DE69914943T2

DE69914943T2 - Werkzeughalterbaugruppe

Info

Publication number: DE69914943T2
Application number: DE69914943T
Authority: DE
Inventors: A. Robert ERICKSON; M. William LONG
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: US6270293B2; KR20020020673A; JP2002532271A; WO2000037203A1; IL143838A0; ES2216624T3; KR100610349B1; JP4542711B2; EP1140403B1; AU2049300A; BR9917066A; ATE259686T1; AU753925B2; CA2352163C; EP1140403A1; DE69914943D1; US20010002231A1; CA2352163A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalters, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert, und auf einen Werkzeughalter, wie im Oberbegriff von Anspruch 22 definiert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Während maschinellen Bearbeitungsvorgängen, die an einem Werkstück durchgeführt werden, ist das Minimieren der Abschaltzeit einer Werkzeugmaschine in einer Produktionsumgebung für den Erfolg einer Fertigungseinrichtung entscheidend. Historisch war ein Hauptbeitrag zu einer solchen Abschaltzeit die Zeit, die erforderlich ist, um beschädigte oder verschlissene Schneidwerkzeuge auszuwechseln, die von der Werkzeugmaschine verwendet werden. Ein Schneidwerkzeug wird von einem Werkzeughalter gehalten, der typischerweise innerhalb einer Spindel oder eines Werkzeugträgerteils montiert ist. Wenn das Schneidwerkzeug ausgetauscht werden muß, wird der gesamte Werkzeughalter mit dem Schneidwerkzeug aus der Spindel entfernt. Eine Anzahl von kommerziellen Kopplungen ermöglichen ein schnelles Verbinden und Trennen des Werkzeugshalters mit und von der Spindel, um den Werkzeugauswechselprozeß zu beschleunigen. Eine solche Vorrichtung ist die "Apparatus for Holding a Toolholder Shank", beschrieben im Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4 736 659, das im Miteigentum des Anmelders der vorliegenden Anmeldung steht und das hiermit durch den Hinweis aufgenommen wird. Die in diesem Patent beschriebene Vorrichtung verwendet zwei Verriegelungskugeln, die innerhalb eines Werkzeugträgerteils radial nach außen gedrückt werden, um in Öffnungen am Schaft eines Werkzeughalters einzugreifen. Obwohl diese Anordnung effizient ist und ermöglicht, daß der Werkzeughalter in einem kurzen Ausmaß an Zeit entfernt oder an einem Werkzeugträgerteil befestigt wird, kann die Konstruktion dieser Anordnung ihre Anwendung auf Werkzeughalter mit einer Breite von einem Inch (25,4 mm) oder mehr begrenzen. Da viele industriellen Anwendungen die Verwendung eines Schneidwerkzeugs erfordern, das an einem viel kleineren Werkzeughalter montiert werden muß, existiert ein Bedarf für ein Schnellwechsel-Werkzeughaltersystem für einen Werkzeughalter mit einer Breite von weniger als einem Inch (25,4 mm).
Ein solches System muß nicht nur eine kompakte Konstruktion aufweisen, sondern ferner für ein schnelles Verbinden und Trennen des Werkzeughalters vom Werkzeugträgerteil in einer effizienten Weise sorgen, die es für die Verwendung von einer Werkzeugmaschinen-Bedienperson praktisch macht.
US-A-4 726 268 zeigt eine Spannvorrichtung zum Halten eines Werkzeughalterschafts gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 22. Die Spannvorrichtung verwendet zwei radial hin- und herbewegbare Spannbacken, die durch einen Bolzen mit Differentialgewindeabschnitten bewegt werden, welche jeweils mit einer der Spannbacken in Eingriff stehen.
Das nachstehend beschriebene System ist ein Schnellwechsel-Werkzeugausrüstungssystem, durch das ein Werkzeughalter innerhalb eines Werkzeugträgerteils unter Verwendung von einfachen Baugruppen befestigt wird, die es ermöglichen, daß die Größe des Werkzeughalters und des Werkzeughalterträgerteils gegenüber anderen kommerziell erhältlichen Schnellwechsel-Werkzeugsystemen signifikant verringert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalters, wie in Anspruch 1 definiert, und einen Werkzeughalter, wie in Anspruch 22 definiert, bereit.
Die Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalterschafts mit einer verriegelbaren Oberfläche und einer lösbaren Oberfläche umfaßt ein Werkzeugträgerteil mit einer nach vorn weisenden Oberfläche und einer Bohrung entlang einer Längsachse. Die Bohrung schneidet die nach vorn weisende Oberfläche und erstreckt sich von dieser aus rückwärtig, um den Werkzeughalterschaft aufzunehmen. Die Vorrichtung besteht auch aus einem Betätigungsbolzen, der in dem Werkzeugträgerteil angeordnet ist und zwischen einer Verriegelungs- und einer Lösestellung entlang einer Radialachse bezüglich der Längsachse hin- und herbewegbar ist, um den Werkzeughalterschaft im Werkzeugträgerteil zu verriegeln oder aus diesem auszuwerfen. Der Betätigungsbolzen besitzt ein Verriegelungssegment, das an der Verriegelungsfläche des Schafts anliegt und diese rückwärts drückt, um den Werkzeughalter im Werkzeugträgerteil zu verriegeln.
Der Werkzeughalter kann in einer Bohrung des Werkzeugträgerteils mit einer Längsachse montiert sein, von welchem eine nach vorn weisende Oberfläche innerhalb der Bohrung durch einen Betätigungsbolzen befestigt ist, der in einer Hin- und Herbewegung entlang einer Radialachse beweglich ist. Der Bolzen weist ein Lösesegment und ein Verriegelungssegment auf.
