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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindel für Werkzeuge,
insbesondere für
Werkzeugmaschinen oder Zentren zur Bearbeitung von Holzpaneelen
oder ähnlichem.
In den vorgenannten Werkzeugmaschinen oder in Arbeitszentren (wie zum
Beispiel Pantographen) werden zahlreiche mobile Arbeitseinheiten
verwendet, jede enthaltend eine Spindel zur Aufnahme und für den Drehantriebs
eines Arbeitswerkzeugs, austauschbar mit Hilfe von Schnellwechselvorrichtungen
für das
Werkzeug.
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Heute
sind Elektrospindeln (wir beziehen uns auf diese Lösung, welche
normalerweise angewandt wird) aus einem äusseren Körper gebildet, versehen mit
einer internen rotierenden Achse, in welche ein konischer Sitz zur
stabilen Aufnahme einer mit einem Arbeitswerkzeug versehenen Schaftes eingearbeitet
ist.
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Die
rotierende Achse ist axial hohl, um eine axial gleitende Verbindungsstange
zur Befestigung und Freigabe des Schaftes von dem Sitz aufzunehmen.
Diese Stange ist von Steuermitteln, normalerweise mit Druckluft,
auf solche Weise abhängig,
dass sie sich zwischen einer angehobenen Position, in welcher sie
die Verbindung zwischen dem Schaft und der entsprechenden Achse
beibehält,
und einer gesenkten Position, in welcher die vorgenannten Elemente
freigegeben wer den können,
verschieben kann. Diese Positionen bestimmen das Öffnen oder Schliessen
einer Gruppe von Zangen, die am Ende der Stange vorhanden sind,
welche an dem entsprechend geformten Ende die Befestigung oder die
Freigabe des Schaftes erlauben.
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Diese
Art von Lösung,
die für
lange Zeit benutzt wurde, ist ausgesprochen praktisch und zuverlässig (auch
für den
Schnellwechsel der Werkzeuge), enthält aber einige Nachteile wegen
der ziemlich grossen Abmessung der Spindel, um alle Gruppen aufzunehmen,
die zur Übertragung
der Bewegung auf die Achse bestimmt sind, und die bei den heutigen
Maschinen oder Bearbeitungszentren mit Mehrfachspindeln nicht immer
zur Verfügung
stehen. Zusätzlich
könnten
Leistungsbegrenzungen in Bezug auf die Geschwindigkeiten der Werkzeuge
vorhanden sein, zurückzuführen auf
die grossen Durchmesser der rotierenden Achse, welche auch die Stange und
die Gruppe zur Befestigung und der Freigabe des Schaftes enthalten
muss.
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Zum
Versuch, die Grösse
der Spindel zu reduzieren und die Werkzeugleistung zu verbessern, ist
eine Lösung
bekannt, bei welcher der Schaft einen durchgehenden axialen Sitz
aufweist, versehen mit entsprechenden Mitteln zum drehbaren Halten
des Werkzeugs, um einen direkten Anschluss des Werkzeugs an Mittel
zur Umdrehung der Spindel (mit dem aufgenommenen Schaft) zu erlauben,
bestehend aus einer angetriebenen Achse.
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Der
Schaft ist stabil an dem Spindelkörper befestigt, ohne die Möglichkeit
sich zu drehen, und zwar dank eine Gruppe zum Greifen und zur Freigabe
des Schaftes.
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Diese
Gruppe zum Greifen und zur Freigabe des Schaftes enthält drei
Halteelemente (praktisch Haken), die an dem Spindelkörper in
der Nähe
des Endsitzes zur Aufnahme des Schaftes befestigt sind; diese Halteelemente
sind gleichmässig
am Umfang des Sitzes verteilt (praktisch um 120° voneinander). Die Elemente
können
sich zwischen einer Position von dem Schaft fort (Freigabeposition)
und einer Position dicht an dem Schaft (Greifposition) drehen. Diese
Bewegungen werden mit Hilfe eines doppeltwirkenden Zylinders erhalten,
der den Spindelkörper umgibt
und in der Lage ist, axial in beiden Richtungen zu gleiten, und
der mit Zapfen zum Betätigen
der entsprechenden Haken versehen ist: praktisch erlaubt die durch
die Zapfen eingenommene Position durch den Kontakt mit einer jeweiligen
Oberfläche
der Haken die Greif- oder Freigabeposition des Schaftes.
