geführt ist Die Kolbenstange 18 ist längs durchbohrt und es ist in dieser Bohrung ein Schaltglied 21 in Gestalt eines Schaltventil oder eines Schalters eingebaut, der durch Verschieben eines axial vorstehenden Stößels 22 schaltbar ist In den Kolben 17 ist an der der Spindel 1 zugewandten Seite ein Axialkugellager 23

Bohrung zwischen den Spannbacken 36 ein und hält diese formschlüssig nach außen gespannt. In dieser Lage liegen die Vorsprünge 37 an der Ringnut 9 der Spannhülse 8 an.

Der mit der Zughülse 35 starr verbundene Bolzen 34 ist mit einer Außenringnut 44 versehen deren der Zughülse 35 abgewandte Flanke 45 als Kegelmantelfläche ausgebildet ist, die einen Kegelwinkel von etwa 90° einschließt Die Flanke 45 schließt also einen Winkel von

eingebaut, das sich einerseits gegen den Kolben 17 und io etwa 45° zur Achse ein. Die Tiefe der Ringnut 44 ist andererseits gegen einen Ring 24 axial abstützt. Der etwa gleich der Tiefe der Ausdrehung 30 und etwa

Ring 24 liegt mit einer Stirnfläche an einer Stirnfläche einer Kupplungshülse 25 an, deren gegenüberliegendes Ende in eine an die Längsbohrung 4 anschließende Bohrung 26 mit gegenüber der Längsbohrung 4 vergrößertem Durchmesser eingesetzt ist. Die Kupplungshülse 25 ist mit einem Bund 27 versehen, der an der Stirnfläche der Spindel 1 anliegt und dort befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. An der der Spindel 1 abgewandten

gleich der Wanddicke der Kupplungshülse 25.

In dem Ring 24 bzw. der Längsbohrung der Kolbenstange 18 ist ein Schaltstift 46 axial verschiebbar ge-15 führt.

Zum Ausspannen eines Werkzeuges wird durch eine Anschlußbohrung 47 Druckmedium in den Zylinder 15 eingeführt, wodurch der Kolben 17 über das Axialkugellager 23 und den Ring 24 den Kupplungsring 29 axial

Seite des Bundes 27 liegt ein Paket Tellerfedern 28 an, 20 verschiebt, wodurch die zuvor unter der Wirkung der die sich andererseits gegen einen Kupplungsring 29 ab- Tellerfedern 28 zwischen dem Innenkonus 31 und der

Flanke 45 eingeklemmten Kugeln 33 frei werden und in die Ausdrehung 30 eintreten können. Sobald sich die Ausdrehung 30 in der Ebene der Ringnut 44 befindet,

stützen, der die Kupplungshülse 25 in dem dem Kolben 17 zugewandten Bereich umgibt Der Kupplungsring 29 ist relativ zur Kupplungshülse 25 axial verschiebbar. Er

ist mit einer inneren Ausdrehung 30 versehen, die in 25 trifft der Ring 24 auf die Stirnseite des Bolzens 34 auf einen in Richtung zu den Tellerfedern hin sich verjün- und verschiebt diesen in Richtung auf die Spindel 1,

wobei die Kugeln 33 radial nach außen gedrückt werden in die Ausdrehung 30. Gleichzeitig wird über die Zughülse 35 und die Spannhülse 8 der Werkzeughalter 5

genden Innenkonus 31 übergeht Der Innenkonus 31 schließt einen Kegelwinkel von etwa 30° ein, so daß die Oberfläche des Innenkonus 31 zur Längsachse einen

Winkel von etwa 15° einschließt Im Bereich der Aus- 30 nach außen bewegt, wodurch sich der konische Schaft 6

drehung 30 ist die Kupplungshülse 25 mit einem Kranz von der Oberfläche des Aufnahmekonus 2 löst In der

entlang dem Umfang verteilter radialer Bohrungen 32 Endstellung, die in der -jinen Hälfte von Fig. 1 darge-

versehen in denen jeweils eine Kugel 33 mit gegenüber stellt ist, sind die Spannbacken 36 frei, da der Spreizstab

der radialen Bohrung 32 kleineren Durchmesser ange- 39 außer Eingriff kommt und es können die Vorsprünge

ordnet ist. Der Durchmesser der Kugeln 33 ist etwa so 35 37 axial aus der Spannhülse 8 austreten. Es kann dann

groß wie die Differenz zwischen Außendurchmesser der Werkzeughalter 5 mit dem Werkzeug entnommen

und Innendurchmesser der Kupplungshülse 25, also et- werden.