Der Werkzeughalter besteht aus einem vorderen Ende, an dem ein Schneidwerkzeug montiert ist, einem Schaft, der an eine rückwärts weisende Anlagefläche angrenzt und mit dieser verbunden ist und sich rückwärtig von dem vorderen Ende weg erstreckt. Der Schaft ist von einer verriegelbaren Durchbrechung und einer lösbaren Durchbrechung an zwei umfänglich beabstandeten Orten durchbrochen. Die verriegelbare Durchbrechung besitzt eine verriegelbare Oberfläche, die von dem Verriegelungssegment des Betätigungsbolzens rückwärts gedrückt wird, wenn der Betätigungsbolzen in einer radialen Richtung bewegt wird. Die lösbare Durchbrechung besitzt eine lösbare Oberfläche, die von der Löseoberfläche des Betätigungsbolzens vorwärts gedrückt wird, wenn der Betätigungsbolzen in eine entgegengesetzte radiale Richtung bewegt wird. Der Schaft weist einen Schlitz in einem Bereich jeweils rückwärtig zu den Durchbrechungen auf, der sich zum Ende des Schafts erstreckt, um der Betätigungsstange Zugang zu jeder der Durchbrechungen zu gestatten.
Eine Kombination zum Montieren eines Werkzeughalters in einer Bohrung in einer nach vorn weisenden Oberfläche eines Werkzeugträgerteils umfaßt einen Schaft an einem rückwärtigen Teil des Werkzeughalters, der sich rückwärtig in die Bohrung des Werkzeugträgerteils erstreckt. Der Schaft ist von einer verriegelbaren Durchbrechung und einer lösbaren Durchbrechung an zwei umfänglich beabstandeten Orten durchbrochen. An einer verriegelbaren Oberfläche in der verriegelbaren Durchbrechung kann vom Verriegelungssegment des Betätigungsbolzens angegriffen werden, um den Schaft im Werkzeughalter zu verriegeln. An einer lösbaren Oberfläche in der lösbaren Durchbrechung kann von der Löseoberfläche des Betätigungsbolzens angegriffen werden, um den Schaft aus dem Werkzeughalter auszuwerfen. Der Betätigungsbolzen weist ein Verriegelungssegment und ein Lösesegment auf, wobei der Betätigungsbolzen zwischen einer verriegelten Stellung, in der das Verriegelungssegment des Betätigungsbolzens an der verriegelbaren Oberfläche der verriegelbaren Durchbrechung des Schafts angreift, und einer gelösten Stellung, in der das Lösesegment des Betätigungsbolzens an der lösbaren Oberfläche der lösbaren Durchbrechung des Schafts angreift, hin- und herbewegbar ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Betrachtung der ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen ersichtlich, in denen gilt:
1 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Werkzeughalterbaugruppe in auseinandergezogener Anordnung;
2 ist eine zusammengesetzte perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Werkzeughalterbaugruppe;
3 ist eine Seitenansicht des Betätigungsbolzens;
4 ist eine Schnittansicht entlang Pfeilen 4-4 in 2, die die Vorrichtung in der verriegelten Stellung darstellt;
5 ist eine Schnittansicht ähnlich jener in 4, die jedoch die Anordnung mit dem Betätigungsbolzen in der angehobenen Stellung, um den Werkzeughalter aus dem Werkzeugträgerteil auszuwerfen, zeigt;
6 ist eine Schnittansicht des Werkzeughalterschafts entlang der Pfeile 6-6 in 1;
7 ist eine Draufsicht auf den Werkzeughalterschaft in 6 entlang der Pfeile 7-7;
8 ist eine Ansicht des in 6 dargestellten Werkzeughalterschafts entlang der Pfeile 8-8; und
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Werkzeughalterrohlings, der noch nicht für irgendeine spezielle Verwendung maschinell bearbeitet wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 und 2 stellen perspektivische Ansichten der vorliegenden Erfindung in einer auseinandergezogenen Anordnung bzw. einer zusammengesetzten Anordnung dar. Insgesamt besteht die Vorrichtung 10 aus einem Werkzeugträgerteil 15, einem Betätigungsbolzen 20 und einem Werkzeughalter 25 mit einem Schaft 30, der rohrförmig mit einer zylindrischen Gestalt sein kann. Die vorliegende Erfindung richtet sich jedoch auf die Befestigung des Schafts 30 im Werkzeugträgerteil 15 und daher können der Schaft 30 und die Bohrung 40 eine beliebige Anzahl von verschiedenen Gestalten (einschließlich quadratisch, rechteckig, dreieckig und trochoidisch) aufweisen, die ausreichen, um den hierin beschriebenen Betätigungsbolzen 20 aufzunehmen. Der Werkzeughalter 25 kann einen Trägerteil 26 mit einem Fach 27 zum Aufnehmen eines Schneideinsatzes (nicht dargestellt) darin aufweisen. Der Werkzeughalter 25 wird jedoch nur für Erläuterungszwecke dargestellt und, wie erörtert wird, kann der Schaft 30 der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen einer Vielfalt von Gestaltungen, die am Schaft 30 angebracht sind, verwendet werden. Der hierin verwendete Begriff Werkzeughalter sollte daher eine beliebige Gestaltung umfassen, die am Werkzeugträgerteil 15 durch den Schaft 30 befestigt wird.
