DE4430535A1 - Vorrichtung zur axialen Montage eines Nabenbauteils auf einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Montage und zur axialen Klemmbefestigung eines hohlen Bauteils auf einer Welle, beispielsweise zur Montage von Werkzeugen oder Werk­ stücken auf Arbeitsspindeln in Bearbeitungsmaschinen, Mon­ tage von Naben auf Wellen im Zusammenhang mit der allgemei­ nen Maschinen-Einrichtung, zur Vorspannung von Bolzen bei Schraubverbindungen und ähnlichen Anwendungsfällen.

Der Einfachheit halber wird die Erfindung nachstehend im wesentlichen im Zusammenhang mit der Montage und der Befe­ stigung von Werkzeugen auf Arbeitsspindeln beschrieben, wo­ bei jedoch ersichtlich ist, daß diese Anwendung nur eine aus einer Vielzahl von möglichen Anwendungsfällen ist, und daß die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.

Eine Arbeitsspindel ist normalerweise mit einem äußeren zylindrischen Endzapfen versehen, der von einem Ansatz oder einem Ende der Haupt-Arbeitsspindel selbst gebildet wird und der an seinem äußersten Ende mit einem mit einer zuge­ hörigen Mutter zusammenwirkenden Gewinde versehen ist. Wenn Werkzeuge oder Werkstücke in üblicher Weise auf der Ar­ beitsspindel positioniert und befestigt werden, wird das Werkzeug oder Werkstück auf den Spindel-Zapfen auf und in Anlage an eine Schulter zwischen der Arbeitsspindel und ihrem äußeren Zapfen geschoben und in dieser Position er­ folgt dann eine Befestigung mittels der Klemm-Mutter. Das Werkzeug oder Werkstück sind häufig kürzer als der Spindel- Zapfen und zur Überbrückung des Zwischenraums zur Klemm- Mutter ist es oft erforderlich, eine Anzahl von Abstands- oder Zwischenringen in diesem Zwischenraum vorzusehen.

Diese in Fig. 1 als Stand der Technik veranschaulichte Art der Montage ist zeitraubend; es muß eine starke Anzugskraft zur sicheren Festlegung an der gemeinsamen Spannmutter aus­ geübt werden und die Festlegung ist deshalb unsicher und kann für die die Montage durchführende Person anstrengend und belastend sein; außerdem kann es vorkommen, daß die Zwischenringe nicht exakt planparallel sind, und in solchen Fällen besteht die Gefahr, daß die von der Mutter ausgeübte Axialkraft ungleichmäßig einwirkt, insbesondere dann, wenn mehrere aufeinander folgende Zwischen- oder Abstandsringe verwendet werden; dies kann sogar zu Biegebeanspruchung des Spindel-Zapfens führen.

Zur Erleichterung der Klemmbefestigung von Werkzeugen oder Werkstücken auf einem Spindel-Zapfen sind Muttern ent­ wickelt worden, welche so ausgebildet sind, daß die Axial­ kraft über einen hydraulisch betätigten Kolben aufgebracht wird. Auch diese Art von Muttern sind mit einem Innenge­ winde versehen, so daß die Mutter auf das Gewinde des Spin­ del-Zapfens aufschraubbar ist. Dieser Muttern-Typ mit hydraulischen Klemmeinrichtungen erleichtert die Montage und die Klemmverbindung der Werkzeuge und Werkstücke, je­ doch kann es auch in diesem Falle erforderlich sein, daß Zwischen- oder Abstandsringe erforderlich sind, was die oben erwähnten Nachteile birgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Montage von Werkzeugen oder Werkstücken auf einer Ar­ beitsspindel, zur Montage von Naben auf Wellen in Verbin­ dung mit allgemeinen Einstell- oder Einrichtungsarbeiten an Maschinen, zur Vorspannung von Bolzen in Schraubverbindun­ gen und für ähnliche Anwendungsfälle zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß die Montage und Klemmverbindung ohne Verwendung von Zwischen- oder Abstandsringen und in konkre­ ten Anwendungsfällen auch ohne das Erfordernis der Verwen­ dung einer Klemm-Mutter erfolgen kann.

