DE3834192A1 - Vorrichtung zur zentrierenden verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten teilen eines handhabungssystems - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zen­ trierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems, wie z. B. zwischen einem Werkzeugsystemmodul, beispielsweise in Form einer Werk­ zeug-Grundaufnahme, und einer Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der älteren Patentanmeldung P 38 07 140.1 wird eine derartige Vorrichtung vorgeschlagen, die sich gegenüber herkömmlichen Lösungen durch eine verbesserte Stabilität, Positionierungsgenauigkeit und Automatisierbarkeit des An­ und Abkopplungsvorgangs auszeichnet. Dabei wird durch eine klammerartige Verspannung zwischen den zu verbindenden Teilen der Kraftfluß zwischen diesen Teilen so gleichmäßig wie möglich gehalten, wobei durch die Gestaltung der Spannklauen der in radialer Richtung benötigte Bauraum sehr klein gehalten werden kann. Dies eröffnet in vorteil­ hafter Weise die Möglichkeit, die in Preßkontakt mitein­ ander stehenden Stützflächen verhältnismäßig groß zu ge­ stalten. Weil darüber hinaus kein bewegtes Teil in Achs­ nähe erforderlich ist, ergibt sich eine Kompatibilität der Verbindungsvorrichtung mit verschiedensten Spannsystemen, beispielsweise auch solchen, bei denen eine modulare Kopplung mit axialer Anzugsschraube aufgebaut wird. Schließlich ist mit der in der älteren Anmeldung vorge­ schlagenen Vorrichtung dafür gesorgt, daß temperaturbe­ dingte Schwierigkeiten beim Ankoppeln eines neuen Teils, beispielsweise beim Wechseln eines Werkzeugsystemmoduls, vom Grundkonzept her ausgeschlossen sind, da der ggf. kältere Werkzeugsystemmodul mit einem Fortsatz in eine Aufnahme eingreift. Dabei ergibt sich der besondere Vor­ teil, daß im Werkzeugsystemmodul keine bewegten Teile mehr vorhanden sind, wodurch die Herstellungskosten erheblich reduziert werden können.

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung der zwei axial ausgerichteten Teile schmiegen sich zur querkraftfreien Übertragung der Anpreßkraft die klammerartigen Spannklauen unter Einwirkung des Keilge­ triebes äußerst gleichmäßig an eine Flanke in der nutar­ tigen Ausnehmung des Fortsatzes bzw. Zentrierfortsatzes an, wodurch über einen Schubkeileffekt auf den Fortsatz eine axiale, auf die Aufnahme zugerichtete Zugkraft über­ tragen werden kann. Die im Bereich der Stützflächen wir­ kende Normalkraft kann auf diese Weise nicht nur sehr hoch, sondern über den Umfang auch sehr gleichmäßig ver­ teilt werden, wodurch sich eine erhöhte Verbindungsstabi­ lität ergibt.

Bei der bereits vorgeschlagenen Vorrichtung zur zentrie­ renden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Tei­ len ist der Zentrierfortsatz in axialer Richtung verhält­ nismäßig kurz ausgeführt, wobei entweder eine Zylinderflä­ chen- oder Kegelflächenpassung Anwendung findet. Je nach Einsatzgebiet der Verbindungsvorrichtung ist es erforder­ lich, die Verbindung mehr oder weniger häufig zu lösen und herzustellen. Wenn die Verbindungsvorrichtung beispiels­ weise zwischen einem Werkzeugsystemmodul, wie z. B. einer Werkzeug-Grundaufnahme, und der Spindel einer Werkzeugma­ schine eingesetzt werden soll, ist dafür Sorge zu tragen, daß das Ankoppeln des Werkzeugsystemmoduls exakt und in kürzester Zeit erfolgen kann. Solange automatische Werk­ zeugwechselsysteme Anwendung finden, wie sie beispiels­ weise in NC-Bearbeitungszentren gang und gäbe sind, treten keine besonderen Fügeprobleme auf. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die Verbindungsvorrichtung gemäß der älteren Patentanmeldung P 38 07 140.1 beim manuellen Zusammenfüh­ ren der zu kuppelnden Teile Probleme aufwerfen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die in der älteren Patentanmeldung P 38 07 140.1 vorgeschlagene Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend weiter­ zubilden, daß unter Beibehaltung eines satten Passungskon­ takts zwischen dem die Zentrierung bewirkenden Passungs­ flächen im Bereich der beiden zu kuppelnden Teile das Zusammenfügen der Teile vereinfacht bzw. komfortabler wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Schwenkbewegung der im wesent­ lichen in Axialrichtung ausgerichteten Spannklauen dazu herangezogen, dem Fortsatz im Bereich der axial verlaufen­ den Passungsflächen gezielt aufzuweiten, um dadurch den Zentriereffekt zusätzlich zu verbessern. Auf diese Weise gelingt es, das für den Zentrierfortsatz beim Einfügen vorliegende Spiel größer als bei herkömmlicher Konzeption zu halten, indem beim eigentlichen Spannvorgang dieses Spiel quasi weggedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist sowohl für rein axial verlaufende Passungsflächen des Fortsatzes als auch für zur Achse geneigte Passungsflächen anwendbar, wobei vorzugsweise zylindrische oder kegelige Passungsflächen Anwendung finden.