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Obwohl
die Lösung
im Verhältnis
zu den vorhergehenden in Bezug auf die Antriebsübertragung (direkte Achsen-Werkzeug-Verbindung)
eine Verbesserung ist, enthält
sie trotzdem Nachteile durch die wenigen Greifpunkte zwischen Spindel
und Schaft, welche für
die während
der Bearbeitungsphasen entstehenden Kräfte unzureichend sein können, und zwar
durch die Grösse,
die sich aus den notwendigen Anschlüssen der Leitungen für das unter
Druck stehende Fluid zum An trieb des äusseren Zylinders ergibt, sowie
durch die Notwendigkeit, einen Schaft mit einer umlaufenden Rille
zur Aufnahme der Haken vorzusehen.
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Zweck
der vorliegenden Erfindung ist daher, die vorgenannten Nachteile
zu vermeiden, indem eine Spindel mit einer hohen Leistung für die montierten
Werkzeuge vorgesehen wird, kombiniert mit einem hohen Grad an Sicherheit
der Spindel-Schaft-Werkzeugverbindungen in jedem Betriebszustand,
während
eine hohe Geschwindigkeit des Greifens und der Freigabe der Schäfte beibehalten
wird, wenn diese automatisch gewechselt werden.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist eine Spindel für Werkzeuge zur Bearbeitung
von Holzpaneelen oder ähnlichem
in entsprechenden Arbeitszentren vorgesehen, enthaltend einen Aufnahmekörper für eine angetriebene
Achse, die an ein Werkzeug angeschlossen werden kann, das drehbar
in einem entsprechenden Schaft aufgenommen ist; der Schaft kann
in einem entsprechenden Sitz, erhalten an einem Ende des Körpers, befestigt
und darin ohne die Möglichkeit
des Drehens blockiert werden, und zwar durch entsprechende Greif-
und Freigabemittel, positioniert am Ende des Aufnahmekörpers und
dieses selbst sowie den Sitz für
den Schaft beschreibend; diese Mittel enthalten ein erstes zylindrisches Element,
welches einen Abschnitt des Schaftes umgibt; eine Anzahl von kugelförmigen Körpern zum
Sichern des Schaftes, die gleichmässig entlang von dessen Umfang
verteilt und dazu bestimmt sind, sich zwischen den Schaft und ein
zweites zylindrisches Anschlagelement einzufügen, sowie Mittel zum Halten
der beiden zylindrischen Elemente und zum axialen Antrieb in beiden
Richtungen des ersten zylindrischen Elementes zwischen einer zurückgezogenen Betriebsposition
zum Greifen des Schaftes und einer vorgeschobenen Betriebsposition
zur Freigabe des Schaftes, entsprechend einer gleichzeitigen radialen Bewegung
der Anzahl von kugelförmigen
Körpern fort
von dem Abschnitt des Schaftes, und zwar durch ein schräges Profil,
das an der inneren Oberfläche des
zweiten zylindrischen Elementes erhalten ist.
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Die
technischen Merkmale der Erfindung, in Übereinstimmung mit den vorgenannten
Ansprüchen,
können
klar aus dem Inhalt der anhängenden Ansprüche ersehen
werden, und ihre Vorteile gehen deutlicher aus der nachstehenden
detaillierten Beschreibung hervor, ausgeführt unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen, die rein als ein nicht begrenzendes Beispiel
eine Ausführung
zeigen, von welchen:
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1 in
einer Seitenansicht eine Spindel für Werkzeuge zur Bearbeitung
von Holzpaneelen nach der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einigen Teilen
entfernt, um andere besser hervorzuheben;
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2 zeigt
die Spindel aus 1 in einem teilweise ausgeführten Längsschnitt
und mit Schaft und Werkzeug in derselben Spindel aufgenommen.
