DE3824581A1 - Spanneinrichtung an einer werkzeugmaschinenspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung an einer Werk­ zeugmaschinenspindel zum Spannen und Lösen einer Kupplung zwischen der Werkzeugmaschinenspindel und einem Anschluß­ teil, insbesondere einem Werkzeugfuß, umfassend eine in einer Bohrung der Werkzeugmaschinenspindel verlaufende Spannstange, eine auf diese Spannstange im Sinne des Kupplungspannens einwirkende Federung und eine auf die Spannstange im Sinne des Kupplunglösens einwirkende Rückstellvorrichtung.

Bei einer bekannten Spanneinrichtung dieser Art sind Teller­ federn oder Spiralfedern als Federung auf der rotierenden Werkzeugmaschinenspindel angeordnet, welche das Spannen der Kupplung bewirken. Das Lösen der Kupplung erfolgt durch einen äußeren Druckmittelanschluß, welcher bei stillstehender Werkzeugmaschinenspindel hergestellt wird.

Bei dieser Ausführungsform hat man zwar den Vorteil, daß bei rotierender Spindel kein Druckmittel zugeführt wer­ den muß, gleichzeitig aber den Nachteil, daß eine me­ chanische Feder mitrotiert, welche das Trägheitsmoment der Spindelanordnung erhöht und die Auswuchtung gefähr­ den kann.

Es ist weiter bekannt, zur Herstellung der Kupplung bei rotierender Werkzeugmaschinenspindel einem mit­ rotierenden Spannkolben über eine Drehverbindung Druck­ flüssigkeit oder Druckgas laufend zuzuführen. Dies hat zwar den Vorteil, daß keine Unwuchtprobleme auftreten und jedenfalls im Falle eines Druckgases auch das Trägheitsmoment des rotierenden Systems nicht wesent­ lich erhöht wird. Nachteilig bei dieser Lösung ist aber die Notwendigkeit des Anbringens einer Drehverbindung für die Zuführung der Druckflüssigkeit bzw. des Druck­ gases während des Rotierens der Spindel.

Schließlich ist es auch bekannt, zum Spannen der Kupp­ lung jeweils vor Beginn der Spindelrotation eine Druck­ mittelcharge zu geben und diese dann durch ein Ab­ sperrventil druckhaltig abzuschließen. Bei dieser Lö­ sung bestehen keine Probleme durch Unwucht und Träg­ heitsmomenterhöhung und auch keine Probleme bezüglich der laufenden Zufuhr des Druckmittels während der Spindelrotation. Unbefriedigend ist aber der Umstand, daß bei einem nicht völlig auszuschließenden Druckver­ lust während des Betriebes die Kupplung gelöst werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spann­ einrichtung anzugeben, welche die Vorteile der vor­ bekannten Lösungen miteinander kombiniert und deren Nach­ teil meidet. Insbesondere sollen Probleme durch Trägheits­ momenterhöhung und Unwucht vermieden werden und gleich­ zeitig soll hohe Sicherheit gegen Lösung der Kupplung während des Drehbetriebs der Spindel erzielt werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in einem am anschlußteilfernen Ende der Werkzeugmaschi­ nenspindel in axialer Flucht mit der Werkzeugmaschinen­ spindel angebauten, von der Spannstange wenigstens teil­ weise durchsetzten Gehäuse ein die Spannstange umgeben­ des ringförmiges Gasdruckvolumen untergebracht ist, wel­ ches mit seinem von dem Anschlußteil abgelegenen Ende auf eine ringförmige, im wesentlichen axial gerichtete Angriffsfläche einer Spannstangenerweiterung einwirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Gefahr eines Druckverlustes wesentlich geringer als bei der oben erwähnten, bekannten Lösung, bei welcher jedes Mal vor Drehbeginn beim Spannen eine Druckluftgabe erteilt wur­ de. Die höhere Sicherheit rührt daher, daß die zur ein­ maligen Erteilung einer Druckluftgabe ggf. notwendige Füllöffnung mit höchster Sicherheit verschlossen werden kann, eben weil nur einmal oder in großen Abständen Druckluft gegeben werden muß.

Es empfiehlt sich, daß die Spannstangenerweiterung als ein Kolben ausgeführt ist, welcher an der Spannstange befestigt ist und an der Innenumfangsfläche einer Bohrung des Gehäuses anliegt. Ein solcher Kolben kann an seiner von dem Gasdruckvolumen abgelegenen Seite dem Druck eines kupplungslösend wirkenden Druckfluids aus­ setzbar sein, welches bei stillstehender Spindel zum Zwecke der Lösung der Kupplung zugeführt wird.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Spannein­ richtung erhält man dadurch, daß daß ringförmige Gasdruckvolumen durch eine Innenumfangsfläche einer Bohrung des Gehäuses, eine Außenumfangsfläche der Spann­ stange, die Angriffsfläche der Spannstangenerweiterung und eine der Spannstange Durchtritt gewährende anschluß­ teilnahe Endwand des Gehäuses begrenzt und zum einen durch Dichtungsmittel zwischen der Spannstangenerweiterung und der Innenumfangsfläche der Bohrung des Gehäuses und zum anderen durch Dichtungsmittel zwischen der Endwand und der Spannstange abgedichtet ist. Problematisch ist bei die­ ser Ausführungsform die Abdichtung. Diese kann zwar keinen plötzlichen Druckverlust und damit die Gefahr eines unbe­ absichtigten Lösens beschwören. Nicht auszuschließen ist aber die Gefahr eines schleichenden Druckverlustes. Allerdings läßt sich auch diese Gefahr durch entsprechend hochge­ züchtete Dichtungssysteme weitgehendst ausschließen.

