DE3926480A1 - Werkzeugwechselsystem fuer einen werkzeughalter mit stehendem und/oder drehangetriebenem werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugwechselsystem für einen Werkzeughalter mit zumindest einem stehenden und/oder drehangetriebenen Werkzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Werkzeugwechselsysteme sind für eine moderne, leistungsfähige Fertigung unabdingbar, um mit hoher Wech­ selgenauigkeit einen automatischen Werkzeugwechsel, insbe­ sondere bei modular aufgebauten Werkzeugsystemen vorzuneh­ men. Derartigen modular aufgebauten Werkzeugsystemen ist gemeinsam, daß zumindest ein bewegbares Spannelement vor­ gesehen ist, das in eine für das gesamte Modularsystem einheitlich ausgebildete Ausnehmung im Gegenstück der Kupplung eingreift, um die beiden zu kuppelnden Teile ineinander bzw. gegeneinander zu spannen.

Ein relativ weit verbreitetes automatisch arbeitendes Werkzeugwechselsystem der vorstehend genannten Art ist als sog. SBA-Werkzeugwechselsystem bekannt geworden. Dabei wird ein in einer Diametralbohrung eines Zentrierfort­ satzes aufgenommenes kolbenförmiges Spannelement, das auf einer Seite einen Außenkonus und auf der anderen Seite einen Innenkonus aufweist, mittels einer radial von außen in das auszuwechselnde Werkzeug einschraubbaren Spann­ schraube radial nach außen gepreßt, um eine Verspannung der beiden zu kuppelnden Modularteile zu bewirken. Der automatische Werkzeugwechsel erfolgt dadurch, daß die mit einem Innensechskant versehene Spannschraube nach dem Heranführen eines Greifersystems mit einer Prismenaufnahme für des Werkzeug mittels eines Drehschraubers erfaßt und nach außen gedreht wird. Im Greifer selbst ist ein Innen­ gewinde vorgesehen, in das die Spannschraube sukzessive einschraubbar ist, um eine Verbindung zwischen Greifer und Werkzeug herzustellen. Das Innengewinde befindet sich in einem axial bewegbaren Kolben, der nach Beendigung des Einschraubvorgangs unter Strömungsmitteldruck gesetzt wird, um das Werkzeug gegen die Prismenaufnahme zu span­ nen. In dieser Position kann das Werkzeug vom Werkzeughal­ ter abgezogen und gewechselt werden.

Abgesehen davon, daß ein derartiges Greifersystem verhält­ nismäßig aufwendig aufgebaut sein muß, hat sich gezeigt, daß die Werkzeugwechselzeiten für modernste Bearbeitungs­ zentren, die für einen Werkzeugwechsel weniger als drei Sekunden benötigen, nicht mehr ausreichend sind. Man war deshalb bislang gezwungen, dan Werkzeughalter, wie z. B. einen Werkzeugrevolver größer zu dimensionieren, um mehr Werkzeuge unterzubringen und auf diese Art und Weise die Zeitverluste bei, Werkzeugwechsel zu reduzieren. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die herkömmliche Werkzeugwechseleinrichtung dann, wenn in drehangetrie­ benes Werkzeug gewechselt werdan muß, ein relativ genau orientierter Spindelstopp bereitgestallt werden muß, um einen übermäßigen Verschleiß der Spannschraube bzw. der Schraubeinrichtung auszuschließen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugwechselsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zu schaffen, das bei einfacherem Aufbau in der Lage ist, den Werkzeugwechsel in kürzerer Zeit vorzu­ nehmen.

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

Erfindungsgemäß wird das Werkzeugwechselsystem derart aufgebaut, daß ein Lösen und Spannen der Kupplung allein durch eine quer zur Antriebswellenachse gerichtete Ein­ tauch- bzw. Austauchbewegung, beispielsweise eines Stell­ kolbens, erfolgen kann. Diese Bewegung ist kinematisch einfacher als die herkömmliche Schraubbewegung, wodurch der vorrichtungstechnische Aufwand für das automatische Wechseln des Werkzeugs erheblich kleiner wird. Darüber hinaus kann auch der Greifer einfacher ausgebildet werden, da dieser lediglich noch eine ohnehin vorgesehene Grei­ ferrille im Werkzeug erfassen muß. Von zusätzlichem Vor­ teil ist, daß die Oberfläche des Werkzeughalters in vor­ teilhafter Weise zur Integration der Schub-Betätigungsein­ heit herangezogen werden kann. Schließlich ist es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen möglich, einen mit keiner­ lei Durchbrüchen versehenen Zentrierfortsatz des Werkzeugs in eine entsprechende Zentrierausnehmung des Werkzeughal­ ters hineinzuziehen, wodurch passungsbedingte Schwierig­ keiten beim Ansetzen eines noch verhältnismäßig kühlen Werkzeugs an die schon warm gelaufene Antriebswelle bzw. den aufgewärmten Werkzeughalter von vorneherein ausge­ schlossen sind. Es hat sich gezeigt, daß der Aufbau des Werkzeugwechselsystems gleichermaßen für stehende und drehende Werkzeugsystembauteile anwendbar und geeignet ist, wobei von zusätzlichem Vorteil ist, daß die Relativ­ lagepositionierung zwischen Stelleinheit und Schub-Betäti­ gungseinheit ungenauer erfolgen kann, ohne die Standzeit zu beeinträchtigen.