wa doppelt so groß wie die Wandstärke der Kupplungs- Anschließend wird ein neuer Werkzeughalter einge-

hülse 25. setzt und es wird der konische Schaft 6 in den Aufnah-

In der Kupplungshülse 25 ist eine zweiteilige Zug- 40 mekonus 2 eingeführt, wobei die Spannbacken 36 mit

stange axial verschiebbar geführt, die einen Bolzen 34 ihren Vorsprüngen 37 in die Ebene der Ringnut 9 gelan-

und eine daran starr befestigte Zughülse 35 umfaßt. An gen. Durch Anlage der freien Stirnfläche der Spannbak-

dem dem Bolzen 34 abgewandter. Ende ist die Zughülse ken 36 an einer Schulter-flache der Ausdrehung 9 wird

35 längs geschlitzt wodurch einzelne Spannbacken 36 die Zughülse 35 in Richtung auf den Kolben 17 verscho-

gebildet sind, die nach außen weisende Vorsprünge 37 45 ben, wobei das freie Ende des Spreizstabes 39 in den

mit sich zum Werkzeughalter 5 hin verjüngender Kegel- Bereich zwischen den Spannbacken 36 eindringt und

fläche 38 aufweisen. Die Querschnittsform der Vor- diese nach außen spreizt Ehe der konische Schaft 6 an

Sprünge 37 ist so gewählt daß sie zumindest in dem dem dem Aufnahmekonus 2 satt zur Anlage kommt befindet

Bolzen 34 zugewandten Bereich der entsprechenden sich die Ringnut 44 wieder etwa in der Ebene der Aus-

Fiäche der Kingnut 9 konturengieich ist In einer Längs- 50 drehung 30, worauf bei Abschalten des Drucks des

bohrung der Zughülse 35 ist ein Spreizstab 39 angeord- Druckmediums die Tellerfedern 28 den Kupplungsring

net, der relativ zu der Spindel 1 axial unverschiebbar ist 29 in Richtung auf den Zylinder 15 bewegen, wodurch

Zu diesem Zweck ist an dem dem Bolzen 34 zugewand- die Kugeln 33 durch Anlage an dem Innenkonus 31

ten Ende des Spreizstabes 39 ein Querstift 40 vorgese- radial nach innen bewegt werden, bis sie an der Flanke

hen, der sich durch zwei einander gegenüberliegende 55 45 anliegen. In dieser Endlage der Zugstange, bestehend

Langlöcher 41 hindurch erstreckt die in die Zughülse 35 aus dem Bolzen (34) und der Zughülse (35), liegt die

eingearbeitet sind. Mit seinen Enden steckt der Quer- Stirnfläche des Bolzens 34 an dem Schaltstift 46 an und

stift 40 in Radialbohrungen des in der Bohrung 26 be- bewegt diesen gegen den Stößel 22 des Schaltgliedes 21.

findlichen Bereiches der Kupplungshülse 25. Das freie, das dadurch betätigt wird. Der Schaltstift 46 kann so

dem Werkzeughalter 5 zugewandte Ende des Spreizsta- eo bemessen sein, daß er das Schaltglied 21 dann schaltet

bes 39 ist mit einer Konusfläche 42 versehen, der eine wenn sich die Flanke 45 etwa im Bereich der Ausdre-

entsprechende Konusfläche 43 an der Innenseite der hung 30 befindet Dabei schaltet das Schaltglied 21 die

Spannbacken 36 gegenübersteht Druckmittelzufuhr zur Anschlußbohrung 47 ab, worauf

Wird die Zughülse 35 vom Werkzeughalter 6 wegge- selbsttätig die Kugelkupplung eingekuppelt und der

fahren, so werden die Spannbacken 36 nach außen ge- 65 Spannvorgang durch die Tellerfedern 28 beendet wird,

spreizt sobald die Konusflächen 42 und 43 aneinander wobei der konische Schaft 6 satt an dem Aufnahmeko-

zur Anlage kommen. Bei der Weiterbewegung dringt nus 2 zur Anlage kommt Es kann aber auch die Länge

das freie Ende des Spreizstabes 39 in den Bereich der des Schaltstiftes 46 so bemessen sein, daß das Schalt-

