DE3716932A1 - Spannvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Bei einer aus DE-C-27 36 412 bekannten Spannvorrichtung der eingangs genannten Art sind zwei diametral inner­ halb der Querausnehmung wirksame Sperrglieder durch Kugeln gebildet, die durch die Axialverschiebung einer zentralen, dritten Kugel auseinanderspreizbar und dadurch in Eingriff mit Verriegelungsausnehmungen an der Innenwand der Paßbohrung bringbar sind. Diese Spannvorrichtung hat sich als wenig schwingungsresistent herausgestellt, was auf den Punktkontakt zwischen den einzelnen Spanngliedern zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spann­ vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine große Schwingungssicherheit der Verbindung zwischen Träger und Werkzeug gewährleistet, ohne dabei Einbußen hinsichtlich Wiederholgenauigkeit und einfacher Manipulierbarkeit in Kauf nehmen zu müssen. Solche Spannvorrichtungen werden nämlich in automatisierten Werkzeugwechselsystemen eingesetzt, in denen der Träger in kurzen Zeitabständen zur Aufnahme unterschiedlicher Werkzeuge mit hoher Standzeit und Wiederholgenauigkeit geeignet sein muß. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist im Bereich der einzelnen Glieder der Spannvorrichtung ein Flächen­ kontakt gewährleistet, der für eine hochgradige Schwingungsdämpfung und gleichzeitig für niedrige spezifische Flächendrücke sorgt.

Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 2 ist es möglich, die Spannvorrichtung in Radialrichtung von außen zu betätigen. Durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 weist die Spannvorrichtung eine besonders hohe Belastbarkeit trotz Einfachheit in ihrem Aufbau auf. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 5 kann die Spannvorrichtung von zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten in Radialrichtung betätigt werden. Dabei gewährleistet das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 6 eine Gleichmäßigkeit der beidseitig auf den Verriegelungs­ körper einwirkenden Spanndrücke. Durch das Kennzeich­ nungsmerkmal des Anspruches 7 ist gewährleistet, daß der Verriegelungskörper durch ein Herausziehen des Zapfens aus der Paßbohrung des Trägers in eine Mittelstellung zurückgeschoben wird, in welcher der Herausziehvorgang nicht beeinträchtigt wird. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 8 ist gewährleistet, daß der Verriegelungskörper bezüglich seiner Längsachse immer in einer funktionsfähigen Drehstellung in der Querausnehmung einliegt. Durch das Merkmal des Anspruches 9 ist eine kostengünstige Herstellung des Verriegelungskörpers und der Quer­ ausnehmung gewährleistet. Durch das Kennzeichnungs­ merkmal des Anspruches 11 ist mit der Spannbewegung eine Verkeilung beider Teilkörper des Verriegelungs­ körpers innerhalb der Querbohrung quer zu deren Längsrichtung durch gegenseitigen Versatz möglich, was der Schwingungssicherheit besonders dienlich ist. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 12 läßt sich die Spannvorrichtung auch in Axialrichtung beispielsweise von der Vorderseite des Werkzeuges her schließen und lösen. Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 15 wird wiederum die Schwingungs­ festigkeit begünstigt. Das Merkmal des Anspruches 17 ermöglicht eine ungehinderte Einführung des Paß­ zapfens in die Paßbohrung, ohne daß ein etwa aus der Querausnehmung herausstehendes Ende des Ver­ riegelungskörpers der Einschubbewegung hinderlich ist.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1 durch eine alternative Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei der der Verriegelungskörper zweiteilig in Form zweier Teilkörper ausgebildet ist,

Fig. 5 eine Spannvorrichtung mit in Axialrichtung von der Werkzeugseite her möglicher Betätigung,

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform einer in Axialrichtung von der Werkzeugseite her betätigbaren Spannvorrichtung.

Die Spannvorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Werkzeugträger, nachstehend kurz Werkzeug 1 genannt, und dem Träger 2, z.B. der Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine. Das Werkzeug 1 ist mit einem rückwärtigen Paßzapfen 3 in eine achsgleiche Paßbohrung 4 des Trägers 2 einsteckbar und dort durch Sperrglieder sowohl gegen eine Axialbewegung in Richtung der Systemachse 5 als auch gegen eine Drehbewegung um die Systemachse 5 festlegbar. Das Sperrglied zur Festlegung in Richtung der Systemachse 5 ist dabei mindestens ein in einer durchgehenden radialen Quer­ ausnehmung 6 des Paßzapfens 3 in Radialrichtung längsverschiebbarer, mit der Innenwand der Paßbohrung 6 in Eingriff bringbarer Verriegelungskörper 7. Der Verriegelungskörper 7 ist an seinen beiden der Innenwand 8 der Paßbohrung 4 zugewandten Stirnenden mit jeweils einer ebenen Schrägfläche 9, 10 versehen, die jeweils mit der Systemachse 5 einen sich in Richtung auf das Werkzeug 1 hin schließenden, spitzen Winkel 11 bilden. Jede Schrägfläche 9, 10 ist von der Druckfläche eines radial in den die Paßbohrung 4 umgebenden Ringflansch 12 einschraubbaren Druckkörpers beaufschlagt. Diese Druckfläche ist die Kappungs­ fläche 13 einer Kugel 14. Jede Kugel 14 ist in einer am stirnseitigen Ende einer von außen radial durch den Ringflansch hindurchschraubbaren Druckschraube 15 angeordneten Lagerpfanne 16 flächig abgestützt und liegt in dieser unverlierbar gehalten ein.

