DE3744547A1 - Schnellwechsel-spindelspannhuelse fuer werkzeughalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Werkzeughalter und eine an einer kraftbetätigten Spindel vorgesehene Spannhülse, die zusammenpassend mit einem Werkzeughalter und einem Werkzeug diese festhält, wobei der Werkzeughalterschaft durch mehrere getrennt angeordnete Kugeln festgehalten wird, die auf einen Winkelbund am Werkzeughalter und einer Kegelinnenfläche auf eine einschiebbare Haltehülse an der Spindel einwirken.

Bisher wurden bei der Anwendung von Spindelspannhülsen oder -paßstücken für Werkzeughalter verschiedene Aufbauarten benutzt, um einen Werkzeughalter auf einer kraftbetriebenen Spindel lösbar einzusetzen und zu verankern, wobei eine Spannhülsen- oder Zwischenstückeinheit mitverwendet wird, die auf der Spindel nachgebar mit einer Reihe von Kugeln eingesetzt ist, die den Werkzeughalter zusammenarbeitend aufnehmen und mit diesem in festhaltenden Eingriff kommen.

Eine Schwierigkeit, die bei diesen Zwischenstück- oder Spannhülseneinheiten auftritt, ist darauf zurückzuführen, daß der Werkzeughalterschaft innerhalb der Axialbohrung der Spindel gleitend angeordnet ist und daß aufgrund des losen Einsatzes des Werkzeughalterschaftes innerhalb der Spindel es zu einer vorsehbaren Winkelablenkung des Werkzeughalters und des darauf befestigten Werkzeuges gegenüber der Längsachse der Spindel kommt. Die Schwierigkeit bei einem derartigen Einsatz und Zusammenbau innerhalb und gegenüber einer kraftbetriebenen Spindel und der Benutzung einer Schnellwechsel-Spannhülseneinheit an einer Spindel besteht darin, daß es zu einer Winkelablenkung der Längsachse des Werkzeughalters und des Werkzeugs gegenüber der festen Längsachse der Spindel kommt. Hierdurch kommt es auch beim Werkzeug, das aus dem Halter herausragt, zu einer entsprechenden Winkelablenkung und demzufolge zu einer Ungenauigkeit beim Bohren, Aufreiben und dgl. des Werkzeuges in Bezug zum ortsfesten Werkstück.

Als Stand der Technik wird die US-PS 38 93 677 der Anmelderin vom 8. Juli, 1975, genannt.

Es ist ein Hauptmerkmal der Erfindung, einen Aufbau und Zusammenbau zwischen dem Werkzeughalter und der Spindel zu schaffen, durch den die Achse des Werkzeughalters und das Werkzeug im wesentlichen mit der Achse der rotierend angetriebenen Spindel ausgerichtet gehalten bleibt, so daß eine Winkelablenkung des Werkzeuges vermieden wird.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist, auf der Spindel eine kegelförmige Ausnehmung, die ein Axiallager bestimmt, und auf dem Werkzeughalter einen ihn umgebenden Zentrierkegel vorzusehen, der passend ausgebildet ist, sich satt an das Lager anzulegen und axial innerhalb des Lagers auszurichten, um die axiale Selbstausrichtung des Werkzeughalters und der Spindel beizubehalten.

Ein weiteres Merkmal ist, einen eingeschlossenen Winkel zwischen den entsprechenden Kegelflächen des Zentrierkegels und dem Kegellager im Bereich von 40° bis 60°, d. h. im bevorzugten Ausführungsbeispiel von etwa 50° vorzusehen.

Des weiteren ist durch ein anderes Merkmal auf dem Werkzeughalter ein Kegelbund, der von mehreren getrennt voneinander und kreisförmig am Spindelkörper befestigten und von der Spindel hervortretenden Kugeln in wirksamen Eingriff genommen wird, in Verbindung mit einer einziehbaren, unter Federvorspannung stehenden Hülse vorgesehen, die eine innere Kegelfläche besitzt, die mit den Kugeln in Eingriff kommen kann, und passend ausgebildet ist, um mit dem Kegelbund am Werkzeughalter in treibenden und haltenden Eingriff zu kommen. Der Werkzeughalter und der entsprechende Zentrierkegel sind während des Drehantriebs der Spindel mit dem Kegellager an der Spindel in treibendem Eingriff nach innen axial vorgespannt.

