DE3739710C1 - Device for connecting two machine parts, in particular two tool parts of machine tools - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werk­ zeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgese­ henen zylindrischen Paßzapfen und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, wobei das andere Werkzeugteil im Bereich der Paßbohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial ver­ laufende Innengewinde mit je einer Spannschraube, die einen sich in Axialrichtung verjüngen­ den, rotationssymmetrischen Ansatz oder eine entsprechende Vertiefung aufweist, daß in einer senkrecht zur Paßzapfenachse verlaufenden Querbohrung des Zapfens ein Spannbolzen verschiebbar ist, der an seinen beiden Enden je eine mit dem Ansatz oder der Vertiefung der Spannschrauben zusammenwirkende Vertiefung oder einen Ansatz aufweist, wobei die Achse der Innengewinde bezüglich der Paßzapfenachse A einen axialen Abstand zur Achse der Querbohrung des Paßzapfens aufweist, so daß beim Anziehen einer der Spannschrauben die zwei Maschinenteile aneinander gepreßt werden.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (GB-B-20 94 191) sind die sich verjüngenden, rotationssymmetrischen Ansätze von Spannschraube und Spannbolzen kegelförmig ausgebildet. Hierbei kann entweder der Spannbolzen an seinen beiden Enden kegelförmige Ansätze aufweisen, wobei dann beide Spannschrau­ ben mit kegelförmigen Vertiefungen versehen sind, oder es können umgekehrt beide Spannschrauben mit kegelförmigen An­ sätzen versehen sein, die in kegelförmige Vertiefungen des Spannbolzens eingreifen, oder der Spannbolzen kann an seinem einen Ende mit einem kegelförmigen Ansatz und an seinem ande­ ren Ende mit einer kegelförmigen Vertiefung versehen sein und dementsprechend ist die eine Spannschraube mit einer kegelförmigen Vertiefung und die andere Spannschraube mit einem kegelförmigen Ansatz versehen. In jedem Fall wird beim Anziehen einer der Spannschrauben auf den Spannbolzen eine Spannkraft ausgeübt, die auch eine axial gerichtete Kraftkomponente hat. Die Spannkraft erzeugt an der gegen­ überliegenden Spannschraube eine Reaktionskraft gleicher Größe, die ebenfalls mit einer axial gerichteten Kraftkom­ ponente auf den Spannbolzen einwirkt. Durch diese beiden axial gerichteten Kraftkomponenten werden die Ringfläche und die Stirnfläche mit einer bestimmten Verspannkraft aneinandergepreßt. Die Größe der Verspannkraft hängt im wesentlichen von dem Anzugsdrehmoment, welches auf die Spannschraube ausgeübt wird, ab. Bei Paßzapfen mit kleine­ ren Durchmessern und entsprechend kleinen Spannschrauben kann das Anzugsdrehmoment nicht beliebig gesteigert werden, da sonst ein Ausbrechen der Gewinde befürchtet werden muß. Bei Paßzapfen mit großem Durchmesser und entsprechend großen Spannschrauben hat sich gezeigt, daß ab einem be­ stimmten Drehmoment die Verspannkraft nicht mehr linear mit dem Anzugsdrehmoment zunimmt, sondern sich nur noch unwesentlich erhöhen läßt. Von der Verspannkraft hängt je­ durch die Steifigkeit der Verbindung und auch das durch die Verbindung übertragbare Drehmoment ab.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen der eingangs er­ wähnten Art zu schaffen, bei der ohne Erhöhung des Anzugs­ drehmomentes der Spannschraube eine wesentliche Vergrößerung der Verspannkraft, mit der die zwei Maschinenteile aneinander­ gepreßt werden, erzielt werden kann.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die An­ sätze des Spannbolzens und der Spannschraube(n) als Kugeln ausgebildet sind, die jeweils in einer Kugelpfanne des Spannbolzens und der Spannschraube(n), deren Tiefe etwas mehr als der halbe Kugeldurchmesser ist, versenkt angeord­ net und drehbar gelagert sind, wobei der Kugeldurchmesser sowie der Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefungen so bemessen sind, daß sich die Kugeln und die kegelförmigen Vertiefungen an jeweils einem Kraftangriffspunkt berühren, der in axialem Abstand von den freien Enden des Spannbol­ zens und der Spannschraube(n) liegt.

Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Ausgestaltung der Vor­ richtung sich bei einem vorgegebenen Anzugsdrehmoment der Spannschraube sich eine wesentlich höhere axiale Verspannkraft zwischen beiden Maschinenteilen erreichen läßt. So konnte beispielsweise bei einem Paßzapfendurchmesser von 28 mm die mit den bisherigen kegelförmigen Ansätzen von Spannschraube und Spannbolzen erreichbare Spannkraft von 1,5 t mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf 2,5 t ge­ steigert werden. Des weiteren hat die erfindungsgemäße Vor­ richtung den Vorteil, daß an den Spannschrauben und Spann­ bolzen ein geringerer Verschleiß auftritt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispie­ les,

Fig. 2 einen Teil-Axialschnitt eines zweiten Ausführungs­ beispieles.

