DE8215293U1 - Kraftbetaetigte spann- und loesevorrichtung fuer schaftwerkzeuge - Google Patents

Description

Borg 4 Co. GmbH - 3 -'

Patentanwälte Dr. Loesenbeck (198O) Dipl.-Ing. Stracke Dipl.-Ing, LoesenbeH·'

^WStI. ΙΓ.4, 4Ϊ10Γ- Γ.. -·.

Kraftbetätiqte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge

Die Neuerung betrifft eine kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schäftwerkzeuge entsprechend dem Gattungsbegriff de3 Patentanspruches 1. Derartige Spann- und Lösevorrichtungen dienen dem schnellen Werkzeugwechsel Von Schaftwerkzeugen wie beispielsweise Bohrern, Fräsern und dergleichen. Einer der Einoatzbereiche derartiger Vorrichtungen sind Werkzeugmaschinen. Dort werden derartige Vorrichtungen in die das Werkzeug aufnehmsnden Arbeitespindeln der Werkzeugmaschine eingebaut. Der vorgesehene Kupplungsmechanismus Verbindet üblicherweise formschlüssig den Werkzeugschaft: mit der in der Arbeitsspindel oder dem sonstigen Vorrichtungsgehäuse geführten Zugstange und dient auch zur übertragung der Spannkraft. Die Spannkraft wird dabei von einer Federung, meist einem Tellerfederpaket, aufgebracht, das sich einerseits am Vorrichtungsgehäuae, gegebenenfalls auch an einer Schulter in der Arbeitsspindel, abstützt und dessen anderes Ende sich auf der Zugstange, hier üblicherweise an einer an der Zugstange gebildeten Schulter, abstützt. In der Spannstellung wird

ZO somit das Werkzeug mit der Kraft der Federung in die Vorrichtung hineingezogen. Zum Lösen im Sinne eineB schnellen Werkzeugwechsels ist es dabei dann erforderlich, die Zugstange so weit vorzuschieben, bis der Kupplungsmechanismus das Werkzeug freigibt. Hierbei muß um das gegebene Vorschub maß die Federung noch weiter zusammengedrückt werden. Dabei steigt die Federkraft über den sich aue der Spannetellung

/iV

MM ..

• · ill

Berg * Co. GmbH - 4 -

ergebenden Wert an. Als Vorschubaggregat für die Zugstange ist üblicherweise ein einfacher Druckmittelzylinder vorgesehen, der bei Einsatz der Vorrichtung im Zusammenhang mit der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine normalerweise nicht mit umläuft.

Derartige Vorrichtungen haben einen einfachen Aufbau, arbeiten im Normalfall auch zuverlässig und ermöglichen auch einen schnellen Werkzeugwechsel. Es hat sich jedoch gezeigt, daG derartige Vorrichtungen mit den heutzut-τιρ ständig wachsenden Schnittleistungen der Werkzeuge ·< der Werkzeugmaschinen Funktionsunsicherheiten mit sich bringen können. Unter Umständen können nämlich dann die vom Werkzeug aufzunehmenden Schnittkräfte unter harten Einsatzbedingungen so hoch werden, daß die die Spannkraft darstellende Kraft der Federung überwunden wird, so daß sich das Werkzeug aus der Vorrichtung dann löst. Dies führt zu Schaden am Werkzeug selbst, am Werkstück, gegebenen falls auch an der Maschine und kann eine erhebliche Gefährdung des Bedienungspersonales mit sich bringen. Dabei ist andererseits zu berücksichtigen, daß der Erhöhung der Federkraft und damit der Erhöhung der Spannkraft, um diesen Gefahren abzuhelfen, hier sehr enge Grenzen gesetzt sind. Denkt man an den Einsatz derartiger Vorrichtungen in den Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, ergibt sich, daß die Steigerung der Federkraft, und damit der Spannkraft, schon aus Platzgründen nur sehr begrenzt möglich ist. Dabei ist auch zu beachten, daß die zum Lösen erforderliche Kraft, die bei der üblichen Bauweise ja größer als die Spannkraft ist, letztendlich vom hinteren Lager der Arbeitsspindel aufgefangen werden muß, wobei aber dessen Auslegung durch

ί 'III

Berg 4 Co. GmbH " '" - 5"-"" Ό

' ■ ι· ■

seine dynamische Beanspruchung bestimmt ist. Die beschädigungsfreie Abfangung einer hohen, im Stillstand auf dieaee Lager wirkenden Lösekraft ist bei derartigen Lagern problematisch.