Die in der erfindungsgemäßen Weise ausgestaltete Vorrich­ tung weist einen hohlen Klemmring auf, der so ausgestaltet ist, daß er im Bereich seiner Axialbohrung als doppelwan­ dige Hülse mit einer inneren Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem elastischen oder plastischen Druckmedium ge­ füllt ist, welches durch Verwendung eines Druckerzeugers, beispielsweise eines durch eine Schraube oder einen belie­ bigen hydraulischen Druckerzeuger betätigbaren Druckkolbens unter Druck setzbar ist, wobei die dem Spindel-Zapfen zuge­ wandte Wand besagter Hülse relativ dünn ausgebildet ist, so daß die Wand sich bei der Unterdrucksetzung des Druckmedi­ ums ausdehnt und dadurch den Klemmring auf dem Spindel-Zap­ fen klemmend festlegt. Ein derartiger Klemmring dann an ei­ ner beliebigen Stelle auf einer glatten Welle - sogar auf einer Welle mit Keilnut - befestigt werden, solange die Axialbohrung des Klemmrings nicht verformt ist. Daher kann der Klemmring überall auf dem Spindel-Zapfen in direkte An­ lage an ein Werkzeug oder ein Werkstück gebracht werden, ohne daß Zwischen- oder Abstandsringe erforderlich sind.

Um die axiale Klemmverbindung des Werkzeugs oder Werkstücks in Anlage an der Schulter der Arbeitsspindel zu ermögli­ chen, ist der Klemmring mit verschiedenen, wenigstens drei, vorzugsweise jedoch mehr als drei axialen Klemmschrauben versehen, welche sich axial durch das Material des Klemm­ rings hindurch erstrecken, und die vorzugsweise an ihrem zum Werkzeug gewandten Ende mit einem vergrößerten Kopf versehen sind. Die axialen Klemmelemente können auf im Ab­ stand wahlweise bemessenen radialen Abständen vorgesehen sein und sie können auch als glatte Stifte ausgestaltet ein, welche mittels einer Klemmschraube, beispielsweise einer Insechskant-Schraube zugestellt werden. Alternativ kann das Axial-Klemmelement auch als Ring ausgebildet sein.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die Axial-Klemmvorrichtung ein Innengewinde auf, so daß sie auf das Gewinde des Spindel-Zapfens aufgeschraubt werden dann. Auch in diesem Falle wird der Klemmring durch Druck­ beaufschlagung des inneren Druckmediums festgelegt, wodurch eine Ausdehnung der dünnen, zum Gewinde des Spindel-Zapfens gerichteten Hülsenwand zur Folge hat, wodurch eine Verrie­ gelung des Klemmrings auf den Gewindegängen am Ende des Spindel-Zapfens erfolgt.

Die Druckbeaufschlagung des in der Axial-Klemmvorrichtung eingeschlossenen Druckmediums, durch welches der Klemmring in Klemmverbindung mit dem Spindel-Zapfen gebracht wird, kann auf wenigstens drei verschiedene Arten erfolgen, näm­ lich durch Anziehen einer oder mehrerer Druckschrauben welche über Druckkolben eine Druckbeaufschlagung des Druck­ mediums bewirken, durch eine Fett-Presse oder Öl-Pumpe, welche zum Anschluß der Druckbetätigung des Druckmediums an einem Nippel auf dem Klemmring angesetzt wird; oder durch Verwendung einer dauernd angeschlossenen äußeren hydrauli­ schen Druckquelle, wobei die letzterwähnte Verfahrensweise für die automatische Montage von Werkzeugen oder Werk­ stücken auf einer Arbeitsspindel bevorzugt angewandt wird. Eine Verringerung des Drucks und ein Lösen des Klemmrings erfolgt durch bösen der Druckschrauben oder mittels Ent­ lastungsschrauben.

Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit der Zeich­ nung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 die Art und Weise der Montage eines Werkzeugs oder Werkstücks auf einer Arbeitsspindel gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 - in größerem Maßstab - die Befesti­ gung eines gleichartigen Werkzeugs auf der gleichen Arbeitsspindel unter Ver­ wendung eines in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Klemmrings;

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht durch den in Fig. 2 gezeigten Klemmring in ei­ nem im Vergleich zur Fig. 2 vergrö­ ßerten Maßstab;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 die Montage eines langen Bauteils auf einer Arbeitsspindel;

Fig. 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Klemmrings mit Innengewinde für die Klemmverbindung eines langen Werk­ zeugs oder Werkstücks; und

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des innerhalb des mit einem Kreis umgrenzten Be­ reichs liegenden Teils von Fig. 6.

Wie bereits erwähnt, ist es in dem in Fig. 1 veranschau­ lichten Stand der Technik üblich, Werkzeuge oder Werkstücke 1 auf einem Spindel-Zapfen 2 einer Arbeitsspindel 3 mittels einer Mutter 4 zu montieren und zu befestigen, indem die Mutter auf ein Außengewinde 5 der Arbeitsspindel 2 aufge­ schraubt wird. In den üblicherweise vorkommenden Anwen­ dungsfällen, bei denen das Werkzeug kürzer als der Spindel- Zapfen ist, müssen verschiedene Abstands- bzw. Zwischen­ ringe 6 verwendet werden, welche auf dem Spindel-Zapfen vorgesehen werden, um den Zwischenraum bis zur Mutter zu überbrücken. Wie oben erläutert, hat diese Montageweise eine Reihe von Nachteilen.

Der in den Fig. 2 bis 7 gezeigte erfindungsgemäße Klemm­ ring löst die erwähnten Probleme. Der Klemmring 7 weist eine Axialbohrung auf, welche - z. B. mit einer Gleitpassung - an den Durchmesser des Spindel-Zapfens 2 angepaßt ist. Im Bereich der Axialbohrung ist der Klemmring als doppelwan­ dige Hülse mit einer relativ dünnen inneren Hülsenwand und einer Druckkammer 9, deren innere Wand von besagter innerer Hülsenwand 8 gebildet wird, ausgebildet. Die Druckkammer ist mit einem unter Druck setzbaren plastischen oder ela­ stischen Druckmedium gefüllt, wodurch die Hülsenwand 8 sich ausdehnt und radial auf dem Spindel-Zapfen 2 festgeklemmt wird. Dies führt zu einer ausgesprochen belastbaren Montage des Klemmrings auf der Welle, und zwar sowohl in bezug auf axiale Verschiebung als auch gegen Verdrehung. Im darge­ stellten Fall erfolgt die Druckbeaufschlagung so, daß das in der Kammer 9 enthaltene Druckmedium über einen Durchlaß 10 mit einem Druckerzeugungs-Abschnitt in Verbindung steht, der mit einer von außen zugänglichen Druckschraube 11 ver­ sehen ist, die - durch Anziehen - den Druck des Druckmedi­ ums in der Druckkammer 9 erhöht und dadurch die Klemmver­ bindung des Klemmrings auf dem Spindel-Zapfen 2 bewirkt. Wie oben erwähnt kann die Druckbeaufschlagung alternativ durch Verwendung einer vorübergehend angeschlossenen Fett- Presse oder Öl-Pumpe oder - im Falle von automatischer Werkzeug- oder Werkstück-Handhabung - durch Verwendung ei­ ner dauernd angeschlossenen äußeren Druckquelle erfolgen.