glied 21 erst bei Erreichen dieser Endstellung geschaltet wird. Das Schaltglied 21 dient dann dazu, das Erreichen der Spannendlage zu signalisieren und/oder dazu, eine Sperrung des Spindelantriebes aufzuheben.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sind die gegenüber F i g. 1 unverändert gebliebenen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Einander in ihrer Funktion entsprechende, jedoch anders gestaltete Teile sind mit einem um eine vorgesetzte 1 veränderten Bezugszeichen versehen. Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform, die für Werkzeugmaschinen mit axial beweglicher Pinole vorgesehen ist, ist die ganze Anordnung unmittelbar auf die nicht dargestellte Spindel montiert. Dazu ist die Kupplungshülse 125 mit einem Gewindeansatz versehen, der in eine Gewindebohrung der Spindel eingedreht wird, bis die Spindelstirnfläche an einem Bund 51 der Kupplungshülse 125 zur Anlage kommt. Die Anordnung ist von einem zylindrischen Gehäuse 111 umschlossen, das an seiner der Spindel zugewandten Stirnfläche mit einem aufgeschraubten Deckel 52 abgeschlossen ist. An dem Deckel 52 stützt sich ein Axialkugellager 53 ab, das andererseits an einem Bund 127 der Kupplungshülse 125 anliegt. An der gegenüberliegenden Seite des Bundes 127 liegen die Tellerfedern 28 an. In dem zylindrischen Gehäuse 111 ist ein Ring-Stufenkolben 54 geführt, der mit einer Stirnfläche 55 an dem Kupplungsring 129 anliegt Die Druckmittelzufuhr erfolgt über eine Anschlußbohrung 147 an der dem Dekkel 52 abgewandten Stirnseite. Der Druck des Druckmediums wirkt dabei auf eine Ringfläche des Stufenkolbens 54, der durch eine die Tellerfedern 28 umgebende Schraubendruckfeder 56 bei fehlendem Druckmedium in seiner einen Endlage gehalten ist, in der die Schulter 55 nicht an dem Kupplungsring 129 anliegt. Die Schraubendruckfeder stützt sich hierzu mit ihrem anderen Ende an dem Deckel 52 radial außerhalb des Axialkugellagers 53 ab. An der dem Band 51 abgewandten Stirnfläche der Kupplungshülse 125 liegt ein Stützring 57 an, der über ein Axialkugellager ¹JS gegen den dem Deckel 52 gegenüberliegenden Boden des Gehäuses 111 abgestützt ist. Dieser Boden ist zentral durchbohrt und es ist durch diese Bohrung ein Schaltstiftfortsatz 146 nach außen geführt, der an der Stirnfläche des Bolzens 34 befestigt ist

Die Wirkungsweise der Anordnung ist ebenso wie die der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung.

Um die Einzelheiten der als Keilgetriebe ausgebildeten Kugelkupplung besser zu erkennen ist der betreffende Bereich der Vorrichtung gegenüber F i g. 2 vergrößert dargestellt Der Innenkonus 31 des Kupplungsringes 29 ist dabei abgesetzt und weist einen Konus 31' auf, der den erwähnten Winkel von etwa 15° zur Längsachse der Anordnung (30° Kegelwinkel) einschließt An den Innenkonus 3Γ schließt ein weiterer, sich bis zum Grund der Ausdrehung 30 erstreckender Innenkonus 31" an, der einen Kegelwinkel von etwa 90° und damit einen Winkel von etwa 45° zur Längsachse aufweist Ferner sind die radialen Bohrungen 32 in der Hülse 25 in ihrem den Tellerfedern 28 abgewandten Bereich mit einer Anschrägung 48 versehen. Die Anschrägung 48 schließt einen Winkel von etwa 60° zur Längsachse der Anordnung ein, so daß die Flächen der Anschrägung 48 und des Innenkonus 31" miteinander einen Winkel von etwa 15° einschließen, der gemäß der nachfolgenden Schilderung auch etwas größer oder kleiner sein kann.

In der Spannstellung liegen die Kugeln 33 einerseits an der Flanke 45 der Zugstange und andererseits an dem Flächenabschnitt 31' des als Betätigungsorgan dienenden Kupplungsringes 29. Außerdem stützen sich die Kugeln 33 in der Spannlage an der den Tellerfedern 28 benachbarten Bereich der Bohrungen 32 ab, weil die Nutflanke 45 und die Kegelfläche 3V einen sich gegen diesen Bereich der Bohrung 32 öffnenden Keil einschließen. Die Kraft der Tellerfedern 28 wirkt entsprechend übersetzt auf die Zugstange. Der Kolben 17 des Kraftgliedes ist dabei entlastet. Soll nun ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden, so wird vom Kolben 17 eine