Besonders vorteilhaft wirkt sich das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem bei einer Weiterbildung gemäß Pa­ tentanspruch 2 aus. In diesem Fall kann die verhältnis­ mäßig große Planseite der Revolverscheibe zur Unterbrin­ gung eines Krafteinleitungssabschnitts der Schub-Betäti­ gungseinheit genutzt werden. Ein Stellstößel des Werkzeug­ wechselsystems kann auf diese Art und Weise fest in der Werkzeugmaschine montiert sein und auf die Betätigungsein­ heit auf der gewöhnlicherweise nicht zugänglichen Rück­ seite der Revolverscheibe einwirken, die damit den Bedie­ nungsstößel abschirmt. Es ist auch möglich, das Lösen der Kupplung von zwei verschiedenen Seiten des Werkzeugre­ volvers vorzunehmen, wodurch das Werkzeugwechselsystem noch flexibler wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind Werkzeugwechselzeiten von unter 3 s erzielbar, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, die Anzahl der ggf. drehangetriebenen Werkzeuge am Werkzeugrevolver zu redu­ zieren. Dies wiederum schafft günstige Voraussetzungen dafür, die Betätigungseinheiten gemäß Patentanspruch 3 radial innerhalb der Federeinrichtung zu legen, ohne dadurch die axiale Baulänge der Federeinrichtung redu­ zieren zu müssen.

In vorteilhafter Weise weist die Schub-Betätigungseinheit einen im wesentlichen radial im Werkzeughalter bzw. in der Antriebswelle geführten und damit mit bewegten Radial­ stößel auf, der über ein geeignetes Getriebe mit der Zugstange in einer Schubkraftkette steht. Die Rückholbe­ wegung kann dabei von der Federeinrichtung in vorteil­ hafter Weise unterstützt werden, wodurch sich ein sehr einfacher Antrieb für die Schub-Betätigungseinheit ergibt.

Das Getriebe zur Einleitung der axialen Bewegung der Zugstange zur Entriegelung des zumindest einen Spannele­ ments kann verschieden ausgeführt sein. Vorzugsweise wird dieses Getriebe hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses an die konkrete Ausgestaltung der Spannelemente bzw. der damit in Kontakt stehenden Funktionsflächen der Zugstange optimiert. Eine erste vorteilhafte Variante ist Gegenstand der Patentansprüche 6 bis 9. Die Weiterbildung gemäß Pa­ tentanspruch 8 und 9 hat dabei den besonderen Vorteil, daß die Antriebswelle selbst zur Führung der Getriebeteile, d. h. des Axial- und des Radialstößels nicht bearbeitet werden muß.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 16 kann die Stellkraft zur Entrastung der Spannelemente sehr klein gehalten werden. Von besonderem Vorteil ist die Weiter­ bildung gemäß Patentanspruch 17. Diese Weiterbildung schafft die Voraussetzung dafür, daß beispielsweise von einer Seite des Werkzeugrevolvers eine automatische Ent­ riegelung unter Zuhilfenahme eines stationären Entriege­ lungsstifts vorgenommen wird, während von der anderen Seite eine manuelle Lösung der Kupplung ermöglicht wird.

Entsprechendes gilt für die Weiterbildung gemäß Patentan­ spruch 18, mit der ebenfalls eine günstige Kraftüber­ setzung realisierbar ist, so daß das Federpaket sehr stark ausgebildet werden kann.

Die Weiterbildung der Betätigungseinheit gemäß Patentan­ spruch 21 sorgt dafür, daß zwischen Radialstößel und Stellstößel im Einsatz des Werkzeugs stets ein vorbe­ stimmter Radialspalt verbleibt, der Abnützungserschei­ nungen an den Komponenten des Getriebes zuverlässig aus­ schließt.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 22 gelingt es, durch Verdrehen der den Stellstößel aufnehmenden Schraube bei Ausfall der automatischen Betätigungseinrichtung eine manuelle Lösung der Kupplung zu bewerkstelligen.

Das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem hat besondere Vorteile in Verbindung mit der Weiterbildung gemäß Patent­ anspruch 24 und/oder 25. Eine derartige Kupplung ist im einzelnen in der DE-OS 3 87 140 beschrieben, so daß sich ein näheres Eingehen auf dessen Vorteile hier erübrigen. Diese Ausgestaltung erlaubt eine mehrfache Kraftüber­ setzung zwischen der in die Zugstange eingeleiteten Zugkraft, die die Federeinrichtung bzw. das Federpaket bereitstellt, und der tatsächlich über die Klauenabschnit­ te auf dem Zentrierfortsatz einwirkenden Spannkraft.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines Werkzeug­ revolvers mit einer Vielzahl von radial ausge­ richteten und zentral angetriebenen Antriebs­ wellen;

Fig. 2 einen maßstabsgetreuen Schnitt des in Fig. 1 gezeigten Werkzeugrevolvers im Bereich eines drehangetriebenen Werkzeugs;