Zur Einfüllung des Druckgases ist eine verschließbare Füllöffnung vorzusehen. Dabei wird empfohlen, daß die ver­ schließbare Füllöffnung in der Endwand vorgesehen und wenigstens annähernd achsparallel zur Spannstange angeord­ net ist. Diese Ausbildung der verschließbaren Füllöffnung hat den Vorteil, daß durch das Verschlußelement im wesent­ lichen keine Unwuchten bedingt werden.

Das Dichtproblem läßt sich auch dadurch lösen, daß das Druckgasvolumen wenigstens teilweise durch eine torus­ förmige Membran eingeschlossen ist.

Eine perfekte Lösung des Dichtproblems ergibt sich dann, wenn das Druckgasvolumen vollständig von einer torusförmigen Membran eingeschlossen ist, welche mit einer radial äußeren Begrenzungswand an der Innenumfangsfläche einer Bohrung des Gehäuses anliegt, mit einer radial inneren Begrenzungswand einer äußeren Umfangsfläche der Spann­ stange benachbart ist, mit einer anschlußteilfernen Endwand an der Angriffsfläche der Spannstangenerwei­ terung anliegt und mit einer anschlußteilnahen Endwand einer von der Spannstange durchsetzten anschlußteilnahen Endwand des Gehäuses anliegt.

Es verbleibt dann nur noch die Notwendigkeit eines An­ schlußventils. Dieses braucht wiederum nur einmal oder in großen Abständen geöffnet zu werden und kann deshalb ohne Einschränkung des Betriebsablaufes mit hoher Dichtig­ keit und Sicherheit ausgeführt werden, etwa so, daß das Anschlußventil eine Durchbrechung des Gehäuses durchsetzt. Um das Ventil leicht zugänglich zu machen, wird vorge­ schlagen, daß das Ventil an der radial äußeren Begrenzungs­ wand der torusförmigen Membran angebracht ist und eine Umfangswand des Gehäuses durchsetzt. Etwaige Unwuchtfehler durch das Ventil lassen sich durch entsprechende Aus­ gleichsmaßen leicht ausgleichen.

Um eine ständige Reibung der Spannstange an der torus­ förmigen Membran zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß die radial innere Begrenzungswand der torusförmigen Membran an einer Stützhülse anliegt, welche die Spann­ stange eng anliegend umschließt und an dem Gehäuse axial abgestützt ist.

Um diese Stützhülse einerseits über die ganze Länge der torusförmigen Membran an dieser anliegen lassen zu können, andererseits aber die Kollision der Stützhülse mit der Spannstangenerweiterung zu vermeiden, wird wei­ ter vorgeschlagen, daß zur Aufnahme des anschlußteil­ fernen Endes der Stützhülse in der Spannstangenerwei­ terung ein zur Membran hin offener zylindrischer Ring­ schlitz eingelassen ist.

Um eine materialschonende Rollbewegung der torusförmi­ gen Membran bei Axialbewegung der Spannstange zu gewähr­ leisten, wird vorgeschlagen, daß die an der anschluß­ teilfernen Endwand der torusförmigen Membran anliegende ringförmige Angriffsfläche der Spannstangenerweiterung an ihrem radial inneren und/oder an ihrem radial äußeren Rand eine konvexe Abrundung besitzt.

Nach einer weiteren ebenfalls auf dem Membranprinzip be­ ruhenden Ausführungsform ist vorgesehen, daß das ringförmi­ ge Gasvolumen wenigstens zum Teil innerhalb einer einendig offenen torusförmigen Membran liegt, welche mit einer ra­ dial äußeren Begrenzungswand an der Innenumfangsfläche der Bohrung des Gehäuses anliegt, mit einer inneren Begrenzungs­ wand der Außenumfangsfläche der Spannstange benachbart ist, mit einer anschlußteilfernen Endwand der ringförmigen An­ griffsfläche der Spannstangenerweiterung gegenübersteht und an ihrem offenen Ende durch einen Verschlußring abge­ schlossen ist. Diese Ausführungsform bietet gegenüber der vorher beschriebenen Ausführungsform mit einer vollständig geschlossenen Membran den Vorteil der leichteren Herstell­ barkeit der Membran-Verschlußringeinheit. Dabei kann die radial äußere Begrenzungswand der Membran und die radial innere Begrenzungswand der Membran an entsprechenden Um­ fangsflächen des Verschlußringes anliegend befestigt sein. Dies ist eine von der Herstellungseinfachheit bevorzugte Art der Befestigung.

Grundsätzlich könnte man den Verschlußring fest innerhalb des Gehäuses anordnen und dabei wiederum durch das Gehäuse hindurch eine Füllöffnung vorsehen, die etwa in den Ver­ schlußring hinein und von diesem in das Innere der Membran führt. Wenn diese Lösung aufgrund beengter Raumverhältnis­ se nicht anwendbar ist, so ist es auch denkbar, daß der Verschlußring axial verschiebbar zwischen der Innenumfangs­ fläche der Gehäusebohrung und der Außenumfangsfläche der Spannstange angeordnet ist unter Bildung eines Zusatzdruck­ raumes zwischen einer anschlußteilnahen Endwand des Gehäu­ ses und dem Abschlußring, wobei der Zusatzdruckraum mit dem Innenraum der Membran durch den Verschlußring hindurch in Verbindung steht und eine verschließbare Füllöffnung aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform ist jedenfalls das Problem der Abdichtung an dem der Spannstangenerwei­ terung zugekehrten Ende der Membran perfekt gelöst.