Die von den beiden Schrägflächen 9, 10 mit der Achse der Paßbohrung 4 bzw. der Systemachse 5 gebildeten Winkel sind gleich groß. Sie betragen jeweils die Hälfte des spitzen Winkels 11.

Der Verriegelungskörper 7 ist nur begrenzt in Längs­ richtung der Querausnehmung 6 verschiebbar derart, daß er ausschließlich mit seiner bzw. seinen Schräg­ flächen 9, 10 radial über den Paßzapfen 3 hinausstehen kann. Dazu ist am äußeren Umfang des Verriegelungs­ körpers 7 eine Längsnut 17 von begrenzter Länge angeordnet, in die ein mit dem Paßzapfen 3 fest verbundener, in Richtung der Systemachse 5 weisender Stift 18 hineinragt. Durch Anschlag an die Enden der Längsnut 17 wird die Begrenzung des Verschiebewegs bewerkstelligt. Der Verriegelungskörper 7 ist weiterhin undrehbar in der Querausnehmung 6 geführt. Die Quer­ ausnehmung 6 kann eine Bohrung und der Verriegelungs­ körper 7 ein zylindrischer Bolzen sein.

Der Verriegelungskörper 7 ist mittig von einer Ringnut 19 umgeben oder in Längsrichtung der Systemachse 5 von einer Durchgangsbohrung 20 durchsetzt, die mit einer axialen Kühlmittelbohrung 21 im Paßzapfen 3 in Überdeckung steht.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 ist der Verriegelungskörper 7 zweigeteilt, wobei jedem Teilkörper 22, 23 eine Schrägfläche 9, 10 zugeordnet ist und die Teilungsebenen 24 beider Teilkörper 22, 23 einen spitzen Winkel 25 mit der Systemachse 5 bzw. der Längsachse der Paßbohrung 4 bilden und aneinanderliegen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 ist ebenfalls der Verriegelungskörper 7 zweigeteilt. Er besteht aus den Teilkörpern 27, 28, deren einander zugewandte Teilungsflächen 29, 30 miteinander einen spitzen Winkel 31 bilden, der sich in Richtung auf das Werkzeug 1 öffnet. Die Teilungsflächen 29, 30 der Teilkörper 27, 28 sind durch ein keilartiges, in Axialrichtung des Paßzapfens 3 längsverschieblich antreibbares Spannglied 32 auseinanderspreizbar.

Im Falle des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 beaufschlagt das Spannglied 32 ein zwischen den beiden Teilkörpern 27, 28 in der Querausnehmung 6 einliegendes Keilglied 33, welches dabei von seiner der Keilspitze abgewandten Rückseite durch das Spannglied 32 beaufschlagt wird. Im Falle des Ausführungsbeispieles gemüß Fig. 6 liegen die Keil­ flächen 34, 35 des Spanngliedes 32 gleichebig auf den einander zugewandten Teilungsflächen 29, 30 der Verriegelungskörper 27, 28 auf. Die Keilzwischenlage des Spanngliedes 32 zwischen den Verriegelungskörpern 28, 29 (Fig. 6) kann selbsthemmend sein; dann muß zum Zurückziehen des Spanngliedes 32 aus seiner Klemmstellung ein ausreichender Druck vorhanden sein (Fig. 6). Im Falle der Ausführungsform von Fig. 5 ist eine solche Selbsthemmung zwischen dem Keilglied 33 und den Teilkörpern 27, 28 nicht möglich, weil nach einem Zurückziehen des dortigen Spanngliedes 32 das Keilglied 33 durch das Herausziehen des Paß­ zapfens 3 aus der Paßbohrung 4 selbsttätig in seine Ausgangslage zurückbewegt wird, und zwar infolge des Anliegens der Schrägflächen 9, 10 an den entsprechenden Gegenflächen der Innenwand 8 der Paßbohrung 4.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 5 und 6 ist das Sperrglied zur Festlegung gegen eine Drehbewegung eine Hirth-Verzahnung 36, die im Bereich der axialen Anlagefläche zwischen Ringflansch 12 des Trägers 2 und der Gegenfläche des Werkzeugs 1 angeordnet ist.