Das Werkzeugträgerteil 15 weist eine nach vorn weisende Oberfläche 35 und eine Bohrung 40 entlang einer Längsachse L auf. Die Oberfläche 35 kann mit einer gegenüberliegenden rückwärtigen Anlagefläche 45 am Werkzeughalter 25 zusammenfügbar sein und die Oberflächen können unter anderen Gestalten konisch oder planar sein, um eingreifend miteinander in Kontakt zu stehen. Die Bohrung 40 erstreckt sich von der nach vorn weisenden Oberfläche 35 rückwärts, um den rohrförmigen Werkzeughalterschaft 30 des Werkzeughalters 25 aufzunehmen.
Der Betätigungsbolzen 20 ist im Werkzeugträgerteil 15 entlang einer Radialachse R1 bezüglich der Längsachse L angeordnet, um den rohrförmigen Werkzeughalterschaft 30 im Werkzeugträgerteil 15 zu verriegeln oder um den rohrförmigen Werkzeughalterschaft 30 aus dem Werkzeugträgerteil 15 auszuwerfen. Der Betätigungsbolzen 20 ist innerhalb einer Durchgangspassage 50 angeordnet, die sich durch den Werkzeugträgerteil 15 entlang der Radialachse R1 erstreckt, wodurch eine erste Öffnung 55 und eine zweite Öffnung 60 innerhalb des Werkzeugträgerteils 15 festgelegt werden, wobei die zweite Öffnung 60 der ersten Öffnung 55 diametral gegenüberliegt.
Der Betätigungsbolzen 20 ist zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Lösestellung entlang der Radialachse R1 hin- und herbewegbar. Wie erläutert wird, befestigt der Betätigungsbolzen 20 in einer Stellung den rohrförmigen Schaft 30 im Werkzeugträgerteil 15 und in einer zweiten Stellung wirft der Betätigungsbolzen 20 den rohrförmigen Schaft 30 aus dem Werkzeugträgerteil 15 aus.
Obwohl andere Konstruktionen zum Hin- und Herbewegen des Betätigungsbolzens 20 entlang der Radialachse R1 zur Verfügung stehen, weist in der in 1 dargestellten Anordnung die erste Öffnung 55 einen ersten Öffnungsdurchmesser D1 mit Gewinden 63 auf, die mit Gewinden 64 auf der Außenseite eines Verriegelungsflanschs 65 des Betätigungsbolzens 20 passend in Eingriff stehen. Der Verriegelungsflansch 65 weist denselben Durchmesser D1 auf. In dieser Weise ist der Betätigungsbolzen 20 entlang der Radialachse R1 durch Drehung des Betätigungsbolzens 20 in der entsprechenden Richtung hin- und herbewegbar. Die zweite Öffnung 60 weist einen zweiten Öffnungsdurchmesser D2 auf, der den Löseflansch 70 am Betätigungsbolzen 20 derart aufnimmt, daß die erste Öffnung 55 und die zweite Öffnung 60 dazu wirken, für einen Halt für den Betätigungsbolzen 20 innerhalb des Werkzeugträgerteils 15 zu sorgen. Wie in 1 dargestellt, kann ferner ein Teil des Schafts 30 entfernt sein, um eine obere Oberfläche 32 am Schaft 30 vorzusehen. Dies verkleinert das Profil des Schafts 30, was ermöglicht, daß sich der Verriegelungsflansch 65 innerhalb der Durchgangspassage 50 weiter nach unten bewegt, wenn sich der Schaft 30 in der Bohrung 40 befindet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, daß sowohl der Verriegelungsflansch 65 als auch die erste Öffnung 55 eine größere Tiefe aufweisen, was wiederum eine größere Anzahl von aktiven Gewinden 63, 64 zwischen dem Verriegelungsflansch 65 und der ersten Öffnung 55 ermöglicht, während dieselbe Gewindesteigung aufrechterhalten wird. Mit einer größeren Anzahl von aktiven Gewinden 63, 64 kann der Betätigungsbolzen 20 höhere Lasten entlang der Radialachse R1 besser tolerieren. Die auseinandergezogene Anordnung in 1 ist in 2 zusammengesetzt dargestellt.
Wenn man die Aufmerksamkeit auf den Betätigungsbolzen 20 lenkt, der in 3 dargestellt ist, weist der Betätigungsbolzen 20 ein allgemeines Aussehen einer Sanduhr auf und besteht aus einem Schaft 75 mit einem ersten Ende 77 und einem zweiten Ende 80, die separat mit dem Schaft 75 verbunden sein können oder ein einteiliges Stück bilden können. Im Betätigungsbolzenkopf 85 erstreckt sich ein hexagonaler Hohlraum 90, um ein Werkzeug zum Drehen des Betätigungsbolzens 20 aufzunehmen. Als Alternative wäre eine beliebige Gestaltung, die ein Werkzeug zum Drehen des Betätigungsbolzens 20 aufnehmen würde, annehmbar und solche Gestaltungen sind Fachleuten der Konstruktion von Drehspannvorrichtungen gut bekannt.
