DE2606206C2

DE2606206C2 - Spann- und Lösevorrichtung für mit einem konischen Schaft versehene Werkzeuge von Bohr-, Fräs- und dergleichen Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2606206C2
Application number: DE19762606206
Authority: DE
Inventors: Norbert 8025 Unterhaching Otto
Original assignee: FRIEDRICH DECKEL AG 8000 MUENCHEN
Current assignee: FRIEDRICH DECKEL AG 8000 MUENCHEN
Priority date: 1976-02-17
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1978-05-03
Also published as: DE2606206B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Spann- und Lösevorrich-

tung der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art.

Bei derartigen Spann- und Lösevorrichtungen werden die Werkzeuge mit dem Riegelkopf in beliebiger Weise gekuppelt und durch Zurückziehen der Spann stange in den Aufnahmekegel der Werkzeugspindel gezogen. Der Lösevorgang erfolgt in umgekehrter Weise durch Verschieben der Spannstange in Ausstoßrichtung.

Es sind Spann- und Lösevorrichtungen der gattungs-

gemäßen Art bekannt, bei denen die Einrichtung zum Betätigen der Spannstange in Spann- und Löserichtung durch gesonderte elektrische, hydraulische oder pneumatische Spannmotoren dargestellt wird, wobei in der Regel die Spannkraft durch eine Spannfeder aufge bracht wird und der Spannmotor die Lösebewegung entgegen der Kraft der Spannfeder duichführt.

Derartige gesonderte Spannmotoren müssen eine relativ hohe Leistung haben, da sie in möglichst kurzer Spannzeit hohe Spannkräfte aufbringen müssen. Sie sind deshalb konstruktiv sehr aufwendig und verteuern die gesamte Anlage erheblich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der ein gesonderter Spannmotor nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäQ durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird demnach der Spindelantriebsmotor selbst dazu verwendet, die Spannkraft für die Spann- und Lösevorrichtung aufzubringen. Der Spindelantriebsmotor verdreht die Spannstange und die diese umgebende Hülse gegeneinander, wobei entsprechend den in Umfangsrichtung ansteigenden Führungsbahnen die Spannstange zu nächst in Spannrichtung verschoben wird. Bei einer weiteren Drehung wird durch die in Umfangsrichtung abfallenden Führungsbahnen die Spannstange in Lösungsrichtung verschoben und das Werkzeug gelöst und ausgestoßen. Die Erfindung umfaßt auch die Möglich keit, daß das Werkzeug, z. B. durch Drehung der Spannstange und Hülse gegeneinander in der einen Drehrichtung gespannt, in der entgegengesetzten Drchrichtun" "elöst wird. Die Bremseinrichtun" dient

dazu, das jeweils nicht mit dem Spindelantrieb verbundene Teil für die Zeit des Spann- bzw. Lösevorganges festzuhalten. Dabei ist in einer Ausführungsform der Erfindung die Spannstange mit der Werkzeugspindel drehverbunden und die Hülse abbremsbar, in einer anderen Ausführungsform ist die in der Werkzeugspindel drehbar angeordnete Spannstange durch die Bremseinrichtung abbremsbar, während die Hülse mit dem Spindelantrieb verbunden ist Beide Lösungen sind im Prinzip gleichwertig, doch kann die eine oder die andere Lösung im konkreten Fall konstruktive Vorteile haben.

Die Führungsstücke können in den Führungsbahnen zwangsgesteuert sein, d. h. die Spannstücke liegen in Spannrichtung und in Lösungsrichtung dauernd an den Flächen der Führungsbahnen an. Die Spannkraft wird dann durch die von der Hülse auf die Spannstange übertragene Kraft bestimmt

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch die Spannkraft in an sich bekannter Weise durch eine Spannfeder aufgebracht, so daß die Spannstange bzw. die Führungsstücke nur in einer Richtung an den Führungsbahnen geführt werden müssen. Dabei gibt es verschiedene Ausführungsmöglichkeiten. Im ersten Fall ist erfindungsgemäß die Hülse in Spannrichtung duich die Spannfeder belastet. Durch die gegenseitige Verdrehung wird die Hülse er. 'gegen der Spannrichtung belastet und die Feder gespannt. Die Federkraft wird dann über die Hülse auf die Spannstange übertragen.

Im anderen Fall ist gemäß der Erfindung die Spannstange direkt in Spannrichtung federbelastet. Die Hülse gibt zum Spannen die Spannstange frei, so daß sie unter der Federwirkung das Werkzeug in die Werkzeugaufnahme zieht.