Fig. 3 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Getriebes zur Betätigung der Zugstange;

Fig. 4 eine Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Radial­ stößels von links in Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Axial­ stößels von oben in Fig. 3;

Fig. 6 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Getriebes zur Kopplung der Zugstange mit der Schub-Betätigungseinheit;

Fig. 7 eine Ansicht der Ausführungsform von Fig. 6 gemäß VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des Getriebes in der Lösestellung der Zugstange;

Fig. 9 das Getriebe gemäß Fig. 8 in der Spannstellung der Zugstange;

Fig. 10 eine weitere Variante des Getriebes zur Umsetzung der Bewegung des Radialstößels in eine Axialbewegung der Zugstange;

Fig. 11 eine weitere Variante dieses Getriebes;

Fig. 12 eine weitere Variante; und

Fig. 13 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs­ form des Wechselsystems für ein stehendes Werkzeug.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Werkzeughalter in Form eines Werkzeugrevolvers bezeichnet, der eine Viel­ zahl von radial ausgerichteten Werkzeugträgern aufnimmt, von denen jeder zweite drehangetrieben ist. Einer dieser Werkzeugträger ist mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet und hat eine Antriebswelle 6, die in einen in der Mitte des Werkzeugrevolvers 2 liegenden Raum 8 ragt, in den sich ein nicht näher dargestellter Zentralantrieb in Form eines Kegelrades befindet. Die Werkzeugträger 4 sind an ein modulares Werkzeugsystem angepaßt, d.h. sie dienen zur Aufnahme von Werkzeugsystemmodulen, die verschiedene Funktionen haben können und über eine einheitlich aufge­ baute Kupplungseinrichtung gegen den Werkzeugträger bzw. mit dem Werkzeugträger verspannbar sind. Mit dem Bezugs­ zeichen 10 ist beispielsweise eine Aufnahme für ein Bohr­ werkzeug 12 bezeichnet. Der jeweils anzukuppelnde Werk­ zeugsystemmodul hat einen in Fig. 1 nicht näher gezeigten Zentrierfortsatz, der mit einer entsprechend gestalteten Zentrierausnehmung 14 im Werkzeugträger 4 zusammenwirkt. Mit 16 ist eine Greiferrille bezeichnet, die zur automa­ tischen Handhabung des Werkzeugsystemmoduls 10 dient.

Etwa 80% sämtlicher Maschinen, die mit Werkzeugrevolvern ausgestattet sind, haben drehangetriebene Werkzeuge. Da derartige Maschinen sehr teuer sind, ist es erforderlich, den Werkzeugwechsel innerhalb von kürzester Zeit vorzuneh­ men. Zu diesem Zweck ist jedem Werkzeugträger für ein drehangetriebenes Werkzeug ein Werkzeugwechselsystem zugeordnet, mit dem es innerhalb weniger Sekunden gelingt, die Kupplung zwischen Werkzeugträger und angekuppeltem Werkzeugsystemmodul zu lösen und den Modul auszutauschen. Eine erste Ausführungsform dieses Werkzeugwechselsystems ist in Fig. 2 für den Fall eines drehangetriebenen Werk­ zeugs in Einzelheiten dargestellt.

In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 2 der Werkzeugrevolver bezeichnet, der eine in radialer Richtung ausgerichtete Antriebswelle 6 mittels einer Lagerung 18 lagert. Die Antriebswelle 6 trägt an ihrem radial inneren Ende ein Kegelritzel 20, das mit einem nicht näher dargestellten Kegelrad in Kämmeingriff steht, so daß vom Raum 8 her, in der der Zentralantrieb untergebracht ist, keine Zugäng­ lichkeit zum Inneren der Antriebswelle 6 gegeben ist.

Am auskragenden Ende 22 der Antriebswelle 6 ist eine Zentrierausnehmung 24 vorgesehen, in die hinein ein Zen­ trierfortsatz 26 eines Werkzeugsystemmoduls, beispiels­ weise in Form der Fräseraufnahme 28 spannbar ist. Zu diesem Zweck dienen eine Vielzahl von über dem Umfang gleichmäßig verteilten klammerartigen Spannklauen 30, die mittels einer zentralen Zugstange unter Einwirken eines Tellerfederpakets 34 mit Klauenabschnitten 36 radial nach außen in eine Ausnehmung 38 des Zentrierfortsatzes 26 drückbar sind. Auf der anderen Seite stützen sich die Spannklauen 30 in einem Aufnahmeteil 40 ab, so daß durch das Zusammenwirken einer Konusfläche 42, einer Gegenfläche im Bereich des Klauenabschnitts 36 und einer Keilflächen­ paarung im Bereich der Ausnehmung 38 eine große axiale Spannkraft zwischen Antriebswelle 6 und Werkzeugsystem­ modul 28 erzeugt werden kann. In einer praktischen Aus­ führung beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen der axialen Zugkraft F_Z der Zugstange 32 und der tatsächlich aufgebrachten axialen Verspannkraft etwa 1:3,5.

