DE8912834U1

DE8912834U1 - Betätigungsvorrichtung für einen Werkzeug- oder Werkstückspanner in einer Werkzeugmaschinenspindel

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Publication number: DE8912834U1
Application number: DE8912834U
Authority: DE
Original assignee: Ott Maschinentechnik GmbH
Current assignee: Ott Maschinentechnik GmbH
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 1999-10-31

Description

Betätigungsvorrichtung fOr einen Werkzeug- oder lderkatOckspanner In einer 'ilerkzeuqmasch.inenspindel.

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für einen Werkzeug- oder Werkstückspanner in einer Werkzeugmaschinenspindel, mit einer in der Spindel unter Wirkung einer Federanordnung in Spannrichtung axial verschiebbaren Spannstange und einem zwischen der Spindel und der Spannstange angreifenden Keilgetriebe mit frei beweglichen Kugeln, die sich jeweils an drei Konusflächen abstützen, von denen die erste Konusfläche an einer auf der Spannstange unter Wirkung der Federanordnung in Spannrichtung axial verschiebbaren Spann-&iacgr;&agr; hülse, die zweite Kanusfläche an tinem mit der Spannstange verbundenen Spannring und die dritte Kanusfläche an einem gegenüber der Spindel stationär angeordneten üliderlagerring vorgesehen ist, wobei die zweite und die dritte KonusflSche so zueinander geneigt sind, daß bei Bewegung der Spannstange entgegen der Spannrichtung Selbsthemmung zwischen diesen Konusflächen und den dazwischen befindlichen Kugeln eintritt, und mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben in einer ersten Phase seines entgegen der Spannrichtung gerichteten Lösehubes zunächst auf die Spannhülse und in einer zweiten Phase auch auf einen Ringabsatz der Spannstange einwirkt.

Bei einer bekannten Betätigungsvorrichtung dieser Art (Prospekt der Firma A. Ott, Kempten, "Mit Präzision zum Erfolg, Ott-lilerkzeugspanner", Ausgabe 19B6, Seite 3) dient das Keilgetriebe dazu, beim Spannen die von der Federanordnung auf die Spannstange wirkende Kraft zu verstärken, um damit die Einzugskraft (Spannkraft) des Werkzeug- oder Werkstückspanners zu vergrößern. Außerdem dient das Keilgetriebe auch dazu, die Spannstange gegenüber der Spindel in gespanntem Zustand zu verriegeln, damit bei einem Ausfall der Federanordnung, z.B. durch Federbruch, oder auch bei entgegen der Spannrichtung auf das Werkzeug oder das

Werkstück wirkenden erhöhten Auszugskräften das vom Spanner gespannte Teil sicher gehalten wird. Die Kolben-Zylinder-Einheit dient bei dieser bekannten Betätigungsvorrichtung nicht nur zum Spannen der Federanordnung und zum Lösen der an. vorderen Ende der Spannstange angeordneten Spannzange, sondern auch zum Ausstoßen des Werkzeuges aus der Spindel. Da ein großer Teil der von der Kolben-Zylinder-Einheit aufgebrachten Kraft zum Spannen der Federanordnung gebraucht ujird, steht nur ein Teil dieser Kraft zum Ausstoßen des Werkzeuges zur Verfugung. Bei Steilkegeluierkzeugen tritt nun das Problem auf, daß sich bei hohen Spindeldrehzahlen der Aufnahmekegel der Spindel aufweitet und das ülerkzeug ' unter Wirkung der Federanordnung weiter in den Aufnahmekegel eingezogen wird. Beim Ausstoßen ist deshalb ein Schrumpfsitz zu überwinden. Außerdem werden bei hohen Spindeldrehzahlen die Kugeln durch Fliehkraft in den keilförmigen Ringspalt zwischen den Konusflächen von Widerlagerring und Spannring gedrückt und hierdurch die Einzugskraft ungewollt erhöht. Zum Ausstoßen ist dann ebenfalls eine höhere AuBstoßkraft erforderlich. Zur Erzeugung dieser hohen Ausstoßkraft ist eine entsprechend groß dimensionierte Kolben-Zylinder-Einheit und/oder hoher Betriebsdruck hierfür erforderlich. Wird eine Vergrößerung der Einzugskraft gewünscht, so ist dies nur durch Vergrößerung der Federanord- nung möglich, die wiederum auch eine Vergrößerung der Kolben-Zylinder-Einheit und/oder des Betriebsdruckes erforderlich macht. Um beim Spannen einen ausreichenden Spannhub der Spannstange zu erzeugen, ist ferner eine Federanordnung von verhältnismäßig großer Baulänge erforderlich. Außerdem ist bei dem bekannten Spanner der Spannhub durch den Durchmesser der Kugeln begrenzt, da der Spannring am Ende des Lösehubes an dem Widerlagerring anstößt. Der Spannhub ist stets etwas kleiner als der Kugeldurchmesser. Diesen kann man nicht beliebig groß wählen, da mit wachsendem Kugel-