Für den Fall, daß zylindrische Passungs- und Zentrie­ rungsflächen Anwendung finden, bietet die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 den Vorteil, daß trotz der beiden axial gestaffelten Zentrierungsflächen beim Fügen keine unsymentrischen Zwängungen auftreten, wobei allerdings gleichzeitig dafür gesorgt ist, daß die größere Spiel­ passung im Bereich der in Einfügerichtung vorne liegenden Zentrierungsfläche unter Einwirkung der Spannklauen wegge­ drückt wird, so daß eine Verbesserung der Zentrierungs­ und Haftwirkung zwischen den zu kuppelnden Teilen erziel­ bar ist.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 eröffnet darüber hinaus in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, zusätzliche Vorzentrierungen vorzusehen, mit denen das Fügen der zu kuppelnden Teile weiter erleichtert wird, wobei die für die eigentliche Zentrierung wichtigen Funktionsflächen soweit wie möglich geschont bleiben.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 5 schafft die Vor­ aussetzung dafür, die Spannkräfte genau unter die Schnitt­ stelle der zu koppelnden Teile zu liegen, wodurch die Spielfreiheit exakt an diejenige Stelle gebracht wird, die für den Rundlauf des anzukuppelnden Teils von größter Bedeutung ist.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 6 trägt dazu bei, die Zentriergenauigkeit im Bereich des geschlitzten Fort­ satz-Abschnitts zu erhöhen, indem den Paßring die Aufgabe eines Korsetts übertragen wird.

Die erfindungsgemäße Lehre ist ebenso wirkungsvoll in Verbindung mit einem Zentrierkonus gemäß Patentanspruch 7 anwendbar. Die Abstimmung der Kegelwinkel des Zentrier­ konus einerseits und der Aufnahme-Ausnehmung andererseits wird dabei so getroffen, daß der Konus beim Fügen auf jeden Fall im Bereich des größten Durchmessers trägt, der in Fügerichtung hinten liegt. Unter Einwirkung der klam­ merartigen Spannklauen, die eine radiale und eine axiale Kraft auf das anzukuppelnde Teil ausüben, wird das sich in Fügerichtung zunehmend vergrößernde Spiel, das allerdings regelmäßig im Bereich von Winkelminuten liegt, unter elastischer Aufweite-Verformung des Fortsatzes wegge­ drückt. Unter Anhebung der effektiven Passungsfläche wird auf diese Weise der Zentriervorgang verbessert. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Variante die höchste Belast­ barkeit der Verbindung erzielbar ist.

Um das Aufweiten des Zentrierfortsatzes gezielt zu steuern, kann es vorteilhaft sein, im Passungsbereich gemäß Patentanspruch 8 einen Schlitz vorzusehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axial-Halbschnitt einer Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen gemäß der älteren Patent­ anmeldung P 38 07 140;

Fig. 2A bis 2F vergrößerte Teilschnitte einer ersten Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems, wobei die verschiedenen Fügestufen dargestellt sind;

Fig. 3A einen Teilschnitt einer weiteren Ausführungs­ form der Verbindungsvorrichtung;

Fig. 3B eine Teil-Ansicht gemäß III B in Fig. 3A;

Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht einer dritten Ausfüh­ rungsform der Verbindungsvorrichtung;

