DE3536183C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Werkzeugeinrichtung ist aus der DE 30 07 440 A1 bekannt. Die Spannelemente (Spannstifte) dienen jedoch lediglich zur Verriegelung bzw. Arretierung. Bei dieser Werkzeugeinrichtung wird der Werkzeugkopf mittels Spannelemente auf den Werkzeuggrundhalter befestigt. Als Spannelemente sind hierzu Spannstifte vorgesehen. Diese Spannstifte werden sicher in Bohrungen des Aufnahmezapfens geführt und sind gegen das Herausfallen einerseits durch einen Kopf gesichert, andererseits durch einen Spannbolzen, an den der Kopf des Spannstiftes anliegt. Die Spannstifte weisen relativ kleine Preßflächen auf. Ein Verschleiß der Stifte kann einen höheren Kraftaufwand für das Spannen zur Folge haben.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, die eingangs genannte Werkzeugeinrichtung derart weiterzubilden, daß bei sicherer Führung der Spannelemente und der Verhinderung eines Herausfallens der Spannelemente bei freigelegtem Aufnahmezapfen ein geringer Kraftaufwand beim Spannen aufzuwenden ist um den Werkzeugkopf spielfrei zu positionieren.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Werkzeugeinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Bewegung der Sicherungsstifte durch Federkraft unterstützt.

Ein automatisches Zurückschieben der Sicherungsstifte entgegen der Federkraft kann dadurch erreicht werden, daß jede der genannten Ausnehmungen eine schrägwinklig zur Längsmittelachse verlaufende Bodenfläche mit zur Längsmittelachse hin zunehmender Tiefe besitzt. Wird bei zurückgezogener Schubstange der Werkzeugkopf vom Aufnahmezapfen abgezogen, so werden die Spannelemente über deren Gleitflächen aufeinanderzubewegt, bis die Sicherungsstifte voll an der tiefsten Stelle der Ausnehmungen einrasten; die Spannelemente sind fixiert. Bei vorgenannten Ausführungen lassen sich vorzugsweise auch mit drei Spannelementen realisieren.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung können bei zwei Spannelementen diese nicht nur gegensinnig be­ wegt werden, sondern stehen und bewegen sich in einem bestimmten Winkel zueinander. Nach einer weiteren Aus­ gestaltung ist es auch möglich, die gegensinnig be­ wegbaren Spannelemente aus der Achsmitte versetzt, d. h. asymmetrisch, anzuordnen. Mit diesen Varianten wird erreicht, daß das Passungsspiel bei zylindrischer Aufnahmebohrung "einseitig verschoben" wird, wodurch ein "Setzen" des Werkzeugkopfes über das Passungsspiel vermieden wird. Werden z. B. die Spannelemente winklig, d. h. in einem Winkel 180° zueinander gelegt, wird bei Bewegung der Spannelemente eine radiale Kraft­ komponente erzeugt, die den Werkzeugkopf auf der Man­ telfläche des Aufnahmezapfens aufliegen läßt. Gleiches läßt sich durch Verschiebung der gegensinnig arbeiten­ den Spannzapfen aus der Achsmitte heraus erreichen, wobei abhängig vom Toleranzspiel des Werkzeuges die Eliminierung des Spiels bereits durch kleine Winkel­ maße bzw. geringfügige Achsverschiebung erzielt wer­ den kann. In der Regel wird man jedoch zur besseren Führung des Werkzeuges eine höhere radiale Kraft auf­ bringen wollen, so daß vorzugsweise der Winkel zwi­ schen den Längsachsen der Spannelemente zwischen 140 und 170° liegen soll bzw. die Verschiebung aus der Achsmitte mehr als die Hälfte der Breite des Spannele­ ments betragen soll. Unter der Breite des Spannelements ist dessen Ausdehnung senkrecht zur Längsmittelachse des Spannelements zu verstehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Werkzeughalters mit zylindrischem Aufnahmezapfen, bei dem die Spann­ elemente durch eine Schubstange betätigbar sind,

Fig. 1a eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 2a, b Seitenansichten des Aufnahmezapfens mit ovalem bzw. rundem Führungs­ durchbruch für die Spannelemente,