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richtung für einen Werkzeug- oder Ulerkstückspanner in einer UJerkzeugmaschinenspindel der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei verringerter Baulänge der Federanordnung eine erhöhte Ausstoßkraft aufweist, bei der keine ungewollte Erhöhung der Einzugskraft durch Fliehkraftwirkung ein tritt und deren Spannhub unabhängig vom Kugeldurchmesser , ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß an dem Widerlagerring in einem zwischen der dritten Konusfläche und der Federanordnung liegenden Bereich desselben eine vierte Kanusfläche vorgesehen ist, die gegenüber der Spannstangenachse entgegengesetzt zur dritten Kanusfläche geneigt ist und die sich zur Federanordnung hin konisch erweitert, derart, daß sich die Kugeln zu Beginn des von der Federanordnung bewirkten Spannhubes an der vierten Konusfläche abstützen und wegübersetzend auf den Spannring einwirken, in einer zweiten Phase des Spannhubes sich an der dritten Konusfläche abstützen und kraftverstärkend auf den Spann-/" 25 ring einwirken und in einer letzten Phase des entgegengesetzt gerichteten Lösehubes sich wieder an der vierten Konusfläche abstützen und kraftverstMrkend auf die Spannhülse in Richtung der Federanordnung einwirken, und daß der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit mit einem den Spannring konzentrisch umgebenden, im Bereich der Kugeln vorgesehenen Lösering über eine wegabhängig wirkende Verriegelungseinrichtung lösbar verbunden ist, die während einer ersten Phase des Lösehubes des Kolbens diesen axial schubfest mit

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dem Lösering verriegelt und megabgängig diese Verriegelung löst, kurz bevor die Kugeln die radial engste Stelle der dritten KonusFläche erreicht haben und zu diesem Zeitpunkt der Kolben bzw. ein Fortsatz desselben am Ringabsatz der Spannstange anliegt.

Bei der neuen Betätigungsvorrichtung tritt zu Beginn des von der Federanordnung bewirkten Spannhubes eine Wegübersetzung ein. Dies hat den Vorteil, daß in der ersten Phase des Werkzeug- oder üJerkstückeinzuges, in der nur sehr geringe Kräfte benötigt werden, mit wenig Federweg der gewünschte Einzugsuieg der Spannstange erreicht wird. Der geringere Federuieg erfordert weniger Federlänge und man kann damit die axiale Länge der Federanordnung bis zur

Hälfte der sonst üblichen axialen Länge verringern. Da

sich in der letzten Phase des entgegengesetzt gerichteten Lösehubes die Kugeln wieder an der vierten Konusfläche abstützen und kraftverstärkend auf die Spannhülse in Richtung der Federanordnung einwirken, wird zum Spannen der

Federanordnung in der letzten Phase des Lösehubes nur

noch ein kleiner Teil der Kolbenkraft benötigt. Durch den geringeren Kraftbedarf zur Vorspannung der Federanordnung verbleibt mehr Kolbenkraft zum Ausstoßen des Werkzeuges. Ferner kann bei der neuen Betätigungsvorrichtung die drit te Kanusfläche in einem verhältnismäßig kleinen Neigungs winkel gegenüber der Spannstangenachse geneigt sein. Dies hat zur Folge, daß Fliehkräfte, die bei hohen Drehzahlen auf die Kugeln einwirken, nur eine geringe Axialkraft auf den Spannring erzeugen, die gegenüber der von der Federan- Ordnung erzeugten Axialkraft unwesentlich ist und größten teils durch Reibung aufgezehrt wird. Infolgedessen tritt auch keine ungewollte Erhöhung der Einzugskraft ein. Ferner ist der Spannhub der Spannstange unabhängig vom Durchmesser der Kugeln, da der SpannringauBendurchmesser kleiner Bein

kann als der Innendurchmesser des üliderlagerringes an dessen engster Stelle. Infolgedessen ist der Hub der Spannstange nicht begrenzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines kompletten Uerkzeugspanners, Figur 2 einen Teillängsschnitt eines ersten Ausf ilhrungsbei-

spieles der Betätigungseinrichtung, oben am Ende des Spannhubes, unten am Ende des Lösehubes,

Figur 3 zwei verschiedene Zuiischenstellungen der in Figur 2 gezeigten Betätigungsvorrichtung uährend des Lösehubes,

Figur U einen Teillängsschnitt eines zuleiten Ausführungsbei-2D spieles,

Figur 5 einen Teillängsschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles der Betätigungseinrichtung, oben am Ende des Spannhubes, unten am Ende des Lösehubes,

Figur 6 einen Teillängsschnitt eines vierten Ausführungsbeispieles der Betätigungsvorrichtung, oben am Ende des

Spannhubes, unten am Ende des Lösehubes,

Figur 7 einen Teillängsschnitt eines fünften Ausführungsbeispieles der Betätigungsvorrichtung, oben am Ende des Spannhubes, unten am Ende des Lösehubes. 30

In Figur 1 ist ein kompletter Uierkzeugspanner 1 dargestellt, der in eine üJerkzeugmaschinenspindel 2 eingebaut ist. In der oberen Hälfte der Figur 1 ist der üJerkzeugspanner 1 in seiner Lösestellung, in der unteren Hälfte in seiner Spannstel-

-S-

lung gezeigt. Die Spannstange 3 ist in Richtung ihrer Achse A axial gegenüber der Spindel verschiebbar und trägt an ihrem werkzeugseitigen Ende eine Spannzange if, die beispielsweise an dem Anzugsbolzen 5 eines Werkzeuges mit