5 Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungagemäOen Art zu schaffen, die ea ermöglicht, ein unzeitiges Lösen des Werkzeuges bei hohen Schnittkräften zu erreichen, ohne hierzu die die Spannkraft vorgebcnrle Kraft der Federung zu vergrößern·

.in Die Lösung ergibt eich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

Der eingeschaltete Verriegelungemechanismua mit seiner mechanischen Selbsthemmung verhindert es zuverlässig, daß die Zugstange unter Schnittkraftbeaufschlagung durch dae Werkzeug gegen die Kraft der Federung ausweichen kann. Ein besonderer Vorteil besteht dabei darin, daß aufgrund dieear Ausgestaltung selbst bei einem Federbruch während dee Bearbeitungevorgtsnge8 ee nicht zu einem unzeitigen Lösen des Werkzeuges kommen kann. Der eigentliche Löeevorgang bleibt dabei einfach und im Sinne eines schnellen Werkzeugwechsels problemloa durchführbar, da die Zugstange dem Vorschubaggregat über eben den Verriegelungsmechanismue unter Aufhebung seiner Selbsthemmung vorgeschoben wird, und zwar bo weit, bis in der üblichen Weise der Kupplungemechaniemue das Werkzeug freigibt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen einer derartigen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die dort angegebenen Merkmale kennzeichnen im wesentlichen einen in

Berg & Co. GmbH - 6 -"

seinem konstruktiven Aufbau besonders einfachen und von daher funktionssicheren, sowie auch besonders kompakt bauenden und von daher problemlos in der Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine unterzubringenden konstruktiven Aufbau eines derartigen Verriogelungsmechanismus mit mechanischer Selbsthemmung.

Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Spann- und Lesevorrichtung wira nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine derartige Spann- und Lösevorrichtung, eingebaut in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, in Längsschnittdarstellung.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung im Inneren der Arbeitsspindel 1 einer Werkzeugmaschine angeordnet, so daß praktisch die Arbeitsspindel 1 das Gehäuse der Vorrichtung bildet.

Der konische Schaft 2 eines einzuspannenden Werkzeuges, der in eine entsprechend konische Aufnahme der Arbeitsspindel eingesteckt wird, trägt an seinem Ende einen abestuften zylindrischen Spannkopf 3, der seinerseits mit

I ^Ber9 & Co. GmbH - 7 - !

einem Kupplungsmechanismus zusammenwirkt, der durch eine verschieblich in der Arbeitsspindel 1 geführte Zugstange 4 betätigbar ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Kupplungs- ^ mbchanismus im wesentlichen aus einem Satz von Greifern 5, die in der Spannstellung formschlüssig mit dem Spannkopf 3 im 5inne einer Hineinziehung des Schaftes 2 in die Arbeitsspindel 1 zusammenwirken (siehe oberen Teil der Darstellung) und die in der vorgeschobenen Lösestellung radial nach außen in eine entsprechende Ausnehmung der Arbeitsspindel 1 unter Freigabe des Spannkopfes 3 ausweichen können (siehe unteren Teil der Darstellung). In das vordere Ende der Zugstange 4 ist eine Kopfschraube 6 eingeschraubt. Der hintere Bereich der Greifer 5 ist, noch unter Zwischenschaltung von einer gekonterten Gewindehülse, zwischen der Stirnfläche der Zugstange 4 und der hinteren Stirnfläche des Kopfes der Kopfschraube 6 gehalten.

Zur Erzeugung der Spannkraft ist eine Federung in Form eines Tellerfederpaketee 7 vorgesehen. Das Tellerfederpaket 7 stützt sich an seinem einen Ende gegen eine Schulter in der Arbeitsspindel 1 ab. Mit seinem anderen Ende wirkt es auf die Zugstange 4, so daß die vorgegebene Federkraft des Tellerfederpaketes 7 der Spannkraft entspricht, mit dem in der Spannstellung die Zugstange 4 über den beschriebenen Kupplungsmechanismus den Schaft 2 des Werkzeuges in die Arbeitsspindel 1 hineingezogen hält.

Zwischen dem diesbezüglichen Ende des Tellerfederpaketes 7 und der Zugstange 4 ist nun ein besonderer Verriegelungsmechanismus angeordnet, der mit einer mechanischen Selbst-

Berg & Co. GmbH - 8 -

hemmung versehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine in einem Gehäusering 8 axial verschieblich geführte Buchse 9 vorgesehen, an der sich das Tellerfederpaket 7 abstützt. An der Buchse 9 wiederum stützen sich Verriegelungssegmente 1o ab. Diese Verriegelungssegmente weisen innen und außen zwei kegelige M&ntelflächen 10a und 10b auf, die, nach außen konvergierend, einen Winkel c^bilden. Die äußeren Mantelflächen 10a der Verriegelungssegmente 10 wirken mit entsprechenden Schrägflächen des Gehäuseringes zusammen. Die inneren Mantelflächen 10b wirken mit entsprechenden Schrägflächen eines Zugbolzens 11 zusammen, der fest mit der Zugstange 4 verbunden ist. Der Winkel <& ist dabei so ausgelegt, daß die Verriegelungssegmente 10 zwischen dem Zugbolzen 11 und dem Gehäusering 8 selbsthemmend wirken.