In den Ausführungsbeispielen, in denen die Spannstange drehbar in der Werkzeugspindel gelagert ist, ist diese erfindungsgemäß mit dem Riegelkopf über ein Drehgelenk drehbar verbunden, damit das mit der Werkzeugspindel über den Aufnahmekonus bzw. Mitnehmernasen verbundene Werkzeug sich gegenüber der Spannstange drehen kann.

Bei der Ausgestaltung, bei welcher die Spannstange drehbar in der Werkzeugspindel gelagert und durch die Spannfeder direkt belastet ist, kann die Hülse erfindungsgemäß mit der Werkzeugspindel fest verbunden oder einstückig sein.

Die Erfindung findet vor allem bei gesteuerten Werkzeugmaschinen Verwendung. Dabei kann der Spann- und Lösevorgang einfach dadurch gesteuert werden, daß die Bremse betätigt wird. Dies erfolgt vorzugsweise beim Anlaufen (Spannen) und beim Auslaufen (Lösen) der Spindel, ohne daß eine gesonderte Drehbewegung der Werkzeugspindel für diese Vorgänge erforderlich wäre.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer mit der Werkzeugspindel drehverbundenen Spannstange und federbelasteter Hülse;

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausfühmngsbeispiel mit einer mit der Werkzeugspindel drehverbundenen, federbelasteten Spannstange;

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein

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drehbaren Spannstange und federbelasteter Hülse;

Fig.4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer in der Werkzeugspindel drehbaren, federbelasteten SpannsUnge.
F i g. 1 zeigt eine Werkzeugspindel 2, deren die Werkzeuge aufnehmender vorderer Teil über Wälzlager 4, 6 von einer im Spindelstock 10 angeordneten Lagerbüchse 8 aufgenommen ist, hinter der ein Kegel-Zahnrad 12 auf der Werkzeugspiodel 2 aufge-

setzt und mittels eines Keils 14 drehgesichert ist Über dieses Kegel-Zahnrad wird die Werkzeugspindel in bekannter und deshalb nicht näher dargesteller Weise angetrieben. Auf der äußeren Mantelfläche des Kegel-Zahnrades 12 sitzen Wälzlager 16, über die die ganz»; Spindelanordnung noch ein weiteres Mal gelagert ist

Innerhalb der hohl ausgebildeten Werkzeugspindel 2 ist die Spannstange 18 in einem gewissen Bereich längsverschieblich gelagert Ein in der Werkzeugspindel 2 fest angeordneter Stift 20, welcher in einen in der Spannstange 18 ausgebildeten achsenparallelen Schlitz 22 ragt, sichert die Spannstange gegen eine relative Drehung in der Werkzeugspindel und begrenzt gleichzeitig deren axialen Verschiebeweg zwischen der eingezogenen Spannstellung und der ausgefahrenen Lösestellung.

Im Bereich des oberen Endes der Werkzeugspindel 2 ragt die Spannstange 18 aus dieser heraus. In diesem Bereich ist die Spannstange von einer im wesentlichen zweiteiligen Hülse 24 umgeben, welche längsverschieblich und drehbar auf der Werkzeugspindel gelagert ist Eine an der Unterseite dieser Hülse angeordnete, radial nach innen in eine Ringnut 26 der Werkzeugspindel eingreifende Scheibe 28, die zum Zwecke der Montage beispielsweise längs eines Durchmessers geteilt sein kann, begrenzt den axialen Weg der Hülse, ohne ihre relative Drehung gegenüber der Werkzeugspindel zu behindern.

Die Hülse 24 besteht aus einem unteren zylindrischen Teil 30 mit einem Boden 32, welcher eine Bohrung zum Durchtritt der Spannstange 18 aufweist. Zwischen den Boden und der oberen Stirnfläche 34 der Werkzeugspindel 2 ist unter Zwischenschaltung einer Buchse 36 sowie eines Kugellagers 38 eine Spannfeder 40 eingespannt, welche die Hülse 24 nach oben, d. h. also in Spannrichtung der Spannvorrichtung belastet Auf dem unteren Teil 30 der Hülse 24 ist mittels Schrauben 42 ein oberes zylindrisches Teil 44 befestigt, welches nach oben durch einen Deckel 46, welcher wiederum eine Bohrung zum Durchtritt der Spannstange 18 aufweist, abgeschlossen ist. Die Unterseite des Deckels 46 und die Oberseite des Bodens 32 sind so gestaltet, daß zwischen diesen eine Führungsbahn 48 verbleibt, in die zwei diametral gegenüberliegend an der Spannstange 18

SS angeordnete, radial nach außen weisende Führungsstükke 50 eingreifen (von diesen ist in F i g. 1 nur das dem Betrachter zugewandte Führungsstück zu sehen).