Steilkegelschaft 6 angreift. Es ist ferner ein in die

Spindel 2 fest einschraubbares Zylindergehäuse 7 vorgesehen, welches eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit einem in dem Zylinder 7a verschiebbaren Kolben &bgr; enthält. In dem Zylindergehäuse 7 ist ferner ein Keilgetriebe 9 angeordnet, dessen Aufbau und Wirkungsweise nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Spannstange 3 ist ferner "-» von einer Federanordnung 11 umgeben, die aus einer Vielzahl von Tellerfedern besteht. Die Federanordnung 11 stützt sich einerseits an einem Absatz 2a der Spindel 2 und andererseits an einer auf der Spannstange 3 axial verschiebbaren Spannhülse 10 ab. Mit der Zugstange 3 ist ein Spannring 12 fest verbunden, der zweckmäßig mit der Zugstange 3 aus einem Teil besteht. An einem Ringabsatz Ib des Zylindergehäuses 7 stützt sich ein fest in das Zylin dergehäuse 7 eingebauter üJiderlagerring 13 ab. Das Keilge triebe 9 weist mehrere frei bewegliche Kugeln Ik auf, die sich jeweils an drei Konusflächen abstützen. Eine erste Konusfläche 15 ist an der Spannhülse 10 vorgesehen. Die zweite Konusfläche 16 ist an dem Spannring 12 angeordnet. j 25 Der liliderlagerring 13 weist die dritte KonusflMche 17 auf. An dem LJiderlagerring 13 ist in einem zwischen der dritten Konusfläche 17 und der Federanordnung 11 liegenden bereich derselben eine vierte Konusfläche 1B vorgesehen, die gegenüber der Spannstangenachse A entgegengesetzt zur dritten Konusfläche geneigt ist. Diese vierte Konusfläche 18 erweitert sich zur Federanordnunq 11 hin.

Die zweite Konusfläche 16 und die dritte Kcnusfläche 17 sind so zueinander geneigt, daß bei Bewegung der Spannstange 3 entgegengesetzt zur Spannrichtung S zwischen diesen Konusflächen 16, 17 und den dazwischen befindli chen Kugeln 1U Selbsthemmung auftritt. Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die zweite Kanusfläche 16 in einem Neigungswinkel S von etwa U5° und die dritte Konusfläche 17 in einem Neigungswinkel &bgr; van etwa 30° gegenüber der Spannstangenachse A geneigt. Der Neigungswinkel &bgr; der dritten Konusfläche

gegenüber der Spannstangenachse A ist kleiner als der r Neigungswinkel oC der vierten Konusfläche 18 gegenüber

der Spannstangenachse A. Die erste Konusfläche 15 und die vierte Konusfläche 18 sollten so zueinander geneigt sein, daß beim Spannhub der Spannhülse 10 in Richtung S keine Selbsthemmung zwischen diesen Konusflächen 15, 18 und den dazwischen befindlichen Kugeln 1*t eintritt. Der Neigungswinkel tf der ersten Konusfläche 15 gegenüber der Spannstangenachse A beträgt bei den gezeigten Ausführungs beispielen etwa 75°, während die vierte Konusfläche 18 einen Neigungswinkel oC von etwa if5° mit der Zugstangenachse A einschließt.

Ferner sollte der Neigungswinkel &bgr; der dritten Konus-(^ 25 fläche 17 gegenüber der Spannstangenachse A im Bereich der engsten Stelle 13a des Uiderlagerringes 13 in Richtung zur Federanordnung hin abnehmen, was durch eine Abrundung zwischen den beiden Konusflächen 17, 18 erreicht wird. Durch die Verkleinerung des Neigungswinkels &bgr; zur engsten Stelle 13a hin, wird erreicht, daß in diesem Bereich die Selbsthemmung zwischen der zweiten Konusfläche 16 und der dritten Konusfläche 17 sowie den dazwischen befindlichen Kugeln 1U aufgehoben iet.

•••J.·', .; I f

Um einen vom Durchmesser der Kugeln 1i» unabhängigen Spannhub zu erreichen, ist es zweckmäßig, uienn der Außendurchmesser D des Spannringes 12 kleiner ist als der Innendurchmesser D1 des Uliderlagerringes 13 an dessen radial engsten Stelle 13a. Infolgedessen kann der Spannring 12, &ohgr;ie es in Figur 2 unten dargestellt ist, beim Lösehub durch den üiiderlagerring 13 axial hindurchtreten.

Durch die in Figur k dargestellte Ausführungsform kann man den Spannhub der Spannstange 3 beliebig groß gestalten. Bei dieser Ausführungsfarm ueist der Üiiderlagerring 13' f zwischen der dritten lüiderlagerflache 17 und der vierten

UiderlagerfISche 1&THgr; eine ZylinderflMche 19 auf. deren Achse mit der Spannstangenachse A zusammenfällt. Durch Verlängerung der axialen Länge a dieser Zylinderflache 16 kann man den Spannhub der Zugstange 3 entsprechend verlängern.