Der Verschlußring kann mit seiner Innenumfangsfläche auf einer der Spannstange anliegenden und an dem Gehäuse abge­ stützten Stützhülse geführt sein, welche auch der inneren Begrenzungswand der Membran anliegt. Auf diese Weise ist wiederum das Reiben der Spannstange an der Membran vermie­ den. Um nun auch das Dichtungsproblem an der Durchführung der Spannstange durch die anschlußteilnahe Endwand des Gehäuses perfekt in den Griff zu bekommen, wird weiter vor­ geschlagen, daß die Stützhülse an ihrem anschlußteilnahen Ende dichtend an der anschlußteilnahen Endwand des Gehäuses anliegt. Dies kann etwa in der Weise ausgeführt sein, daß die Stützhülse an ihrem anschlußteilnahen Ende einen Ra­ dialflansch aufweist, welcher unter Vermittlung mindestens eines Dichtungsringes an einer im wesentlichen achsnormalen Innenfläche der anschlußteilnahen Endwand des Gehäuses an­ liegt. Auf diese Weise ist, ohne daß man die Schwierig­ keiten der Herstellung einer vollständig geschlossenen Torus­ membran in Kauf nehmen muß, eine insgesamt perfekte Abdich­ tung des ringförmigen Druckgasvolumens geschaffen. Die allein noch vorhandenen Dichtungen zwischen der Stützhülse und der anschlußteilnahen Endwand sind keiner dynamischen Belastung ausgesetzt.

Auch bei dieser Ausführungsform kann zur Aufnahme des an­ schlußteilfernen Endes der Gleithülse in der Spannstangen­ erweiterung ein zylindrischer Ringschlitz vorgesehen sein, welcher eine ausreichende Länge der Stützhülse gestattet, um die Membran auf ihrer ganzen Länge außer reibenden Kontakt mit der Spannstange zu halten und gleichwohl eine Kollision der Stützhülse mit der Spannstangenerweiterung vermeidet.

Schließlich kann auch bei dieser Ausführungsform die Angriffs­ fläche der Spannstangenerweiterung an ihrem radial inneren und/oder radial äußeren Rand eine konvexe Abrundung be­ sitzen, um ein Abrollen der Membranecken zu ermöglichen, ohne die Gefahr eines Einquetschens dieser Membranecken in einen Spalt zwischen der Spannstangenerweiterung einer­ seits und der Umfassungswand des Gehäuses bzw. der Stützhülse andererseits.

An dem anschlußteilnahen Ende der Spannstange kann eine Spannzange zur Erfassung eines Spannkopfes des Anschluß­ teils angebracht sein. Diese Spannzange kann beispiels­ weise von Spannzangenelementen gebildet sein, welche in ihrer Greifbewegung durch eine Innenumfangsfläche der Werkzeugmaschinenspindel in Abhängigkeit von der Axial­ stellung der Spannstange steuerbar sind. Der Anschluß­ teil kann mit einem Außenkonus und die Werkzeugmaschinen­ spindel mit einem Innenkonus ausgeführt sein, welche beim Spannen durch die Spannkraft ineinandergepreßt und miteinander verklemmt werden und beim Lösen durch die Spannzange wieder voneinander getrennt werden.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der Er­ findung sieht vor, daß der Ringraum und die Kolbenstangener­ weiterung innerhalb der Werkzeugmaschinenspindel untergebracht sind.

Dabei kann die Abdichtung des Ringraums in der Weise ausgeführt werden, daß die Spannstange an dem anschlußteilnahen Ende des Ringraums eine Dichtungsbuchse durchsetzt, welche die Umfangs­ fläche der Spannstange dichtend umschließt, mit einem Ring­ flansch dichtend an eine Schulterfläche innerhalb der Werkzeug­ maschinenspindel andrückbar ist und bei Abheben des Ringflan­ sches von der Schulterfläche einen Fülldurchgang freigibt, welcher das anschlußteilnahe Ende der Werkzeugmaschinenspin­ del mit dem Ringraum verbindet. Zum Füllen kann dabei in das anschlußteilnahe Ende der Bohrung der Werkzeugmaschinenspin­ del ein Füllstück mit einer Anschlußarmatur einführbar und feststellbar sein. Bei der Ausführungsform mit in die Werkzeug­ maschinenspindel integriertem Ringraum kann an dem anschluß­ teilfernen Ende der Werkzeugmaschinenspindel ein Fortsatz ange­ bracht sein, welcher einen Anschluß für eine Druckmittelbeauf­ schlagung der Kolbenstangenerweiterung aufweist. Dabei kann der Fortsatz durch eine Gewindeverbindung mit der Werkzeugmaschinen­ spindel verbunden sein.

Zur Verhütung von Unfallgefahr durch eine Beschleunigung des noch druckbeaufschlagten Kolbens beim Abnehmen des Fortsatzes sind Mittel vorgesehen, um den Ringraum zu entspannen, wenn der Fortsatz von der Werkzeugmaschinenspindel gelöst wird, be­ vor die mechanische Verbindung zwischen der Werkzeugmaschinen­ spindel und dem Fortsatz vollständig gelöst ist. Diese Mittel können etwa in der Weise ausgeführt werden, daß eine Dichtung der Kolbenstangenerweiterung durch eine Erweiterung der Umfangs­ fläche des Ringraums überbrückbar ist, bevor die mechanische Ver­ bindung des Fortsatzes mit der Werkzeugmaschinenspindel voll­ ständig gelöst ist. Auch bei der zuletzt beschriebenen Aus­ führungsform kann die Druckgasfüllung innerhalb des Ringraums von einer Membran aufgenommen sein.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form der Erfindung mit einer völlig geschlos­ senen Torusmembran;

Fig. 2 die Verbindung der Spanneinrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Werkzeugmaschinenspindel;

Fig. 3 die Torusmembran zu Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs­ form der Erfindung mit einer offen hergestell­ ten und durch einen Verschlußring abgeschlossenen Torusmembran;

Fig. 5 die einendig offene Torusmembran gemäß Fig. 4 mit dem Verschlußring;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform ohne Membran.