Von besonderem Interesse bei dem Betätigungsbolzen 20 sind der Verriegelungsflansch 65 und der Löseflansch 70. Der Verriegelungsflansch 65 weist ein Verriegelungssegment 95 mit einer Keiloberfläche 100, die sich um den Umfang des Betätigungsbolzens 20 erstreckt, auf. Für Erörterungszwecke wird der in 3 dargestellte Bolzen als eine vordere Bolzenhälfte 110 und eine hintere Bolzenhälfte 115 aufweisend bezeichnet, wie durch Pfeile in 1 und 3 dargestellt. Wenn der Betätigungsbolzen 20 in der Abwärtsrichtung verschoben wird, greift die Keiloberfläche 100 des Verriegelungssegments 95, die sich an der hinteren Hälfte 115 des Betätigungsbolzens 20 befindet, an dem rohrförmigen Schaft 30 (nicht dargestellt) an und drückt ihn in die Rückwärtsrichtung. Andererseits weist der Löseflansch 70 am zweiten Ende 80 des Betätigungsbolzens 20 ein Lösesegment 120 mit einer Keiloberfläche 125 auf, die sich um den Umfang des Betätigungsbolzens 20 erstreckt. Die Keiloberfläche 125 greift am rohrförmigen Schaft 30 entlang der vorderen Hälfte 110 des Betätigungsbolzens 20 an, um den rohrförmigen Schaft 30 (nicht dargestellt) aus dem Werkzeugträgerteil 15 zu drücken.
4 stellt einen Querschnitt der Vorrichtung entlang der Pfeile "4-4" in 2 im verriegelten Zustand dar. Der rohrförmige Schaft 30 des Werkzeughalters 25 wird in die Bohrung 40 des Werkzeugträgerteils 15 eingesetzt. Der Betätigungsbolzen 20 wird nach unten, wie durch den Pfeil DN angegeben, in die Durchgangspassage 50 bewegt, so daß die Keiloberfläche 100 eine verriegelbare Oberfläche 130 um eine verriegelbare Durchbrechung 135 im rohrförmigen Schaft 30 des Werkzeughalters 25 berührt. Wie in 4 dargestellt, ist der rohrförmige Schaft 30 im Bereich der Keiloberfläche 100 des Verriegelungssegments 95 an der vorderen Hälfte 110 des Betätigungsbolzens 20 mit einem ausreichenden Freiraum C1 versehen, um einen Kontakt mit dem Verriegelungssegment 95 zu vermeiden. In dieser Weise tritt der gesamte Kontakt zwischen dem Schaft 30 und dem Betätigungsbolzen 20 an der hinteren Hälfte 115 des Betätigungsbolzens 30 auf, wodurch eine Zurückziehkraft am Schaft 30 in der Bohrung 40 des Werkzeugträgerteils 15 bereitgestellt wird.
5 stellt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung in der gelösten Stellung dar, in der der Betätigungsbolzen 20 den rohrförmigen Schaft 30 aus dem Werkzeugträgerteil 15 auswirft. In diesem Fall wird der Betätigungsbolzen 20 nach oben bewegt, wie durch den Pfeil UP angegeben, und der Löseflansch 70 greift am Schaft 30 an, um den Werkzeughalter 25 aus dem Werkzeugträgerteil 15 auszuwerfen. Insbesondere wird die Keiloberfläche 125 des Lösesegments 120 gegen eine lösbare Oberfläche 140 in einer lösbaren Durchbrechung 145 des rohrförmigen Schafts 30 nach oben bewegt. Im Gegensatz zum Verriegelungssegment 95, das am Schaft 30 an der hinteren Hälfte 115 des Betätigungsbolzens 20 angreift, greift das Lösesegment 120 an der lösbaren Oberfläche 140 an der vorderen Hälfte 110 des Betätigungsbolzens 20 an. Dadurch wirken die durch den Betätigungsbolzen 20 erzeugten Kräfte zum Auswerfen des rohrförmigen Schafts 30 aus dem Werkzeugträgerteil 15. Ein ausreichender Freiraum C2 ist zwischen dem Schaft 30 und dem Lösesegment 120 an der hinteren Hälfte 115 des Betätigungsbolzens 20 vorgesehen, so daß kein Kontakt zwischen der Keiloberfläche 125 des Lösesegments 120 und dem Schaft 30 an der hinteren Hälfte 115 des Betätigungsbolzens 20 besteht.
Wenn der Betätigungsbolzen 20 in einer Abwärtsrichtung DN (4) bewegt wird, wird in dieser Weise an der verriegelbaren Oberfläche 130 der verriegelbaren Durchbrechung 135 angegriffen, um den Schaft 30 im Werkzeugträgerteil 15 zu befestigen. Wenn andererseits der Betätigungsbolzen 20 in der Aufwärtsrichtung UP (5) bewegt wird, wird an der lösbaren Oberfläche 140 der lösbaren Durchbrechung 145 durch die Keiloberfläche 125 des Lösesegments 120 an der vorderen Hälfte 110 des Betätigungsbolzens 20 angegriffen, wodurch der Schaft 30 aus dem Werkzeugträgerteil 15 ausgeworfen wird.
6 stellt einen detaillierten Querschnitt des Schafts 30 des Werkzeughalters 25 dar. Die verriegelbare Durchbrechung 135 und die lösbare Durchbrechung 145, die auch in 7 bzw. 8 dargestellt sind, erstrecken sich entlang der Radialachse R1 derart, daß die verriegelbare Oberfläche 130, die, wie in 6 dargestellt, eine konische Form aufweisen kann, an der rückwärtigen Seite 115 der Radialachse R1 angeordnet ist und die lösbare Oberfläche 140 an der vorderen Seite 110 der Radialachse R1 angeordnet ist. Daher drückt der Betätigungsbolzen 20 den Schaft 30 nach links, wenn an der verriegelbaren Oberfläche 130 angegriffen wird, und drückt den Schaft 30 nach rechts, wenn an der lösbaren Oberfläche 140 angegriffen wird.