Fig. 5A eine Teil-Schnittansicht einer vierten Ausfüh­ rungsform der Verbindungseinrichtung; und

Fig. 5B eine Ansicht gemäß V B in Fig. 5A;

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Werkzeugsystem­ modul, wie z. B. eine Werkzeug-Grundaufnahme, und mit dem Bezugszeichen 4 eine Werkzeugmaschinenspindel bezeichnet, wie z. B. die Spindel einer Schleifmaschine. Der Werkzeug­ systemmodul ist beispielsweise als Modularwerkzeug ausge­ bildet, das über ein Grundaufnahmeteil an die Spindel 4 ankuppelbar ist. Das Modularwerkzeug 2 ist unter Zuhilfe­ nahme eines Pendelzapfens 65 gegen das Grundaufnahmeteil 64 spannbar, indem eine Befestigungsschraube 63 in Preß­ kontakt einer Keilfläche 66 des Pendelzapfens 65 gebracht wird, der sich über eine Kugelfläche 67 an einem Konus 6 S abstützt.

Das Grundaufnahmeteil weist eine Radialringfläche S und eine zylindrische Zentrier- oder Passungsfläche 10 auf, die an der Außenseite eines Zentrierfortsatzes 12 ausge­ bildet ist. Zu den Flächen S und 10 existieren auf Seiten der Spindel, d. h. des anderen Teils der Verbindungsvor­ richtung korrespondierende Gegenflächen 14 und 16. Die Fläche 14 ist wiederum als Radialringfläche ausgebildet und die Fläche 16 ist Bestandteil einer Zentrieraufnahme für den Zentrierfortsatz 12. Bei der gezeigten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 sind die Stützfläche 14 und die Passungsfläche 16 an einen Verschleißring 56 ausgebildet, der an der Spindel 4 befestigt ist. Die Spindel 4 nimmt ferner zur Mitnahme der zu kuppelnden Teile 2 und 4 in Umfangsrichtung zumindest einen Mitnehmerstein 55 auf, der austauschbar mittels einer Befestigungsschraube 54 in einer Nut des Anschlußflansches der Spindel 4 befestigt ist. Der zumindest eine Mitnehmerstein 55 greift in eine entsprechende Ausnehmung am vorderen Ende des Zentrier­ fortsatzes 12 ein.

Um die beiden Teile 2 und 4 fest unter zentrierender Wirkung gegeneinander zu spannen, ist zentral in der Spin­ del 4 eine Betätigungsstange 20 vorgesehen, die gegen die Kraft eines nicht näher dargestellten Federpakets in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach links gedrückt werden kann. Über die Betätigungsstange 20 wird ein Keilgetriebe betä­ tigt, über das Spannelemente 24 angesteuert werden. Als Spannelemente 24 sind vorzugsweise sechs oder acht in gleichmäßigem Winkelabstand von 60° bzw. 45° zueinander angeordnete Spannklauen vorgesehen, die klammerartig die Schnittstelle zwischen den zu koppelnden Teilen 2 und 4 überbrücken. Die Spannklauen weisen einen radial innerhalb des Zentrierfortsatzes 12 liegenden Klauenabschnitt 26, einen sich daran anschließenden Stababschnitt 28 und einen hakenförmigen Endabschnitt 30 auf, der in eine axial be­ züglich der Spindel festgelegte Nut 22 eingreift. Durch Angreifen eines Schubkonusteils 34 können die Spannele­ mente 24 unter Abstützung ihrer hakenförmigen Endabschnit­ te 30 mit ihren Klauenabschnitten 26 in eine nutartige Ausnehmung 36 im Zentrierfortsatz 12 hineinverschwenkt werden und dadurch eine axialgerichtete Anpreßkraft zwi­ schen Grundaufnahme 64 und Spindel 4 erzeugen.

Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt die Verbindungsvorrich­ tung im gelösten Zustand, in dem die Klauenabschnitte 26 aus der nutartigen Ausnehmung 36 radial nach innen heraus­ verschwenkt sind. Diese Verschwenkbewegung wird durch einen Stabilisierungskörper 46 gesteuert, der mittels einer Feder 4 S gegen eine rückwärtige schräge Steuerfläche 50 der Spannelemente 24 drückbar ist. Die Spannelemente 24 stützen sich mit ihren hakenförmigen Endabschnitten 30 in der Stütznut 22 der Spindel 4 und mit einem balligen Abschnitt 31 auf einen Kopplungsansatz 38 des Schubkonus­ teils 34 ab. Im Stabilisierungskörper sind eine der Anzahl der Spannelemente 24 entsprechende Anzahl von Schlitzen 47 ausgebildet, in dem mit Passung endseitige Führungsrippen 25 der Spannelemente 24 eingreifen. Durch Verschiebung der Betätigungsstange 20 und damit des Schubkonusteils 34 nach links unter Einwirkung des federbeaufschlagten Stabilisie­ rungskörpers 46 erfolgt ein Nach-Unten-Schwenken des Klauenabschnitts 26. Umgekehrt wird bei Bewegung der Betä­ tigungsstange 20 nach rechts gemäß Fig. 1 der Klauenab­ schnitt 26 der Spannelemente 24 radial nach außen bewegt, so daß die sich gegenüberliegenden Flanken des Klauenab­ schnitts 26 einerseits und der nutartigen Ausnehmung 36 andererseits aneinander liegen. Der Zentrierfortsatz 12 wird somit in radialer Richtung nach außen und in axialer Richtung in Richtung zur Spindel 4 mit einer Zentrie­ rungskraft beaufschlagt.

In den Fig. 2A bis 2F ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handha­ bungssystems gezeigt. Das mit dem Zentrierfortsatz 112 bezeichnete Teil 102 ist auf der linken Seite gezeigt und das korrespondierende Anschlußteil 104 mit einer korre­ spondierenden Aufnahme 118 auf der rechten Seite. Das Teil 102 kann beispielsweise wiederum von einem Werkzeugsystem­ modul, wie z. B. einer Werkzeug-Grundaufnahme gebildet sein, wohingegen das Teil 104 von einem Trägersystem, wie z. B. einer Werkzeugmaschinenspindel bzw. einem damit fest verbundenen Teil gebildet ist. Der Zentrierfortsatz 112 hat eine Innenausnehmung, die sich nach einem zylin­ drischen Abschnitt 133 in die vorstehend erwähnte nutar­ tige Ausnehmung 136 erweitert, wobei dazwischen eine schräge Flanke 135 ausgebildet ist, die mit einer entspre­ chenden Keilflanke der in Fig. 2 nicht näher dargestellten Klauenabschnitte 26 der Spannklauen 24 zusammenwirkt. Zur zentrierenden Verbindung weist das Teil 102 eine im we­ sentlichen radiale Stützfläche 108 und zwei in Axialab­ stand zueinanderstehende zylindrische Passungsflächen 110 und 111 auf, die mit entsprechenden Passungsflächen 116 und 117 in der Aufnahme 118, sowie mit einer Stützfläche 114 des Teils 104 zusammenwirken. Der Außendurchmesser der Passungsfläche 111 ist kleiner als der Außendurchmesser der Passungsfläche 110. Jeder Passungsfläche ist eine Vorzentrierungsfläche 113 bzw. 115 mit geringfügig klei­ nerem Außendurchmesser vorgeschaltet. Das Passungsspiel zwischen den Passungsflächen 111 und 117 ist so toleriert, daß es stets größer ist als das Passungsspiel zwischen den Passungsflächen 110 und 116. Zur Erleichterung des Füge­ vorgangs erweitert sich die Aufnahme llS im Anschluß an die Passungsfläche 116 gemäß einer konvexen Kurve 119.

Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 2A, daß zu Beginn des Fügevorgangs ein problemloses Einführen des Zentrierfortsatzes 112 auch dann noch möglich ist, wenn ein Mittenversatz der miteinander zu verbindenden Teile der Größe V _M auftritt. Dies erleichert das Ansetzen des Teils 102 an das Teil 104 insbesondere dann, wenn eine manuelle Handhabung erforderlich ist.

Im weiteren Fügevorgang (Fig. 2B) findet ein erster Zen­ triervorgang statt, in dem die in Einführrichtung vorne liegende Vorzentrierungsfläche 115 mit der Passungsfläche 117 in Eingriff gelangt. Aufgrund der im Durchmesser ge­ genüber der Passungsfläche 111 reduzierten Vorzentrie­ rungsfläche 115 kann das Teil 102, beispielsweise das anzukuppelnde Werkzeug, in dieser Phase des Fügevorgangs noch schräg stehen.

