DE921295C

DE921295C - Mit Kraftantrieb ausgeruestete Befestigungsvorrichtung fuer ein Werkzeug mit kegeligem Schaft in der Arbeitsspindel

Info

Publication number: DE921295C
Application number: DEV612A
Authority: DE
Inventors: Charles Benjamin De Vlieg
Original assignee: VLIEG CORP DE
Current assignee: VLIEG CORP DE
Priority date: 1950-03-02
Filing date: 1950-03-02
Publication date: 1954-12-13

Description

Mit Kraftantrieb ausgerüstete Befestigungsvorrichtung für ein Werkzeug mit kegeligem Schaft in der Arbeitsspindel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um ein Werkzeug, Werkzeugfutter od. dgl. in einer Werkzeugspindel od. dgl. zu befestigen oder daraus zu lösen. Obwohl die Erfindung sich insbesondere für Maschinenwerkzeuge eignet, hat sie auch andere Anwendungsmöglichkeiten.
Bisher ist es üblich gewesen, wenn ein Arbeiter eine Maschine einrichtet, das ausgewählte Werkzeug mit der Hand in die Spindel einzufügen, so daß der Werkzeugschaft in dem in der Maschinenspindel befindlichen Lager, in der Ausbohrung u. dgl. aufgenommen wird. Manchmal, wenn z. B. die Aufnahmebohrung in der Spindel und der Werkzeugschaft den bekannten Morseanzug haben, bedarf es keiner besonderen Mittel, das Werkzeug in der Spindel zu halten, man braucht nur den Werkzeugschaft kräftig in die Spindelbohrung hineinzudrücken. Der dazu erforderliche Kraftaufwand ist für den einzelnen Arbeiter und entsprechend den jeweiligen Umständen sehr unterschiedlich. Wird das Werkzeug zu kräftig hineingetrieben, so kann es sich in der Bohrung derart verkeilen, daß es nur mit erheblicher Kraft mit dem üblichen Treibstift und mit Hammerschlägen hinauszutreiben ist.
Bei anderen bekannten Verschlüssen wird ein Verbindungsbolzen benutzt, der an einem Ende in das Werkzeug eingeschraubt und von Hand mittels eines am anderen Ende angebrachten Schraubenziehers festgezogen wird. Auch das ergibt Unterschiedlichkeit hinsichtlich Kraft und Heftigkeit beim Ein- und Austreiben des Werkzeuges. Es gibt auch flüssigkeitsdruckbediente Mittel zur Verriegelung des Werkzeuges in der Werkzeugaufnahmeöffnung. Im allgemeinen haben diese älteren Einrichtungen nicht zufriedenstellend gearbeitet, da auch bei ihnen vielfach erhebliche Schwierigkeiten aufgetreten sind, wenn das Werkzeug aus der Spindel wieder entfernt werden soll. Sehr häufig hat sich das Werkzeug so dicht in der Werkzeugbohrung verkeilt, daß es von Hand nicht leicht entfernt werden kann. In den meisten Fällen muß man mit einem Hammer seitlich auf die Spindel schlagen, damit sich das Werkzeug löst und aus der Spindel entfernt werden kann.
Um die im vorstehenden angeführten Nachteile zu beseitigen, hat man bereits vorgeschlagen, eine ein Einspannen und Lösen des Werkzeuges bewirkende Stange, die innerhalb der Spindel verschraubbar ist, durch einen Elektromotor antreiben zu lassen. Die Kupplung zwischen dem die Verschlußvorrichtung betätigenden Motor und der Stange wird dabei von Hand eingerückt.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, derartige mit Kraftantrieb versehene Verschlußvorrichtungen zu verbessern und ihre Bedienung zu vereinfachen und vor allem die zum Ein- und Ausspannen benötigte Zeit herabzusetzen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kupplung im Antrieb des Verschlußmechanismus selbsttätig beim Einschalten des den Verschluß betätigenden Motors eingerückt wird.
Als Kupplung wird vorzugsweise eine Zahn- oder Klauenkupplung verwendet, deren wirksame Zahnflächen so ausgebildet sind, daß das treibende und das getriebene Kupplungsglied sowohl bei Beginn des Einspannvorganges als auch bei Beginn des Lösevorganges schlagartig in Eingriff kommen.
Das automatische Einrücken der Zahnkupplung wird vorzugsweise durch eine konzentrisch zum treibenden Glied der Zahnkupplung angeordnete Fliehkraftkupplung erreicht, deren treibender Kupplungsteil mit radial beweglichen, kugelförmigen Fliehkörpern versehen ist, die unter dem Einfluß ihrer Fliehkraft gegen eine konische Fläche des getriebenen Kupplungsteiles gedrückt werden und diesen Teil axial verschieben, wodurch ein Einrücken der Zahnkupplung bewirkt wird.