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Unter
Bezugnahme auf die Abbildungen der beiliegenden Zeichnungen, insbesondere
auf die 1 und 2, wird
die betreffende Spindel für Werkzeuge
insbesondere in Maschinen und/oder Arbeitszentren zur Bearbeitung
von Holzpaneelen oder ähnlichem
benutzt.
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Diese
Spindel, insgesamt mit der Nummer 1 bezeichnet, enthält im wesentlichen
einen Aufnahmekörper
für eine
angetriebene Welle 2 (nachstehend besser beschrieben),
die sich axial in dem Körper
erstreckt und dazu bestimmt ist, an ein Werkzeug 3 angeschlossen
zu werden (welches unterschiedlicher Art sein kann, je nach den
Anforderungen der Maschine), und in der Lage ist, sich in einem
entsprechenden Schaft 4 zu drehen.
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Dieser
Schaft 4 ist in dem vorliegenden Falle mit einem durchgehenden
axialen Sitz 4a und mit entsprechenden Lagern 4b, 4c zur
Umdrehung des Werkzeugs 3 versehen. Der Schaft 4 kann
in einem entsprechenden Sitz 1s befestigt werden, erhalten an
einem Ende 1a des Körpers,
und ist dort blockierbar ohne die Möglichkeit des Drehens, und
zwar durch entsprechende Greif- und Freigabemittel 5.
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Das
Greifen und die Freigabe des Schaftes 4 erfolgt an einem
Ende 4d des Schaftes 4, das entsprechend mit einer
Auswölbung
geformt ist und als Greifbereich für die vorgenannten Mittel 5 dient.
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Wie
deutlich die 1 und 2 zeigen, sind
die vorgenannten Greif- und Freigabemittel 5 an dem obengenann ten
Ende 1a des Aufnahmekörpers positioniert
und beschreiben dieses wie auch den Sitz 1s zur Aufnahme
des Schaftes 4. Genauer gesagt bilden in dem hier rein
als Beispiel gezeigten Falle die genannten Greif- und Freigabemittel 5 den Körper der
Spindel 1, ausgenommen natürlich den Antriebsteil der
angetriebenen Welle 2.
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Genauer
gesagt enthalten die Greif- und Freigabemittel 5: ein erstes
zylindrisches, einen Teil des Schaftes 4 umgebendes Element 6;
eine Anzahl von kugelförmigen
Körpern 7 zum
Sichern des genannten Schaftes 4, eingesetzt zwischen dem
Schaft 4 und einem zylindrischen Anschlagelement 9,
und Mittel 10 zum Halten der beiden zylindrischen Elemente 6 und 9 und
zum Aktivieren des ersten zylindrischen Elementes 6, um
die Positionen des Greifens und der Freigabe des Schaftes 4 zu
erlauben.
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Das
erste zylindrische Element 6 ist innen hohl, um in seinem
Inneren das Durchführen
der angetriebenen Welle 2 zu ermöglichen, und ist weiter mit
einer Anzahl von Sitzen 8 zur Aufnahme der entsprechenden
kugelförmigen
Körper 7 versehen,
welche gleichmässig
entlang dem Umfang des ersten zylindrischen Elementes 6 auf
solche Weise verteilt sind, dass sie das Zwischensetzen der vorgenannten kugelförmigen Körper 7 zwischen
den Schaft 4 und das zweite zylindrische Anschlagelement 9 erlauben.
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Die
vorgenannten Mittel 10 ermöglichen einen axialen Antrieb
des ersten zylindrischen Elementes 6 in beiden Rich tungen
(s. Pfeil F in 2) zwischen einer zurückgezogenen
Betriebsposition des Greifens des Schaftes 4 (gezeigt in
den 1 und 2) und einer vorgeschobenen
Betriebsposition der Freigabe des Schaftes 4 bei gleichzeitiger
radialer Bewegung der Anzahl von kugelförmigen Körpern 7 fort von dem
Abschnitt des Schaftes 4 (s. Pfeil F1 in 2),
dank eines schrägen
Profils 11, das an der inneren Oberfläche des zweiten zylindrischen Elementes 9 erhalten
ist.