In der Fig. 2 erkennt man eine mit 10 bezeichnete Werk­ zeugmaschinenspindel, an deren rückwärtigem Ende eine Spann­ einrichtung 12 angebracht ist. Die Spanneinrichtung 12 um­ faßt ein Gehäuse 14, welches mit der Spindel 10 bei 16 ver­ schraubt ist. Aus dem Gehäuse 14 tritt eine Spannstange 18 aus, welche durch einen Kanal 20 der Spindel verläuft. An dem linken Ende der Spannstange 18 ist eine Spannzange 22 angebracht, welche von Zangenelementen 22 a gebildet ist. Die Zangenelemente 22 a sind nach radial auswärts vorgespannt und zum Eingreifen in eine hinterschnittene Nut 24 eines Spannkopfes 26 ausgebildet. Der Spannkopf 26 ist an einem Werkzeugfuß 28 eines Fräsers 30 angebracht, welcher außer­ dem einen Außenkonus 32 aufweist. Der Außenkonus 32 ist zum Eingriff in einen Innenkonus 34 der Werkzeugmaschinenspin­ del 10 bestimmt und geeignet.

Wenn das Werkzeug mit seinem Außenkonus 32 vollständig in den Innenkonus 34 eingeführt ist, stehen die Spannzangen­ elemente 22 a der hinterschnittenen Nut 24 des Spannkopfes 26 radial gegenüber. An der Innenseite der Werkzeugmaschi­ nenspindel 10 ist eine Steuerfläche 36 zum radial ein­ wärts Steuern der Spannzangenelemente 22 a angebracht. Wenn die Spannstange 18 nach rechts vorgeschoben wird, greifen die Spannzangenelemente 22 a in die hinterschnittene Nut 24 ein und nehmen bei weiterem Vorschub nach rechts den Spannkopf 26 nach rechts mit, so daß der Außenkonus 32 in den Innenkonus 34 hingezogen und mit diesem verklemmt wird.

Die Spannstange 18 ist wie aus Fig. 1 zu ersehen durch eine Endwand 38 des Gehäuses 14 hindurchgeführt und trägt innerhalb des Gehäuses eine Spannstangenerweiterung 40 in Form eines Kolbens. Der Kolben 40 ist durch Gleitringe 42 und eine Dichtung 44 an der Innenumfangsfläche 46 einer Bohrung des Gehäuses 14 geführt und weist eine ring­ förmige Angriffsfläche 48 auf. An der Spannstange 18 liegt eine Stützhülse 50 an, welche an der Endwand 38 abgesützt oder befestigt ist. In dem Kolben 40 ist ein zylinderischer Ringschlitz 52 ausgebildet, in welchen das Ende der Sützhülse 50 eintauchen kann.

Eine torische Membran 54, welche vergrößert in Fig. 3 dar­ gestellt ist, befindet sich innerhalb des Gehäuses 14. Sie liegt mit ihrer radial äußeren Begrenzungswand 56 an der Innenumfangsfläche 46 an, mit ihrer radial inneren Begren­ zungswand 58 an der Stützhülse 50, mit ihrer Endwand 60 an der Endwand 38 des Gehäuses und mit ihrer Endwand 62 an der Angriffsfläche 48 des Kolbens 40. Ein an der äußeren Begrenzungswand 56 angeschlossenes Füllventil 64 durchsetzt eine Öffnung 66 der Umfangswand 68 des Gehäuses 14. Die torische Membran 54 ist mit unter Druck stehendem Gas, zum Beispiel Luft oder Stickstoff, gefüllt. An den Rändern der Angriffsfläche 48 des Kolbens 40 sind konvexe Rundungen 70 ausgebildet.

Auf der rechten Seite des Kolbens 40 ist eine ringförmige Druckkammer 72 ausgebildet, welche an eine äußere Druck­ mittelversorgung anschließbar ist, insbesondere dann, wenn die Spindel 10 stillsteht. Damit bildet der Kol­ ben 40 den Teil einer Rückstellvorrichtung. Die Spann­ stange 18 tritt in einen Gehäusefortsatz 74 ein; in diesem kann der Druckmittelanschluß für die Beaufschla­ gung der rechten Seite des Kolbens 40 untergebracht sein. Ferner können dort Kühlmittel und/oder Druckluftver­ sorgungskammern untergebracht sein, die es erlauben durch nicht eingezeichnete Bohrungen der Spannstange 18 hin­ durch den Fräser 30 mit Kühlmittel und/oder mit Druck­ luft zum Abblasen von Spänen zu beschicken.

Beim Fräserwechsel befindet sich die Spannstange 18 in der in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellten Stellung, welche der Fig. 2 entspricht. Diese Stellung ist da­ durch herbeigeführt, daß die rechte Seite des Kolbens 40 mit Druckmittel beaufschlagt ist. Wenn der Fräser 30 ein­ geführt ist, so wird das Druckmittel auf der rechten Seite des Kolbens 40 zum Ablauf freigegeben. Dann expandiert das Druckgasvolumen in der Membran 54 und der Kolben 40 wird entsprechend zurückgedrückt. Soll der Fräser 30 wieder gelöst werden, so wird in die Ringkammer 72 er­ neut Druckmittel eingeführt, so daß der Kolben 40 in die Stellung nach der unteren Hälfte der Fig. 1 zurück­ kehrt. Dabei wird die Membran 54 samt ihrer Druckgas­ füllung nach links gedrückt und rollt sich an der An­ griffsfläche 48 ab, ohne daß die Gefahr einer Beschädi­ gung der Kanten der torischen Membran 54 besteht. Da­ durch daß die Membran mit ihrer radial inneren Be­ grenzungswand 58 an der Stützhülse 50 anliegt, ist die Reibung zwischen der Spannstange 18 und der Membran ausgeschaltet.