Im weiteren Verlauf des Einführens findet ein weiterer Zentriervorgang statt, der in Fig. 2C gezeigt ist. Hierbei gelangt die in Fügerichtung nachlaufende Vorzentrierungs­ fläche 113 in zentrierenden Eingriff mit der Passungs­ fläche 116. Die Vorzentrierung gemäß Fig. 2B ist nach wie vor aufrechterhalten, wodurch das Teil 102 nunmehr durch die beiden Vorzentrierungen gerade gestellt wird. Ein Verkanten des Teils 102 bzw. des Zentrierfortsatzes 112 in der Aufnahme 118 wird auf diese Weise wirksam ausge­ schlossen.

Beim weiteren Einführen des Teils 102 mit dem Zentrier­ fortsatz 112 wird eine erste Hauptzentrierung vorgenommen, in dem die Passungsfläche 110 in Passungseingriff mit der Gegenpassungsfläche 116 der Aufnahme 118 gelangt. Der Zentrierfortsatz wird nun im Bereich der Passungsfläche 110 endgültig zentriert. Dabei ist zu Beginn dieses Zentriervorgangs noch dafür Sorge getragen, daß das vor­ laufende Ende der Passungsfläche 111 um das Maß M (Fig. 2D) vor der Passungsfläche 116 der Aufnahme 118 zu liegen kommt. Ein Verkanten des Zentrierfortsatzes 112 in der Aufnahme 118 ist auf diese Weise nur noch auf ein Maß M im Umfang eines Radialspiels S _R möglich. Ein Verklemmen der Teile im Fügebereich ist jedoch aufgrund der in diesem Verfahrensschritt noch kurzen Einschublänge der Passungs­ fläche 110 wirksam ausgeschlossen.

Schließlich wird - wie in Fig. 2E gezeigt - eine zweite Hauptzentrierung vorgenommen, und zwar kurzzeitig nach dem Wirksamwerden der vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2D beschriebenen ersten Hauptzentrierung. In dieser Ver­ fahrensstufe zentriert sich zusätzlich die Passungsfläche 111 in der Passungsfläche 116. Das Teil 102 kann dann störungsfrei weiter aufgefädelt werden, bis die Radial­ ringfläche 108 in satten Anlagekontakt mit der Stützfläche 114 des Teils 104 gelangt, was in Fig. 2F gezeigt ist. Die Teile 102 und 104 sind somit exakt und zentriert ausge­ richtet, so daß der eigentliche Spannvorgang unter Zuhil­ fenahme der in Fig. 1 gezeigten Spannklauen 24 vorgenommen werden kann. Aufgrund der Flanke 135 der nutartigen Aus­ nehmung 136 wirkt über das Schubkonusteil und den Klauen­ abschnitt 26 neben einer axialen Kraft F _Ax auch eine radiale Aufweitekraft F _Rad auf den Zentrierfortsatz ein. Der Zentrierfortsatz wird auf diese Weise elastisch aufge­ weitet, um die Flächenpressung im Bereich der zylin­ drischen Passungen 110/116 und 111/117 anzuheben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Anordnung derart getroffen, daß die radiale Aufweitekraft F _Rad an einer Stelle einwirkt, die der Passung 111/117 näher liegt als der anderen Passungsflächenpaarung 110/116. Auf diese Weise kann das Passungsspiel im Bereich der Passungsflä­ chenpaarung 111/117 größer als das Speil im Bereich der anderen Passungsflächenpaarung toleriert werden, was dem Auffädelungsvorgang des Teils 102 entgegenkommt.