Zur Mitnahme des Werkzeugsystemmoduls 28 mit der Antriebs­ welle 6 in Umfangsrichtung sind Mitnahmesteine 44 vorge­ sehen, die mit Passung in vorzugsweise zwei diametral zueinander versetzte stirnseitige Ausnehmungen einerseits des Zentrierfortsatzes 26 und andererseits in ein Auf­ nahmeteil 40 eingreifen. Die Mitnahmesteine 44 werden mittels eines Federrings 46 radial und axial positioniert.

Das Aufnahmeteil 40 ist als Schraubenteil ausgebildet, das mittels eines Stifts 48 drehfest mit der Antriebswelle 6 verbunden ist. Auf der einen Seite einer Radialschulter 50 stützt sich eine Rückstelleinheit 52 ab, die gleichzeitig im Zusammenwirken mit einer Axialrippe 54 der Spannklaue letztere stabilisiert. In der Lösestellung der Zugstange 32, d.h. in einer gemäß Fig. 2 nach links gegen die Kraft des Federpakets 34 verschobenen Stellung, beaufschlagt die Rückstelleinheit 52 die Spannklauen 30 in der Weise, daß letztere zumindest mit ihren Klauenabschnitten 36 außer Eingriff mit der Ausnehmung 38 im Zentrierfortsatz 26 gelangen, so daß der Werkzeugsystemmodul 28 abgenommen werden kann. Auf der anderen Seite der Radialschulter 50 ist das Tellerfederpaket 34 abgestützt, das dermaßen dimensioniert ist, daß in der gezeigten Spannstellung bei nach rechts gezogener Zugstange eine Axialkraft von ca. 2 800 N (bei ca. 50 mm Kupplungs-Nenndurchmesser) auf­ rechterhalten wird. Die in Fig. 2 rechte Seite des Teller­ federpakets 34 stützt sich an einer Fläche 56 eines Zug­ kolbens 58 ab, der bei 60 mit der Zugstange 32 verschraubt ist.

Der Spannmechanismus ist dermaßen dimensioniert, daß bei einem Hub der Zugstange 32 von etwa 3 mm nach links die Kupplung zwischen Antriebswelle 6 und Werkzeugsystemmodul 28 freigegeben, d.h. gelöst ist. Ein radialer Vorsprung 62 des Aufnahmeteils 40 sorgt für eine Hubbegrenzung der Zugstange 32 sowohl nach vorne wie auch nach hinten. Weitere Einzelheiten der Kupplung sollen an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. Es kann Bezug genommen werden auf die ältere Patentanmeldung P 38 07 140.

Um die Kupplung zwischen Antriebswelle 6 und Werkzeug­ systemmodul 28 von einer Revolverplanfläche 64 aus mit einfachster Kinematik lösen zu können, ist eine nachfol­ gend näher zu beschreibende Schub-Betätigungseinheit vor­ gesehen, die vollständig innerhalb des Werkzeughalters, d. h. des Werkzeugrevolvers 2 zu liegen kommt. Zu diesem Zweck ist ein Schubgetriebe vorgesehen, das gemäß der ersten Ausführungsform als Keilgetriebe ausgebildet ist. Ein mit dem der Konusfläche 42 abgewandten Ende der Zugstange 32 in Anlagekontakt stehender Axialstößels 66 ist in Axialrichtung gleitend verschiebbar in einer zentrischen Bohrung 68 einer Führungsscheibe 70 aufgenom­ men und steht mit einer schrägen Schlitzfläche 72 (siehe Fig. 5) in Flächenkontakt mit einer Rampenfläche 74 (siehe Fig. 4) eines Radialstößels 76, der in einer Diametral­ bohrung 78 der Führungsscheibe 70 verschiebbar gelagert ist. Die Rampenfläche 74 hat seitlich Abflachungen 80, so daß der Radialstößel mit Passung in einen Schlitz 82 des Axialstößels 66 eingreifen kann.

Der Radialstößel 76 hat einen im Durchmesser verringerten Abschnitt 84, mit dem er sich durch eine Radialbohrung 86 in der Antriebswelle 6 hindurch erstreckt. Dieser im Durchmesser verringerte Abschnitt 84 erstreckt sich radial weiter nach außen durch eine Ausnehmung 88 in einer Ab­ standshülse 90 der Lagerung 18. Der Durchmesser der Radialbohrung 86 ist kleiner gewählt als der Durchmesser der Diametralbohrung 78, so daß der Radialstößel 76 auch unter Einwirkung einer Fliehkraft nur soweit radial nach außen wandern kann, daß noch ein Abstand zu einer Aus­ nehmung 92 im Werkzeugrevolver 2 verbleibt.

Axial mit dem Radialstößel 76 fluchtend ist ein mit 94 bezeichneter Stellstößel angeordnet, der mittels einer Druckfeder 96 radial nach außen in Anlagekontakt mit einer Innenschulter einer Hohlschraube 98 spannbar ist. Die Hohlschraube 98 ist radial außen mit einem Innensechskant­ durchbruch 100 versehen, so daß ein Druckteller 102 mittels eines von außen einführbaren Handhabungsstifts mit einer radial nach innen gerichteten Kraft beaufschlagbar ist.