Die Ausführungsform der Fig. 4 und 5 unterscheidet sich durch eine andere Ausgestaltung der Membran, die hier mit 154 bezeichnet ist. Analoge Teile sind durch­ wegs mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den Fig. 1 bis 3. Das linke Ende der Membran 154 ist durch einen Verschlußring 176 verschlossen. Dieser Verschlußring 176 ist gleitend an der Innenumfangs­ fläche 146 und an der Stützhülse 150 geführt. Die Stützhülse 150 liegt mittels eines Radialflansches 178 unter Vermittlung von Dichtungsringen 180 an der Endwand 138 an. Das Füllventil 164 ist in der Umfangs­ wand 168 angeordnet und steht mit einer Zusatzkammer 182 in Verbindung, die ihrerseits wieder über Bohrun­ gen 184 des Verschlußringes 176 mit dem Inneren der torischen Membran 154 verbunden ist. Die Wirkungs­ weise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die Wirkungsweise der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit dem einen Unterschied, daß der Ver­ schlußring 176 bei einem Hub der Spannstange 118 an der Stützhülse 150 gleitet. Da aber die aneinander anliegen­ den Flächen des Verschlußringes 176 und der Innenfläche 146 sowie der Stützhülse 150 keine Dichtfunktionen zu erfüllen haben, liegt also an dieser Stelle keine dyna­ mische Dichtung vor. Auch die Dichtung 180 ist eine statische Dichtung, so daß insgesamt keine dynamische Dichtung vorliegt; die Dichtung 144 des Kolbens 140 braucht lediglich die Druckflüssigkeit in der Kammer 172 abzudichten. Die Führungsringe 186 haben lediglich eine Führungs- aber keine Dichtfunktion.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den Fig. 1 bis 3. Auf eine Membran ist hier vollständig ver­ zichtet. Das ringförmige Druckgasvolumen ist hier einge­ schlossen durch die Innenumfangsfläche 246 der Umfangs­ wand 268, die Außenumfangsfläche der Spannstange 218, die Endwand 238 und den Kolben 240. Der Dichtungsring 244 des Kolbens 240 muß hier die Abdichtungsfunktion für das Gasvolumen übernehmen. Weiterhin ist zwischen der Spannstange 218 und der Endwand 238 ein Dichtungs­ ring 288 vorgesehen. In diesem Fall handelt es sich sowohl bei dem Dichtungsring 244 als auch bei dem Dichtungsring 288 um dynamische Dichtungen.

Das Gasvolumen ist in der Ausführungsform nach Fig. 6 durch die Flächen 260, 246 und 248 sowie die Außen­ umfangsfläche 290 der Spannstange 218 begrenzt. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 1 bis 3 jeweils vermehrt um die Zahl 200. Das Füllventil ist auch hier wieder eingezeichnet und mit 264 bezeichnet.

Die Spannkraft, das heißt die Einzugskraft, für das Fräswerkzeug 30 ist von dem Druck des Gasvolumens und der Größe der beaufschlagten Fläche der Spann­ stangenerweiterung abhängig. Lassen sich die gefor­ derten Spann- bzw. Einzugskräfte mit beherrschbaren Drücken und den gegebenen räumlichen Verhältnissen entsprechender Größe der Spannstangenerweiterung nicht erreichen, so ist es ohne weiteres möglich, auf Übersetzungsgetriebe zurückzugreifen. Ein Über­ setzungsgetriebe kann auch angewandt werden, um die zur Lösung der Kupplung benötigte Kraft aufzu­ bringen.

Die Membran kann aus gummielastischem Werkstoff oder Kunststoff, z. B. Neopren hergestellt werden.

Gegenüber bekannten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung auch durch geringere Außenabmessungen, größeren Hub, größere Kräfte, geringere Anzahl der Dichtflächen, geringere Anzahl der benötigten Bauteile, geringere Toleranzempfind­ lichkeit aus.