Die Federkraft des Tellerfederpaketes 7, entsprechend der Spannkraft, wird von der Buchse 9 über die Verriegelungssegmente 10 und den Zugbolzen 11 auf die Zugstange 4 übertragen. Die Selbsthemmung der Verriegelungssegmente 2 verhindert dabei, daß die Zugstange 4 durch die vom Werkzeug aufzunehmende Schnittkraft gegen die Federkraft des Tellerfederpaketes 7 ausweichen kann. Die Selbsthemmung hält das Werkzeug dabei sogar im Falle eines Federbruches fest. Hervorzuheben ist, daß aufgrund dieser Selbsthemmung die Federkraft entsprechend der Spannkraft sogar geringer als bislang üblich bemessen werden kann, wodurch sich die statische Last des hinteren Arbeitsspindel!agers 12, dessen Auslegung durch seine dynamische Beanspruchung bestimmt wird, gering halten läßt, wobei daran zu denken ist, daß der Lösevorgang ein noch weiteres Zusammendrücken des Tellerfederpaketes 7 bedingt, die aufzunehmende Federkraft in der Lösestellung also größer ist als in der · Spannstellung.

• ·

■ ι )

Berg. & Co. GmbH - 9 -

Zum Lösen des Kupplungsmechanismusses durch Vorschieben der Zugstange 4 ist ein Vorschubaggregat in Form eines fest mit dem Spindelgehäuse 13 verbundenen Druckmittelzylinders 14 vorgesehen. Seine Kolbenstange betätigt einen Lösekolben 15, der mittels einer Feder 16 ständig an die Verriegelungssegmente 10 angedrückt gehalten wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Lösekolben 15, bevor er über die Buchse 11 als Teil des Verriegelungsmechanismusses auf die Zugstange 4 im Sinne ihres Vor-Schubes einwirkt, zunächst einen Hub H zurücklegt, bevor er auf das hintere Ende der Buchse 11 trifft, wobei er aber während des Zurücklegens dieses Hubes H bereits auf die Verriegelungssegmente 10 im Sinne der Aufhebung ihrer Selbsthemmung einwirkt. Erst nach Aufhebung dieser Selbsthemmung wird von dem Lösekolben 15, die Verriegelungssegmente 10, die Buchse 9 und der Zugbolzen 11 samt Zugstange 4 so weit vorgeschoben. daS die Greifer 5 des Kupplungsmechanismusses den Spannkopf 3 des Werkzeugschaftes freigeben. Dabei können die Verriegelungssegmente 10 längs der kegeligen Flächen radial nach innen ausweichen, wie der Vergleich der Darstellungen oberhalb der Mittellinie (Spannstellung) und unterhalb der Mittellinie (Lösestellung) zeigt. Die Verriegelungssegmente 10 können dabei in einfacher Weise aus einem drehsymmetrischen Körper gefertigt werden.

Hervorzuheben ist, daß anstelle des vorstehend beispielshalber beschriebenen Kupplungsmcchanismusses jeder beliebige andere, bekannte Kupplungsmechanismus zum formschlüssigen Erfassen und Halten des Spannkopfes des Werkzeugschaftes vorgesehen sein kann.

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1. Kraftbetätigte Spann- und Lösevorrichtung für Schaftwerkzeuge, mit einem Kupplungsmechanismus zum formschlüssigen Festlrjen und ζυτ freigeben des Werkzeugschaftes, einer mit dem Kupplungsmechanismus verbundenen, verschiebbar geführten Zugstange, einer auf die Zugstange einwirkenden Federung für die Spannkrafterzeugung und mit einem Vorschubaggregat für die Zugstange, dadurch gekenn zeichnet, daß zvvischen der Federung (7) und der Zugstange (4) ein mit einer mechanische Selbsthemmung versehener Verriegelungsmechanismus (9, 1o, 11) angeordnet ist, wobei die Zugstange (4) zugleich auch über diesen Verriegelungsmechanismus unter Aufhebung seiner Selbsthemmung von dem Vorschubaggregat (14) in Lössrichtung verschiebbar ist.

   2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der VerriegelungsaiBChanismuB eine an einem Gehäuseteil (8) axial verschieblich geführte Buchse (9) aufweist* an deren einem Ende die Federung (7) abgestützt ist, und die sich mit ihrem anderen Ende an oelbsthemmend verschieblich geführten Verriegelungssegmenten (1o) abstützt, die ihrerseits an einem mit der Zugstange (4) fest verbundenen Zugbolzen (11) geführt sind.

   Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungeaegmente (Ίο) äußere und innere kegelige Mantelflächen (10a, 10b) aufweisen, die nach außen in einem selbsthemmenden Winkel (oO) konvergieren und mit dieaen Mantelflächen

   Berg _& co. GmbH - 2 -

   einerseits an entsprechenden kegeligen Flächen des Gehäuseteiles (8) und des Zugbolzens (11) geführt sind.

   4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Buchse (9) abgewandten Ende der Verriegelungssegmente (1o) an diesem ein Lösekolben (15) federnd angedrückt gehalten ist, der durch das Vorschubaggregat (14) verschiebbar ist u>;d dem bis zur Beaufschlagung des ihm zugesandt liegenden Endes des Zugbolzens (11) ein Freihub für die Selbsthemmungsüberwindung der Verriegelungssegmente (1o) gegeben ist.