Es sollte beachtet werden, daß die rückwärtige Anlagefläche 45 in 6 eine konische Gestalt festlegt und in diesem Fall die nach vorn weisende Oberfläche 35 von 1 des Werkzeugträgerteils 15 eine passende konische Form 37 aufweisen würde, um einen Werkzeughalter 25 im Werkzeugträgerteil 15 aufzunehmen.
7 stellt eine Draufsicht auf den Schaft 30 entlang der Pfeile "7-7" in 6 dar. Für Erläuterungszwecke erstreckt sich die Radialachse R1 aus der Seite heraus und ist als Punkt innerhalb der verriegelbaren Durchbrechung 135 dargestellt. Eine dritte Achse R2 ist zur Radialachse R1 und zur Längsachse L senkrecht. Das Verriegelungssegment 95 des Betätigungsbolzens 20 ist in Durchsicht gezeigt. Das Verriegelungssegment 95 greift an der verriegelbaren Oberfläche 130 des Schafts 30 an, wie durch die Schraffierung CH in 7 gezeigt. Der ergriffene Teil der verriegelbaren Oberfläche 130 erstreckt sich von einem Ort, der von der Radialachse R2 des Betätigungsbolzens 20 rückwärts liegt, teilweise um die verriegelbare Durchbrechung 135 und greift an dieser an, um mit der Radialachse R2 einen Winkel C zwischen 5° und 80° zu bilden, wobei ein bevorzugter Winkel zwischen 50° und 60° liegt.
Ein Schlitz 150 erstreckt sich von der verriegelbaren Durchbrechung 135 rückwärts und erfüllt zwei Funktionen. Zuallererst erstreckt sich der Schlitz 150 vollständig durch den Schaft 30 und ermöglicht, daß der Schaft 30 um den Betätigungsbolzen 20 in das Werkzeugträgerteil 15 eingesetzt wird. Ferner ermöglicht der Schlitz 150, daß sich die Seite 155 und die Seite 160 des Schafts 30 radial nach außen aufweiten zur gleichen Zeit wie der Schaft 30 in die Rückwärtsrichtung 115 gedrückt wird, wenn das Verriegelungssegment 95 gegen die verriegelbare Oberfläche 130 des Schafts 30 gedrückt wird.
Der Bereich der verriegelbaren Durchbrechung 135 an der vorderen Hälfte 110 der Radialachse R1 ist mit einem ausreichenden Freiraum versehen, um sicherzustellen, daß das Verriegelungssegment 95 die Verriegelungsdurchbrechung 135 in einer Vorwärtsrichtung 110 von der Radialachse R1 niemals berührt. Wie vorher erwähnt, ist der Freiraumbereich C1 dafür vorgesehen.
Es sollte beachtet werden, daß die Mittellinie des Verriegelungssegments 95 zum Radius R der verriegelbaren Oberfläche 130 koaxial ist. Dies ermöglicht, daß das Verriegelungssegment 95, das konisch ist, vollständig an der verriegelbaren Oberfläche 130, die auch konisch ist, angreift. Eine solche Anordnung gestattet relativ starke Kräfte zwischen der Verriegelungsoberfläche 95 und der verriegelbaren Oberfläche 130, da die erzeugte Kraft über den Kontaktbereich zwischen zwei Oberflächen verteilt wird.
8 stellt eine Draufsicht auf den Schaft 30 von unten entlang der Pfeile "8-8" in 6 dar, wobei in die lösbare Durchbrechung 145 nach oben geblickt wird. Genau wie bei 7 wurde die Radialachse R1 als Punkt angegeben und eine dritte Achse, die mit R2 bezeichnet ist, wurde in einer zur Radialachse R1 und zur Längsachse L senkrechten Richtung ausgezogen.
Das Lösesegment 120 des Betätigungsbolzens 20 (nicht dargestellt) ist in Durchsicht dargestellt. Das Lösesegment 120 weist eine Mittellinie RP auf, die zur Radialachse R1 koaxial sein kann. Wie in 8 dargestellt, ist jedoch die Mittellinie RP der lösbaren Durchbrechung 145 um ein Ausmaß "d" nach links verschoben. Folglich berührt die konische Oberfläche des Lösesegments 120 die konische Löseoberfläche 140 entlang einer Linie, die mit der Längsachse L zusammenfällt, wie durch die dicke Kontaktlinie 170 gezeigt.
Der Zweck davon ist zweifach. Zuallererst verhindert dies das Angreifen des Lösesegments 120 an den Seiten der lösbaren Durchbrechung 145 entlang der Achse R2. Dieser Kontakt würde die Schaftseite 155 und die Schaftseite 160 vom Schlitz 152 zwischen diesen und gegen die Bohrung (nicht dargestellt) des Werkzeughalterträgerteils radial nach außen spreizen. Dies würde den Schaft gewöhnlich innerhalb der Werkzeughalterträgerteilbohrung festhalten und das Auswerfen des Schafts verhindern. Ferner ist es durch Versetzen der lösbaren Oberfläche 140 relativ zum Lösesegment 120 möglich, die Kontaktlinie 170 absichtlich zwischen diesen zwei Oberflächen direkt entlang der Längsachse L anzuordnen. Dies sorgt für eine Kraft direkt entlang der Längsachse L, um den Schaft 30 wirksam aus dem Werkzeugträgerteil 15 auszuwerfen.