Mit der erfindungsgemäßen, beim Inbetriebsetzen des Motors automatisch wirkenden Verschlußvorrichtung wird mit gleichbleibender Genauigkeit ein einwandfreies Einspannen und Lösen des Werkzeugen in verhältnismäßig sehr kurzer Zeit, beispielsweise in 1,5 Sekunden oder weniger als i Sekunde, bewerkstelligt.
Weitere Merkmaie und Vorteile der erfindungsgemäßen Werkzeugspannvorrichtung ergeben sich aus dem folgenden Teil der Beschreibung, in dem ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen beschrieben wird.
Fig. i ist ein Aufriß einer Waagerechtbohrmaschine, bei der die Erfindung angewendet ist; Fig. z ist ein Teilschnitt der Spindel in ihrer Längsachse und zeigt die gegenseitige Lage der Teile, wenn man beginnt, das Werkzeug in die Futterbohrung einzusetzen; Fig.3 ist ein größerer Teil eines Aufrisses des Spindelkopfes, wobei Teile entfernt sind, um die Einzelheiten der Werkzeugbefestigungsvorrichtung erkennen zu lassen; die Figur zeigt auch die Teile einer Kupplung in ausgerückter Stellung; Fig. 4 ist ein Teilschnitt ähnlich Fig. 3 und zeigt die Kupplungsteile in eingerückter Stellung; Fig. 5 zeigt schaubildlich einen auf Fliehkraft anspielenden Mechanismus, in seine Teile zerlegt; Fig. 6 ist Teildarstellung der Werkzeugbefestigung, wobei Teile des Spindelkopfes weggeschnitten sind, um die Einzelheiten eines Schlittens für den Spindel- und Werkzeugverriegelmechanismus zu zeigen; Fig.7 ist eine Queransicht mit Schnitt im wesentlichen nach der Linie 7-7 von Fig. 4. und zeigt die Kupplungszähne; Fig. 8 ist eine Ansicht in Pfeilrichtung 8-8 der Fig. 7.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt den Befestigungsmechanismus für das Werkzeug in Anwendung auf eine Werkzeugmaschine, die sowohl für Fräs- als auch für Bohrarbeiten bestimmt ist und im allgemeinen als Waagerechtbohrmaschine bekannt ist. Selbstverständlich kann die Befestigungsvorrichtung auch für viele andere Verwendungen in Betracht kommen, ist also ganz allgemein dort anwendbar, wo man wünscht, Verspannung und Lösen oder selbsttätige Verspannung und Lösen zusammenwirkender Teile nach Art der vorliegenden Erfindung zu bewirken.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zusammenwirkenden Teile eine Spindel 12 und ein Schneidwerkzeug. Im wesentlichen umfaßt die Befestigungsvorrichtung für das Werkzeug eine Verbindungsstange 13, die in und außer Eingriff mit einer Gewindebohrung 14 des Schaftes 16 eines Werkzeuges 17 bringbar ist. Kraftmittel dienen zur Drehung der Verbindungsstange. Von der Drehgesch-,vindigkeit des Kraftmittels abhängige Mittel erzeugen eine Drehung der Verbindungsstange 13, um bei einer Drehrichtung der Verbindungsstange Schraubverbindung zwischen ihr und dem Werkzeug herbeizuführen und bei entgegengesetzter Drehrichtung der Verbindungsstange die Stange 13 und das Werkzeug zu trennen.
Wie oben erwähnt; zielt die Erfindung in ihrer vorzugsweisen Durchbildung auf die Benutzung von Schrägungen (Anzügen) hin, deren Winkelneigung erheblich höher als der sogenannte Morseanzug ist. Beim Morseanzug beträgt die Neigung annähernd 1,59 cm auf 30,5 cm. Für die Praxis ist ein Anzug von annähernd 8,89 cm auf 30,5 cm vorzuziehen, das sind etwa 16°, während der Morseanzug etwa 3° hat. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Sghrägung beschränkt ist, sondern auf einem breiten Neigungsbereich Geltung hat.
Wie am besten aus Fig. i zu ersehen ist, besitzt die Maschine einen Grundteil 18, einen darauf längsweise hin und her beweglichen Schlitten i9 und eine Aufspannplatte oder Schlitten 2i auf dem Schlitten i9 zum Hinundhergang in Richtung quer zum Grundteil 18. An der einen Seite des Grundteiles 18 befindet sich ein Ständer 2a, der einen Spindelkopf 23 trägt. Letzterer lagert die Spindel 12. Ein mit. passenden und für den Maschinenwärter zugänglichen Kontrollen ausgerüsteter Motor 24 sitzt am Spindelkopf 23 und liefert die Treibkraft für die Spindel. Zur Überwachung der Bewegungen des Schlittens i9, der Aufspannplatte 21 und des Spindelkopfes 23 sind passende Kraft-und Kontrollmittel vorgesehen.