Da bei Bewegung der Spannstange 3 entgegen der Spannrichtung S Selbsthemmung zwischen den Kanusflächen 16, 17 und den dazwischen befindlichen Kugeln Ik eintrit, könnte die Spannstange 3 mit ihrem Spannring 12 beim Lösehub nicht entgegen der Spannrichtung S nach links verschoben werden. Aus diesem Grund ist im Bereich der Kugeln Tt ein Lösering &igr; 25 20 erforderlich, der über eine wegabhängig wirkende Verriegelungseinrichtung 21, 22, 23, 2*4, wie sie in den Figuren 2, 5, 6 und 7 dargestellt und nachfolgend noch näher bechrieben ist, mit dem Kolben &thgr; lösbar verbunden ist. Diese V/erriegelungsvorrichtungen wirken jeweils so, daß in einer ersten Phase des Lösehubes des Kolbens B dieser axial schubfest mit dem Lösering 20 verriegelt ist und diese Verriegelung wegabhängig gelöst wird, kurz bevor die Kugeln Ik beim Lösehub die radial engste Stelle 17a der dritten Konusfläche 17 erreicht haben.

Bevor nun die in den Figuren 2, 5, 6 und 7 dargestellten verschiedenen Verriegelungsvorrichtungen 21, 22, 23 und 2k nMher erläutert werden, soll zunächst die allgemeine Wirkungsweise der Betätigungsvorrichtung anhand der Figuren 1-3 beschrieben werden.

Am Ende des Lösehubes der Betätigungsvorrichtung und des Ausstoßhubes der Spannstange 3 befinden sich die Teile in der in Figur 2 unten und Figur 1 oben dargestellten Position. Um das Werkzeug in die Spindel 2 einzuziehen wird der im Zylinder 7a herrschande Druck aufgehoben. Unter Wirkung der Federanordnung 11 wird die Spannhülse in Spannrichtung S nach rechts verschoben. Durch die vierte Kanusfläche 18 des Uiderlagerringes 13 uerden die Kugeln bei Bewegung der Spannhülse 10 nach rechts radial nach innen gedrückt und drücken auf die erste Kanusfläche des Spannringes 12. Hierdurch findet eine Wegübersetzung in der Weise statt, daß der Spannring 12 um einen größeren bieg nach rechts verschoben wird als die Spannhülse 10, wodurch sich der axiale Abstand zwischen der Spannhülse und dem Spannring 12 vergrößert. Dieses Verhalten hat den Vorteil, daß in der ersten Phase des Werkzeugeinzuges, in der nur sehr geringe Kräfte benötigt werden, mit wenig Federweg der gewünschte große Einzugsweg der Spannstange t 25 erreicht wird. Infolge des geringeren Federweges kann die axiale Länge der Federanordnung 11 gegenüber bekannten liierkzeugspannern etwa auf die Hälfte verringert werden.

Sobald die Kugeln lh die engste Stelle 13a des bliderlagerringes 13 erreicht haben, liegt keine Wegübersetzung mehr vor. Spannhülse 10 und Spannring 12 werden auf einer Länge, die der axialen Länge der engsten Stelle 13a entspricht, gemeinsam mit gleichen Weglängen nach rechts verschoben. Bei dem in Figur k dargestellten Ausführungsbeispiel ent-

spricht diese lileglänge der axialen Länge a der Zylinderfläche 19. Mit der Lgnge a dieser Zylinderfläche ist ohne Veränderung der Übersetzungsverhältnisse und ohne Veränderung der Durchmesser der Kugeln 1t» die Verwirklichung auch groGer Spannhübe der Spannstange 3 möglich, tüenn die Kugeln so weit nach rechts gedrückt sind, daS sie sich an der dritten Konusfläche 17 abstützen, erfolgt eine Kraftübersetzung. Die Kugeln IU werden durch die Konusfläche 15 der Spannhülse 10 in den sich zum Kolben &thgr; verengenden Ringspa.lt zwischen den Konusflächen 16 und 17 gedrückt. Der Uerkzeugschaft wird nunmehr mit einer Spannkraft, die ein Mehrfaches der Kraft der Federanordnung 11 ist, in den Aufnahmekegel 2b der Spindel eingezogen. Am Ende des Spannhubes nehmen die Teile die in Figur 2 oben und Figur 1 unten dargestellte Lage ein. Infolge der Selbsthemmung zwischen den Konusflächen 16, 17 und den dazwischen befindlichen Kugeln 1t» kann das Werkzeug auch bei Kräften, die ein Mehrfaches der Spannkraft erreichen, nicht entgegen der Spannrichtung S aus dem Aufnahmekegel 2b herausge-

2Q zogen werden.

Zum Werkzeugwechsel wird der Zylinder 7a mit Druck beaufschlagt. Unter diesem Druck wird der Kalben &bgr; nach links gedrückt. Der Lösering 20 ist über die Verriegelungsein richtung 21 schubfest mit dem Kolben B verbunden und kommt an den Kugeln 1t» zur Anlage, Der Lösering 20 drückt die Kugeln 1t» nach links und schiebt somit die Spannhülse 10 ebenfalls nach links, wodurch die Federanordnung 11 gespannt wird. Bevor nun der weitere Lösehub beschrieben wird, soll zunächst die Verriegelungseinrichtung 21 erläutert werden.

