DE3336111C1 - Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die es bei einfachem konstruktiven Aufbau ermöglicht, hohe Selbsthemmungskräfte zu erzeugen, und zwar ohne daß dies zu irgendeiner Belastung der Federung für die Spannkrafterzeu- gung führt.
• Die erfindungsgemäße Lösung besteht in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs darin, daß der Verriegelungsmechanismus eine im Vorschubweg des Vorschubaggregates liegende Klemmhülse beinhaltet, die eine selbsthemmend-kegelige Fläche aufweist, der geführte Kugeln zugeordnet sind, wobei im Weg der Klemmhülse in Vorschubrichtung und mit einem Freiweg entsprechend der Aufhebung der Selbsthemmung zwischen den Kugeln und der selbsthemmend-kegeligen Flächen ein an der Zugstange befestigter Spannbolzen angeordnet ist, an dem das eine Ende der Federung abgestützt ist.
• Diese Ausbildung führt zu einem einfachen konstruktiven Aufbau bezüglich der an der mechanischen Selbsthemmung beteiligten Teile, und es können auch, da vom Prinzip her sehr viele Kugeln untergebracht werden können, hohe Selbsthemmungskräfte erzeugt werden.
• Dabei wirkt sich aber der Hub des Vorschubaggregates zur Aufhebung der Selbsthemmung in keiner Weise auf die Federung aus und führt insbesondere nicht zu einer zusätzlichen Zusammendrückung der Federung. Diese wird vielmehr ausschließlich nur um soviel zusammengedrückt, wie es dem Hub des Vorschubaggregates für das Freigeben des Werkzeugschaftes durch den Kupplungsmechanismus entspricht. Die Belastung des Arbeitsspindellagers kann dadurch relativ gering gehalten werden. Das stationäre Vorschubaggregat beeinträchtigt das Drehverhalten der Arbeitsspindel nicht Es kann problemlos zentral Kühlmittel zugeführt werden. Durch die gleichgerichtete Bewegung der Klemmhülse und des Spannbolzens ergibt sich eine einfache Hydraulik in Verbindung mit einem einfachen konstruktiven Aufbau.
• In weiterer Ausgestaltung einer derartigen Anordnung weist die Klemmhülse hinter der selbsthemmendkegeligen Fläche eine zurückspringende Kugelbegrenzungsfläche auf. An der Arbeitsspindel ist ferner ein Flansch befestigt, der an seinem freien Ende eine Anlageschräge aufweist, und auch der Spannbolzen hat eine Anlageschräge, wobei die beiden Anlageschrägen eine ringförmig-prismatische Kugelaufnahme bilden. An den Anlageschrägen liegen die Kugeln dabei in jedem Betriebszustand an. Während der Spannbewegung sorgt die Begrenzungsfläche in der Klemmhülse dafür, daß die Kugeln von dem ringförmigen Prisma solange gehalten werden, bis die selbsthemmend-kegelige Fläche der Klemmhülse die Kugeln klemmt. Die Kugeln sind somit in jeder Betriebsstellung wie in einem Käfig geführt, ohne daß ein gesonderter Käfig vorgesehen wäre. Dies baut nicht nur platzsparend und trägt mit dazu bei, daß viele Kugeln auf einem vorgegebenen Durchmesser untergebracht werden können, es ist hierdurch auch möglich, den erforderlichen Hub der Klemmhülse sehr klein zu halten.
• Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Ein Ausführungsbeispiel einer kraftbetätigten Spann-und Lösevorrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
• Die Zeichnung zeigt schematisch eine derartige Spann- und Lösevorrichtung, eingebaut in eine Arbeitsspindel, im Längsschnitt, und zwar im oberen Teil in der Spannstellung und im unteren Teil in der Lösestellung.