Fig. 3 schematische Darstellung der Kraft­ übertragung von der Schubstange über die Spannelemente auf die Ab­ schrägungen der Nut,

Fig. 4a, b Querschnittsansichten senkrecht zur Längsmittelachse des Aufnahmezapfens und

Fig. 4c, d jeweilige Ansichten zugehöriger Längsschnitte durch den Aufnahme­ zapfen,

Fig. 5 Querschnittsansicht des Aufnahme­ zapfens mit zwei Spannelementen, die winklig zueinander angeordnet sind und

Fig. 6 dieselbe Querschnittsansicht mit zwei Spannelementen, die versetzt zur Achsmitte angeordnet sind.

Der in Fig. 1 dargestellte Werkzeugkopf weist eine zylindrische Aufnahmebohrung auf, in die ein zylindrischer Aufnahmezapfen 2 einführbar ist. Als Spannvorrichtung dient eine Schubstange 48, die an dem den Spannelementen 3 und 4 zugewandten Ende eine durch Fräsen eines Zylinders gefertigte keilförmige Mantelflä­ che aufweist, so daß die Spannflächen 49 und 50 der Schubstan­ ge 48 an in entsprechendem Winkel angeordneten Gleitflächen 51 und 52 der Spannelemente 3 und 4 zur Anlage kommen. Die Gleit­ flächen 51, 52 sowie die Spannflächen 49 und 50 stehen zur Längsmittelachse 22 in einem Winkel δ zwischen 15 und 45°, im vorliegenden Fall von 20°. Bei der Wahl des entsprechenden Winkels δ wird jeweils zu berücksichtigen sein, daß ein kleinerer Winkel große Wege der Schubstange erfordert, um die Spannelemente 3 und 4 in Verriegelungsposition zu bringen. Die Spannelemente weisen Sicherungsstifte 53 und 54 auf, die unter dem Druck von Federn 57 und 58 stehen. Konstruktiv sind die Sicherungsstifte so angeordnet, daß sie in Bohrungen liegen, die an der dem Werkzeugkopf abgewandten Seite des bzw. der Spannelemente vorgesehen sind. Im Bohrungsgrund sind die Federn 57 bzw. 58 befestigt; an den Federn 57, 58 hängen die Sicherungsstifte 53 und 54. Während die Sicherungsstifte bei gespanntem Werkzeugkopf, d. h. bei weitestmöglich auseinandergefahrenen Spannele­ menten, gegen eine der Bohrung unmittelbar gegenüber­ liegende Stirnwand 46 des Aufnahmezapfens stoßen, können die Sicherungsstifte 53 und 54 beim Lösen des Werkzeugkopfes, mit dem ein Aufeinanderzubewegen der Spannelemente 3 und 4 verbunden ist, unter Unterstüt­ zung des Druckes der Federn 57 und 58 über einen Teil ihrer Länge in Ausnehmungen 55 und 56 fallen und durch dieses Einrasten eine Fixierung der Spannelemente 3 und 4 bewirken. Die Ausnehmungen 55 und 56 sind der Gestalt, daß deren Bodenfläche schrägwinklig mit zur Längsmittelachse hin zunehmender Tiefe t verläuft. Dadurch wird gewährleistet, daß die Sicherungsstifte beim nächsten Spannen des Werkzeuges ohne weitere Fremdeinwirkung als die der Schubstange 48 bei Aus­ einanderbewegen der Spannelemente 3 und 4 aus den Aus­ nehmungen 55 und 56 entgegen dem Federdruck herausge­ schoben werden können.

Die in Fig. 1 und 1a dargestellte Werkzeugeinrichtung arbeitet folgendermaßen. Durch Bewegung der Schub­ stange 48 in Richtung des Pfeils 60 kommen die Spann­ flächen 49 und 50 der Schubstange 48 an den Gleit­ flächen 51 und 52 der Spannelemente 3 und 4 zur An­ lage. Ein weiteres Schieben in angezeigter Pfeil­ richtung bewirkt, daß die Nasen 10 bzw. 11 der Spann­ elemente in der entsprechend geformten Nut 12 in der Aufnahmebohrung des Werkzeugkopfes 1 schließlich zur Anlage kommen. Die Abschrägung 13 der Nut bildet ebenso wie der korrespondierende Winkel der Keile der Spannelemente mit der Richtung der Längsmittel­ achse einen Winkel zwischen 30 und 60°, im vorlie­ genden Fall von ca. 30°. Der Werkzeugkopf ist ge­ spannt.