Der Lösering 20 ist in einer axial gerichteten Ringnut 25 in einem axialen Fortsatz 26 des Kolbens entgegen der Kraft einer in der Ringnut 25 angeordneten Feder axial verschiebbar. Im Lösering 20 sind mehrere RadialbDhrungen 28 vorge- sehen, die in V/erriegelungsstellung von Lösering 20 und Kolbenfortsatz 26 mit Radialbohrungen 29 im Fortsatz 26 fluchten. In jeder Radialbohrung 29 des Kalbenfortsatzes 26 ist ein Steuerstift 30 und in jeder Radialbohrung 28 des Läseringes 20 ein Sperrstift 31 angeordnet. Der Sperrstift 31 ist durch eine Druckfeder 32 radial nach außen belastet. Hierdurch greift der Sperrstift 31 in V/erriegelungsstellung f teilweise auch in die Radialbohrung 29 des Kalbenfortsatzes

26 ein. Der Lösering 20 und der Kolbenfortsatz 26 sind damit über die Sperrstifte 31 schubfest miteinander verbun- den. Die Steuerstifte 30 stützen sich während einer ersten Phase des Lösehubes an der Wandung des Zylinders 7a ab. An dem üJiderlagerring 13 ist ferner eine konische Steuerfläche 33 vorgesehen.

In der ersten Phase des nach links gerichteten Lösehubes des Kolbens 8 ist der Lösering 20 durch die Sperrstife 31 fest mit dem Kalbenfortsatz 26 verriegelt. Während der ersten Phase des Lösehubes wirkt damit die Kolbenkraft alleine auf den Lösering 20 ein, der die Kugeln 1U vor

/ 25 sich herschiebt. Der Kolben 8 nähert sich dem Spannring 12 und kommt schließlich an dessen Ringabsatz 12a zur Anlage. Während der zweiten Phase des Lösehubes wird nunmehr sowohl der Lösering 20, über den noch der größte Teil der Kalbenkraft fließt, als auch die Spannstange 3, jeweils um den gleichen Betrag nach links geschoben. Am Ende der zweiten Phase des Lösehubes, kurz bevor die Kugeln &Igr;*» die engste Stelle 13a des üJiderlagerringes 13 erreicht haben, kommen die Kugeln 1*t in den abgerundeten Bereich 18a der Konusfläche 18. In diesem Bereich liegt keine Selbsthemmung

mehr vor. Zu diesem Zeitpunkt kommt auch die Konusfläche Mieder zur Anlage an den Kugeln IU und es wechselt die Kraftübertragung der Kolbenkraft von dem Lösering 20 auf den Spannring 12. Hierdurch wird die Verriegelungseinrich tung 21 entlastet. Das Ende der zweiten Phase des Löse hubes ist in Figur 3 oben dargestellt. In dieser Phase werden die Steuerstifte 30 durch die Steuerfläche 33 radial nach innen gedrückt und drücken hierdurch die Sperrstifte 31 aus den Radialbohrungen 29 des Kolbenfortsatzes 26. Die

Verriegelung zwischen Läsering 20 und Kolbenfortsatz 26

wird hiermit gelöst. Wenn die Kugeln 1U die engste Stelle ^ 13a des tüiderlagerringes passiert haben, kommen sie an der

vierten Konusfläche 18 zur Anlage. Durch die Konusfläche 16 des Spannringes 12 werden die Kugeln 1&Iacgr; in den sich keil förmig verjüngenden Ringspalt zwischen den KnnusflMchen 1B und 15 gedrückt. Es erfolgt eine Kraftverstärkung und die Spannhülse 10 wird nunmehr unter üJirkung dieser Kraftverstärkung noch weiter nach links gegen die Federanordnung gedrückt. Dies ist in Figur 3 unten dargestellt. Infolge der Kraftverstärkung wird nur noch ein geringer Anteil der Kolbenkraft für die Vorspannung der Federanordnung 11 benötigt. Es steht daher zum Ausstoßen des Werkzeuges nahezu die gesamte Kolbenkraft zur V/erfügung. Diese Kolbenkraft drückt über den Ringabsatz 12a auf die Kolbenstange 3 und /'" 25 der Zangenhalter Ua, der sich nunmehr gemäß Figur 1 oben in Anlage an dem Anzugsbolzen 5 befindet, drückt das Uerkzeug mit hoher Ausstoßkraft aus dem Aufnahmekegel 2b. Während dieser letzten Phase des Lösehubes bewegen sich die Kugeln 1i» auf den Konusflächen 16 und 18 radial nach außen.

Sie drücken dabei den entriegelten Lösering 20 entgegen der Kraft der Feder 27 in die Ringnut 25 des Kolbenfortsatzes 26. Denn beim anschließenden Spannhub der Druck im Zylinder 7a aufgehoben wird, dann drückt die Feder 27 den Kolben 8

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allmählich nach rechts, so daß bei weiterer Bewegung der Teile nach rechts die Sperrstifte 31 wieder in die Radialbohrungen 29 des Kolbenfortsatzes 26 eintreten und damit die zum Lösen erforderliche Verriegelung zwischen Lösering 20 und Kalbenfortsatz 26 wieder herstellen.

