DE60005394T2

DE60005394T2 - Vorrichtung mit fliehkraftspannung zwischen werkzeug und werkzeugspindel

Info

Publication number: DE60005394T2
Application number: DE60005394T
Authority: DE
Inventors: Beat Ammann
Original assignee: Ballado Investments Inc
Current assignee: Ballado Investments Inc
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP2003516239A; WO2001041957A1; US6227778B1; AU1048101A; EP1235659A1; DE60005394D1; ATE249902T1; EP1235659B1

Description

Die Erfindung betrifft das Sachgebiet der Vorrichtungen für Maschinenwerkzeuge zur maschinellen spanabhebenden Bearbeitung durch Bohren, Fräsen, Schleifen usw. durch die Drehung der das jeweilige Werkzeug tragenden Spindel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen bestehend aus einem Werkzeug und einer Spindel, wobei das Festklemmen des Werkzeuges durch die Wirkung der Zentrifugalkraft erfolgt, die auf ein Teil oder auf mehrere Teile wirkt, aus welchen die Vorrichtung zusammengesetzt ist.
Aus der GBA-944 283 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die zur Verbindung einer hohlen zylindrischen Spindel mit einem Werkzeug vorgesehen ist, dessen Dorn einen oder mehrere diametrale Einschnitte aufweist, durch die zwei oder mehr als zwei Teile des Dorns gebildet werden und die während der Drehung des Werkzeuges durch die Wirkung der Zentrifugalkraft als Klammern fungieren, die einer Biegung und radialen Ausdehnung unterworfen sind, wodurch die Teile gegen den Hohlraum der Spindel drücken und den Dorn und folglich das Werkzeug durch Reibung festklemmen.
Diese bekannte Ausbildung weist jedoch verschiedene Beschränkungen auf. Da bei der Verbindung zwischen dem Dorn und der Spindel ein sehr kleines Toleranzspiel vorhanden sein sollte, ist es erstens notwendig, sicherzustellen, dass die miteinander in Berührung kommenden Teile sehr präzise endbearbeitete Oberflächen besitzen, was zum Nachteil des resultierenden Reibungskoeffizienten ist; das heißt dass die Art von Vorrichtungen, wie sie oben beschrieben worden sind, nur bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten funktionieren, was ihre Anwendung begrenzt.
Außerdem ist zweitens die Bearbeitung der verschiedenen Teile extrem heikel und sehr kostenintensiv. Außerdem ist zu beachten, dass bei einer bekannten Vorrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, der Dorn, der unter der Wirkung der Zentrifugalkraft „konisch" deformiert wird, und folglich im Hohlraum der Spindel im wesentlichen nur gegen eine Anzahl von Punkten drückt, die einen Umfang bilden, bis eine passende Konizität in entgegengesetzter Richtung durch kostenintensives feines Schleifen hergestellt wird.
Um diese Mängel und Beschränkungen zu vermeiden, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung ersonnen, die aus einer Spindel und aus einem Werkzeug zusammengesetzt ist, deren Form, Anordnung und Anzahl Teile es möglich macht, eine Klemmreibungskraft zu erhalten, die annähernd doppelt so hoch ist wie die, die heutzutage bei gleichen Rotationsgeschwindigkeiten mit Werkzeugen des gleichen Durchmessers erreicht werden kann.
Die vom Erfinder entwickelte Lösung macht es außerdem möglich, die Rauhigkeit der Teile, die miteinander unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in Kontakt kommen, wesentlich zu erhöhen und hierdurch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die eine beachtlich weniger teuere Bearbeitung erfordert.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaften, die aus einer Spindel und einem Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zusammengesetzt ist und die durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend beschrieben, wobei es sich jedoch versteht, dass diese Ausführungsform keine Begrenzung oder Bindung in Bezug auf verschiedene andere Ausführungsformen darstellt, die auf der Basis der Lehre der anliegenden Ansprüche realisierbar sind.
Die nachfolgende Beschreibung nimmt auch Bezug auf die anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 teilweise aufgeschnitten eine Seitenansicht eines Werkzeuges gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, d. h. bei dem der Dorn in einem hohlen Rohr endet,
2 abschnittsweise längsgeschnitten eine Spindel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, in der ein zylindrisches Element angeordnet ist, das unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft radial nach außen expandieren kann, und
3 in einem vergrößerten Maßstab abgeschnitten längsgeschnitten die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestehend aus dem Werkzeug gemäß 1 und der Spindel gemäß 2, die miteinander kombiniert sind, d. h. wobei das Werkzeug gemäß 1 in die Spindel gemäß 2 eingesetzt ist.
1 zeigt ein Werkzeug 2 einer Vorrichtung 10 (siehe 3), das einen Dorn 7 besitzt, der in einem hohlzylindrischen Rohr 7e endet, dessen Dicke S einige Zehntel Millimeter beträgt.
2 zeigt die Spindel 1 einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche einen zylindrischen Hohlraum 3 aufweist, der dazu geeignet ist, zumindest einen Abschnitt des Dornes 7 des oben beschriebenen Werkzeuges 2 zu halten.
Ein zylindrisches Element 5, das am Körper der Spindel 1 (bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel durch Schraubverbindung seines Gewindeendes 11) angebracht ist, ist in den Hohlraum 3 koaxial eingesetzt.
Das Teil des zylindrischen Elementes 5, das der Fläche zugewandt ist, in die das Werkzeug 2 eingesetzt ist, besitzt einen (oder mehrere) symmetrische Abschnitte 5s, 5t, die sich in radialer Richtung nach außen biegen können, wenn die Drehung der Spindel 1 eine Zentrifugalkraft bewirkt, die auf die Abschnitte 5s, 5t wirkt.
Der Abstand D zwischen der Außenwand des zylindrischen Elementes 5 und der Innenwand 3k des zylindrischen Hohlraumes 3 ist im wesentlichen gleich der oben erwähnten Dicke S des Rohres 7e, in welchem der Dorn 7 des Werkzeuges 2 endet. Wie aus 3 ersichtlich ist, kann der Dorn 7 mit seinem Rohr 7e zwischen dem zylindrischen Element 5 und der Innenwand 3k des zylindrischen Hohlraumes 3 der Spindel 1 eingesetzt werden.
Wenn die Vorrichtung 10 auf diese Art und Weise zusammengebaut ist und sich dreht, um eine Bearbeitung auszuführen, drücken die Abschnitte 5s, 5t des zylindrischen Elementes 5, die durch die auf sie ausgeübte Zentrifugalkraft radial nach außen bewegt werden, gegen die Innenfläche des Rohres 7e des Dornes 7 des Werkzeugs 2, wodurch das Rohr 7e elastisch deformiert wird und fest haftend an der oben beschriebenen Innenwand 3k des zylindrischen Hohlraumes 3 der Spindel 1 anliegend.
In diesem Zustand wird das Werkzeug 2 durch die Wirkung der Zentrifugalkraft, verursacht durch die Reibung, die entweder zwischen dem zylindrischen Element 5 und dem Rohr 7e oder zwischen dem Rohr 7e und der Innenwand 3k des Hohlraumes 3 der Spindel 1 erzeugt wird, festgeklemmt und festgehalten. Alle anderen Dinge bleiben gleich, eine Zentrifugalkraft einer gegebenen Größe erzeugt jedoch eine im wesentlichen doppelt so große Reibung als eine bekannte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art, wie sie eingangs beschrieben worden ist.
Da zwischen dem zylindrischen Element 5 und dem Rohr 7e des Werkzeuges 2 keine extrem engen Toleranzen erforderlich sind, können ihre miteinander in Berührung kommenden Oberflächen derartig bearbeitet werden, dass eine bestimmte Rauhigkeit vorhanden ist, die den relativen Reibungskoeffizienten erhöht.
Es ist außerdem klar, wie das Rohr 7e von der Innenseite des zylindrischen Elementes 5 gedrückt wird und wie der von diesem Rohr ausgeübte Druck im wesentlichen über die gesamte zylindrische Berührungsfläche zwischen dem Rohr 7e und dem Hohlraum 3 der Spindel 1 verteilt wird.
Demzufolge werden alle diese Vorteile, die der Erfinder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen vorgeschlagen hat, tatsächlich erreicht.