ίο Kraft auf die Hülse 29 ausgeübt, wodurch die resultierende Kraft, die auf die Kugeln 33 wirkt, vermindert wird. Gleichzeitg wird entsprechend der Federkennlinie der Tellerfedern 28 mit zunehmender Kolbenkraft die Kupplungshülse 29 in Richtung auf die Tellerfedern 28 bewegt, wobei die Kugeln 33 sich entlang der Kegelfläche 3Γ in Richtung auf die Kegelfläche 31" bewegen können. Bei der weiteren, durch den Kolben 17 erzeugten Bewegung der Kupplungshülse 29 laufen schließlich die Kugeln 33 über die Kante zwischen den beiden Kegelflächen 31' und 31" hinweg. Anschließend bewegen sich die Kugeln 33 über die Kante am radial äußeren Rand der Nutflanke 45 hinweg und liegen an der Zylinderfläche der Zugstange an, wenn diese zum Werkzeugwechsel axial vorbewegt wird. Dadurch gelangen die Kugeln 33 in einen Keilspalt, der radial nach außen hin sich öffnet und bewegen sich über die Kante hinweg, die zwischen dem axialen Teil der Bohrung 32 und der Anschrägung 48 besteht. Aufgrund des Winkels der Anschrägung 48 und des Kegelwinkels der Kegelfläche 31" bleiben die Kugeln 33 in diesem Bereich und üben keine oder nur eine sehr geringe Restkraft auf die Zylinderfläche der Zugstange aus. Die Zugstange ist somit gelöst und der Werkzeugwechsel kann durchgeführt werden. Zum Spannvorgang wird der Kolben 17 entlastet und es liegen die Kugeln 33 an der Zylinderfläche der Zugstange mit der geringen Restkraft an. Wird die Zugstange etwas eingeschoben, bis die Kugeln 33 über die Kante beim Übergang von der Zylinderfläche der Zugstange auf die Nutflanke 45 übergehen, dann werden die Kugeln durch die radial nach innen gerichtete Restkraft (Kraftanteil der Tellerfedern 28, untersetzt durch das Winkelverhältnis der Flächen 31" und 48) radial nach innen bewegt wobei zunächst die von den Tellerfedern ausgeübte Kraft nicht oder wenig übersetzt wird, solange die Kugeln 33 an den Flächen 31" und 45 anliegen. Sobald jedoch die Kugeln 33 über die Kante zwischen den Flächen 3Γ und 31" hinwegrollen, ergibt sich die gewünschte Bewegungsübersetzung im Verhältnis 1 :2 bis 1 :5.

Die Anschrägung 48 ist besonders dann vorteilhaft, wenn, beispielsweise aus Raummangel bei nachträglichem Einbau, oder auch aus Kostengründen, kein Schaltglied 21 vorhanden ist. In diesen Fällen muß nämlich beim Werkzeugwechsel das Lösen der Kugelkupplung durch Spannen der Tellerfedern 28 manuell ausgelöst oder vorgenommen werden. Eine manuelle Auslösung bedeutet daß ein der Anschlußbohrung 47 für Druckmedium vorgeschaltetes Ventil oder Magnetventil manuell betätigt wird Dabei muß entweder ein Ventil mit Selbsthaltung verwendet werden oder es muß das Ventil manuell ständig in geöffneter Lage gehalten werden, um die Tellerfedern 28 zu spannen. Wird nämlich der Druck von dem Kolben 17 genommen, dann pressen die Tellerfedern über den Innenkonus 31 (mit der Neigung gemäß der Fläche 31') die Kugeln 33 so fest gegen den Bolzen 34, daß dieser zum Festziehen eines Werkzeuges nicht in axialer Richtung soweit bewegt werden kann, daß die Kugeln 33 in die Ringnut 44 einfallen.

ίο

Dasselbe gilt auch dann, wenn statt einer pneumatischen oder hydraulischen Betätigung eine mechanische Betätigung vorgesehen ist, beispielsweise über einen Exzenter oder den Pinolenvorschub. Der Benutzer ist in diesem Fall gezwungen, zum Einsetzen des Werkzeuges die mechanische Vorspannung aufrecht zu erhalten, um den Bolzen 34 in axialer Richtung verschieben zu können, der bei auf den Kupplungsring 29 wirkenden Tellerfedern 28 durch die Kugeln 33 festgeklemmt ist.