Die in den Figuren 5-7 dargestellten Ausführungsformen der Betätigungsvorrichtung unterscheiden sich nur durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Verriegelungsvor richtungen 22, 23 und 2k von dem vorhergehend beschriebe nen AusfUhrungsbeispiel. Die vorhergehende Beschreibung /~\ der Funktion der Betätigungsvorrichtung gemäß den Figuren

1-3 trifft daher sinngemäß auch auf die in den Figuren 5-7 dargestellten Ausführungsbeispiele zu. Aus diesem Grund sind Teile gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dem in Figur 5 dargestellten AusfUhrungsbeispiel weist der Lösering 20 an seiner dem Kolben &thgr; zugekehrten Seite mehrere achsparallele Führungsbolzen 3k auf, die in achsparallelen Führungsbohrungen 35 des KolbenfDrtsatzes 26 verschiebbar geführt sind. Jeder dieser Führungsbolzen 3k ist mit einer Ringnut 3i*a versehen. An der dem Lösering zugekehrten Stirnseite des Kalbenfortsatzes 26 ist ein ^ 25 geschlitzter, radial nach außen federnder Sperring 36 angeordnet. Dieser Sperring 36 weist im Bereich jedes Führungsbolzens 3k eine Durchgangsbohrung 37 auf, durch die sich der jeweilige Führungsbolzen hindurch erstreckt. Der Sperring 36 weist ferner an seinem Außenumfang eine mit der Steuerfläche 33 am lüiderlagerring 13 zusammenwirkende Steuerkante 36a auf. In den Führungsbohrungen 35 sind ferner Druckfedern 38 vorgesehen. Ferner ist auch zwischen dem Kalbenfortsatz und dem Spannring 12 eine Druckfeder 39 angeordnet.

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Zu Beginn des nach links gerichteten Lösehubes des Kolbens &thgr; ist der Lösering 20 über die Verriegelungseinrichtung 22 schubfest verbunden. Der geschlitzte Sperring 36 wird durch seine Vorspannung radial nach außen gedruckt und greift in die Ringnuten 3Ua der Führungsstifte 3U ein. Bei der Bewegung des Kolbens B nach links kommt die Steuerkante 36a auch in den Bereich der Steuerfläc-he 33, wodurch der Federring 36 entgegen seiner radialen Vorspannung radial nach innen gedruckt uird. Hierdurch uiird der Sperring 36 aus den Ringnuten 3Ua gedruckt. Sobald seine Durchgangsbohrungen 37 mit den Führungsbohrungen 35 fluchten, ist die Verriegelung aufgehoben und der Lösering 2D kann sich nunmehr entgegen der Kraft der kleinen Druckfedern 3B zum Kalbenfortsatz 26 hin verschieben. Die Druckfeder 39, die sich am Kolbenfortsatz 26 abstützt, schiebt den Spannring 12 nach links, so daß seine Konusfläche 16 ständig in Kontakt mit den Kugeln 1U bleibt, jedoch ohne eine nennenswerte Kraft auf sie auszuüben. Die kleinen Druckfedern 3B sorgen dafür, daß der Lösering 20 während des Spannhubes wieder in seine Verriegelungsstellung gelangt, in welcher der Sperring 36 wieder in die Ringnuten 3Ua der Führungsstifte 3U einrastet.

Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Lösering 20 in axialen Schlitzen desselben mehrere axial gerichtete, durch Blattfedern UO belastete, doppelarmige Sperrklinken U1 um Achsen U2 schwenkbar gelagert. Der eine Arm U1a jeder Sperrklinke U1 dient zur Verriegelung des Löseringes 20 gegenüber dem Kolben B, während der andere Arm U1b mit einer Steuerfläche zusammenwirkt. Diese Steuerfläche wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die dritte Konusfläche 17 des Diderlagerringes 13 gebildet. In Verriegelungsstellung stützen sich die Sperrklinken U1 mit ihren Armen U1a an dem Kolben B ab, wodurch letzterer

schubfest mit dem Lösering 2G verbunden wird. Die Druckfeder 39 hat die gleiche Funktion wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Sie hält den Spannring 12 in ständigem Kontakt mit den Kugeln Ik, ohne jedoch eine

nennenswerte Kraft auf sie auszuüben. Sobald die Kugeln Ik in der Nähe der engsten Stelle 13a des Uliderlagerringes 13 sind, kommen die Arme U1b an der Konusfläche 17 zur Anlage, wodurch sie radial nach innen gedruckt und hierdurch die Arme kl radial nach außen geschwenkt werden. Die Verriege-

1Q lung uiird hierdurch gelöst. Die Blattfedern kQ sorgen dafür, daß während des Spannhubes die aperrklinken wieder

• in ihre Sperrstellung zurückgeschwenkt werden. Während des

Spannhubes sorgt die Druckfeder 39 dafür, daß der Kolben sich wieder vom Spannring 12 entfernt und damit die Sperr klinken *+1 wieder in ihre Sperrstellung gelangen können.

Bei dem in Figur 7 dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist der Lösering 20 an einem axialen, ringförmigen Fortsatz 26 des Kolbens &thgr; axial verschiebbar gelagert. In dem Fortsatz 26 sind mehrere Radialbohrungen <+3 mit darin angeord neten Sperrkugeln kk vorgesehen. Diese Sperrkugeln kk greifen in Verriegelungsstellung in eine Ringnut k5 am Lösering 20 sin. Es ist ferner ein zum Fortsatz 26 konzentrischer, durch eine schwache Druckfeder kS belasteter { 25 Steuerring kl vorgesehen. Dieser Steuerring kl drückt die Sperrkugeln kk zunächst radial nach außen in die Ringnuten k5, wodurch der Lösering 20 schubfest mit dem Kolbenfortsatz 26 verriegelt ist. Eine Druckfeder 39 zwischen dem Kolben B und dem Spannring 12 hat die bei den vorhergehenden Ausführunysbeispielen beschriebene Funktion.