Bei Zurücknahme der Schubstange 60 löst sich die blockierte Verriegelung der Spannelemente 3 und 4 wieder auf, so daß die Spannelemente 3 und 4 beim Abziehen des Werkzeugkopfes 1 bedingt durch die Wir­ kung der Gleitflächen an der Abschrägung 13 der Nut 12 aufeinanderzugeschoben werden. Gleich­ zeitig werden unter dem Druck der Federn 57 und 58 die Sicherungsstifte 53 und 54 über einen Teil ihrer Länge in Ausnehmungen 55 und 56 gedrückt, bis sie an deren Stelle mit der maximalen Tiefe t zur Ruhe kommen.

In Fig. 2a und 2b sind ovale (länglich-runde) bzw. kreisförmige Ausnehmungen 15 für die Spannelemente dargestellt. Wählt man die durchzuführenden Spannele­ mente 3 und 4 im Querschnitt ebenfalls oval bzw. kreis­ förmig, kann wegen des kleineren aufzubohrenden Raums der Werkzeuggrundhalter im Bereich des Aufnahmezapfens 2 erheblich stabiler ausgelegt werden. Zudem sind ovale bzw. runde Durchbrüche erheblich leichter zu fertigen. Die Durchbrüche 15 bzw. die entsprechend an­ gepaßten Spannelemente haben eine Breite b.

Wie sich die über die Schubstange 48 eingebrachten Kräfte verteilen, zeigt Fig. 3. Bewegt man die Schub­ stange in Richtung des Pfeils 61, so teilt sich die über deren Spannflächen 49 und 50 ausgeübte Kraft F₁ bzw. F₂ nach dem Kräfteparallelogramm in eine in Be­ wegungsrichtung wirkende Kraftkomponente F′₁ bzw. F′₂ sowie eine senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkende Kraftkomponente F″₁ bzw. F″₂ auf. Diese Kraft F″₁ bzw. F″₂ wirkt über die Gleitfläche der Spann­ nase 10 bzw. 11 auf die Abschrägung 13 der Nut 12, so daß sich eine Kraft F ‴₁ bzw. F ‴₂ zwischen den genannten Flächen ergibt. Diese Kraft F ‴₁ bzw. F ‴₂ wirkt auch in Gegenrichtung des Pfeils 61, so daß der Werkzeugkopf gegen die Stirnfläche 37 des Werkzeug­ grundhalters gepreßt wird.

Fig. 4a und 4b zeigen Querschnittsansichten von Spann­ elementanordnungen senkrecht (Fig. 4a) und parallel (Fig. 4b) zu einer gedachten Mittelachse 59, die senkrecht zur Längsmittelachse 22 verläuft. Die umfangs­ seitig gezeichneten strichpunktierten Linien 47 ver­ deutlichen das Spiel (die Toleranz), das (die) der Auf­ nahmezapfen 2 in der entsprechenden Aufnahmebohrung des Werkzeugkopfes hat. In Fig. 4c und 4d sind die korrespondierenden Führungsdurchbrüche bzw. Ausneh­ mungen 15 für die Spannelemente im Aufnahmezapfen 2 zu erkennen.

Fig. 5 zeigt eine winklige Anordnung der Spannelemente 3 und 4 zueinander. Der durch sie gebildete Winkelr ε beträgt 160°. Zudem ist in Fig. 5 dargestellt, wie die durch Bewegung der Spannelemente auf die Abschrä­ gung 13 der Spannase 12 ausgeübte Kraft G sich in eine parallel zu der gedachten Mittelachse 59 wirkende Kraftkomponente G und eine hierzu senkrecht wirkende Kraftkomponente G₂ aufteilt.

Eine solche Aufteilung der Kraftkomponenten kann auch dadurch erzielt werden, daß die Spannelemente nicht achsmittig, sondern parallel zu einer gedachten Quer­ schnittsachse 59 angeordnet werden. Auch hier kommt es zu einer Aufteilung der Kraft in Komponenten G₁ und G₂, wie oben beschrieben (Fig. 6).