Ist jedoch zusätzlich die Anschrägung 48 vorgesehen to und geht der Innenkonus 31 in den einen stumpferen Konuswinkel aufweisenden Konus 31" über, so beträgt bei einem resultierenden Winkel von ca. 15° zwischen den Flächen 48 und 31' die von den Kugeln 33 auf den Bolzen 34 übertragene Kraft auch dann nur eine N, wenn die Tellerfedern 28 ihre volle Kraft auf den Kupplungsring 29 und damit auf die Kugeln 33 übertragen. Durch Wahl des Winkels zwischen den Flächen 48 und 31' kann diese resultierende Kraft in gewünschter Weise eingestellt werden. Das Zusammenwirken zwischen der Anschrägung 48 und dem Innenkonus 31" erfolgt nur bei der in F i g. 3 dargestellten, ausgerückten Lage der Kugelkupplung, wogegen bei gespanntem Werkzeug die Kugeln 33 in die Ringnut 44 eingefallen sind und dann allein der Innenkonus 31' und die Nutflanke 45 für die von den Tellerfedern 28 über den Kupplungsring 29 und die Kugeln 33 auf den Bolzen 34 übertragene Kraft maßgebend sind. In Zwischenlagen während des Spannbzw. Entspannvorganges liegen die Kugeln auch zwischen der Zylinderoberfläche der Zugstange, dem In- nenkonus 31' und dem Innenkonus 31" an, mit dabei entsprechend den resultierenden Keilwinkeln sich einstellenden Übersetzungen und Kräften.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Werkzeugspannvorrichtung zum Spannen eines an einer Spindel (1) einer Werkzeugmaschine gehaltenen Werkzeuges oder Werkzeughalters (5), der mit der Spindel (1) mittels einer Klemmvorrichtung lösbar verbunden ist, die ein in Achsrichtung der Spindel (1) verschiebbares Betätigungsorgan (29), eine Gruppe radial bewegbarer Kugeln (33), ein mit dem Werkzeughalter (5) oder Werkzeug verbundenes, in Achsrichtung der Spindel (1) bewegbares Spannglied (34) und ein spindelfestes Stützglied (25) umfaßt, die eine Ober Konusse betätigte Kugelklemmvorriehtung bilden, wobei die Kugeln (33) durch ein auf das Betätigungsorgan (29) wirkendes Kraftglied (17; 54) gegen die Kraft eines Kraftspeichers (28) zwischen drei gegeneinander geneigten Flächen (31,32, 45) an dem Betätigungsorgan (29), dem Spannglied (34) und dem Stützglied (25) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (31) des Betätigungsorganes (29) Flächenabschnitte (31', 31") mit unterschiedlichem Kegelwinkel umfaßt, wobei ein erster Flächenabschnitt (31'), an dem die Kugeln (33) in der Spannstellung anliegen, eine kleinere Neigung zur Achse aufweist als ein zweiter Flächenabschnitt (31") des Betätigungsorganes (29).

2. Werkzeugspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spannstellung die Kugeln (33) zwischen einer flacher als der erste Flächenabschnitt (31') verlaufenden Fläche (45) des Spanngliedes (34), einer radial verlaufenden Fläche (32) des Stützgliedes (25) und dem ersten Flächenabschnitt (31') des Betätigungsorganes (29) gehalten werden und daß in der Lösestillung die Kugeln (33) zwischen einer axial verlaufenden Fläche des Spanngliedes (34), einer radial verlaufenden Fläche des Stützgliedes (25) und dem zweiten Flächenabschnitt (31") des Betätigungsorganes (29) gehalten werden.

3. Werkzeugspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spannstellung die Kugeln (33) zwischen einer flacher als der erste Flächenabschnitt (31') verlaufenden Fläche (45) des Spanngliedes (34), einer radial verlaufenden Fläche (32) des Stützgliedes (25) und dem ersten Flächenabschnitt (31') des Betätigungsorganes (29) gehalten werden und daß in der Lösestellung die Kugeln (33) zwischen einer axial verlaufenden Fläche des Spanngliedes (34), einer flacher als der zweite Flächenabschnitt (31") verlaufenden Fläche (48) des Stützgliedes (25) und dem zweiten Flächenabschnitt (31") des Betätigungsorganes (29) gehalten werden.

4. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des eine kleinere Neigung zur Achse aufweisenden Flächenabschnittes (31') einen Winkel von mehr als 20°, jedoch unter etwa 40° einschließt.

5. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (45) des Spanngliedes (34) unter einem Winkel von etwa 80° bis 100° verläuft.

6. Werkzeugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher Spannfedern (28) umfaßt, die eine Hülse (25) umgebend angeordnet sind, und sich einerseits an einem Bund (27) der Hülse (25) und andererseits an dem Betätigungsglied (29) abstützen, wo bei ferner die spindelfeste Fläche durch die Oberfläche von radialen Bohrungen (32) der Hülse (25) gebildet ist