Es ist möglich, daß die Mittellinie RP der lösbaren Durchbrechungen 145 zur Radialachse R1 koaxial ist. Unter solchen Umständen muß ein Freiraumbereich an der lösbaren Oberfläche 140 rückwärts von der Radialachse R2 vorhanden sein. Dies ermöglicht, daß der Betätigungsbolzen 20 auf den Schaft 30 in der Vorwärtsrichtung 110 eine Kraft ausübt in derselben Weise, wie der Betätigungsbolzen 20 auf den Schaft 30 in der Rückwärtsrichtung 115 eine Kraft ausübt, um den Schaft 30 zu befestigen.
Wenn man zu 3 und 4 zurückkehrt, bildet die Keiloberfläche 100 des Verriegelungssegments 95 einen Winkel A mit der Radialachse R1. Der Bereich des Winkels A kann zwischen 10 und 60° liegen, wobei ein bevorzugter Winkel 30° ist. Die verriegelbare Durchbrechung 135 (4) des Schafts 30 weist eine verriegelbare Oberfläche 130 auf, die denselben Winkel A zwischen der verriegelbaren Oberfläche 130 und der Radialachse R1 bildet.
Wenn man die Aufmerksamkeit auf 3 und 5 lenkt, bildet die Keiloberfläche 125 des Lösesegments 120 einen Winkel B mit der Radialachse R1. Der Winkel B kann einen Bereich zwischen 10 und 60° und einen bevorzugten Winkel von 45° aufweisen. Außerdem bildet die Löseoberfläche 140 der lösbaren Durchbrechung 145 (5) denselben Winkel B mit der Radialachse R1.
Wenn man zu 1 zurückkehrt, weisen die Keiloberfläche 100 des Verriegelungssegments 95 und die Keiloberfläche 125 des Lösesegments 120 des Betätigungsbolzens 20 in einer bevorzugten Ausführungsform eine konische Gestalt auf. Folglich sind die verriegelbare Oberfläche 130 (1 und 4) der verriegelbaren Durchbrechung 135 am Schaft 30 und die lösbare Oberfläche 140 (5) der lösbaren Durchbrechung 145 in der bevorzugten Ausführungsform auch konisch.
Wenn man zu 3 zurückkehrt, sollte beachtet werden, daß der Schaft 75 des Betätigungsbolzens 20 einen Mittelabschnitt 185 mit einem ersten Durchmesser D3 und einem zweiten Durchmesser D4 aufweist. Diese Durchmesser sind nicht gleich und entsprechen insgesamt der Weite W1 (7) des Schlitzes 150, der der verriegelbaren Durchbrechung 135 zugeordnet ist, und der Weite W2 (8) des Schlitzes 152, der der lösbaren Durchbrechung 145 zugeordnet ist. Dies sorgt für eine verwechslungssichere Anordnung, wobei der rohrförmige Schaft 30 um den Betätigungsbolzen 20 in nur einer Orientierung eingesetzt werden kann. Die Weite eines Schlitzes ist größer als die Breite des Betätigungsbolzens 20 in einem Bereich des Bolzens 20, aber geringer als die Breite des Betätigungsbolzens 20 in einem anderen Bereich des Betätigungsbolzens 20, wodurch für eine Verwechslungssicherheit zum Einsetzen des Werkzeughalterschafts 30 in die Bohrung in einer vorbestimmten Orientierung gesorgt wird.
Wie in 3 dargestellt, ist außerdem die Breite D5 des Verriegelungsflanschs 65 anders als die Breite D6 des Löseflanschs 70. Diese Durchmesser entsprechen jeweils den passenden Durchmessern D1, D2 (1) der ersten Öffnung 55 und der zweiten Öffnung 60 im Werkzeugträgerteil 15.
Wenn man kurz die Aufmerksamkeit 1 zuwendet, ist es möglich, die Bewegung des Betätigungsbolzens 20 in der Aufwärtsrichtung zu begrenzen, indem die Kante 190 bereitgestellt wird, die sich radial von der Wand der Öffnung 60 erstreckt. Eine Kante 190 greift an der Keiloberfläche 125 des Betätigungsbolzens 20 an.
Der Werkzeughalter 25 ist in 1 mit einem Fach 27 zum Aufnehmen eines Schneidwerkzeugs dargestellt. 9 stellt einen Gegenstand dar, der im allgemeinen in der Industrie insofern als Werkzeughalterrohling 200 bezeichnet wird, als der rohrförmige Schaft 30 an einer großen Masse 205 aus maschinell unbearbeitetem Material angebracht ist. Es ist in der Metallbearbeitungsindustrie üblich, mit einem Rohling dieser Art zu beginnen und den Rohling zu einer beliebigen gewünschten Gestaltung maschinell zu bearbeiten, einschließlich einer Anordnung zur Aufnahme eines Schneidwerkzeugs, wie in 1 dargestellt.
Die Möglichkeit zur maschinellen Bearbeitung eines solchen Rohlings ist jedoch unbegrenzt und es ist typisch, einen solchen Rohling zur Aufnahme eines stationären Schneidwerkzeugs, eines rotierenden Schneidwerkzeugs maschinell zu bearbeiten oder einen solchen Rohling so zu bearbeiten, daß er als Kopplung für ein Verlängerungsstück oder einen anderen Werkzeughalter wirkt. Daher sollte es selbstverständlich sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf einen Werkzeughalter am Schaft begrenzt ist, sondern auf eine beliebige Vorrichtung für Metallbearbeitungsvorgänge erweitert werden kann, welche einen Schaft 30 ähnlich zu dem in 1 dargestellten verwendet.