Auf der Außenseite des unteren Teils 30 der Hülse 24 ist eine, z. B. elektrisch über Kontakte 52 zu betätigende Bremse 54 angeordnet, welche im Bereich der axialen Bewegungsfreiheit der Hülse ebenfalls axial verschieblich in einem Bremsengehäuse 56 gelagert ist Eine Feder 58 gewährleistet, daß die Bremse 54 in gelöstem Zustand immer ihre obere Lage einnimmt

6$ Im vorstehenden Ausführungsbeispiel ist eine manuelle Kupplungseinrichtung zum Kuppeln der Spannstange mit dem Werkzeug vorgesehen. Ein am unteren Ende der Spannsteng? 18 angeordneter Riegelkopf (>0 besteht

im wesentlichen aus elastisch aufspreizbaren Greifklauen 62, welche hinter einen Bund 64 des Werkzeugschaftes 66 greifen und diesen in die Aufnahme 68 der Werkzeugspindel ziehen. Zum öffnen der Greifklauen werden diese durch einen Konus 70 auseinandergespreizt, der durch eine Betätigungsstange 74, die durch eine axiale Bohrung 72 in der Spannstange 18 verläuft, betätigt wird. Die Betätigungsstange ist an ihrem oberen Ende mit einem Betätigungsknopf 76 versehen. Eine gegen die Hülse 24 sich abstützende Feder 78 drückt den Betätigungsknopf und damit den Konus in die zurückgezogene Lage, in der die Greifklauen das Werkzeug halten.

Die Arbeitsweise der Spannvorrichtung ist wie folgt:

Zum Einsetzen eines Werkzeuges befinden sich die Führungsstücke 50 jeweils auf dem untersten Punkt der Führungsbahn 48, so daß die Spannstange weitestgehend nach unten ausgefahren ist. Die Greifklauen 62 werden durch die am Bund 64 ausgebildete Konusfläche 80 aufgespreizt oder durch Drücken des Betätigungsknopfes 76 in der beschriebenen Weise. Das Werkzeug wird dann durch die Greifklauen 62 lose gehalten. Die Hülse 24 legt sich unter der Belastung der Spannfeder 40 mit der Scheibe 28 gegen den oberen Anschlag der Ringnut 26 an.

Beim langsamen Anlaufen der Werkzeugspindel wird über die Kontakte 52 die Bremse 54 betätigt, so daß die Hülse 24 festgehalten wird. Die Führungsstücke 50 gleiten in der Führungsbahn 48 aufwärts, bis der Werkzeugschaft 66 in der Werkzeugaufnahme 68 anliegt Bei der weiteren Drehung der Werkzeugspindel, bei welcher die Spannstange nicht weiter in diese hineingezogen werden kann, weicht die Hülse 24 gegen die Kraft der Spannfeder 40 nach unten aus, bis die Führungsstücke 50 ihren höchsten Punkt erreicht haben, wie in F i g. 1 dargestellt. In diesem Augenblick löst sich die Bremse 54. Die Spannstange steht dann unter der genau definierten Spannkraft der Spannfeder 40. Damit die Bremse die Bewegung der Hül;e 24 mitmachen kann, ist sie axial verschiebbar in axialen Führungen 82 gelagert.

Der Lösevorgang verläuft in umgekehrter Weise, indem beim Auslaufen der Werkzeugspindel 2 die Bremse 54 betätigt wird, so daß sich die Führungsstücke 50 entlang der Führungsbahn 48 wieder abwärts bewegen, bis die Hülse 24 wieder an ihrem oberen Anschlag anliegt Bei der weiteren Drehbewegung der Werkzeugspindel wird die Spannstange 18 in Ausstoßrichtung verschoben, wobei das Werkzeug durch die Greifklauen 62 aus der Werkzeugaufnahme gelöst wird. Wenn die Führungsstücke ihren untersten Punkt erreicht haben, wird die Bremse gelöst Durch Betätigen des Betätigungsknopfes 76 werden die Greifklauen 62 aufgespreizt und das Werkzeug freigegeben.

An Stelle des beschriebenen Riegelkopfes 60 kann auch ein herkömmlicher Riegelkopf (z. B. mit Verriegelung durch Kugeln) Verwendung finden, welcher durch die Spann- und Lösebewegung verriegelt bzw. entriegelt wird.