Zur Erzeugung einer das Werkzeug gegen die Schulter der Ar­ beitsspindel 3 pressenden Axialkraft ist der Klemmring 7 mit Axial-Klemmelementen versehen, welche im dargestellten Fall die Form von fünf axialen Druckeinrichtungen haben, die auf einen geeigneten Radius gleichmäßig verteilt am Klemmring vorgesehen sind. Jede Druckvorrichtung weist einen Druckkolben 12 auf, der mit einem Kopf 13 zur Über­ tragung der Druckkraft über eine vergrößerte Oberfläche versehen sein kann. Der Druckkolben kann auf beliebige me­ chanische oder hydraulische Weise betätigt werden. In den Zeichnungen ist eine einfache mechanische Druckvorrichtung veranschaulicht, welche eine Schraube 14 umfaßt, die in eine axiale Durchgangsbohrung 15 eingeschraubt und von der dem Werkzeug 1 gegenüberliegenden Seite des Klemmrings aus zugänglich ist. Die Schraube kann als Insechskant-Schraube ausgebildet sein, die mittels eines einfachen Sechskant- Schlüssels 16 betätigbar ist. Die Druckkolben 12 und die Köpfe 13 sind so ausgebildet, daß keine so hohen Flächen­ pressungen erzeugt werden, daß die Gefahr der Einformung von Vertiefungen oder anderer Beschädigungen an der zuge­ wandten Stirnfläche des Werkzeugs oder Werkstücks ent­ steht. Alternativ können die Kolben durch einen vollständi­ gen Ring ersetzt werden, der eine noch bessere Druckvertei­ lung als die Köpfe 10 ermöglicht.

Die dargestellte Vorrichtung ist schnell und sehr einfach handhabbar, indem

• - das Werkzeug oder Werkstück 1 auf den Spindel-Zapfen 2 aufgeschoben und in eine Position in der Nähe der Spindel-Schulter geschoben wird,
• - der axiale Klemmring danach auf den Spindel-Zapfen 2 aufgesetzt und in eine Position in Anlage an oder in der Nähe des Werkzeugs 1 geschoben wird,
• - die radiale Druckschraube 11 des Klemmrings 7 angezo­ gen wird, wodurch das Druckmedium in der Druckkammer 9 seinen Druck erhöht und der Klemmring 7 auf dem Spin­ del-Zapfen 2 so festgelegt wird, daß jede Möglichkeit der axialen Verschiebung oder der Drehung des Werkzeugs auf ihm ausgeschlossen ist,
• - die Schrauben 14 aller Axial-Klemmelemente angezogen werden, so daß die Druckkolben 12 mit ihren Köpfen 13 gegen das Werkzeug 1 gedrückt werden, wodurch es in axialer Anlage an der Schulter der Arbeitsspindel 3 festgelegt wird.

Es ist ersichtlich, daß der Klemmring 7 in einer beliebigen wählbaren Axialposition auf dem Spindel-Zapfen 2 festge­ klemmt werden kann, und daß er deshalb für Werkzeuge oder Werkstücke mit in großem Maße variabler axialer Länge ver­ wendbar ist.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines langgestreck­ ten Werkzeugs 1′ oder Werkstücks gezeigt, welches in der gleichen Weise, wie in Fig. 2 veranschaulicht, durch Klem­ mung gehalten wird.

Falls das Werkzeug oder Werkstück 1′′ in der in Fig. 6 ver­ anschaulichten Weise ebenso lang wie der glatte Teil des Spindel-Zapfens 2 oder sogar noch etwas länger ist, ist es möglich, einen Klemmring 7 zu verwenden, dessen Axialbohrung mit einem Gewinde 17 versehen ist, wie dies in Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Der Klemmring kann auf diese Weise leicht auf das Gewinde 5 des Spindel-Zapfens 2 aufgeschraubt wer­ den. Im übrigen ist der Klemmring exakt in gleicher Weise wie oben beschrieben ausgestaltet. Auch in diesem Fall wird das Druckmedium des Klemmrings zur Ausdehnung der Innenwand und dadurch zur Festlegung des Klemmrings auf dem Gewinde 5 des Spindel-Zapfens verwendet.

Das Lösen und Entfernen des Werkzeugs oder Werkstücks 1 er­ folgt einfach dadurch, daß der Druck in der Druckkammer 9 abgebaut wird, nachdem eventuell die axialen Klemmschrauben 14 gelöst sind, wodurch sowohl der Klemmring 7 als auch das Werkzeug 1 freikommen und von der Spindel abgenommen werden gönnen.