Obwohl der Schaft 30 und die Bohrung 40 des zugehörigen Werkzeugträgerteils 15 als rohrförmig dargestellt wurden, sollte die Erfindung nicht auf eine solche Gestalt begrenzt werden.
Obwohl diese Vorrichtung für kleine Werkzeuge ideal ist, d. h. Werkzeughalter mit einer Breite von 1 Inch (25,4 mm) oder weniger, sollte dies schließlich keine Begrenzung für die Verwendung sein und es sollte selbstverständlich sein, daß diese Vorrichtung für die Verwendung mit einem Werkzeughalter beliebiger Breite funktionsfähig wäre.

Claims

Vorrichtung zum lösbaren Halten eines Werkzeughalters (25) mit einer verriegelbaren Oberfläche und einer lösbaren Oberfläche, wobei die Vorrichtung aufweist: a) ein Werkzeugträgerteil (15) mit einer nach vorn weisenden Oberfläche (35) und einer Bohrung (40) entlang einer Längsachse (L), wobei die Bohrung die nach vorn weisende Oberfläche (35) schneidet und sich von dieser aus rückwärtig erstreckt, um den Werkzeughalter (25) aufzunehmen; und b) einen Betätigungsbolzen (20), der in dem Werkzeugträgerteil (15) angeordnet ist und zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Lösestellung entlang einer Radialachse (R1) bezüglich der Längsachse (L) hin- und herbewegbar ist, um den Schaft (30) im Werkzeugträgerteil zu verriegeln oder aus diesem auszuwerfen, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) ein Verriegelungssegment (95) besitzt, das an der Verriegelungsfläche (130) des Schaftes (30) anliegt und diese rückwärts drückt, um den Werkzeughalter (25) im Werkzeugträgerteil (15) zu verriegeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) in einer Durchgangspassage (50) angeordnet ist, die sich durch das Werkzeugträgerteil (15) entlang der Radialachse (R1) erstreckt, wodurch in dem Werkzeugträgerteil (15) ein erste und ein zweite Öffnung (55, 60) definiert sind, wobei die zweite Öffnung (60) der ersten Öffnung (55) diametral gegenüberliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (20) mit passendem Gewinde in wenigstens einer Bohrung (55, 60) sitzt, so daß eine Drehung des Bolzens in der Öffnung den Bolzen in radialer Richtung bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) an einem Ende einen Kopf (85) mit einem Hohlraum (90) besitzt, der kompatibel zu einem Werkzeug zum Drehen des Betätigungsbolzens ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungssegment (95) ein Verriegelungsflansch ist, der zu einem ersten Ende des Bolzens (20) hin angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsflansch (95) eine Verriegelungs-Keiloberfläche (100) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs-Keiloberfläche (100) des Verriegelungssegments (95) mit der Radialachse (R1) einen Winkel (A) zwischen 10° und 60° bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs-Keiloberfläche (100) des Verriegelungssegments (95) mit der Radialachse (R1) einen Winkel (A) von etwa 30° bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs-Keiloberfläche (100) konische Gestalt besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Gestalt der Verriegelungs-Keiloberfläche (100) eine Mittellinie besitzt, die koaxial zur Achse (L) des Bolzens ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) weiterhin ein Lösesegment (120) aufweist, das an der Lösefläche (140) des Schaftes (30) anliegt und dieses vorwärts drückt, um den Werkzeughalter-Schaft (30) aus dem Werkzeugträgerteil (15) auszuwerfen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösesegment (120) ein Löseflansch ist, der zu einem zweiten Ende des Bolzens (20) hin angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Löseflansch (120) eine Löse-Keiloberfläche (125) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Löse-Keiloberfläche (125) des Lösesegments (120) mit der Radialachse (R1) einen Winkel (B) zwischen 10° und 60° bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Löse-Keiloberfläche (125) des Lösesegments (120) mit der Radialachse (R1) einen Winkel (B) von etwa 45° bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Löse-Keiloberfläche (125) konische Gestalt besitzt, um einen Lösekonus bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Gestalt der Löse-Keiloberfläche (125) eine Mittellinie (RP) besitzt, die bezüglich der Achse (R1) des Betätigungsbolzens (20) versetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) einstückig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsflansch (95) und der Löseflansch (120) jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen, die mit den Durchmessern der ersten und zweiten Öffnung (55, 60) kompatibel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) einen Mittelabschnitt (185) mit zwei Durchmessern (D3, D4) unterschiedlicher Größe besitzt, um gegenüberliegende Schlitze (150, 152) von jeweils unterschiedlicher Weite (W1, W2) am Schaft (30) eines Werkzeughalters in einer Orientierung anzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (40) des Werkzeugträgerteils (15) zylindrisch ist, um einen zylindrischen Werkzeughalter-Schaft (30) aufzunehmen.