Nach einem weiteren Merkmal ist ein Zentrierkegel als ein integraler Teil des Werkzeughalters zwischen dessen Enden vorgesehen.

Als weiteres Merkmal kann der Zentrierkegel in der Form eines Ringes ausgebildet sein, der am Werkzeughalterschaft beispielshalber durch Anpressen befestigt ist oder der im Falle eines Gewindeschaftes an einer Mutter befestigt ist, die mit dem Werkzeughalterschaft in Gewindeeingriff kommt.

Durch ein noch weiteres Merkmal ist auf dem äußeren Gewinde des Werkzeughalterschaftes eine mit Gewinde aufgeschraubte Mutter vorgesehen, die einen zylinderförmigen Schaft besitzt, der im Körper auf der Spindel, auf der ein ringförmiger Kegelbund eingesetzt und befestigt ist, und daneben ein sich verjüngender Zentrierkegel angeordnet ist, wobei die Festlegung in der Stellung durch eine Stellschraube bei Längseinstellung der Mutter gegenüber dem Schaft erfolgt.

Darüber hinaus ist nach einem anderen Merkmal eine kraftbetätigte Schraube vorgesehen, die innerhalb einer mit Innengewinde versehenen Bohrung des Werkzeughalterschaftes eingeschraubt ist und einen mit Schlitzen versehenen Abschnitt aufweist, der passend als Anschlag für das innere Ende eines axial dorthin vortretenden Werkzeuges ausgebildet ist. Hierbei weist das innere Ende eines Werkzeuges einen flachen Abschnitt auf, der von dem mit Schlitzen versehenen Abschnitt in haltenden Eingriff genommen wird, um die Verdrehungskraft des Werkzeughalters auf das Werkzeug zu übertragen.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von mehreren Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen und Ansprüchen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine zum Teil im Schnitt dargestellte Längsansicht der zusammengebauten Schnellwechselspannhülse, der kraftbetriebenen Spindel und der Werkzeughalterung,

Fig. 2 eine Seitenansicht hiervon im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 eine Einzeldarstellung der kraftbetriebenen Spindel mit dem Paßstück oder der Spannhülse und einer Werkzeughalterung mit einem Schaft und zum Einsetzen eines Werkzeuges, wobei der Werkzeughalter auf der Spindel axial eingesetzt ist, und

Fig. 4 eine Teilansicht im Schnitt einer veränderten Ausführungsform, wobei der Werkzeughalterschaft mit einem Außengewinde versehen ist und eine auf diesem verstellbare Mutter aufnimmt sowie den Kegelbund und den Zentrierkegel trägt.

Obgleich in diesen Zeichnungen nur bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung dargestellt sind, werden selbstverständlich auch weitere Ausführungsformen vom Erfindungsgedanken und von den Ansprüchen abgedeckt.

Die in Fig. 1 dargestellte Einheit aus Spindel, Spannhülse und Werkzeughalter 11 ist eine Weiterentwicklung der Schnellwechselspannhülse nach der US-PS 38 93 677. Ein Teil der hier gemachten Ausführungen richtet sich auf den Aufbau, die Funktion und den Betrieb, die der Offenbarung in dieser Patentschrift entsprechen. Die Einzelheiten und die Betriebsweise der Schnellwechselspannhülse sind, auf diese Patentschrift Bezug nehmend, in der nachstehenden Beschreibung aufgenommen.

Die als Stumpfspindel 11 dargestellte Spindel ist auf herkömmliche Weise mit Drehantrieb versehen. In der Fig. 3 ist eine normale Spindelausführung gezeigt. Die Erfindung findet Anwendung auf beide Ausführungsarten.

Eine auf der Spannhülse der Spindel 13 aufsitzende Einheit 17 ist nach der Darstellung so ausgebildet, die Werkzeughalterung 19 aufzunehmen und zu halten, in die ein beispielshalber aus einem Bohrer, einer Reibahle oder dgl. bestehendes Werkzeug T eingesetzt werden kann.