Die Hohlschraube 98 ist in einem Einsatz 104 aufgenommen, der mit dem Werkzeugrevolver 2 verschraubt ist. Mit M_V ist ein Maß bezeichnet, um das die Hohlschraube 98 radial nach innen, d.h. senkrecht zur Revolver-Planfläche 64 ge­ schraubt werden kann, um den Stellstößel 94 zur Betätigung des Schubgetriebes zu betätigen. Zu diesem Zweck muß in den Innensechskantdurchbruch 100 lediglich ein geeignetes Inbus-Schlüsselwerkzeug eingeführt werden.

Um den Radialstößel 76 montieren zu können, hat dieser ein Längenmaß, das im wesentlichen dem Innendurchmesser einer Ausnehmung 106 für das Tellerfederpaket 34 entspricht. Deshalb kann die Führungsscheibe 70 zusammen mit dem Radialstößel 76 in die zentrische Ausnehmung 106 einge­ führt werden. Sobald die Führungsscheibe 70 die in Fig. 2 gezeigte hintere Anschlagstellung erreicht hat, wird diese mit ihrer Diametralbohrung 78 in Fluchtung mit der Radial­ bohrung 86 der Antriebswelle 6 gebracht. Unter Schwer­ krafteinwirkung kann dann der Radialstößel 76 nach außen gleiten, so daß der Axialstößel 66 eingeführt werden kann.

Wenn ein automatischer Werkzeugwechsel vorgenommen werden soll, genügt es, den Stellstößel 94 mit einem verhältnis­ mäßig grob positionierten Betätigungsstift, der vorzugs­ weise senkrecht zur Revolverplanfläche 64 bewegbar ist, radial nach innen zu drücken. Dadurch wird der Radial­ stößel 76 nach Überwindung eines geringen radialen Spiels mit bewegt. Durch die Keilflächenpaarung 72 und 74 wird der Axialstößel mit entsprechender Kraftübersetzung gemäß Fig. 2 nach links bewegt, so daß die Konusfläche 42 unter den Klauenabschnitten 36 herausgleitet und die Kupplung gelöst wird. Über die Greiferrille 16 kann der auszuwech­ selnde Werkzeugsystemmodul 28 ergriffen und mit dem Zentrierfortsatz 26 aus der Antriebswelle 22 herausge­ nommen werden. Nach dem Ansetzen des neuen Werkzeugsystem­ moduls wird der Betätigungsstift aus dem Innensechskant­ durchbruch 100 herausgezogen. Das Tellerfederpaket 34 bewegt die Zugstange 32 in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Fig. 2 nach rechts und drückt dadurch zumindest die Klauenabschnitte 36 radial nach außen. Über die Keil­ flächenpaarung 72 und 74 wandert darüber hinaus der Radialstößel 76 in die in Fig. 2 dargestellte Position zurück. Der Werkzeugwechsel ist damit abgeschlossen.

In Fig. 3 ist eine erste Variante des Werkzeugwechsel­ systems dargestellt. Hinsichtlich des Axial- und des Radialstößels unterscheidet sich diese Ausführungsform nicht von derjenigen gemäß Fig. 2. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß der Axialstößel 66 mit einem Konusab­ schnitt 67 unmittelbar in eine Zentrierausnehmung 69 der Zugstange 32 eingreift.

Eine weitere Variante eines Getriebes zur Betätigung der Zugstange 32 mittels einer radial gerichteten Stellbewe­ gung ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Bei dieser Ausfüh­ rungsform geht das dem Konus 42 abgewandte Ende der Zugstange 32 ebenfalls in einen Kolbenbund 159 über, an dem sich das Tellerfederpaket 34 abstützt. Auf der dem Tellerfederpaket 34 abgewandten Seite hat der Kolbenbund 159 einen axialen Fortsatz 160, in dem ein diametraler Schlitz 162 ausgebildet ist. In dem Schlitz ist ein Ge­ triebehebel 164 aufgenommen, der im wesentlichen die Form eines Y hat und über einen Querzapfen 166 schwenkbar im axialen Fortsatz 160 gelagert ist. Auf der einen Seite des Lagerzapfens 166 befindet sich ein Betätigungsarm 168 und auf der anderen Seite des Gelenks zwei Stützarme 170, die sich an einer Endfläche 172 der Ausnehmung 92 abstützen können.

Der Radialstößel 176 ragt radial von außen in den Schlitz 162 und drückt zum Lösen der Kupplung auf den Betätigungs­ arm 168. Der Y-Hebel 164 schwenkt dabei um den Querzapfen 166 und verschiebt unter Abstützung am Stützarm 170 ₂ den axialen Fortsatz 160 und damit die Zugstange 32 gemäß Fig. 6 und 7 nach links, wodurch die Kupplung gelöst wird. Wenn die Kupplung wieder in die Spannstellung gebracht werden soll, wird die radial von außen auf den Radialstößel 76 aufgebrachte Kraft beseitigt. Das Tellerfederpaket 34 verschiebt dann die Zugstange 32 zusammen mit dem axialen Fortsatz 160 gemäß Fig. 6 nach rechts und der Getriebe­ hebel 64 schwenkt wieder in die Ausgangslage zurück.