Die Erfindung ist anhand zweier Werkzeugteile von Werkzeug­ maschinen erläutert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich jedoch überall dort, wo es auf höchste Zentriergenauig­ keit und hohe Verspannkraft ankommt, ebenso mit Vorteil an­ wenden. So könnte die Erfindung auch zur Verbindung eines Werkzeugteiles mit einer Werkzeugmaschinenspindel, oder zum genauen gegenseitigen Ausrichten und Verspannen von anderen Maschinenteilen verwendet werden.

Das eine Werzeugteil 1 weist einen zylindrischen Paßzapfen 2 auf, der von einer senkrecht zur Zapfenachse A verlaufen­ den Ringfläche 3 umgeben ist. In dem anderen Werkzeugteil 4 ist zur Aufnahme des Paßzapfens eine Paßbohrung 5 vorgese­ hen. Der Paßzapfen 2 weist eine Querbohrung 6 auf, in welcher ein Spannbolzen 7 radial zur Zapfenachse A verschiebbar ist. Der Spannbolzen 7 weist an seinem einen Ende eine kegelför­ mige Vertiefung 8 auf. An seinem anderen Ende trägt der Spannbolzen 7 eine Kugel 9, die in einer Kugelpfanne 10 drehbar gelagert ist. Die Tiefe t dieser Kugelpfanne 10 ist etwas größer als der Kugeldurchmesser d. Der die Kugel 9 umgebende Bereich des Endes 7 a des Spannbolzens 7 ist zu der Kugel hin umgebördelt bzw. eingezogen, so daß die Kugel 9 in dem Spannbolzen 7 gehalten ist, sich jedoch in der Kugelpfanne 10 drehen kann.

Die in dem anderen Werkzeugteil 4 vorgesehene Paßbohrung 5 ist von einer ringförmigen Stirnfläche 11 konzentrisch um­ geben, die ebenfalls senkrecht zur Zapfenachse A angeord­ net ist. Das andere Werkzeugteil 4 weist im Bereich der Paßbohrung 5 zwei diametral gegenüberliegende, radial ver­ laufende Innengewinde 12 auf, in welche zwei Spannschrauben 13, 14 eingeschraubt sind. Die eine Spannschraube 14 dient dabei als Betätigungsschraube, während die andere Spann­ schraube 13 fest in das Werkzeugteil 4 eingeschraubt ist und ein Widerlager bildet. Die Spannschraube 13 ist mit einer kegelförmigen Vertiefung 15 versehen. Der Spitzen­ winkel oder Kegelwinkel α dieser kegelförmigen Vertiefung 15 sowie auch der kegelförmigen Vertiefung 8 im Spannbolzen 7 kann zwischen etwa 40° und 120° liegen. Je kleiner der Spitzenwinkel ist, desto höher ist die erreichbare Verspann­ kraft, desto größer ist aber auch der Verstellweg der Spann­ schraube 14 in Richtung ihrer Achse A 1.

Die Spannschraube 14 weist ebenfalls eine Kugel 17 auf, wel­ che in einer Kugelpfanne 16 in der gleichen Weise angeordnet ist wie die Kugel 9 in der Kugelpfanne 10.

Wie weiterhin aus Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen die Achsen A 1 der Spannschrauben 13, 14 von der Stirnfläche 12 einen Abstand a 1 auf, der etwas größer ist als der Abstand a 2 der Achse A 2 der Querbohrung 6 bzw. des Spannbolzens 7 von der Ringfläche 3. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der in Fig. 1 dargestellten Spannstellung die Kugeln 9, 17 jeweils in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegel­ förmigen Vertiefung 15 bzw. 8 sind.

Der Berührungspunkt oder das Berührungsfeld, an dem die Kugeln 9 bzw. 17 an den kegelförmigen Vertiefungen 15 bzw. 8 anliegen, sind in folgendem mit Kraftangriffspunkt P be­ zeichnet, da an diesen Punkten die Spannkräfte von den Spannschrauben 13, 14 auf den Spannbolzen übertragen wer­ den.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die Kraftan­ griffspunkte P in axialem Abstand r 1 bzw. r 2 von den freien Enden 7 b des Spann­ bolzens bzw. 13 b der Spannschraube 13 angeordnet sind. Hier­ durch wird eine Berührung und Kraftübertragung an der Kante zwischen der jeweiligen kegelförmigen Vertiefung 8 bzw. 15 und der zugehörigen Endfläche 7 b bzw. 13 b vermieden. Es werden damit unzuverlässige Flächenpressungen und Kanten­ drücke an den genannten Kanten vermieden. Die Kraftüber­ tragung erfolgt dort, wo der Spannbolzen 7 bzw. die Spann­ schraube 13 bereits eine verhältnismäßig große Wandstärke aufweist. Durch Abstimmung des Spitzenwinkels α der kegel­ förmigen Vertiefung 8, 15, ihres Basisdurchmessers und des Kugeldurchmessers d kann man erreichen, daß die Kraftan­ griffspunkte P jeweils in dem gewünschten axialen Abstand r 1 bzw. r 2 von den freien Enden 7 b bzw. 13 b liegen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kugeln 9, 17 aus Hartmetall hergestellt sind.