Beim Lösehub des Kolbens B nach links werden die Kugeln *\k wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen durch den Lösering 20 aus der Selbsthemmung nach links gedrückt.

Sobald die Kugeln 1U kurz uor der radial engsten Stelle 13a des lüiderlagerringes 13 sind, stößt der Steuerring Ul an dem Ringabsatz 12a des Spannringes 12 an. Im weiteren Verlauf uiird der Steuerring Ul in die Ausnehmung UB des Kalbens B gedrückt. Er gibt damit die Sperrkugeln Uk frei und diese können in den Radialbohrungen U3 radial nach innen gleiten. Auf diese Ideise wird die Verbindung zwischen Lösering 20 und Kolben 8 gelöst. Der Kolbenfortsatz 26 kommt gn dem Ringabsatz 12a zur Anlage und drückt dann, uiie bei den vorhergehend beschriebenen AusführungabEispielen, den Spannring 12 und damit die Zugstange 3 nach links.

ülMhrend des Spannhubes drückt die Druckfeder 39 den Spannring 12 und den Kolben &thgr; wieder auseinander. Der Lösering 20 wird hierbei durch einen an ihm angeordneten, radial nach innen gerichteten Ringabsatz 20a und durch einen am Spannring 12 vorgesehenen Ringabsatz 12b festgehalten. Sobald der Kolben B wieder seine in Figur 7 oben dargestellte Endlage erreicht hat, drückt der Steuerring Ul die Sperr kugel Uh wieder in die Ringnut k5 des Löseringes 20 und stellt damit die Verriegelung wieder her.

Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform der Verriegelungseinrichtung 2h könnte auch dahingehend abgewandelt werden, daß der Kolbenfortsatz den Lösering 20 konzentrisch umgibt und daß der Steuerring dann als radial öußerster Ring den Kolbenfortsatz 26 konzentrisch umgibt. In diesem Fall würde dann der üJiderlagerring 13 als Anschlag für den Steuerring Ul dienen.

Claims

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Ansprüche

1. Betätigungsvorrichtung für einen Werkzeug- oder Werkstückspanner in einer Werkzeugmaschinenspindel, mit einer in der Spindel unter Wirkung einer Federanordnung in Spannrichtung axial verschiebbaren Spannstange und einem zwischen der Spindel und der Spannstange angreifenden Keilgetriebe mit frei beweglichen Kugeln, die sich jeweils an drei Konusflächen abstützen, von denen die erste Konusfläche an einer auf der Spannstange unter Wirkung der Federanordnung in Spannrich-

/-, io tung axial verschiebbaren Spannhülse, die zweite Konusfläche an einem mit der Spann&tange verbundenen Spannring und die dritte Kanusfläche an einem gegenüber der Spindel stationär angeordneten Widerlagerring vorgesehen ist_f wobei die zweite und die dritte Konusfläche so zueinander geneigt sind, daß bei Bewegung der Spannstange entgegen der Spannrichtung Selbsthemmung zwischen diesen Kanusflächen und den dazwischen befindlichen Kugeln eintritt, und mit einer Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben in einer ersten Phase seines entgegen der Spannrichtung gerichteten Lösehubes zunächst auf die Spannhülse und in einer zweiten Phase auch auf einen Ringabsatz der Spannstange einwirkt, dadurch gekennzeich-( &igr; net, daß an dem Widerlagerring (13) in einem zwischen

der dritten Konusfläche (17) und der Federanordnung (11) liegenden Bereich desselben eine vierte Konusfläche (18) vorgesehen ist, die gegenüber der Spannstangenachse (A) entgegengesetzt zur dritten Konusfläche (17) geneigt ist und die sich zur Federanordnung (11) hin konisch erweitert, derart, daß sich die Kugeln (Ht) zu Beginn des von der Federanordnung (11) bewirkten Spannhubee der

Spannhülse (10) an der vierten Konusfläche (18) abstützen und wegübersetzend auf den Spannring (12) einwirken,

in einer zweiten Phase des Spannhubes sich an der dritten Kanusfläche (17) abstützen und krafVerstärkend auf den Spannring (12) einwirken und in einer letzten Phase des entgegengesetzt gerichteten Läsehubes sich wieder an der vierten Konusfläche (1&THgr;) abstützen und kraftverstärkend auf die Spannhülse (10) in Richtung der Federanordnung (11) einwirken, und daß der Kolben (8) der Kolben-Zylinder-Eir.hei t mit einem den Spannring (12) konzentrisch umgebenden, im Bereich der Kugeln (1U) vorgesehenen Lösering (20) über eine uiegabhängig wirkende Verriegelungseinrichtung (21 bis 2k) lösbar verbunden ist, die während einer ersten Phase des Lösehubes des Kolbens (&THgr;) diesen axial schubfest mit dem Lösering (20) verriegelt und wegabhängig diese Uerriegelung löst, kurz bevor die Kugeln <1&Oacgr; die radial engste Stelle (17a) der dritten KonusflMche (17) erreicht haben und zu diesem Zeitpunkt der Kolben (B') bzw. ein Fortsatz (26) desselben am Ringabsatz (12a) der Spannstange (3) anliegt.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Neigungswinkel (/3 ) der dritten Konusfläche (17) gegenüber der Spannstangenachse (A) kleiner ist als der Neigungswinkel (06 ) der vierten Konusfläche (1B) gegenüber der Spannstangenachse (A).

3. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die vierte Konusfläche (15, 1&THgr;) so zueinander geneigt sind, daß beim Spannhub der Spannhülse (10) keine Selbsthemmung zwischen diesen Konusflächen (15, 1B) und den dazwischen befindlichen Kugeln (1it) eintritt.

h. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (JT) der dritten Konusfläche (17) gegenüber der Spannstangenachse (A) im Bereich der radial engsten Stelle (13a) des lüiderlagerringes (13) in Richtung zur Federanordnung (11) hin abnimmt, so, daß in diesem Bereich die Selbsthemmung zwischen der zweiten und der dritten Konusfläche (16, 17) und den dazwischen befindlichen Kugeln (1U) aufgehoben ist.

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5. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorher- _r gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der

*- LJiderlagerring (13¹) zwischen der dritten und der vierten Konusfläche (17, 18) eine Zylinderfläche (19) aufweist, deren Achse mit der Spannstangenachse (A) zusammenfällt.

6. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der AuBendurchmesser (D) des Spannringes (12) kleiner ist

als der Innendurchmesser (DD des tiliderlagerringes (13) an der radial engsten Stelle (13a).

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-/ 25 zeichnet, daß der Spannring (12) einstückig mit der

Spannstange (3) ist.

8. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung (21, 22, 23) über eine am üJiderlagerring (13) vorgesehene Steuerfläche (33) entriegelbar ist.

9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch &thgr;, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerfläche durch die dritte Kanusfläche (17) gebildet ist.

10. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösering (20) in einer axial gerichteten Ringnut (25) in einem axialen Fortsatz (26) des Kolbens (8) entgegen der Kraft einer Feder (27) axial verschiebbar ist und daß im Lösering (2G) und im Kolbenfortsatz (26) mehrere in Verriegelungsstellung beider Teile (20, 26) jeweils miteinander fluchtende Radialbohrungen (28, 29) vorgesehen sind, wobei in jeder Radialbohrung (29) des Kolbenfortsatzes (26) ein Steuerstift (30) und in jeder Radialbohrung (28) des Löseringes (20) ein durch eine Druckfeder (32) radial nach außen belasteter Sperrstift (31) angeordnet ist, der in Verriegelungsstellung teilweise in die Radialbohrung (29) des Kolbenfortsatzes (26) eingreift. (Fig. 2, 3)

11. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (27) in der Ringnut (25) angeordnet ist.

12. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösering (20) an seiner dem Kolben (B) zugekehrten Seite mehrere achsparallele Führungsbolzen (3&Oacgr; aufweist, die in achsparallelen Führungsbahrungen (35) eines Kalbenfortsatzes (26) verschiebbar geführt sind, daß jeder Führungsbolzen (3&Oacgr; eine Ringnut (3ita) aufweist, daß an der dem Lösering (20) zugekehrten Stirnseite des Kalbenfortsatzes (26) ein geschlitzter, radial nach außen federnder Sperring (36) angeordnet ist, der im Bereich jedes Führungsbolzens (3&Oacgr; eine Durchgangsbohrung (37)

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aufweist, durch die sich der jeweilige Führungsbolzen (.3U) hindurch erstreckt, und daß der Bperring (36) an seinem AuBenumfang eine mit der Steuerfläche (33) zusammenwirkende Steuerkante (36a) aufweist, derart, daB der Sperring (36) zur Verriegelung des Löseringes (20) gegenüber dem Kolben (&THgr;) durch seine radiale Vorspannung in die Ringnuten (34a) der Führungsbolzen (34) einrastbar ist. (Fig. 5)

13. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ₍x dem Kolben (&bgr;) und dem Lösering (20) mindestens eine

axial wirkende Druckfeder (27, 3&THgr;) vorgesehen ist.

"1 *&diams;. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lösering (20) mehrere axial gerichtete, federbelastete, doppelarmige Sperrklinken (41) schwenkbar gelagert sind, deren einer Arm (41a) sich zur Verriegelung des Löseringes (2D) gegenüber dem Kolben (&bgr;) an einem axialen Fortsatz (26) desselben abstützt und deren anderer Arm (41b) mit der Steuerfläche (17) zusammenwirkt. (Fig. 6)

15. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorher-( ) 25 gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB der Lösering (20) an einem axialen, ringförmigen Fortsatz (26) des Kolbens (B) axial verschiebbar gelagert ist, daß in dem Fortsatz (26) mehrere Radialbohrungen (43) mit darin angeordneten Sperrkugeln (44) vorgesehen sind, die in Verriegelungsstellung von Lösering (20) und Kolben (&THgr;) in eine Ringnut (45) des Löseringes (20) eingreifen und daß ein zum Fortsatz (26) konzentrischer, federbelasteter Steuerring (47) vorgesehen ist, der die Sperrkugeln (44) in Verriegeiungsstellung in die Ringnut (45) drückt

und sie zur Radialbeuiegung freigibt, uienn der Steuerring (i»7) nach einem Teil des Lösehubes des Kolbens (B) an einem Anschlag (12a) anstößt.

16. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der Anschlag durch den Ringabsatz (12a) der Spannstange bzu. des Spannringes (12) gebildet ist.

17. Betätigungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (8) bzui. dem Kolbenfortsatz (26) und dem Spannring (12) eine Druckfeder (39) angeordnet ist.