Die Steuerung der Bremse 54 kann bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen einprogrammiert und beispielsweise mit den Befehlen für Werkzeugwechsel, Anlaufen bzw. Stoppen der Werkzeugspindel gekoppelt werden.

In Fig.2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Spannstange 100 selbst durch eine Spannfeder 102 in Spannrichtung belastet ist Die Spannstange 100 trägt z. B. an ihrem oberen, aus der Werkzeugspindel 104 ragenden Ende eine Kappe 106, gegen die die Spannfeder 102 drückt. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Spannfeder unter Zwischenschaltung eines Kugellagers. 108 auf einer die Spannstange umgebenden Hülse UO ab. Die Hülse 110 ist auf ihrer Innenseite mit einer Führungsbahn 112 versehen, in welche an der Spannstange angeordnete, radial nach außen ragende Führungsstücke 114 eingreifen. Zum Abbremsen der Hülse 1 HO dient eine Bremse 116, welche über Kontakte 118 aktiviert werden kann.

Im gelösten Zustand der Spannvorrichtung befinden sich wie im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Führungsstücke 114 auf dem untersten Punkt der Führungsbahn 112, die Spannstange 100 ist gegen die Kraft der Spannfeder ganz ausgefahren, so daß ein Werkzeug (nicht dargestellt) eingesetzt werden kann. Zum Spannen wird während des Anlaufens der Werkzeugspindel 104 die Hülse 110 durch die Bremse 116 abgebremst, so daß sich die Spannstange 100 gegenüber der Hülse 110 verdreht und die Führungsstücke 114 entlang der Führungsbahn 112 aufwärts gleiten, bis das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme fest sitzt. Bei der weiteren Drehung werden die Führungsstücke 114 in Spannrichtung ganz freigegeben, wozu die Führungsbahn mit Ausnehmungen 120 versehen ist. Auf diese Weise wirkt nur die genau definierte Spannkraft der Spannfeder 102 auf das Werkzeug. Der Lösevorgang erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.

In Fig.3 ist eine Variante dargestellt, bei der wiederum wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Hülse 130 unter der Last einer Spannfeder 132 steht. Im Gegensatz zu diesem ist jedoch die Hülse 130 drehfest aber längsverschieblich mit der Werkzeugspindel 134 verbunden. Diese Verbindung wird mittels eines in der Hülse gelagerten, in einem in der Außenwandung der Werkzeugspindel 134 ausgebildeten Längsschlitz 136 ragenden Stift 138 bewerkstelligt. Eine Bremse 140 wirkt auf eine Spannstange 144 und wird über Kontakte 142 betätigt.

Im gelösten Zustand befinden sich Führungsstücke 146 auf dem untersten Punkt einer in der Hülse 130 ausgebildeten Führungsbahn 148, so daß ein Werkzeug in die Werkzeugaufnahme einsetzbar ist. Zum Spannen wird beim Anlaufen der Werkzeugspindel 134 die Spannstange 144 mittels der Bremse 140 festgehalten, so daß sich die Hülse 130, die ja drehfest mit der Werkzeugspindel verbunden ist, relativ zur Spannstange verdreht und diese mittels der Führungsstücke und Führungsbahn spannt, bis das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme sitzt. Bei der weiteren gegenseitigen Verdrehung weicht die Hülse 130 nach unten aus, bis sich die Führungsstücke 146 in der dargestellten Weise auf ihrem höchsten Punkt befinden. Dann wird die Bremse 140 gelöst Damit während des Spannens die relative Drehung zwischen dem mit der Werkzeugsspindel mitgedrehten Werkzeug und der abgebremsten Spannstange 144 möglich ist, ist zwischen dem oberen und unteren Ende der Spannstange ein zug- und druckfestes Drehgelenk 149 vorgesehen.

Das Lösen des Werkzeuges erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge, indem beim Auslaufen der Werkzeugspindel die Spannstange gebremst wird.

F i g. 4 schließlich zeigt eine weitere Abwandlung, bei welcher wiederum wie in Fi g. 2 eine Spannstange 150 direkt durch eine Spannfeder 152 in Spannrichtung belastet wird. Die Spannfeder 152 drückt einerseits gegen einen an der Spannstange ausgebildeten Flansch

154 und stützt sich andererseits über ein Kugellager 156 gegen die Werkzeugspindel 158 ab. Eine Hülse 160 mit Führungsbahnen 166 ist mit der Werkzeugspindel 160 einstückig ausgebildet, dreht sich also mit dieser. Eine Bremse 162 dient zum Abbremsen der Spannstange.