Mit einer solchen asymmetrischen bzw. nicht achsmitti­ gen Anordnung von zwei Spannelementen wird erreicht, daß das bei zylindrischen Passungen übliche Passungs­ spiel einseitig durch Wirkung der radialen Kraft­ komponente G₂ verschoben wird. Dies hat zur Folge, daß ein "Setzen" des Werkzeugkopfes über das Passungs­ spiel vermieden werden soll. Bei der Bemessung des Winkels ε bzw. des Abstandes a, den die gemeinsame Längsachse 62 der Spannelemente 3 und 4 von der ge­ dachten Mittelachse 59 hat, ist zu berücksichtigen, daß bereits kleine Winkelabweichungen von 180° eine Eliminierung des Toleranzspiels bewirken. Um das Aus­ kippen des Werkzeugkopfes sicher zu vermeiden, wird man jedoch bemüht sein, eine höhere radiale Kraft G₂ aufzubringen, so daß vorzugsweise der Winkel ε kleiner gewählt werden sollte. Dies bedeutet für das Verschiebungsmaß aus der Achsmitte, daß dieses um mehr als die Hälfte der Breite b des Spannelements gewählt wird. Auch die letztgenannte Maßnahme bewirkt eine als ideal angestrebte Flächenpressung, die ein Verkanten oder Verformen des Werkzeuges verhindert.

Die in den Fig. 4a, 4b, 5 und 6 dargestellten Pfeile 63 geben die Bewegungsrichtung der Spannelemente beim Spannen des Werkzeugkopfes 1 an.

Claims (9)

1. Werkzeugeinrichtung mit einem einen Aufnahmezapfen aufwei­ senden Werkzeuggrundhalter und einem Werkzeugkopf mit einer dem Aufnahmezapfen entsprechenden Aufnahmebohrung, wobei der Aufnahmezapfen zwei oder mehr Spannelemente enthält, die über eine Schubstange von außen radial bewegt werden und die in eine Ringnut mit einer Abschrägung eingreifen, die eine spitzwinklig zur Längsmittelachse des Aufnahmezapfens ver­ laufende Gleitfläche aufweist, an der entprechend ausgebil­ dete Flächen der Spannelemente anliegen, so daß die den Auf­ nahmezapfen des Werkzeuggrundhalters und die Endfläche des Werkzeugkopfes betreffenden, senkrecht zur Schaftachse ver­ laufenden planaren Stirnflächen spielfrei aneinanderliegen, wobei die Spannelemente Sicherungsmittel besitzen, die bei verschobener Schubstange und Lösen des Werkzeuggrundhalters vom Werkzeugkopf und damit verbundenem Bewegen der Spannmit­ tel ein Herausfallen der Spannelemente aus dem Aufnahme­ zapfen des Werkzeuggrundhalters verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (3, 4) mit Spannasen (10, 11) auf der Gleitfläche anliegen und daß die Spannele­ mente (3,4) Sicherungsstifte (53,54) aufweisen, die beim Lö­ sen der Spannelemente (3, 4) über einen Teil ihrer Länge in Ausneh­ mungen (55, 56) fallen und daß die SpanneIemente (3, 4) nicht auf der Querschnittsachse (59) geführt werden.

2. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsstifte (53, 54) bei eingespanntem Werkzeug­ kopf (1) unter Druck von Federn (57, 58) stehen.

3. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausnehmungen (55, 56) eine schrägwinklig zur Längsmittelachse (22) verlaufende Bodenfläche mit zur Längs­ mittelachse (22) hin zunehmender Tiefe (t) besitzt.

4. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (3, 4) schräg zu einer senkrecht zur Längsmittelachse (22) stehenden Querschnittsachse (59) an­ geordnet sind.

5. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (3, 4) parallel zur Querschnittsachse (59) verschoben sind.

6. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente am mehr als die Hälfte der Breite (6) der Spannelemente verschoben sind.

7. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Spannelemente einen Winkel (ε) bilden.

8. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (ε) zwischen 170° und 140° beträgt.

9. Werkzeugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Spannelemente verwendet werden.