Sollte die automatische Betätigung des Radialstößels 76 ausfallen, so besteht bei der Variante gemäß Fig. 6 und 7 die Möglichkeit, manuell die Kupplung zu lösen, indem von der anderen Seite ein Stempel 178 in den Schlitz 162 geschraubt wird. In diesem Fall wird die Zugstange 32 unter Abstützung des Getriebehebels 164 am Stützarm 170 ₁ nach links verschoben.

In den Fig. 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform des Getriebes zur Umsetzung der Stellbewegung des Radial­ stößels in eine Verschiebebewegung der Zugstange 32 darge­ stellt. Fig. 9 zeigt die Stellung des Getriebes, in der der Werkzeugwechsel blockiert ist. Mit 259 ist wiederum ein Kolbenbund bezeichnet, der einen axialen Fortsatz 260 aufweist, in dem ein Gelenkbolzen 262 aufgenommen ist, der sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die von der Achse der Zugstange 32 und der Achse des Radialstößels 276 aufgespannt wird. Auf der anderen Seite des Radialstößels 276 ist eine Stützplatte 264 vorgesehen, die ebenfalls in einem Fortsatz 266 einen Gelenkzapfen 268 trägt. Die bei­ den Gelenkzapfen 262 und 268 sind über einen Kniehebelan­ trieb gekoppelt, der zwei gelenkig miteinander verbundene Lenker 270 und 272 aufweist. Das Gelenk zwischen den Lenkern 270 und 272 ist mit 274 bezeichnet.

Auf der anderen Seite der Achse 108 ist ein weiteres, identisch zum vorstehend beschriebenen Getriebe ausgebil­ detes Kniehebelgetriebe vorgesehen, so daß auch bei dieser Ausführungsform des Getriebes von zwei Seiten eine Kraft­ einleitung erfolgen kann.

In Fig. 8 ist die Stellung des Getriebes gezeigt, in der die Kupplung gelöst ist. Dabei ist der Axialstößel 276 unter Einwirkung beispielsweise einer hydraulischen oder pneumatischen Stelleinheit nach innen auf das Gelenk 274 zugedrückt, wodurch die Lenker ähnlich einem Scherenhub­ werk ihrer Strecklage näher gebracht werden. In Fig. 9 ist die Lösestellung gezeigt, in der der Radialstößel 276 kraftfrei ist. Mit dem Bezugszeichen 278 ist wiederum ein radial von außen, vorzugsweise manuell einschraubbarer Betätigungsstempel bezeichnet, der bei Ausfall der automa­ tischen Stelleinheit für ein Lösen der Kupplung sorgen kann. Das Federpaket 34 ist wiederum in der Lage, bei kräftefreiem Radialstößel 276 bzw. Stempel 278 eine Rück­ führung des Getriebes in die in Fig. 9 gezeigte Ausgangs­ lage zu bewirken.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 schließt sich an einen Kolbenbund 359 ein Rampenteil 360 an, das mit einer Kugel bzw. einer Rolle 362 zusammenwirkt, die zusätzlich in einer strichpunktiert dargestellten Führungsrinne 364 geführt sein kann und sich auf der anderen Seite an einer Stützfläche 366 abstützt. Die Kugel bzw. Rolle 362 liegt in Fluchtung mit dem Radialstößel 376, so daß der Rampen­ körper 360 bei Verschiebung der Kugel bzw. Rolle nach innen gemäß Fig. 10 nach links verschoben wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 wird die Bewegung durch einen einarmigen Hebel 460 eingeleitet, der sich an einer Seite in einer Zentrierausnehmung 462 und auf der anderen Seite über eine Rolle 464 an einem Kolbenbund 459 der Zugstange 32 abstützt. Zwischen der Rolle 464 und der Zentrierausnehmung 462 ist ein Auflaufnocken 466 vorge­ sehen, mit dem der Radialstößel 476 zusammenwirken kann. Mit strichpunktierte Linie ist die Schwenkbahn des Hebels 460 angeordnet, der bei Verschiebung des Radialstößels 476 nach innen eine Bewegung der Zugstange 32 gemäß Fig. 11 nach links bewirkt.

Schließlich soll noch auf die Ausführungsform gemäß Fig. 12 eingegangen werden. Bei dieser Ausführungsform ist ähnlich der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ein Rampenkörper 560 vorgesehen, der eine keilförmig verlaufende Führungs­ rinne 564 für den Eingriff mit einer Kegelstumpffläche 578 des Radialstößels 576 aufweist. Durch Bewegen des Radial­ stößel 576 nach innen gleitet die Kegelstumpffläche 578 entlang der Führungsrinne 564 und verschiebt dabei gleich­ zeitig den Rampenkörper 560 und damit die Zugstange 32 gemäß Fig. 12 nach links. Das Tellerfederpaket 34 ist auch bei dieser Ausführungsform durch geeignete Wahl der Ram­ pensteigung in der Lage, den Radialstößel 576 bei Ent­ fernung der äußeren Krafteinwirkung über die Stelleinheit radial nach außen zurückzudrücken.