Claims

Vorrichtung (10) bestehend aus einer Spindel (1) und einem Werkzeug (2) zur maschinellen spanabhebenden Bearbeitung durch Rotation, wobei die Klemmung des Werkzeuges (2) durch eine Zentrifugalkraft bewirkt wird, die auf ein Teil oder auf mehrere Teile der Vorrichtung (10) wirkt, wobei die Spindel (1) in einem zylindrischen Hohlraum (3) endet, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Hohlraumes (3) ein zylindrisches Element (5) koaxial befestigt ist, dessen dem Werkzeug (2) zugewandtes Teil einen oder mehrere diametrale Einschnitte (6) aufweist, die das Teil in zwei oder mehr als zwei symmetrische Abschnitte (5s, 5t) unterteilen, die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in radialer Richtung nach außen biegen können, und dass ein Dorn (7) des Werkzeuges (2) in einem hohlzylindrischen Rohr (7e) endet, das dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der Abschnitte (5s, 5t) des zylindrischen Elementes (5) aufzunehmen, wobei die Wand des Rohres (7e) eine Dicke (S) besitzt, die gleich ist dem Abstand (D) zwischen der Innenwand (3k) des zylindrischen Hohlraumes (3) der Spindel (1) und der Außenwand des zylindrischen Elementes (5), so dass das Werkzeug (2) während der oben erwähnten Bearbeitung durch die Wirkung der radialen Biegung der Abschnitte (5s, 5t) des zylindrischen Elementes (5) und das hierdurch bewirkte Drücken gegen die Innenfläche des hohlzylindrischen Rohres (7e), das elastisch verformt wird, so dass es an der Innenwand (3k) des zylindrischen Hohlraumes (3) der Spindel (1) haftet, festgeklemmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Werkzeug (2) in bezug auf die Spindel (1) stationär festgehalten wird, wenn diese mit einer Geschwindigkeit rotiert, die unter einem vorgegebenen Wert unter der Wirkung des Druckes liegt, der auf das Werkzeug (2) durch eine elastische Dichtung (8) ausgeübt wird, die in einer Ausnehmung (9) in der Innenwand (3k) des zylindrischen Hohlraumes (3) der Spindel(1) festgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zylindrische Element (5) im zylindrischen Hohlraum (3) der Spindel (1) durch Einschrauben seines einen Gewindeendes (11) in den Körper der Spindel (1) koaxial befestigt ist.