Die Spindel 13 oder eine entsprechende Normspindel 15 besitzt eine Axialbohrung 21, die eine Acmebohrung oder eine andersartige Bohrung sein kann und die auf ihrer Länge die Innenkeilnut 23 aufweist. Hierbei ist ein herkömmlicher Keil 25 am Schaft 27 der Halterung 19 zwischen seinen Enden befestigt. Beim axialen Zusammenfügen des Schaftes 27 in die Bohrung 21 der Spindel wird der Keil gleitend längs der Keilnut 23 (Fig. 1) in Stellung gebracht, um mit der Spindel in Drehung versetzt zu werden.

Der Zentrierkegel 29 ist neben eines seiner Enden am Werkzeughalterschaft ausgebildet oder auf diesem eingesetzt und ist nach dessen Einfügen in die Spindelbohrung 21 so ausgebildet, daß er ausgerichtet mit der Kegelsteigung 30 des Zentrierkegels auf das innere Ende der Spindel 13 zum mitwirkenden Eingriff kommt. Die Kegelsteigung bildet hierbei die Kegellagerfläche.

Die Werkzeughalterung 19 weist vor dem Zentrierkegel 29 einen Kopf 31 auf und besitzt eine ringförmige Ausbildung oder einen Bundhalter 33, die bzw. der mit dem Kopf 31 den Anschlagabsatz 35 bildet. Der Kegelbund 37 besitzt eine kegelförmige Fläche 38 und ist nach hinten und nach außen geneigt. Innen vom Bund 37 befindet sich ein ringförmiger Ankerflansch 39, der sich zum Bundhalter 33 erstreckt und an einem Ende mit dem Anschlagansatz 35 in treibendem Eingriff liegt. Der Sprengring 41 sitzt ineinander greifend in einer entsprechenden Rille 43 im Kopf 31 und steht mit dem Bund 37 in haltendem treibenden Eingriff.

Die Werkzeughalterung vor dem Kopf 31 besitzt eine Verlängerung 45, die bei 47 auf seiner Länge mit Gewinde versehen und dabei so ausgebildet ist, daß sie darüber einen Nasenteil 49 mit Gewinde verstellbar als Einrichtung hat, um den geteilten Spannzangeneinsatz 57 zum Aufnehmen und Befestigen des Werkzeuges T (nur z. T. in den Zeichnungen dargestellt) einzusetzen. Das Werkzeug verläuft nach innen entlang der Länge der Innenbohrung 51 von Schaft 27. Die Schaftbohrung 51 weist bei 53 ein Innengewinde auf und an ihrem äußeren Ende befindet sich ein Senker 55, von dem Abschnitte des Spannzangeneinsatzes 57 aufgenommen werden.

Die Kegelsteigung oder der eingeschlossene Winkel zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Zentrierkegels 29 und der Kegellagerfläche 30 beträgt, etwa wie in der Fig. 1 bei 63 dargestellt, vorzugsweise 50°. Dieser Winkel kann jedoch erfindungsgemäß zwischen 40° und 60° liegen.

Der zylinderförmige Körper 59 ist über einem Abschnitt der kraftbetätigten Spindel 13 (Fig. 1) eingesetzt. Er besitzt eine innere gleichförmige Bohrung 61 und erstreckt sich vor der Spindel. Der Körper 59 besitzt eine Radialbohrung 165, durch die die Allen-Schraube 67 heraustritt, die in eine entsprechende Radialöffnung 69 in der Spindel 13 eingeschraubt ist.