Der Kugeldurchmesser d sollte etwa ²/₃ des Durchmessers D der Spannschraube 14 betragen.

Beim Anziehen der Spannschraube 14 kommt zunächst deren Kugel 17 an der kegelförmigen Vertiefung 8 des Spannbolzens 7 zur Anlage und verschiebt den Spannbolzen 7 gemäß der Zeichnung nach links, bis dessen Kugel 9 an der kegelförmi­ gen Vertiefung 15 der Spannschraube 13 anliegt. Durch den bezüglich der Paßzapfenachse A axialen Versatz der beiden Achsen A 1 und A 2 ist dabei die obenerwähnte einseitige Anlage der Kugeln 9, 17 an den zu­ gehörigen kegelförmigen Vertiefungen 15, 8 gewährleistet. Die radial wirkende Spannkraft F 1 der Spannschraube 14 er­ zeugt an der Spannschraube 13 eine gleich große, entgegen­ gesetzt wirkende Reaktionskraft F 2. Die Spannkraft F 1 und die Reaktionskraft F 2 bewirken an den Kraftangriffspunkten P schräg nach innen gerichtete Kräfte F, deren Richtung senk­ recht zu den Mantellinien der kegelförmigen Vertiefungen 8, 15 verläuft. Diese Kräfte F haben auch jeweils eine in Richtung der Zapfenachse A gerichtete Kraftkomponente FA.

Da die Kraftkomponente FA durch jede der beiden Spannschrau­ ben 13, 14 erzeugt wird, werden die Ringfläche 3 und die Stirnfläche 11 mit einer Verspannkraft V aneinandergepreßt, die zweimal so groß ist wie die Kraftkomponente FA.

Um die Verspannkraft V noch zu steigern, kann man gemäß Fig. 2 den Spitzenwinkel α 1 der kegelförmigen Vertiefung 15′ der Spannschraube 13′ und dementsprechend auch den Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefung des Spannbolzens auf beispielsweise 50° verkleinern. Hierdurch wird die axial gerichtete Kraftkomponente FA′ und demzufolge auch die Verspannkraft größer.

Die Erfindung soll nicht auf die dargestellten Ausführungs­ beispiele beschränkt sein. So wäre es beispielsweise auch denkbar, Kugeln an beiden Enden des Spannbolzens vorzusehen, wobei dann beide Spannschrauben mit kegelförmigen Vertiefun­ gen ausgerüstet wären. Ferner könnten gegebenenfalls auch an jeder der beiden Spannschrauben Kugeln angeordnet sein, wobei dann der Spannbolzen an beiden Enden mit kegelförmigen Vertiefungen versehen wäre.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, ins­ besondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylin­ drischen Paßzapfen und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vor­ gesehenen Paßbohrung, wobei das andere Werkzeugteil im Bereich der Paßbohrung zwei diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde mit je einer Spannschraube, die einen sich in Axialrichtung verjüngenden rotationssymmetrischen Ansatz oder eine entsprechende Vertiefung aufweist, daß in einer senkrecht zur Paßzapfenachse A angeordneten Querbohrung des Paßzapfens ein Spannbolzen verschiebbar ist, der an seinen bei­ den Enden je eine mit dem Ansatz oder der Vertiefung der Spannschraube zusammenwirkende Vertiefung oder einen An­ satz aufweist, wobei die Achse der Innen­ gewinde bezüglich der Paßzapfenachse A einen axialen Abstand zur Achse der Querbohrung des Paßzapfens aufweist, so daß beim Anziehen einer der Spannschrauben die zwei Maschinenteile axial aneinandergepreßt werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ansätze des Spannbolzens (7) und der Spann­ schraube(n) (14) als Kugeln (9, 17) ausgebildet sind, die jeweils in einer Kugelpfanne (10, 16) des Spannbol­ zens (7) und der Spannschraube(n) (14), deren Tiefe (t) etwas mehr als der halbe Kugeldurchmesser (d) ist, ver­ senkt angeordnet und drehbar gelagert sind, wobei der Kugeldurchmesser (d) sowie die Spitzenwinkel (α, α ₁) der kegelförmigen Vertiefungen (8, 15, 15′) so bemessen sind, daß sich die Kugeln (9, 17) und die kegelförmigen Vertie­ fungen (8, 15, 15′) an jeweils einem Kraftangriffspunkt (P) be­ rühren, der in axialem Abstand (r 1, r 2) von den freien Enden (7 b, 13 b) des Spannbolzens (7) und der Spannschrau­ be(n) (13) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kugel (9, 17) umgebende Bereich des jeweiligen Endes (7 a) des Spannbolzens (7) oder der Spannschraube (14) zu der Kugel (9, 17) hin umgebördelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kugeln (9, 17) aus Hartmetall bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kugeldurchmesser (d) etwa ²/₃ des Durchmessers (D) der Spannschraube (14) beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel (α, α ₁) der kegelförmigen Ver­ tiefungen (8, 15, 15′) zwischen etwa 40° und 120° liegt.