Durch unterschiedliche Einstellung des Druckgas­ volumens können Anpassungen an verschiedene Ein­ satzzwecke vorgenommen werden. Damit verringert sich der Umfang der Vorratshaltung, die bisher im Hinblick auf verschiedene Einsatzzwecke notwendig war.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Ausführungs­ form nach den Fig. 1 und 2, jedoch jeweils vermehrt um die Zahl 300. In dieser Ausführungsform ist innerhalb der Spindel 310 ein Ringraum 311 ausgebildet, welcher von der Spannstange 318 durchsetzt wird, wobei die Spannstange 318 an ihrem rechten Ende wieder die Kolbenstangenerweiterung 340, genannt Kolben, trägt. In dem Ringraum 311 ist ein Druck­ gasvolumen untergebracht. Dieses Druckgasvolumen ist nach rechts durch die Kolbenstangendichtung 344 abgedichtet und nach links durch eine Dichtungsbuchse 313. Die Dichtungs­ buchse 313 nimmt an ihrem Innenumfang eine Mehrzahl von Führungs- und Dichtungsringen 315 auf, die an der Kolben­ stange 318 anliegen. Ferner weist die Dichtungsbuchse 313 einen radial auswärts gerichteten Ringflansch 317 auf, der vermittels eines Dichtungsrings 319 an einer Schulterfläche 321 der Spindel 310 anliegt. Der Ringflansch 317 weist einen Durchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der Innenumfangsfläche 346 der Spindel 310 im Bereich des Ringraums 311. Ferner weist die Dichtungsbuchse 313 an ihrem Außenumfang eine Mehrzahl von axialen Schlitzen 323 auf. Das Druckgasvolumen in dem Ringraum 311 bleibt in der Spindel 310 ständig, d. h. also über eine Mehrzahl von Werkzeugwechseln erhalten. Eine Korrektur des Druckgasvolumens findet nur statt, wenn sich aus Dichtheitsgründen ein Druckabfall nach längerer Betriebszeit einstellen sollte oder wenn aus anderen Gründen eine Druckänderung erforderlich wird. Das Spannen und Lösen des Werkzeugs erfolgt genauso, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 beschrieben. Der Gehäusefortsatz 374 ist hier unmittelbar an der Spindel 310 befestigt und dient zur Druckbeaufschlagung bzw. Druckent­ lastung einer Ringkammer 372, die innerhalb der Spindel 310 untergebracht ist. Die Druckgabe aus dem Gehäusefortsatz 374 zum Zwecke der Lösung des Werkzeugs erfolgt stets im Still­ stand der Maschine, so daß der Druckmittelanschluß an den Ge­ häusefortsatz 374 nicht ständig vorhanden sein muß, sondern lediglich im Stillstand der Maschine kurzfristig hergestellt werden muß. Es bestehen also auch hier genauso wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen keine Probleme mit einer rotierenden Druckmittelzufuhr.

Die Füllung des Ringraums 311 kann von dem linken Ende d. h. dem werkzeugseitigen Ende der Spindel 310 her erfolgen. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil der den Ringraum 311 um­ schließende Teil der Spindel 310 innerhalb eines Rotors der Werkzeugmaschine liegt, so daß es in diesem Bereich schwierig wäre, eine Druckgaszufuhr unterzubringen.

Zum Füllen des Ringraums 311 mit Druckgas wird ein Füllkonus 332 in den Innenkonus 334 eingeführt. Dieser Füllkonus ist mit einer Anschlußarmatur 325 für eine Druckgasleitung versehen. Der Füllkonus 332 kann beim Beginn des Füllvorgangs durch eine Halteklammer 327 in dem Innenkonus 334 festgehalten sein, so daß eine ausreichend dichte Anlage zwischen dem Füllkonus 332 und dem Innenkonus 334 hergestellt ist. Auf hohe Dichtigkeit zwischen dem Innenkonus 334 und 332 kommt es dabei nicht an. Von der Anschlußarmatur 325 führt eine Bohrung 329 im Inneren des Füllkonus 332 zu einem Gasausfluß 331 am Innenende des Füllkonus 332. Wenn an die Füllarmatur 325 Druckgas angelegt wird, so füllt sich der Innenraum der Spindel 310 mit Druck­ gas und dieses Druckgas gelangt über die Schlitze 323 auch in den Ringraum 311. Dabei hebt die Dichtungsbuchse 313 mit ihrem Ringflansch 317 von der Schulterfläche 323 ab, jedoch bewegt sie sich nur geringfügig nach rechts, da sie durch den reibenden Eingriff der Dichtungs- und Führungsringe 315 auf der Spannstange 318 verhältnismäßig schwergängig geführt ist. Durch die Druckgabe wird der Kolben 340 aus seiner in Fig. 7 unten gezeichneten Position in die in Fig. 7 oben gezeichnete Position zurückgedrückt. Damit tritt eine Ver­ spannung des Füllkonus 332 durch die Spannzange 322 ein, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 im Hinblick auf die Einspannung des Werkzeugs 30 beschrieben worden ist. Da­ durch wird der Füllkonus 332 verstärkt in den Innenkonus 334 hineingezogen und kann sich trotz des in dem Innenraum der Spindel 310 herrschenden Drucks nicht aus dem dichtenden Eingriff mit dem Innenkonus 334 lösen. Wenn der gewünschte Druck in der Ringkammer 311 erreicht ist, wird die Druckgabe an der Füllarmatur 325 abgebrochen. Der innerhalb der Spindel 310 links von der Dichtungsbuchse 313 bestehende Druck bricht zusammen. Der in dem Ringraum 311 aufgebaute Druck kann nicht zusammenbrechen, weil zwischen dem Ringflansch 317 und der durchmessergrößeren Innenumfangsfläche 346 der Spindel 310 ein Druckabfall statt­ findet. Die zwischen dem Ringraum 311 und dem links von der Dichtungsbuchse 313 bestehende Druckdifferenz schiebt die Dichtungsbuchse 313 in die in Fig. 7 gezeichnete Stellung zurück, so daß die Dichtung 319 an der Schulterfläche 323 zur dichten Anlage kommt und der Ringraum 311 fortan vollständig abgedichtet ist. Der Füllkonus 332 kann dann durch Druckgabe auf den Ringraum 372 wieder gelöst werden.