• Die Arbeitsspindel 1 hat in ihrem vorderen Bereich eine konische Aufnahme für den konischen Schaft 2 eines Schaftwerkzeuges. Am Ende des konischen Schaftes 2 ist ein abgestufter zylindrischer Spannkopf 3 vorgesehen, der mit einem Kupplungsmechanismus zusammenwirkt, der durch eine verschieblich in der Arbeitsspindel 1 geführte Zugstange 4 betätigbar ist. Der Kupplungsmechanismus besteht aus einem Satz von Greifern 5, die in der Spannstellung formschlüssig mit dem Spannkopf 3 im Sinne einer Hineinziehung des Schaftes 2 in die Arbeitsspindel 1 zusammenwirken (oberer Teil der Darstellung) und die in der vorgeschobenen Lösestellung radial nach außen in eine entsprechende Ausnehmung der Arbeitsspindel 1 unter Freigabe des Spannkopfes 3 ausweichen können (unterer Teil der Darstellung). Am vorderen Ende der Zugstange 4 ist ein Kopfstück 6 befestigt, wobei der hintere Bereich der Greifer 5, noch unter Zwischenschaltung einer gekonterten Gewindehülse, zwischen der Stirnfläche der Zugstange 4 und der hinteren Stirnfläche des Kopfes des Kopfstückes 6 gehalten ist.
• Die Spannkraft wird von einem Tellerfederpaket 7 erzeugt, das sich an seinem einen Ende gegen eine Schulter in der Arbeitsspindel 1 abstützt und das mit seinem anderen Ende auf die Zugstange 4 wirkt. Zwischen diesem Ende des Tellerfederpaketes 7 und der Zugstange 4 ist ein Verriegelungsmechanismus angeordnet, der eine mechanische Selbsthemmung aufweist.
• Der Verriegelungsmechanismus beinhaltet zunächst einen mit dem hinteren Ende der Zugstange 4 unter Zwischenschaltung eines Anschlagringes 8 für die Tellerfedern fest verbundenen Spannbolzen 9, der verschieblich in einem Flansch 10 geführt ist, der seinerseits in der Arbeitsspindel 1 befestigt ist. Der Flansch 10 weist an seinem einen Ende eine umlaufende Anlageschräge 11 für Kugeln 12 auf, und der Spannbolzen 9 weist an einer Schulter eine der Anlageschräge 11 praktisch gegenüberliegende Anlageschräge 13 für die Kugeln 12 auf, so daß die beiden Anlageschrägen 11 und 13 eine etwa prismatische, ringförmig umlaufende Aufnahme für die Kugeln 12 bilden.
• Auf dem Spannbolzen 9 ist nun ferner, ihn weitgehend umgebend, eine Klemmhülse 14 verschieblich geführt, die an ihrem einen Ende in ihrer Innenbohrung eine selbsthemmend-kegelige Fläche 15 aufweist, die im Sinne der Selbsthemmung mit den Kugeln 12 zusammenwirken kann. In das Innere der Klemmhülse 14 hinein schließt sich an die selbsthemmend-kegelige Fläche 15 eine demgegenüber zurückspringende zylindrische Kugelbegrenzungsfläche 16 an, an der sich während der Spannbewegung und in der Lösestellung (siehe unteren Teil der Darstellung) die Kugeln 12 anlegen können. Die Anschauung und der Vergleich der oberen und unteren Darstellung zeigt, daß auf diese Weise die Kugeln in jedem Betriebszustand quasi wie in einem Käfig geführt sind.
• In der Spannstellung (obere Darstellung) ist die Klemmhülse 14, gesehen in Vorschubrichtung, mit einer Anschlagfläche 17 mittels einer Feder 18 um einen Freiweg a abständig von einer entsprechenden Anschlagfläehe 19 an dem Spannbolzen 9 gehalten.