Auf bekannte Weise sind eine Anzahl von in kreisförmigen Abstand von einander angeordnete Kugeln 71, wie auch in der US-PS 38 93 677 offenbart, angeordnet und werden in den entsprechenden getrennten Öffnungen 69 im Körper 59 herausnehmbar festgehalten. Die inneren Abschnitte der Kugeln 71 verlaufen vom Körper 59 radial nach innen und sind so ausgebildet, daß sie mit dem kegelförmigen Bund 37-38 in wirksamen Eingriff kommen. Die äußeren Abschnitte der Kugeln 71 verlaufen vom Körper 59 radial nach außen und sind so ausgebildet, daß sie mit der kegelförmigen Wand 73 auf das Innere der mit Federkraft vorgespannten Hülse 75 wirksam eingreifen, wobei sie einen Teil der aufsitzenden Spindelspannhülseneinheit 17 bilden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Hülse 75 an einem Ende eine innere ringförmige Schulter 77 auf, die lose über dem Körper 59 angeordnet liegt und so ausgebildet ist, daß sie mit einem Ende der Druckfeder 81 (Fig. 1) in Eingriff kommt. Der geteilte Ring 79 liegt zum Teil ineinander greifend im vorderen Abschnitt des Körpers 59, von dem er festgehalten wird, und kommt mit dem anderen Ende der Schraubenfeder 81 in haltenden Eingriff, die den Körper 59 auf der Innenseite der einschiebbaren Hülse 75 umgibt.

Der Druckfeder 81 kommt dabei die Aufgabe zu, die Hülse gegenüber dem Körper 59 nach hinten hin vorzuspannen, so daß die Kugeln 71 unter der Kontrolle der inneren kegelförmigen Fläche 73 mit der äußeren kegelförmigen Fläche 38 des Kegelbundes 37 in wirksamen und haltenden Eingriff kommen.

Die Hülse 75 ist ausgebildet, um von Hand gegen die Wirkung der Feder 81 vorwärts bewegt zu werden, durch die die Kugeln 71 befähigt werden, sich seitlich nach außen zu bewegen, um vom Kegelbund 37 freigegeben zu werden. Hierdurch wird ein schneller Wechsel oder ein schnelles Entfernen der Werkzeughalterung 19 von der Spindel und auch das schnelle Einbringen eines Werkzeughalters und dessen Schaft in die Spindel sowie die Sperrung mit der Schnellwechselhülseneinheit 17 ermöglicht. Der Werkzeughalter ist zur Durchführung der Drehbewegung axial an der Spindel befestigt.

Die innere kegelförmige Fläche 73 der Hülse 75 und die kegelförmige Fläche 38 des Bundes 37 verlaufen nach hinten und nach außen und die jeweiligen kegelförmigen Flächen 73 und 38 laufen nach vorne aufeinander zusammen (Fig. 1).

Die innere nach hinten geneigte Fläche 73 der Hülse 75 bildet gegenüber dem Bund 37 und den Kugeln 71 dazwischen einen Bindungswinkel. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung befindet sich die innere kegelförmige Wand 73 der Hülse mit den Kugeln 71 in mitwirkender Keil- und Einrückausrichtung, wobei die Kugeln 71 mit dem Bund 37 auf dem Werkzeughalter festhaltend ausgerichtet sind. Bei zusammengefügter Stellung des Werkzeughalters gegenüber der Spindel sitzt der Bund ineinander greifend auf der Innenseite des Körpers 59, wenn er vorne vor der Spindel 13 heraustritt.

Ein nach außen auf das Werkzeug T oder den Werkzeughalter 19 ausgeübter Schub bewirkt, daß die Kugeln 71 rotieren. Die Kugeln kommen mit der äußeren Hülse in Eingriff und möchten diese axial nach innen drängen. Das führt dazu, die Haltekraft auf den Kugeln zu vergrößern und den Werkzeughalter gegen Verschieben fester zu verankern.

Eine nach außen gerichtete Kraft auf den Bund 37 bewirkt, daß die Kugeln nach innen rollen, um den Werkzeughalter noch mehr zu verankern. Da die Fläche 73 und die Außenfläche 38 des Bundes 37 nach vorne hin zusammenlaufen, sorgt eine vermehrte keilende und haltende Kraft dafür, daß der Werkzeughalter gegen ein unbeabsichtigtes Freikommen vom Körper 59 gesichert und verankert wird. Dies ist im wesentlichen im Einklang mit der Offenbarung der US-PS 38 93 677.