Eine Entleerung des Ringraums 311 ist bei der soweit beschrie­ benen Art der Befüllung von der Werkzeugaufnahmeseite der Spindel aus nicht möglich. Will man den Druck innerhalb des Ringraums 311 ablassen, so wird der Gehäusefortsatz 374 in der Gewindeverbindung 375 gelöst. Wenn der Gehäusefortsatz 374 unter Lösen des Gewindes 375 nach rechts verschraubt wird, so gelangt zuerst ein Dichtungsring 377 in eine Erweiterung der Innenumfangsfläche 346, so daß sich zunächst ein etwa zwischen den beiden Dichtungen 377 und 344 bestehender Druck abbaut, bevor das Gewinde 375 vollständig gelöst ist. An­ schließend gelangt auch die Dichtung 344 in den Bereich einer Erweiterung der Innenumfangsfläche 346, so daß sich auch der Druck innerhalb des Ringraums 311 vollständig entspannen kann, bevor das Gewinde 375 vollständig gelöst ist. Auf diese Weise ist verhindert, daß nach Lösen des Gehäusefortsatzes 374 die Spannstange 318 mit dem Kolben 314 durch den in dem Ringraum 311 noch bestehenden Druck axial nach rechts beschleunigt wird, was zu Unfällen führen könnte. Als zusätzliche Schutz­ maßnahme ist es auch denkbar, an der Innenumfangsfläche 346 der Spindel 310 an einer Stelle innerhalb des Gewindes 375 einen Fangring anzubringen, gegen den der Kolben 340 an­ schlägt, und dabei die Innenkontur der Innenumfangsfläche 346 so zu wählen, daß bei Anschlagstellung des Kolbens 340 an dem Anschlagring eine Entspannung des Drucks in dem Ring­ raum 311 eintreten kann. Wenn sich dann der Druck innerhalb des Ringraums 311 vollständig abgebaut hat, so kann der An­ schlagring, etwa ein Seeger-Ring, gelöst werden, so daß dann erst der Kolben 340 mit der Kolbenstange 318 und der Spann­ zange 322 entnommen werden kann.

Claims (33)

1. Spanneinrichtung an einer Werkzeugmaschinenspindel (10) zum Spannen und Lösen einer Kupplung (32, 34) zwischen der Werk­ zeugmaschinenspindel (10) und einem Anschlußteil (30), ins­ besondere einem Werkzeugfuß (28), umfassend eine in einer Bohrung (20) der Werkzeugmaschinenspindel (10) verlaufende Spannstange (18), eine auf diese Spannstange (18) im Sinne des Kupplungsspannens einwirkende Federung und eine auf die Spannstange (18) im Sinne des Kupplungslösens einwirkende Rückstellvorrichtung (40, 74), dadurch gekennzeichnet, daß in einem die Spannstange (18) umgebenden betriebsmäßig ab­ geschlossenen, spindelfesten Ringraum ein ringförmiges Gas­ druckvolumen untergebracht ist, welches mit seinem von dem Anschlußteil (30) abgelegenen Ende auf eine ringförmige, im wesentlichen axial gerichtete Angriffsfläche (48) einer Spannstangenerweiterung (40) einwirkt.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum in einem am anschlußteilfernen Ende der Werkzeugmaschinenspindel (10) in axialer Flucht mit der Werkzeugmaschinenspindel (10) angebauten, von der Spannstange (18) wenigstens teilweise durchsetzten Gehäuse (14) unter­ gebracht ist.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannstangenerweiterung (40) als ein Kolben (40) ausgeführt ist, welcher an der Spannstange (18) be­ festigt ist und an der Innenumfangsfläche (46) der äußeren Ringraumbegrenzung anliegt.

4. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstangenerweiterung (40) an ihrer von dem Gasdruckvolumen abgelegenen Seite dem Druck eines kupplungslösend wirkenden Druckfluids aussetzbar ist.

5. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gasdruckvolumen durch eine Innenumfangsfläche (246) einer Bohrung des Gehäuses (214), eine Außenumfangsfläche (290) der Spannstange (218), die Angriffsfläche (248) der Spannstangenerweiterung (240) und eine der Spannstange Durchtritt gewährende anschlußteil­ nahe Endwand (260) des Gehäuses (214) begrenzt und zum einen durch Dichtungsmittel (244) zwischen der Spannstangenerwei­ terung (240) und der Innenumfangsfläche (246) der Bohrung des Gehäuses (214) und zum anderen durch Dichtungsmittel (288) zwischen der Endwand (238) und der Spannstange (218) abgedichtet ist.

6. Spanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (214) eine verschließbare Füllöffnung (264) zur Einführung von Druckgas vorgesehen ist.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschließbare Füllöffnung (264) in der Endwand (238) vorgesehen und wenigstens annähernd achsparallel zur Spannstange (218) angeordnet ist.

8. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgasvolumen wenigstens teil­ weise durch eine torusförmige Membran (154) eingeschlossen ist.

9. Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgasvolumen vollständig von einer torusförmigen Membran (54) eingeschlossen ist, welche mit einer radial äußeren Begrenzungswand (56) an der Innenumfangsfläche (46) einer Bohrung des Gehäuses (14) anliegt, mit einer radial inneren Begrenzungswand (58) einer äußeren Umfangs­ fläche der Spannstange (18) benachbart ist, mit einer an­ schlußteilfernen Endwand (62) an der Angriffsfläche (48) der Spannstangenerweiterung (40) anliegt und mit einer anschluß­ teilnahen Endwand (60) einer von der Spannstange (18) durch­ setzten anschlußteilnahen Endwand (38) des Gehäuses (14) anliegt.

10. Spanneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die torusförmige Membran (54) ein Anschlußventil (64) aufweist, welches durch eine Durchbrechung des Gehäuses (14) hindurchgeführt ist.

11. Spanneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (64) an der radial äußeren Begrenzungs­ wand (56) der torusförmigen Membran angebracht ist und eine Umfangswand (68) des Gehäuses (14) durch­ setzt.

12. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Begrenzungswand (58) der torus­ förmigen Membran (54) an einer Stützhülse (50) anliegt, welche die Spannstange (18) eng anliegend umschließt und an dem Gehäuse (14) axial abgestützt ist.

13. Spanneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des anschlußteilfernen Endes der Stützhülse (50) in der Spannstangenerweiterung (40) ein zur Membran (54) hin offener zylindrischer Ringschlitz (52) eingelassen ist.

14. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an der anschlußteilfernen Endwand (62) der torusförmigen Membran anliegende ringförmige Angriffs­ fläche (48) der Spannstangenerweiterung (40) an ihrem radial inneren und/oder an ihrem radial äußeren Rand eine konvexe Abrundung (70) besitzt.

15. Spanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gasvolumen wenigstens zum Teil innerhalb einer einendig offenen torusförmigen Mem­ bran (154) liegt, welche mit einer radial äußeren Begrenzungswand (156) an der Innenumfangsfläche (146) der Bohrung des Gehäuses (114) anliegt, mit einer inneren Begrenzungswand (158) der Außenumfangsfläche der Spannstange (118) benachbart ist, mit einer anschlußteilfernen Endwand (162) der ringförmigen Angriffsfläche der Spannstangenerweiterung (140) gegenübersteht und an ihrem offenen Ende durch einen Verschlußring (176) abgeschlossen ist.

16. Spanneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Begrenzungswand (156) der Mem­ bran (154) und die radial innere Begrenzungswand (158) der Membran (154) an entsprechenden Umfangs­ flächen des Verschlußringes (176) anliegend be­ festigt sind.

17. Spanneinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußring (176) axial verschiebbar zwi­ schen der Innenumfangsfläche (146) der Gehäuseboh­ rung und der Außenumfangsfläche der Spannstange (118) angeordnet ist unter Bildung eines Zusatzdruck­ raumes (182) zwischen einer anschlußteilnahen End­ wand (138) des Gehäuses (114) und dem Abschlußring (176), wobei der Zusatzdruckraum (182) mit dem Inneren der Membran (154) durch den Verschlußring (176) hindurch in Verbindung steht und eine ver­ schließbare Füllöffnung (164) aufweist.

18. Spanneinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußring (176) mit seiner Innenumfangs­ fläche auf einer der Spannstange anliegenden Stütz­ hülse (150) geführt ist, welche auch der inneren Begrenzungswand (158) der Membran (154) anliegt.

19. Spanneinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülse (150) an ihrem anschlußteilnahen Ende dichtend an der anschlußteilnahen Endwand (138) des Gehäuses (114) anliegt.

20. Spanneinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülse (150) an ihrem anschlußteilnahen Ende einen Radialflansch (178) aufweist, welcher unter Vermittlung mindestens eines Dichtungsringes (180) an einer im wesentlichen achsnormalen Innen­ fläche der anschlußteilnahen Endwand (138) des Ge­ häuses (114) anliegt.

21. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des anschlußteilfernen Endes der Stützhülse (150) in der Spannstangenerweiterung (140) ein zylindrischer Ringschlitz (152) vorgesehen ist.

22. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Angriffsfläche (148) der Spann­ stangenerweiterung an ihrem radial inneren und/oder an ihrem radial äußeren Rand eine konvexe Abrundung (170) besitzt.

23. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (331) und die Kolbenstangenerweiterung (340) innerhalb der Werkzeugma­ schinenspindel (310) untergebracht sind.

24. Spanneinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (318) an dem anschlußteilnahen Ende des Ringraums eine Dichtungsbuchse durchsetzt, welche die Umfangsfläche der Spannstange (318) dichtend umschließt, mit einem Ringflansch (317) dichtend an eine Schulterfläche (321) innerhalb der Werkzeugmaschinenspindel (310) andrück­ bar ist und bei Abheben des Ringflansches (317) von der Schulterfläche (321) einen Fülldurchgang (323) freigibt, welcher das anschlußteilnahe Ende der Werkzeugmaschinen­ spindel (310) mit dem Ringraum (311) verbindet.

25. Spanneinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in das anschlußteilnahe Ende der Bohrung (320) der Werk­ zeugmaschinenspindel (310) ein Füllstück (332) mit einer An­ schlußarmatur (325) einführbar und feststellbar ist.

26. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß an dem anschlußteilfernen Ende der Werk­ zeugmaschinenspindel (310) ein Fortsatz (374) angebracht ist, welcher einen Anschluß für eine Druckmittelbeaufschlagung der Kolbenstangenerweiterung (340) aufweist.

27. Spanneinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (374) durch eine Gewindeverbindung (375) mit der Werkzeugmaschinenspindel (310) verbunden ist.

28. Spanneinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Ringraum (311) zu entspannen, wenn der Fortsatz (374) von der Werkzeugma­ schinenspindel (310) gelöst wird, bevor die mechanische Ver­ bindung zwischen der Werkzeugmaschinenspindel (310) und dem Fortsatz (374) vollständig gelöst ist.

29. Spanneinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (344) der Kolbenstangenerweiterung (340) durch eine Erweiterung der Umfangsfläche (346) des Ring­ raums (311) überbrückbar ist, bevor die mechanische Ver­ bindung des Fortsatzes (374) mit der Werkzeugmaschinenspin­ del (310) vollständig gelöst ist.

30. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasfüllung innerhalb des Ring­ raums (311) von einer Membran aufgenommen ist.

31. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß an dem anschlußteilnahen Ende der Spann­ stange (18) eine Spannzange (22) zur Erfassung eines Spann­ kopfes (26) des Anschlußteils (30) oder eines Füllkörpers (332) angebracht ist.

32. Spanneinrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (22) von Spannzangenelementen (22 a) ge­ bildet ist, welche in ihrer Greifbewegung durch eine Innen­ umfangsfläche (36) der Werkzeugmaschinenspindel (10) in Ab­ hängigkeit von der Axialstellung der Spannstange (18) steuer­ bar sind.

33. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (30) mit einem Außen­ konus (32) und die Werkzeugmaschinenspindel (10) mit einem Innenkonus (34) ausgeführt sind.