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Dieses
zweite zylindrische Element 9 ist stabil den vorgenannten
Halte- und Antriebsmitteln 10 zugeordnet und hat das vorgenannte
schräge
interne Profil 11, das zwei geradlinige Oberflächen 11a und 11b von
unterschiedlichen Durchmessern miteinander verbindet und in der
Lage ist, beim Übergang
aus der zurückgezogenen
Greifposition in die vorgeschobene Freigabeposition des Schaftes 4 den
Verschiebebereich für
die Anzahl der kugelförmigen
Körper 7 zu
beschreiben.
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Das
zweite zylindrische Element 9 dient ebenfalls als Bezug
für die
Aufnahme des Schaftes 4, da es einen hervorstehenden Teil 9a aufweist,
der einen Positionieranschlag für
den Schaft 4 bildet, welcher mit einer entsprechenden Anschlagfläche 4e versehen
ist.
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Die
vorgenannten Halte- und Anschlagmittel 10 enthalten einen äusseren
zylindrischen Körper 12, der
eine Kammer 13 für
den Durchlass eines Fluids beschreibt, die das erste zy lindrische
Element 6 und teilweise das vorgenannte zweite zylindrische
Element 9 umgibt, welches stabil mit dem zylindrischen Körper 12 verbunden
ist.
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In
der obengenannten Durchlasskammer 13 ist ein ringförmiger Kolben 14 zum
Führen
und Aktivieren des ersten zylindrischen Elementes 6 angeordnet,
um auf einen Befehl hin die Betätigung
von äusseren
Mitteln (hier nicht gezeigt) zum Einströmen des Fluids in die Kammer 13,
und jeweils die zurückgezogene
Greifposition und die vorgeschobene Freigabeposition des Schaftes 4 zu
erlauben.
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2 zeigt,
dass der ringförmige
Kolben 14 zwischen dem Kolben 14 und einer Wand
des genannten zylindrischen Körpers 12 eingesetzte
Federmittel 15 enthält,
dazu bestimmt, bei Fehlen von Fluid stets den Rücklauf des ersten zylindrischen
Elementes 6 in die vorgenannte zurückgezogene Betriebsposition
zu erlauben: praktisch sind die Mittel 10 ein einfachwirkender
Zylinder, welcher den Hauptkörper der
Spindel 1 beschreibt, zusammen mit den beiden, den Aufnahmesitz
des Schaftes 4 bildenden zylindrischen Elementen 6 und 9.
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Nochmals
die 2 betrachtend, enthält die angetriebene Welle 2 eine
Antriebswelle 2m, angeschlossen an einen Antrieb M (s.
auch 1), auf welche ein glockenförmiger Körper 15a zur Aufnahme
von Schnellkupplungsmitteln 16 aufgekeilt ist, die zwischen
der Welle 3a des vorgenannten Werkzeugs 3 und
der Antriebswelle 2m wirken.
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Die
Schnellkupplungsmittel 16 enthalten eine verzahnte Oberfläche 17,
erhalten an dem offenen Ende des glockenförmigen Körpers 15a und im Eingriff
mit einem verzahnten Profil 18a eines Kranzes 18 mit
einem doppelt verzahnten Profil stehend.
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Der
Kranz 18 ist beiderseitig an dem glockenförmigen Körper 15a gesichert
und kann mit seinem zweiten Profil 18b in einen verzahnten
Ring 19 greifen, der entsprechend der Aufnahme desselben Werkzeugs 3 mit
dem Schaft 4 in der Spindel 1 starr mit dem inneren
Ende der Welle 3a des Werkzeugs 3 verbunden ist.
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Der
vorgenannte Kranz 18 mit dem doppelt verzahnten Profil
ist an dem glockenförmigen
Körper 15a gehalten,
und zwar auf einer Seite durch eine dem glockenförmigen Körper 15a zugeordnete
ringförmige
Dichtung 20 und auf der anderen durch eine Feder 21,
die zwischen dem Kranz 18 und einer unteren Fläche 22 des
glockenförmigen
Körpers 15a eingesetzt
ist: auf diese Weise ist es möglich,
eine axiale Gleitbewegung in beiden Richtungen zu erhalten, insbesondere
in Richtung des Bodens des glockenförmigen Körpers 15a selbst,
um Brüche
der verzahnten Profile während
des Anschliessens der Welle 3a des Werkzeugs 3 zu
vermeiden.