In den Fig. 3A und 3B ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems ge­ zeigt. Diese Variante ist der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ähnlich, so daß zur Vereinfachung der Beschreibung ledig­ lich die Unterschiede zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform näher erläutert werden. Diejenigen Elemen­ te der Verbindungsvorrichtung, die auch bei der Variante gemäß Fig. 2 vorhanden sind, sind jeweils mit um die Zahl 100 angehobenen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 3A, daß das an das Teil 204 anzukuppelnde Teil 202 einen Zentrierfortsatz 212 hat, der im wesentlichen mit identischen Passungsab­ schnitten wie der Zentrierfortsatz 112 ausgestattet ist. Unterschiedlich ist allerdings, daß die Passungsfläche 210 gegenüber der Passungsfläche 110 verlängert ist und sich im zusammengefügten Zustand der beiden Teile 202 und 204 über die Schnittstelle SS hinweg erstreckt. Das Teil 202 trägt einen fest angebrachten, vorzugsweise angeschweißten Zentrierungsring 270, der mit einer Greifrille 272 zur Erleichterung eines automatischen Auswechselns des Teils 202 versehen sein kann. Der Innendurchmesser des Zentrier­ rings 270 entspricht exakt dem Innendurchmesser der Pas­ sungsfläche 216 auf Seiten des Teils 204, wobei eine identische Tolerierung angestrebt wird. Der Zentrierring 270 bildet darüber hinaus die Gegen-Stützfläche zur Stütz­ fläche 214 des Teils 204.

Um beim Spannvorgang mittels der nicht näher dargestellten Spannklauen ein radiales Aufweiten des Zentrierfortsatzes 212 im Bereich der Schnittstelle 214 zu unterstützen, ist in diesem Bereich des Zentrierfortsatzes 212 ein Axial­ schlitz 274 vorgesehen, der zu beiden Seiten in einer Radialbohrung 276 bzw. 278 ausläuft. Die Flanke 235 für den Angriff der Klauenabschnitte 26 befindet sich im wesentlichen exakt radial innerhalb der Schnittstelle SS. Die beim Einwirken der Spannklauen aufgebrachte radiale Aufweitekraft F _Rad bewirkt, daß sich die Passungsfläche 210 unter Aufweiten des Zentrieransatzes 212 zumindest im Bereich des Schlitzes 274 innig an die Innendurchmesser­ fläche des Zentrierrings 270 einerseits und die Gegen- Passungsfläche 216 des Teils 204 andererseits anschmiegt, wodurch eine absolute Spielfreiheit im Bereich der Schnittstelle SS erzielbar ist. Auf diese Weise kann im Bereich der Schnittstelle ein das Auffädeln erleichterndes Fügespiel vorgesehen werden, das durch die Einwirkung der nicht näher dargestellten Spannklauen und unter Verformung des Zentrierfortsatzes 212, die durch die strichpunktier­ ten Linien in Fig. 3A angedeutet ist, von innen ausge­ drückt wird.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform der Verbindungs­ vorrichtung gezeigt. Das an das Teil 304 anzukuppelnde Teil 302 hat wiederum einen Zentrierfortsatz 312 mit einer nutartigen Ausnehmung 336, die über eine schräge Flanke 335 in eine Axialbohrung übergeht. Der Zentrierfortsatz 312 weist einen Zentrierkonus 380 auf, der mit einer konischen Innenausnehmung 382 des Teils 304 zusammenwirkt. Der Kegelwinkel a des Zentrierfortsatzes 312 ist gering­ fügig größer als der Kegelwinkel β der konischen Innen­ ausnehmung 382, so daß sich beim Fügen der beiden Teile 302 und 304 am in Einführungsrichtung vorderen Bereich des Zentrierfortsatzes 312 ein gezieltes Spiel ergibt. Die Tolerierung der beiden konischen Passungsflächen erfolgt derart, daß beim Einführen des Zentrierfortsatzes 312 ohne größere Krafteinwirkung ein Axialspalt S _Ax zwischen den Stützflächen 308 und 314 verbleibt. Dieser axiale Spalt kann entweder durch Aufdrücken oder aber unter Einwirkung der Klauenabschnitte auf die Flanke 335 beseitigt werden, so daß auf alle Fälle eine innige Passung zwischen den Konusflächen 380 und 382 im größeren Durchmesserbereich geschaffen wird. Wenn die von den Klauenabschnitten in den Zentrierfortsatz 312 eingebrachten Radialkräfte ansteigen, wird der Zentrierfortsatz 312 aufgeweitet, wodurch das Winkelspiel zur Gänze beseitigt wird und eine satte, zen­ trierende Anlage der Passungsflächen 380 und 382 und damit ein spielfreier Sitz erhalten wird.