Werkzeughalter (25) zur Montage in einer Bohrung (40) eines Werkzeugträgerteils (15) mit einer Längsachse (L) und einer nach vorn weisenden Oberfläche (35), wobei der Werkzeughalter aufweist: a) ein vorderes Ende (27), an dem ein Schneidwerkzeug montiert werden kann; b) einen Schaft (30), der an eine rückwärts weisende Anlagefläche (45) angrenzt und mit dieser verbunden ist und sich rückwärtig von dem vorderen Ende weg erstreckt; und dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter geeignet ist, in der Bohrung (40) von einem entlang einer Radialachse (R1) hin- und herbewegbaren Betätigungsbolzen (20) gesichert zu werden, wobei der Bolzen (20) ein Lösesegment (120) und ein Verriegelungssegment (95) besitzt, der Schaft (30) von einer verriegelbaren Durchbrechung (135) und einer lösbaren Durchbrechung (145) an zwei umfänglich beabstandeten Orten durchbrochen ist, wobei die verriegelbare Durchbrechung (135) eine verriegelbare Oberfläche (130) besitzt, die von dem Verriegelungssegment (95) des Betätigungsbolzens (20), der entlang der Radialachse (R1) in eine Richtung bewegt wird, rückwärts gedrückt wird, und wobei die lösbare Duchbrechung (145) eine lösbare Oberfläche (140) besitzt, die von der Löseoberfläche (125) des in eine entgegengesetzte radiale Richtung bewegten Betätigungsbolzens (20) vorwärts gedrückt wird.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (30) einen Schlitz (150) in einem Bereich jeweils rückwärtig zu den Durchbrechungen (135, 145) besitzt, der sich zum Ende des Schaftes (30) erstreckt, um dem Betätigungsbolzen (20) Zugang zu jeder der Durchbrechungen (135, 145) zu gestatten.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite eines Schlitzes (150) größer ist als die Weite des Betätigungsbolzens (20) in einem Bereich, aber geringer als die Weite des Betätigungsbolzens in einem anderen Bereich des Bolzens (20), womit eine verwechslungssichere Anordnung zum Einfügen des Werkzeughalter-Schaftes (30) in die Bohrung (40) in einer vorherbestimmten Orientierung vorgesehen ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin eine rückwärtsgerichtete Anlagefläche (45) aufweist, die an das vordere Ende des Werkzeughalters angrenzt und mit diesem verbunden ist, um an der nach vorne weisenden Oberfläche (35) des Werkzeugträgerteils (25) anzuliegen.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die verriegelbare Oberfläche (130) ein Keil ist, der rückwärtig von der Mittellinie (R1) des Betätigungsbolzens angeordnet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die verriegelbare Oberfläche (130) die Gestalt eines Konus hat.
Werkzeughalter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus der verriegelbaren Oberfläche (130) eine Mittellinie besitzt, die koaxial zur Mittellinie (R1) der Verriegelungsoberfläche des Betätigungsbolzens ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus der verriegelbaren Oberfläche (130) sich teilweise um die verriegelbare Durchbrechung (135) herum erstreckt und diese von einem Ort hinter der Mittellinie des Betätigungsbolzens (R1) angreift.
Werkzeughalter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Gestalt der verriegelbaren Oberfläche (130) teilweise um die verriegelbaren Durchbrechungen (135) herum endet und diese von einem Ort hinter der Radialachse (R2) des Betätigungsbolzens (20) angreift, um mit der Radialachse (R2) einen Winkel (C) zwischen 5° bis 80° zu bilden.
Werkzeughalter nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (C) etwa 50° bis 60° beträgt.
Werkzeughalter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der verriegelbaren Durchbrechung (135), der nicht Teil der verriegelbaren Oberfläche (130) ist, von der Verriegelungsoberfläche (95) des Betätigungsbolzens (20) beabstandet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Oberfläche (140) ein Keil ist, der vor der Mittellinie (R1) des Betätigungsbolzens angeordnet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Oberfläche (140) die Gestalt eines Konus hat, um einen lösbaren Konus zu bilden.
Werkzeughalter nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Konus (140) eine Mittellinie besitzt, die koaxial zur Mittellinie der Löseoberfläche (125) des Betätigungsbolzens (20) ist und daß ein Freiraum zwischen der lösbaren Durchbrechung (145) des Schaftes (30) und der Löseoberfläche (125) des Betätigungsbolzens (20) im Bereich rückwärtig von der Mittellinie (RP) der lösbaren Durchbrechung besteht.
Werkzeughalter nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Konus (140) eine Mittellinie besitzt, die zur Mittelline der lösbaren Oberfläche des lösbaren Bolzens (20) versetzt ist, und daß ein Freiraum zwischen der verriegelbaren Durchbrechung (135) des Schaftes (30) und der Löseoberfläche (125) des Bolzens (20) im Bereich hinter der Mittellinie (RP) der lösbaren Durchbrechung besteht.
Werkzeughalter nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der lösbare Konus (140) sich teilweise um die Durchbrechung (150) herum erstreckt und diese von einem Ort hinter der Mittellinie des Betätigungsbolzens (R1) angreift.
Werkzeughalter nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Abschnitt der Durchbrechung (150) von der Verriegelungsoberfläche (95) des Betätigungsbolzens (20) beabstandet ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter-Schaft (30) zylindrisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) entlang einer Achse (R1) radial zur Längsachse (L) des Werkzeugträgerteils liegt und daß die Verriegelungsoberfläche (100) des Betätigungsbolzens (20) die verriegelbare Oberfläche (130) des Schaftes (30) in einem Bereich hinter der Radialachse (R1) angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbolzen (20) entlang einer Achse (R1) radial zur Längsachse (L) des Werkzeugträgerteils liegt und daß die Löseoberfläche (125) des Betätigungsbolzens (20) die lösbare Oberfläche (140) des Schaftes (30) in einem Bereich vor der Radialachse (R1) angreift.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter-Schaft (30) rohrförmig ist und die Bohrung (40) des Werkzeugträgerteils (15) zur Aufnahme des Schaftes (30) angepaßt ist.