• Hinter der vorstehend geschilderten Anordnung ist mittels eines Gehäuses 20 an dem Spindelgestell 21 stationär und insbesondere unabhängig von der Arbeitsspindel 1 und dem Verriegelungsmechanismus ein Vorschubaggregat gehalten, dessen Zylinder 22 in dem Gehäuse 20 befestigt ist und dessen Kolben 23 auf das hintere Ende der in seiner Vorschubbahn liegenden Klemmhülse 14 wirkt. Wird das Vorschubaggregat 22, 23 im Sinne der Lösung des Werkzeuges betätigt, läuft der Kolben 23 zunächst gegen die Klemmhülse 14 und verschiebt diese in Vorschubrichtung, wobei diese den Freiweg a durchläuft und dabei die Selbsthemmung gegenüber den Kugeln 12 aufhebt. Danach trifft die Klemmhülse 14 auf die Anschlagfläche 19 des Spannbolzens 9, und bei weiterem Vorschub wird nun die Klemmhülse 14 gemeinsam mit dem Spannbolzen 9 sowie der Zugstange 4 gegen die Kraft des Tellerfederpaketes 7 in die Lösestellung der Greifer 5 vorgeschoben (untere Darstellung).
• Durch den Kolben 23 des Vorschubaggregates ist zentral ein- Kühlschmiermitteldurchlaß 24 geführt, der sich durch Hohlbohrungen des Spannbolzens 9, der Zugstange 4 samt Kopfstück 6, des Spannkopfes 3 und des konischen Schaftes 2 des Schaftwerkzeuges fortsetzt

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge, mit einem Kupplungsmechanismus zum formschlüssigen Festlegen und Freigeben des Werkzeugschaftes in der Arbeitsspindel, mit einer mit dem Kupplungsmechanismus verbundenen, verschieblich geführten Zugstange, mit einer auf die Zugstange einwirkenden Federung für die Spannkrafterzeugung, mit einem Vorschubaggregat für die Zugstange und mit einem eine mechanische Selbsthemmung aufweisenden Verriegelungsmechanismus zwischen der Federung und der Zugstange, dessen Selbsthemmung durch das Vorschubaggregat lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsmechanismus eine im Vorschubweg des Vorschubaggregates (22, 23) liegende Klemmhülse (14) beinhaltet, die eine selbsthemmend-kegelige Fläche (15) aufweist, der geführte Kugeln (12) zugeordnet sind, wobei im Weg der Klemmhülse (14) in Vorschubrichtung und mit einem Freiweg entsprechend der Aufhebung der Selbsthemmung zwischen den Kugeln (12) und der selbsthemmend-kegeligen Fläche (15) ein an der Zugstange befestigter Spannbolzen (9) angeordnet ist, an dem das eine Ende der Federung (7) abgestützt ist.
2. 2. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (14) hinter der selbsthemmend-kegeligen Fläche (t5) eine zurückspringende Kugelbegrenzungsfläche (16) aufweist, daß ein an der Arbe'itsspindel befestigter Flansch (10) an seinem freien Ende eine Anlageschräge (11) aufweist und daß der Spannbolzen (9) eine Anlageschräge (13) aufweist, wobei die beiden Anlageschrägen (11 und 13) eine ringförmig-prismatische Kugelaufnahme bilden.
3. 3. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (9) verschieblich auf dem Flansch (10) geführt ist.
4. 4. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (14) eine einer Anschlagfläche (19) am Spannbolzen (9) gegenüberliegende Anschlagfläche (17) aufweist, daß der Freiweg zwischen diesen beiden Anschlagflächen (17, 19) vorgesehen ist und daß der Freiweg durch eine sich in dem Spannbolzen (9) und der Klemmhülse (14) erstreckende Feder (18) aufrechterhalten ist.
5. 5. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (14) im Weg des Kolbens (23) des Vorschubaggregates (22, 23) liegend verschieblich auf dem Spannbolzen (9) geführt ist.