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Die
Nummer 23 in 2 bezeichnet Fühlermittel
zum Erfassen der Position des ersten zylindrischen Elementes 6,
zugeordnet dem äusseren
zylindrischen Körper 12 und
dazu bestimmt, wenigstens eine zurückgezogene Endposition des
Hubes des ersten zylindrischen Elementes 6 festzulegen.
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Bei
dem rein als ein nicht begrenzendes Beispiel gezeigten Falle sind
die Fühlermittel 23 mechanischer
Art und enthalten einen Anschlagzapfen 24, der radial im
Verhältnis
zu dem ersten zylindrischen Element 6 positioniert ist,
mit einer Endwand 25 des ersten zylindrischen Elementes 6.
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Daher
erlaubt die oben beschriebene Spindel 1 praktisch, durch
die Aktivierung des Kolbens 14 einen Schaft 4 mit
einem Werkzeug 3 aufzunehmen, unter Einströmen des
Fluids in das Innere der Kammer 13 auf solche Weise, dass
das erste zylindrische Element 6 in die genannte vorgeschobene
Freigabeposition gebracht wird. An diesem Punkt kann der Schaft 4 mit
dem Werkzeug 3 in dem durch die beiden zylindrischen Elemente 6 und 9 beschriebenen Sitz 1s aufgenommen
werden, und zwar bis zu dem Punkt, an welchem die vorgenannte Auswölbung 4d des
Schaftes 4 sich über
den Bereich hinaus bewegt, in dem sich die kugelförmigen Körper 7 des
ersten zylindrischen Elementes 6 befinden. Anschliessend wird
Luft aus der Kammer 13 abgelassen, um die Rückwärtsbewegung
des ersten zylindrischen Elementes 6 und gleichzeitig das
entsprechende Greifen der kugelförmigen
Körper 7 an
der Oberfläche
des Schaftes 4 zu erlauben, bis der Schaft 4 vollkommen aufgenommen
ist, auch bestimmt durch den Anschlag zwischen dem Schaft 4 und
dem hervorstehenden Ende 9a des zweiten zylindrischen Elemen tes 9.
Diese Aufnahme ermöglicht
gleichzeitig den Eingriff zwischen der angetriebenen Welle 2 und
der Welle 3a des Werkzeugs 3. Die Freigabe des
Schaftes 4 erfolgt natürlich
durch erneute Eingabe von Luft in die Kammer 13 und erlaubt
das Vorschieben des ersten zylindrischen Elementes 6, welches
folglich dazu führt,
dass sich die kugelförmigen
Körper 7 von dem
Schaft 4 fort bewegen, wobei sie die vorgenannten schräge Oberfläche 11 des
zweiten zylindrischen Körpers 9 nutzen.
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Die
so ausgelegte Spindel erreicht somit die gewünschten Zwecke, und zwar durch
eine ausgesprochen einfache und sichere Struktur, erhalten mit Elementen,
welche die Grundstruktur der Spindel bilden, aber gleichzeitig auch
funktionelle Zwecke zum Greifen und zur Freigabe des Schaftes mit
dem Werkzeug erfüllen.
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Die
Kombination von Elementen, so wie die beiden zylindrischen Elemente
und der Antriebszylinder, welche die Aufgabe von Sitzen und Halterung
für den
Schaft mit dem Werkzeug in der Betriebsposition haben und gleichzeitig
eine Funktion des Greifens und der Freigabe des Schaftes, wenn das
Werkzeug schnell gewechselt werden soll, macht den Aufbau der Spindel
extrem leicht und klein, jedoch mit ausgesprochen hohen Betriebsleistungen
und mit einem hohen Grad an Sicherheit, dank einer Anzahl von Punkten,
die durch die kugelförmigen
Körper
beschrieben werden.