Das bedeutsame Merkmal der Erfindung besteht bei der Verwendung des Zentrierkegels 29 auf dem Werkzeughalter darin, wie er in Bezug zur Spindel 13 in wirksamer Passung (Paßgenauigkeit) oder Ausrichtung innerhalb der Kegellagerfläche 30 auf dem Innenende der Spindel zusammengefügt ist. Im wesentlichen besteht die Funktion des Zentrierkegels 29 bei seinem ineinander greifenden Aufnahme in der Kegellagerfläche 30 der Spindel darin, die Selbstausrichtung zu bewirken, durch die die Werkzeughalterung 19 und das befestigte Werkzeug T gegen die Winkelablenkung in Bezug zur Längsachse der Spindel 13 beständig gehalten werden.

Die Fig. 1 zeigt einen formschlüssen Antrieb 83 bestehend aus der Schraube 85, die an einem Ende einen Innenvierkant oder Innensechskant 87 und am anderen Innenende einen ringförmigen Schnappflansch 89 aufweist, der in einer entsprechenden ringförmigen Ausnehmung auf einem Ende des mit dem Querantriebsschlitz 93 versehenen Werkzeugtreibers 91 verläuft. In der dargestellten Ausführungsform kann der formschlüssige Antrieb 83 gegenüber der Gewindebohrung des Schaftes 27 soweit längs vorgeschoben werden, bis sich der Schlitz 93 mit einem entsprechenden Werkzeugflachteil 95 am inneren Ende des Werkzeuges T ausrichtet und dieses Flachteil 95 aufnimmt. Das Werkzeug steht im Schaft 27 auf einem Abschnitt seiner Länge vor. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Keil 97 auf dem Werkzeugtreiber 91 eingesetzt und reitet in einer Innennut oder Keilnut 99 neben und längs der Innenbohrung 51 von Schaft 27. Der vorne gelegene Abschnitt von Kopf 31-35 der Werkzeughalterung weist zwei ebene Flächen 101 für das Eingreifen von Schraubenschlüsseln auf, durch die der Werkzeughalter gegenüber der Spindel 13 gedreht werden kann.

Die Fig. 4 zeigt einen Teil einer veränderten Ausführungsform einer Werkzeughalterung 103, in der der Schaft 105 ein Außengewinde und eine Innenbohrung 107 aufweist, die wie in Fig. 1 zur Aufnahme des Werkzeugs T ausgebildet ist. Die Ankermutter 109 ist auf dem Schaft 105 eingefädelt und besitzt einen zylinderförmigen Abschnitt 110.

Der kegelförmige Bund 111 in Form eines Ringes ist über dem zylinderförmigen Abschnitt 110 der Mutter 109 angeordnet und wird von dieser ortsfest gehalten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der entsprechende Zentrierkegel 113 in Form eines Ringes ausgebildet, der satt anliegend auf den zylinderförmigen Abschnitt 110 der Mutter 109 eingesetzt und angedrückt sowie bei 115 zweckmäßig befestigt ist. Eine Stellschraube 117 verläuft durch eine radiale Öffnung in der Mutter 109 und befindet sich mit dem Schaft 105 in wirksamen Halteeingriff, so daß die Mutter, nachdem sie eingestellt ist, in ihrer Stellung gesichert werden kann. Hierbei bilden zwei für den Eingriff durch Schraubenschlüssel bestimmte flache Flächen 119 einen Teil des Schaftes 105.