Zur Steuerung des Aufweitevorgangs kann zusätzlich eine vollkommene oder parzielle Schlitzung des Zentrierfort­ satzes 312 vorgesehen sein, wobei der Schlitz hinsichtlich Lage, Zahl und Größe variiert werden kann.

Eine vierte Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Konuspassung zwischen den zu kuppelnden Teilen 402 und 404 vorgesehen. Die Anpassung der Konusflächen 480 und 482 entspricht qualitativ derjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 4. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist die mit der Stützfläche 414 zusammenwirkende Radialringfläche 408 an einem fest am Teil 402 angebrach­ ten, vorzugsweise verschweißten Zentrierring 470 ausgebil­ det, der wiederum eine Greifrille 472 aufweist. Die Tole­ rierung der Zentrierkonusflächen ist wiederum derart, daß im spannungsfreien Zustand der Komponenten ein axialer Spalt S _Ax zwischen den Planflächen 408 und 417 verbleibt.

Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist der Zentrierfortsatz 312 einen sich vom vorderen Ende aus in den Bereich des Zentrierrings 470 hinein erstreckenden Schlitz 474 auf, der in einer Radialbohrung 476 endet. Der Schlitz erstreckt sich somit über die Schnittstelle der beiden zu kuppelnden Teile 404 und 402. Der Schlitz erfaßt dabei in Anschluß an die Konusfläche 480 einen zylin­ drischen Abschnitt 490.

In Übereinstimmung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erfolgt beim Zusammenspannen der beiden Teile zunächst eine Annäherung der Planflächen 408 und 414, so daß der Spalt S _Ax beseitigt wird. Anschließend erfolgt eine Aufweitung des Zentrierfortsatzes 412, so daß die Pas­ sungsflächen über die gesamte Länge des Zentrierfortsatzes 412 in Anlagekontakt gelangen. Über den Zentrierring 470 wird dem sich aufweitenden Zentrierfortsatz 412 eine Art Korsett gegeben, wodurch die Zentriergenauigkeit angehoben werden kann.

Selbstverständlich sind Abwandlungen der vorstehend be­ schriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Grundge­ danken der Erfindung zu verlassen. So ist es nicht unbe­ dingt erforderlich, daß die Stützflächen von reinen Radialflächen gebildet sind. Es ist auch möglich, diese Stützflächen unter einem kleinen Winkel zu einer Normal­ ebene der Zentrierungsachse zu neigen.

Der Erfindungsgegenstand ist auch nicht auf ein bestimmtes Anwendungsgebiet beschränkt. Es können verschiedenste Handhabungssysteme damit ausgestattet werden, bei denen es darum geht, eine zentrierende feste Verbindung zwischen axial ausgerichteten Teilen zu schaffen, wobei sich beson­ dere Vorteile dann ergeben, wenn diese Verbindung häufig und auch von Hand hergestellt bzw. gelöst werden muß. Anstelle einer Spindel kann beispielsweise das Teil 304 von einem Manipulator eines Werkzeugwechselsystems gebil­ det sein. Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 bis 5 sind selbstverständlich auch für Systeme brauchbar, bei denen zusätzlich eine formflüssige Mitnahme der zu kuppelnden Teile in Umfangsrichtung erfolgt.

Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur zen­ trierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems, bei der in einem der Teile, wie z. B. in der Spindel einer Werkzeugmaschine, eine Passungsaufnahme für einen axialen Passungs-Fortsatz des anderen Teils, wie z. B. eines Werkzeugsystemmoduls, sowie eine zur Erzeugung einer Anpreßkraft zwischen im wesentlichen radialen Stützflächen der zu kuppelnden Teile dienende Spanneinrichtung vorgesehen ist. Die Spannein­ richtung weist eine Betätigungsstange auf, über die mit­ tels eines Keilgetriebes zumindest drei in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander angeordnete klammerartige Spannklauen, die sich im wesentlichen parallel zum Fort­ satz erstrecken, unter Abstützung in dem einen Teil mit einem im zusammengeführten Zustand der Teile radial inner­ halb des Fortsatzes liegenden Klauenabschnitt in eine nutartige Ausnehmung schwenkbar sind. Um das Zusammenfügen der Teile zu erleichtern, gleichzeitig jedoch dafür zu sorgen, daß die Güte der zentrierenden Verbindung gestei­ gert wird, ist der Fortsatz derart an die Lage und/oder die Form der nutartigen Ausnehmung angepaßt, daß er unter Einwirkung der radial nach außen schwenkenden Spannklauen an vorbestimmten Abschnitten zur Annäherung der Passungs­ flächen aufweitbar ist.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur zentrierenden Verbindung zwischen zwei axial ausgerichteten Teilen eines Handhabungssystems, bei der in einem der Teile, wie z. B. in der Spindel einer Werkzeugmaschine, eine Passungsaufnahme für einen axialen Passungsfortsatz des anderen Teils, wie z. B. eines Werk­ zeugsystemmoduls, sowie eine zur Erzeugung einer Anpreß­ kraft zwischen im wesentlichen radialen Stützflächen der zu kuppelnden Teile dienende Spanneinrichtung vorgesehen ist, die eine Betätigungsstange aufweist, über die mittels eines Keilgetriebes zumindest drei in gleichmäßigem Um­ fangsabstand zueinander angeordnete klammerartige Spann­ klauen, die sich im wesentlichen parallel zum Fortsatz erstrecken, unter Abstützung in dem einen Teil mit einem im zusammengefügten Zustand der Teile radial innerhalb des Fortsatzes liegenden Klauenabschnitt in eine nutartige Ausnehmung schwenkbar sind, nach Hauptpatent P ...... (Patentanmeldung P 38 07 140.1), dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (112; 212; 312; 412) derart an die Lage und/oder Form der nutartigen Ausnehmung (135, 136; 235, 236; 335, 336) angepaßt ist, daß er unter Einwirkung der radial nach außen schwenkenden Spannklauen (24) an vorbe­ stimmten Abschnitten zur Annäherung der Passungsflächen (110, 116 bzw. 111, 117; 210/216; 380, 382; 480, 482) aufweitbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (112; 212) zumindest zwei axial gestaf­ felte zylindrische Zentrierungsflächen (110, 111; 210, 211) aufweist, für die in der Aufnahme (118; 218) eine entsprechende Anzahl von Passungsflächen (116, 117; 216, 217) vorgesehen sind, wobei die Passung im Bereich der in Einfügerichtung vorne liegenden Zentrierungsflächen (111/117; 211/217) mit größerem Spiel toleriert ist, als die der dahinter liegenden Passungsflächen (110/116; 210/216).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Zentrierungsflächen (110, 111; 210, 211) jeweils eine Vorzentrierungsfläche (113, 115; 213, 215) vorge­ schaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingriffsbereich zwischen nutartiger Ausnehmung (136, 135) und Spannklauen (24) im wesentlichen radial innerhalb der gröber tolerierten Passung liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingriffsbereich zwischen nutartiger Ausnehmung (235, 236) und Spannklauen (24) im wesentlichen radial innerhalb der Stützflächen (214, 208) liegt, und der Fortsatz (212) in einem sich über die Schnittstelle (SS) erstreckenden Bereich geschlitzt (274) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Fortsatz (212) tragende Teil (202) zur Aus­ bildung der Stützfläche (208) einen fest angebrachten, vorzugsweise als Greifring ausgebildeten Zentrierring (270) trägt, dessen Innendurchmesser dem Innendurchmesser der der Stützfläche (214) benachbarten Passungsfläche (216) entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (312; 412) einen Zentrierkonus (380, 480) aufweist, dessen Kegelwinkel (α) geringfügig größer ist als der dazugehörige Kegelwinkel (β) der Aufnahme (382; 482), und daß das hierdurch auftretende Spiel zwischen den Konus-Passungsflächen (380/382; 480/482) durch radiales Aufweiten des Fortsatzes (312; 412) unter Einwirkung der Spannklauen (24) beseitigbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (412) einen Schlitz (474) hat, der sich vorzugsweise über den gesamten Passungsbereich erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkonus (480) auf der der Aufnahme (418) abgewandten Seite in einen zylindrischen Abschnitt (490) übergeht, in dem der Schlitz (474) endet und der von einem die Stützfläche (408) ausbildenden und vorzugsweise als Greifring ausgebildeten Zentrierring (470) überdeckt ist, der fest mit dem den Fortsatz (412) tragenden Teil (402) der Vorrichtung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung im Bereich der Füge­ flächen Einsätze aus verschleißfestem Werkstoff vorgesehen sind.