Die Stirnenden des Verriegelungskörpers 7 bzw. der Teilkörper 22, 23 bzw. 27, 28 sind auf ihrer dem Werkzeug 1 abgewandten Seite mit Gegenschrägen 37, 38 versehen, die einen vorzugsweise spitzen Winkel 39 bilden, der sich in Richtung auf das Werkzeug hin öffnet (Fig. 6).

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1-4 erfolgt die Spannung der Spanneinrichtung durch Einschrauben einer der beiden Druckschrauben von der Außenseite der Träger 2 her. Dabei legen sich die Kugeln 14 mit ihren Kappungsflächen 13 an die Schrägflächen 9, 10 des Verriegelungskörpers 7 oder der Teilkörper 22, 23 (Fig. 4) an und erzeugen dadurch einen axialen Zug auf den Paßzapfen 3 in Richtung auf das Innere der Paßbohrung 4. Die Drehsicherung zwischen dem Träger 2 und dem Werkzeug 1 wird durch einen Paßzapfen 40 hergestellt, der im Bereich der axialen Anlagefläche zwischen Ringflansch 12 des Trägers 2 und der Gegen­ fläche des Werkzeugs 1 wirksam ist. Ein Lösen der Spannverbindung ist durch ein Lösen derselben Druck­ schraube 15 möglich, die vorher gespannt worden ist. Durch das Herausziehen des Paßzapfens 3 aus der Paßbohrung 4 schieben sich infolge der Schrägflächen 9, 10 automatisch der Verriegelungskörper 7 bzw. seine Teilkörper 22, 23 wieder in eine Mittelstellung in der Querausnehmung 6 zurück, in der eine Entnahme ungehindert möglich ist.

Im Falle der Ausführungsbeispiele von Fig. 5 und 6 erfolgt das Spannen und Lösen - wie in der Figuren­ beschreibung bereits erläutert - durch das Vorschieben und Zurückziehen des Spanngliedes 32, wobei die Ausführungsform gemäß Fig. 6 eine alternative Spannung auch durch eine der äußeren Druckschrauben 15 ermög­ licht.

Wenn vorstehend davon gesprochen ist, daß der Paßzapfen 3 mit dem Werkzeug 1 verbunden und die Paßbohrung 4 Teil des Trägers 2 sind, so ist auch eine kinematisch umgekehrte Zuordnung von Paßzapfen 3 bzw. Paßbohrung 4 ohne Änderung des Erfindungsgedankens möglich. Durch die Erfindung wird eine in Richtung der System­ achse 5 kurze Bauweise der Spannvorrichtung äußerst begünstigt.

• Bezugszeichenliste:  1 Werkzeug
   2 Träger
   3 Paßzapfen
   4 Paßbohrung
   5 Systemachse
   6 Querausnehmung
   7 Verriegelungskörper
   8 Innenwand
   9 Schrägfläche
  10 Schrägfläche
  11 spitzer Winkel
  12 Ringflansch
  13 Kappungsfläche
  14 Kugel
  15 Druckschraube
  16 Lagerpfanne
  17 Längsnut
  18 Zapfen
  19 Ringnut
  20 Durchgangsbohrung
  21 Kühlmittelbohrung
  22 Teilkörper
  23 Teilkörper
  24 Teilungsebene
  25 spitzer Winkel
  26 -
  27 Teilkörper
  28 Teilkörper
  29 Teilungsfläche
  30 Teilungsfläche
  31 spitzer Winkel
  32 Spannglied
  33 Keilglied
  34 Keilfläche
  35 Keilfläche
  36 Hirth-Verzahnung
  37 Gegenschräge
  38 Gegenschräge
  39 spitzer Winkel
  40 Paßzapfen
  41 spitzer Winkel

Claims (18)

1. Spannvorrichtung zum Einspannen von Werkzeugen in einem Träger (2), insbesondere in einem Revolver­ kopf oder in einer Antriebsspindel einer Werkzeug­ maschine, bei der das Werkzeug (1) mit einem rückwärtigen Paßzapfen (3) in eine achsgleiche Paßbohrung (4) des Trägers (2) einsteckbar und durch Sperrglieder sowohl gegen eine Axialbewegung als auch eine Drehbewegung festlegbar ist,