Wie Fig. 1 zeigt, stellt die formschlüssige Antriebseinheit 83 eine Einrichtung dar, durch die bei deren angemessener Längeneinstellung im Schaft 27 der mit Schlitzen versehene Abschnitt 93 des Treibers 91 das entsprechende Flachteil 95 am Werkzeug T aufnimmt und mit diesem in bewegenden Eingriff kommt. Eine durch die Spindel auf den Schaft 27 übertragene Verdrehungskraft wird an die formschlüssige Antriebseinheit 93 weitergeleitet, wobei die Verdrehungskraft unmittelbar an das Werkzeug T übertragen wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung für Spindelspannhülse- und Werkzeughalter bestehend aus einer drehend bewegten Spindel, die eine Bohrung und ein zweckmäßig zur Aufnahme eines Werkzeughalters ausgebildetes vordere Ende besitzt, einem zylinderförmigen Körper mit gleichförmiger axialer Bohrung, der auf der Spindel eingesetzt ist und vorne aus ihr herausragt, einer mit Federkraft vorgespannten einschiebbaren Hülse, die beweglich am Körper eingesetzt ist und eine kegelförmige Innenwand besitzt, und aus einem Werkzeughalter für den Einsatz eines Werkzeuges, der in den Körper hineinragt, der an seinem inneren Ende einen gleitend in der Spindelbohrung angeordneten Schaft besitzt und durch Keil und Nut an der Spindel und am Kegelbund am Werkzeughalter zwischen seinen Enden liegt, die in den Körper vorstehen, um den eine Reihe von in Abstand angeordneten Kugeln ineinander greifend aufgenommen liegen, von denen Abschnitte zum haltenden Eingreifen mit dem Bund radial nach innen vorstehen und zum zusammenwirkenden Eingreifen mit der kegelförmigen Innenwand radial nach außen vorstehen, wobei die kegelförmige Hülseninnenwand in Bezug zum Bund zusammenläuft, so daß eine gemeinsame Keilwirkung der Kugeln zwischen dem Bund und der Hülseninnenwand zum Verankern des Werkzeughalters innerhalb des Körpers und gegen das Ende der Spindel zustande kommt, wodurch das Zurückziehen der Hülse von Hand die Kugeln freigibt und das Zusammenfügen von Körper und Spindel in den Werkzeughalter und deren Entfernen erleichtert wird, gekennzeichnet durch eine kegelförmige Ausnehmung innerhalb der inneren Bohrungsfläche am vorne liegenden, ein Axiallager beschreibenden Ende der Spindel und durch einen Zentrierkegel (29) auf und um den Werkzeughalter neben und vor dem Schaft (27, 105) in satt anliegender axialer Passung mit einer die Selbstausrichtung des Werkzeughalters (19) und der Spindel (13) haltenden Lagers, wobei die Hülseninnenwand und der Bund Flächen aufweisen, die nach hinten und nach außen kegelförmig ausgebildet sind, so daß die Hülse (75) und die Kugeln (71) auf den Werkzeughalter und auf den den Zentrierkegel gegen das und in das konische Spindellager hinein mit Vorspannung belegenden Schaft einen nach innen gerichteten Axialdruck ausüben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelbund (37-38, 110) auf dem Werkzeughalter kreisförmigen Querschnitt hat, daß ein innerer Ringflansch auf dem Bund auf einem Abschnitt des Werkzeughalters an einem Ende eingesetzt ist, das sich gegen einen auf ihm liegenden Anschlagansatz anlegt, und daß auf dem Werkzeughalter ein Klemmring eingesetzt ist, der gegen axiale Verschiebung mit dem Bund in haltenden Eingriff kommt.

3. Schnellwechselspannhülse für eine kraftbetriebene Spindel mit einer Bohrung und einem vorderen Ende, die zur Aufnahme eines Werkzeughalters geeignet ist, der an seinem Innenende einen Schaft aufweist, einem zylinderförmigen Körper auf der Spindel von dieser hervortretend, einer durch Federkraft vorgespannten einschiebbaren Hülse, die auf dem Körper eingesetzt ist, der eine Innenkegelsteigung besitzt, durch die eine Reihen von im Körper eingesetzter Kugeln in Eingriff kommen, und der sich von den gegenüberliegenden Seiten zum treibenden Eingreifen mit einem Kegelbund am Werkzeughalter erstreckt, um den Werkzeughalter innerhalb und auf der Spindel zwangsläufig festzuhalten, gekennzeichnet durch eine konische Ausnehmung innerhalb der Innenbohrungsfläche am vorne liegenden, ein Axiallager beschreibenden Ende der Spindel und durch einen Zentrierkegel auf und um den Werkzeughalter zwischen seinen Enden und vor dem Schaft in satter formschlüssiger und axialer Passung mit dem die Selbstausrichtung des Werkzeughalters und der Spindel haltenden Lagers, wobei die Spindelspannhülse die Kugeln gegen den Kegelbund derart beaufschlagt, daß der Zentrierkegel nach innen kontinuierlich eingreifend im Spindellager und in diesem ineinandergreifend sitzend vorgespannt ist.