Im gelösten Zustand der Vorrichtung befinden sich _un der Spannstange 150 ausgebildete Führungsstücke 164 auf dem untersten Punkt der in der Hülse 160 angeordneten Führungsbahn 166; die Spannstange ist ausgefahren und zum Ergreifen eines Werkzeuges bereit. Zum Spannen wird beim Anlaufen der Werk-

zeugspindel 158 und der Hülse 160 die Spannstange 150 durch die Bremse 162 festgehalten, so daß die Spannstange durch die Spannfeder 152 gespannt werden kann. Eine Ausnehmung 168 im höchsten Punkt der Führungsbahn gewährleistet, daß nur die definierte Spannkraft der Spannfeder 152 wirksam wird. Der Lösevorgang verläuft in umgekehrter Weise.

Ein zug- und druckübertragendes Drehgelenk 170 in der Spannstange 150 ermöglicht eine relative Drehung des mit der Werkzeugspindel 158 verbundenen Werkzeuges mit der abgebremsten Spannstange 150.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spann- und Lösevorrichtung für mit einem konischen Schaft versehene Werkzeuge von Bohr-, Fräs- u. dgl. Werkzeugmaschinen, in deren Arbeitsspindel eine mit dem Werkzeugschaft durch einen Riegelkopf kuppelbare Spannstange angeordnet ist, die in Spann- und Lösestellung axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (18, 10, 144, ISO) mit Führungsstücken (50, 114, 146, 164) in an einer die Spannstange umgebenden Hülse (24, 110, 130, 160) angeordnete Führungsbahnen (48, 112, 148, 166) eingreift oder umgekehrt, wobei die Führungsbahnen einen in Umfangsrichtung schraubenlinienartig ansteigenden bzw. abfallenden Verlauf haben, daß die Spannstange und die Hülse relativ zueinander verdrehbar und axial verschiebbar angeordnet sind, und daß jeweils eines dieser relativ zueinander beweglichen Teile mit der Werkzeugspindel (2, 104, 134, 158) drehverbunden, das jeweils andere Teil mittels einer Bremseinrichtung (54, 116, 140, 162) zeitweise in Drehrichtung arretierbar ist.

2. Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (18, 100) mit der Werkzeugspindel (2, 104) drehverbunden ist, und daß eine auf die Hülse (24, UO) wirkende Bremseinrichtung (54,116) vorgesehen ist.

3. Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (144, 150) in der Werkzeugspindel (134, 158) drehbar angeordnet und mit einer auf sie wirkenden Bremseinrichtung (140,162) versehen ist, und daß die Hülse (130, 160) mit der Werkzeugspindel drehverbunden ist.

4. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (24, 130) in Spannrichtung des Werkzeuges federbelastet ist und daß sie gegen die Spannrichtung verschiebbar gelagert ist.

5. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (100,150) in Spannrichtung federbelastet ist und daß die Hülse (110,160) unverschiebbar gelagert ist.

6. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (54,140,162) mit dem abzubremsenden Teil axial verschiebbar gelagert ist.

7. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (24, 130) in Spannrichtung einen Anschlag (28, 138) aufweist, gegen den sie bei gelöster Spannstange (18,144) anliegt.

8. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (112,166) der Hülse (110, 160) an der dem gespannten Zustand der Spannstange (100, 150) entsprechenden Stelle eine Ausnehmung (120, 168) aufweist, durch welche die Spannstange in Spannrichtung freigegeben wird.

9. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (144, 150) mit dem Riegelkopf über ein Drehgelenk (149, 170) drehbar verbunden ist.

10. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3. 5, 6_; 8 oder ς. dadurch gekennzeich net, daß die Hülse (110) mit der Werkzeugspindel (104) axial fest verbunden ist

11. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3,5,6,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (160) mit der Werkzeugspindel (158) einstückig ausgeführt ist.

12. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühiungsbahner. (48, 112, 148, 166) jeweils einen über einen Viertelumfang ansteigenden und dann über einen Viertelumfang abfallenden Verlauf haben und daß zwei diametral gegenüberliegende Führungsstücke (50, 114, 146, 164) der Spannstange in die Führungsbahnen eingreifen.

13. Spann- und Lösevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (54, 116, 140, 162) jeweils beim Anlaufen und beim Auslaufen der Werkzeugspindel betätigbar ist.