Bezugszeichenliste

Stand der Technik
1 Werkzeug/Werkstück
2 Spindel-Zapfen
3 Spindel
4 Mutter
5 Gewinde
6 Abstands- bzw. Zwischenringe
Erfindung
7 Klemmring
8 innere Hülsenwand
9 Druckkammer
10 radialer Durchlaß
11 Druckschraube
12 Druckkolben
13 Kopf (von 12)
14 Druckschraube
15 Bohrung (für 12)
16 Sechskantschlüssel
17 Gewinde (von 7)

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Montage und axialen Klemmverbindung ei­ nes hohlen Bauteils (1) auf einer Welle (2, 3′), beispiels­ weise zur Montage von Werkzeugen oder Werkstücken auf Ar­ beitsspindeln von Bearbeitungsmaschinen, Montage einer Nabe auf einer Welle in Verbindung mit der üblichen Maschinen- Einrichtung, Vorspannung von Bolzen in Schraubverbindungen o. dgl. Anwendungsfälle, mit einem Klemmring (7), der auf einer Welle oder Arbeitsspindel (2, 3) gleitend verschieb­ bar und in unterschiedlichen Positionen auf der Welle bzw. Spindel befestigbar ist, um so ein Werkzeug oder Werkstück (1) derart klemmend zu halten, daß dessen axiale Verschie­ nung oder eine Verdrehung auf der Welle oder Spindel (2, 3) ausgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmring (7) eine Axialbohrung zur Befestigung mit einer vorgegebenen Passung auf der Welle bzw. Arbeits­ spindel (2, 3) aufweist,
daß der Klemmring (7) im Bereich seiner Axialbohrung als doppelwandige Hülse mit einer inneren Druckkammer (9) ausgebildet ist, in welcher ein durch einen äußeren oder inneren Druckerzeuger (10, 11) unter Druck setzbares ela­ stisches oder plastisches Druckmedium enthalten ist, wobei die der Welle oder Spindel (2, 3) zugewandte Wand (8) rela­ tiv dünn ausgebildet ist, so daß sie sich bei der Druckbe­ aufschlagung des Druckmediums in der Druckkammer (9) radial ausdehnt und so eine Klemmverbindung des Klemmrings (7) mit der Welle oder Spindel (2, 3) herstellt, und
daß der Klemmring (7) mit einem oder mehreren Axial- Klemmelement(en) (12-15) versehen ist, welche den Klemmring axial durchsetzen und so ausgebildet sind, daß sie bei ih­ rer Betätigung axial an das Werkzeug bzw. Werkstück (1) an­ gedrückt werden, und so das Werkzeug bzw. Werkstück auf der Welle oder Spindel (2, 3) festlegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axial-Klemmelement bzw. jedes der Axial-Klemm­ elemente ein Druckkolben (12) ist, welcher bei Betätigung einer hydraulischen oder mechanischen Druckeinrichtung (14) in Axialrichtung am Werkzeug oder Werkstück (1) andrückbar ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens drei, vorzugsweise mehr als drei Axial-Klemmelemente (12-15) aufweist, welche auf einem beliebigen Radius in gleichmäßigen Winkelabstän­ den um die Axialbohrung verteilt am Klemmring angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Klemmelement bzw. die Klemmelemente je­ weils so ausgebildet sind, daß sie mittels einer Schraube (14) betätigbar sind, welche von der freien Stirnfläche des Klemmrings (7) aus zugänglich und in Durchgangsbohrungen (15) des Materials des Klemmrings eingeschraubt ist bzw. sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Druckkolben (12) einen Kopf (13) aufweist, so daß die vergrößerte Preßfläche der Preßkolben (12) auf eine vergrößerte Fläche des Werkzeugs oder Werkstücks (1) ein­ wirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (12) als vollständig ringförmig umlau­ fender Druckring ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülsen-Wand (8) des Klemmrings (7) mit Ge­ winde (17) zu versehen ist, so daß der Klemmring (7) in leichtem Befestigungseingriff mit dem am äußeren Ende der Welle oder Spindel (2, 3) vorgesehenen Gewinde (5) bringbar ist, bevor der Klemmring durch Druckerhöhung im Druckmedium in der Druckkammer (9) auf dem Gewinde befestigbar ist, be­ vor das Axial-Befestigungselement bzw. die Axial-Befesti­ gungselemente (12-15) betätigt wird bzw. werden.