   Die Erfindung betrifft eine kraflbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge, mit einem Krupp lungsmechanismus zum formschlüssigen Festlegen und Freigeben des Werkzeugschaftes in der Arbeitsspindel, mit einer mit dem Kupplungsmechanismus verbundenen, verschieblich geführten Zugstange, mit einer auf die Zugstange einwirkenden Federung für die Spannkrafterzeugung, mit einem Vorschubaggregat für die Zugstange und mit einem eine mechanische Selbsthemmung aufweisenden Verriegelungsmechanismus zwischen der Federung und der Zugstange, dessen Selbsthemmung durch das Vorschubaggregat lösbar ist.

   Bei einer bekannten kraftbetätigten Spann- und Lösevorrichtung dieser Gattung (DE-GM 82 15 293) ist zwar ein stationär, unabhängig von der Arbeitsspindel gehaltenes Vorschubaggregat vorhanden, so daß von daher die oft mit hoher Drehzahl umlaufenden Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen nicht unzulässig mit Massenträgheitsmomenten und Unwuchtproblemen beaufschlagt werden, und es ist dort auch eine zentrale Zufuhr von Kühlmittel durch das Vorschubaggregat und die Zugstange hindurch möglich, doch sind dort als Verriegelungselemente selbsthemmend wirkende, doppelkonische Segmente vorgesehen, die in der Herstellung sehr teuer sind, einen hohen Platzbedarf haben und die insbesondere in dem durch die Federung, speziell durch das dortige Tellerfederpaket, bewirkten Kraftfluß liegen, da sich das Tellerfederpaket an einer Buchse abstützt, die sich ihrerseits an den Verriegelungssegmenten abstützt. Dies bedeutet aber, daß derjenige Hub des Vorschubaggregates, der zur Aufhebung der Selbsthemmung der Verriegelungssegmente erforderlich ist, auch schon in vollem Umfang auf die Tellerfedern im Sinne ihrer Zusammendrückung wirkt, was zu einer beträchtlichen und schädlichen Belastung der Arbeitsspindellagerung führt.

   Bei einer gattungsgemäß abweichenden, bekannten kraftbetätigten Spann- und Lösevorrichtung (GB 20 76 711 A) ist das Vorschubaggregat ein speziell mit der Arbeitsspindel integriertes und mit dieser drehfest verbundenes, mit Druckmedium beaufschlagtes Aggregat, das über eine zentrale Drehzuführung mit dem Druckmedium beschickt wird. Der Kolben des Aggregates wirkt als Spannkolben auf die Zugstange, während der den Spannkolben umgebende Zylinderkörper bei der Druckbeaufschlagung zuvor in entgegengesetzter Richtung zum Kolben, quasi in einer Spreizbewegung dieser beiden Teile, verschoben wird, um die Selbsthemmung aufzuheben.

   Durch das mit umlaufende Vorschubaggregat wird die Arbeitsspindel mit zusätzlichen Massenträgheitsmomenten beaufschlagt, und es werden ihr zusätzliche Unwuchtprobleme auferlegt. Eine zentrale Kühlmittelzufuhr an das Werkzeug ist dort nicht möglich. Zwar sind dort in dem die Selbsthemmung aufweisenden Verriegelungsmechanismus in baulich einfacher Weise Kugeln vorgesehen, die mit einer selbsthemmend-kegeligen Fläche zusammenwirken, doch sind die Kugeln in Bohrungen eines Käfigs geführt und liegen in der Spannstellung an Innenkegelflächen des zylindrischen Körpers des Vorschubaggregates sowie an Außenkegelflächen des Spannkolbens an.

   Die Selbsthemmung hängt hier von einem hinreichend kleinen Kegelwinkel am Zylinderkörper ab, der bei praxisnahen axialen Längentoleranzen des Werkzeuges zwangsläufig zu einem großen Hub des Zylinderkörpers führt, wenn die Kugeln in dem Käfig, wie hier vorgesehen, senkrecht zur Achse geführt sind. Eine derartige Konstruktion läßt auch nur den Einsatz von relativ wenigen Kugeln zu, so daß keine großen Kräfte übertragen werden können.