Fig. 13 stellt eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems dar. Diese Variante unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 lediglich darin, daß anstelle eines drehange­ triebenen Werkzeugs ein feststehendes Werkzeug 628 an den Werkzeugrevolver 2 angekuppelt ist. Anstelle der Antriebs­ welle 6 tritt ein Adapter 606, der die identische Zentrierausnehmung 624 wie die Antriebswelle 6 gemäß Fig. 2 aufweist. Durch Verwendung des Adapters 606 wird die Möglichkeit eröffnet, auch bei Bestückung eines Werkzeug­ revolvers mit drehenden und stehenden Werkzeugen mit gleichen Ausnehmungen zu arbeiten, wodurch der Werkzeug­ revolver wirtschaftlicher herstellbar ist. Die Schub- Betätigungseinheit unterscheidet sich nicht von derjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2. Mit dem Bezugs­ zeichen 608 ist ein Kühlmittelkanal bezeichnet, der von einem Ringraum 610 unter Zwischenschaltung eines Dicht­ ringkörpers 612 gespeist wird und zur Kühlmittelversorgung der Werkzeugschneide 614 dient. Ein näheres Eingehen auf die Funktionsweise des Werkzeugwechsels erübrigt sich, da die hierfür erforderlichen Komponenten mit denjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 2 identisch sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte klargeworden sein, daß das erfindungsgemäße Werkzeugwechselsystem bei geringem Platzbedarf in der Lage ist, innerhalb kürzester Zeit und mit einer einfachen Stellbewegung die Kupplung zwischen Werkzeughalter bzw. Antriebswelle und Werkzeug­ systemmodul zu lösen. Besondere Vorteile ergeben sich insbesondere bei der Integration dieses Werkzeugwechsel­ systems in einen Werkzeugrevolver, dessen der Werkzeug­ maschine zugewandte Revolverplanfläche erfindungsgemäß dazu genutzt werden kann, eine automatisch bedienbare Betätigungseinheit mit einfacher Bewegungskinematik unter­ zubringen. In vorteilhafter Weise können sogar beide Seiten des Werkzeugrevolvers mit einer Krafteinleitungs­ stelle zur Betätigung einer Kupplungslöseeinrichtung aus­ gestattet werden, wodurch sich ein Höchstmaß an Flexibili­ tät hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten des Systems ergibt.

Die Erfindung schafft somit ein Werkzeugwechselsystem für einen Werkzeughalter mit zumindest einem feststehenden und/oder drehangetriebenen Werkzeugsystembauteil oder -modul, dessen Aufnahme bzw. Antriebswelle von der der Zentrierung abgewandten Seite nicht unmittelbar zugänglich ist, sei es weil die Antriebswelle auf dieser Seite in Eingriff mit einem Zentralantrieb steht oder eine Sternan­ ordnung der Werkzeuge vorgesehen ist, wie dies bei einen Werkzeugrevolver der Fall ist. Die Spannung des Werkzeugs erfolgt mittels zumindest eines bewegbaren Spannelements, mit dem das Werkzeugsystembauteil in den Werkzeughalter spannbar ist. Das zumindest eine Spannelement kann aus seiner Verriegelungslage gegen die Kraft einer im Werk­ zeughalter aufgenommenen Federeinrichtung mittels einer ebenfalls innerhalb des Werkzeughalters liegenden Zug­ stange in seine Lösestellung gebracht werden, indem die Zugstange mittels einer quer zur Zugstangenachse ausge­ richteten Schub-Betätigungseinheit im Werkzeughalter ange­ trieben wird. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr ein­ fache Kinematik der äußeren Stelleinheit des Werkzeug­ wechselsystems, wobei zusätzlich der Vorteil eines schnelleren Werkzeugwechsels erreichbar ist. Die Stellein­ heit kann somit einen einfach wirkenden Hydraulik- oder Pneumatik-Stellkolben aufweisen.

Claims (28)

1. Werkzeugwechselsystem für einen Werkzeughalter, der zumindest ein Werkzeugsystembauteil trägt, das von einer Seite über eine Zentrierung an den Werkzeughalter spannbar ist, indem zumindest ein innen liegendes Spannelement mittels eines weiteren Spannteils in eine Spannlage bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Spannelement (30) aus seiner Verriegelungslage gegen die Kraft einer im Werkzeughalter (2, 6; 2, 606) aufgenommenen Federeinrichtung (34) mittels einer sich zentrisch von der Zentrierung weg erstreckenden Zugstange (32) in seine Lösestellung bringbar ist, indem die Zugstange (32) mit­ tels einer quer zur Zugstangenachse (108) ausgerichteten Schub-Betätigungseinheit (76, 94; 176; 276; 376; 476; 576) angetrieben wird.

2. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zugstange (32) radial in einem Werk­ zeugrevolver (2) aufgenommen ist, und daß die Schub-Betä­ tigungseinheit von zumindest einer Planseite (64) der Revolverscheibe bedienbar ist.

3. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub-Betätigungseinheit auf der dem Werkzeugsystembauteil (28; 628) abgewandten Seite der Federeinrichtung (34) liegt.

4. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub-Betätigungsein­ heit einen im wesentlichen radial im Werkzeughalter (6; 606) geführten Radialstößel (76; 176; 276; 376; 476; 576) aufweist, der antriebsmäßig über ein Getriebe mit der Zugstange (32) gekoppelt ist.

5. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Getriebe ein Keilgetriebe ist.

6. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Rampenfläche (72, 74; 364; 564) vorgesehen ist, über die sich die Zugstange (32) am Werk­ zeughalter (6; 606) abstützt.

7. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rampenfläche an einem axial zusammen mit der Zugstange (32) bewegbaren Druckteil (66; 359; 560) ausgebildet ist.

8. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckteil (66) von einem Axialstößel gebildet ist, der in einer Bohrung (68) einer Führungs­ scheibe (70) geführt ist.

9. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsscheibe (70) eine Diametral­ bohrung (68) zur Aufnahme des Radialstößels (76) hat.

10. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialstößel (76) eine mit der Rampenfläche (72) korrespondierende Keilfläche (74) auf­ weist.

11. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckteil (360; 560) fest, vor­ zugsweise einstückig mit der Zugstange (34) verbunden ist.

12. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialstößel (576) am radial inneren Ende eine Konusfläche (578) hat, die mit einer entsprechend geformten Rinne (564) im Druckteil (560) zusammenwirkt.

13. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialstößel (376) mit seinem radial inneren Ende mit einer Kugel oder Rolle (362) in Anlagekontakt steht, die sich einerseits am Druckteil (360) und andererseits an einer Stützfläche (366) des Werkzeughalters abstützt.

14. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampenfläche am Werkzeughalter (6; 606) ausgebildet ist und der Radialstößel mit seinem radial inneren Ende mit einer Kugel oder Rolle in Anlage­ kontakt steht, die sich einerseits in einer Rinne des Werkzeughalters und andererseits an einem zugstangenfesten Teil abstützt.

15. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Lenkergetriebe ist.

16. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe von einem Kniehebelge­ triebe (260 bis 274) gebildet ist.

17. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von entgegengesetzten Seiten betätigbare Kniehebelgetriebe vorgesehen sind, denen je­ weils ein gesonderter Radialstößel (276; 278) zugeordnet ist.

18. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe einen zweiarmigen Kipphe­ bel (164) aufweist, der schwenkbar in einem diametral geschlitzten Fortsatz (160) der Zugstange (32) aufgenommen ist und einen Betätigungsarm (168) sowie auf der anderen Seite der Schwenkachse (166) zwei Stützarme (170 ₁, 170 ₂) aufweist, die sich an einer Stützfläche (172) des Werk­ zeughalters (6) abstützen.

19. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsarm (168) von zwei Seiten mittels zweier gesonderter Radialstößel (176, 178) betätigbar ist.

20. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Radialstößel (76) eine Anschlagfläche (6, 86) zur Begrenzung der radialen Bewegung nach außen zugeordnet ist.

21. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub-Betäti­ gungseinheit einen im Werkzeughalter (2) geführten und mit dem Radialstößel (76) im wesentlichen fluchtenden Stell­ stößel (94) aufweist, der gegen die Kraft einer Rückstell­ feder (96) radial nach innen bewegbar und nach Überwindung eines vorzugsweise kleinen Spiels gegen den Radialstößel (76) drückbar ist.

22. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stellstößel (94) an einer Innenschulter (101) einer Schraube (98) abstützt, die radial außen eine Innensechskantausnehmung (100) hat.

23. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung von einem Tellerfederpaket (34) gebildet ist.

24. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (34) zumindest einen Konusabschnitt (42) aufweist, mit dem eine Vielzahl von klammerartig ausgebildeten Spannelementen (30), die um die Zugstange herum gleichmäßig verteilt angeordnet und im wesentlichen axial ausgerichtet sind, mit klauenartigen Abschnitten (36) in eine Ausnehmung (38) innerhalb eines Zentrierfortsatzes (26) des Werkzeug­ systembauteils (28; 628) drückbar sind.

25. Werkzeugwechselsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannelemente (30) mit einem Endabschnitt (31) im Werkzeughalter (6; 606) abstützen und die klauenartigen Abschnitte (36) eine Keilfläche aufwei­ sen, die beim Spannvorgang gegen eine Anlagefläche (38) der Ausnehmung drückbar sind, um die Spannelemente (30) unter axialen Zug zu setzen.

26. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugsystembau­ teil (28) einen Drehantrieb hat und die hierfür vorgese­ hene Antriebswelle (6) die Zugstange (32), die Federein­ richtung (34) und den Radialstößel (76) aufnimmt.

27. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugsystembau­ teil (628) feststehend ist und in eine Ausnehmung (92) des Werkzeughalters (2) ein Adapter (606) eingesetzt ist, der die Zugstange (32), die Federeinrichtung (34) und den Radialstößel (76) aufnimmt.

28. Werkzeugwechselsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub-Betätigungs­ einheit mittels eines pneumatisch oder hydraulisch ange­ triebenen Kolbens ansteuerbar ist.