• - bei der das Sperrglied zur Festlegung in Axial­ richtung mindestens ein in einer durchgehenden radialen Querausnehmung (6) des Paßzapfens (3) in Radialrichtung längsverschiebbarer und dadurch mit der Innenwand (8) der Paßbohrung (6) in Eingriff bringbarer Verriegelungskörper (7) ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das der Innenwand (8) der Paßbohrung (4) zugewandte Stirnende des Verriegelungskörpers (7) als eine ebene Schrägfläche (9, 10) ausgebildet ist, die

• - mit der Achse der Paßbohrung (4) einen sich in Richtung auf das Werkzeug (1) schließenden, spitzen Winkel (11) bildet und
• - durch Relativverschiebung des Verriegelungskörpers (7) zur Innenwand (8) der Paßbohrung (4) mit einer an dieser angeordneten Gegenfläche in gleichebige Anlage bringbar ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Paßbohrung (4) zugeordnete Gegenfläche zum Verriegelungskörper (7) die Druckfläche (13) eines radial in den die Paßbohrung (4) umgebenden Ringflansch (12) einschraubbaren Druckkörpers ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper eine Kugel (14) ist,

• - die in einer am stirnseitigen Ende einer von außen radial durch den Ringflansch (12) hindurch­ geschraubten Druckschraube (15) angeordneten Lagerpfanne (16) flächig abgestützt ist und unverlierbar gehalten einliegt und
• - die mit einer ebenen Kappungsfläche (13) die Schrägfläche (9) des Verriegelungskörpers (7) beaufschlagt.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschraube (15) eine in der Umfangsfläche des Ringflansches (12) versenkbare Madenschraube ist.

5. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) an seinen beiden Stirnenden mit jeweils einer ebenen Schrägfläche (9, 10) versehen ist,

• - die jeweils miteinander bzw. mit der Achse (5) der Paßbohrung (4) einen sich in Richtung auf das Werkzeug (1) schließenden spitzen Winkel (11 bzw. 41) bilden und
• - deren jede von der Druckfläche eines radial in den die Paßbohrung (4) umgebenden Ringflansch (12) einschraubbaren Druckkörpers, insbesondere von der Kappungsfläche (13) einer Kugel (14) beaufschlagbar ist.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden Schrägflächen (9, 10) mit der Achse (5) der Paßbohrung (4) gebildeten Winkel (41) gleich groß sind.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) nur begrenzt in Längsrichtung der Querausnehmung (6) verschiebbar ist derart, daß er ausschließlich mit seiner bzw. seinen Schrägflächen (9, 10) radial über den Paßzapfen (3) hinausstehen kann.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) undrehbar in der Querausnehmung (6) längsverschiebbar gelagert ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querausnehmung (6) eine Bohrung und der Verriegelungskörper (7) ein zylindrischer Bolzen ist.

10. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) mittig von einer Ringnut (19) umgeben oder radial von einer Durch­ gangsbohrung (20) durchsetzt ist,

• - die mit einer axialen Kühlmittelbohrung (21) im Paßzapfen (3) in Überdeckung steht.

11. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) zweigeteilt ist, wobei jedem Teilkörper (22, 23) eine Schräg­ fläche (9, 10) zugeordnet ist und die Teilungsebenen (24) beider Teilkörper (22, 23) einen spitzen Winkel (25) mit der Längsachse (5) der Paßbohrung (4) bilden und aneinanderliegen.

12. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungskörper (7) zweiteilig ist und daß die einander zugewandten Teilungsflächen (29, 30) miteinander einen spitzen Winkel (31) bilden sowie durch ein keilartiges, in Axialrichtung des Paßzapfens (3) längsverschiebliches Spannglied (32) auseinanderspreizbar sind.

13. Spannvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsflächen (29, 30) miteinander einen sich in Richtung auf das Werkzeug (1) öffnenden spitzen Winkel (31) bilden.

14. Spannvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (34, 35) des Spanngliedes (32) gleichebig auf den einander zugewandten Teilungsflächen (29, 30) der Verriegelungskörper (27, 28) aufliegen.

15. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Selbsthemmung der Keilzwischenlage des Spanngliedes (32) zwischen den Verriegelungskörpern (28, 29).

16. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied zur Festlegung gegen eine Drehbewegung eine Hirth-Verzahnung (36) im Bereich der axialen Anlagefläche zwischen Ringflansch (12) des Trägers (2) und Gegenfläche des Werkzeugs (1) ist.

17. Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnenden des Verriegelungskörpers (7) bzw. der Teilkörper (22, 23; 27, 28) des Verriegelungs­ körpers auf ihrer dem Werkzeug abgewandten Seite mit Gegenschrägen (37, 38) versehen sind, die sich in Richtung auf das Werkzeug öffnen.