Die Spindel 12 besitzt einen länglichen, im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer durch ihre Länge laufenden axialen Bohrung 27. Am einen Ende der Spindel erweitert sich die Bohrung 27 zu einem Innenkonus 25 zur Aufnahme des abgeschrägten Schaftes 16 des Werkzeuges 17. Gleichmittig mit dem Werkzeugsitz 25 verlaufen axiale Zähne 28, die in Schlitze an einem Bund 29 des Schaftes 16 des Werkzeuges 17 hineinpassen.
Vorzugsweise passen die Zähne 28 streng in die Schlitze des Bundes hinein, wenn das Werkzeug voll eingesetzt ist, so daß die Zähne 28 die Seitenwandungen der Schlitze berühren, um Relativdrehung des Werkzeuges zur Spindel 12 zu verhindern.
Befindet sich das Werkzeug 17 in seinem Sitz, so ist der Bund 29 vorzugsweise etwas von der äußeren Stirnfläche der Spindel 12 entfernt, um dichtes Einpassen des Schaftes 16 im Sitz 25 zu sichern. Statt der Zähne 28 und der damit zusammenwirkenden Schlitze kann jedoch jedes zweckmäßige Eingriffsmittel angewendet werden. Der Außendurchmesser des Gewindeteiles des Werkzeugschaftes 16 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung 27, was weiter dichtes Einpassen des Neigungsteiles des Schaftes im Sitz 25 sichert.
Die Spindel 12 ist bei diesem Beispiel drehbar und axial beweglich. Das Vorderende der Spindel wird in üblicher Weise gestützt. Zur Vereinfachung der Zeichnungen sind die Einzelheiten dieser Stützung weggelassen. Das Hinterende der Spindel 12 ruht in Kugellagern 31 in einem Gehäuse 32, das einen Teil eines Schlittens 33 bildet (s. Fig. 3 und 6). Bei diesem Beispiel dienen zwei Kugellager 31 zur drehbaren Lagerung des hinteren Spindelendes. Die Lager befinden sich zwischen einer Schulter 34 auf einer Hülse 36, die auf der Spindel 12 angebracht ist, und einem Zwischenteil 37, der auf dem entgegengesetzten Ende der Hülse 36 sitzt. Eine auf dem der Schulter 34 gegenüberliegenden Ende der Hülse 36 vorgesehene Mutter drückt gegen den Zwischenteil 37, hält den inneren Laufkranz des Lagers 31 und die Hülse 36 in Zusammenhang und schützt die Lager 31 gegen axiale Relativbewegung zur Hülse 36. Der äußere Laufkranz jedes Lagers 31 befindet sich in einer Ausnehmung einer Endwand 39 des Gehäuses 32. Die äußeren Laufkränze der Lager befinden sich zwischen einer Schulter 41 in der Endwand 39 und einem Gegenhalter 42, der durch geeignete Mittel, beispielsweise Schrauben, gegenüber der Endwand gesichert ist. In dem Gegenhalter 42 befindet sich ein ölverschluß 43 und wirkt auf die Hülse 36, um Durchsickern von Schmiermitteln aus dem Gehäuse 32 zu verhindern: Die Hülse 36 ruht auf dem rückwärtigen Ende der Spindel 12, das durch Verringerung des Durchmessers eine Schulter 44 bildet. Eine Stirnfläche der Hülse 36 stößt gegen die Schulter 44, und auf das entgegengesetzte Ende der Hülse wirkt eine Mutter 46, die auf den Teil geringeren Durchmessers der Spindel 12 geschraubt ist.
Der Schlitten 33 (Fig. 6) besitzt seitwärts vortretende Leisten 47, die auf Platten 48 ruhen. Diese sitzen abnehmbar an der Bodenkante der Seitenwandungen 49, die einen Teil des Spindelgehäuses 23 bilden. Die Platten 48 liegen in waagerechter Ebene und bilden Gleitbahnen, auf denen die Leisten 47 des Schlittens hin und her gleiten können. In den Leisten 47 befinden sich geeignete Schmierkanäle 51 zur Schmierung der Gleitflächen der Leisten 47 und der Platten 48. Oben trägt der Schlitten 33 einen geschlitzten Kragen 52, der die Leitspindelmutter 53 der Leitspindel 54 aufnimmt. Die Leitspindel 54 ist in üblicher Weise in dem Spindelkopf 23 gelagert. Bei der obigen Durchbildung bewegen sich bei Drehung der Leitspindel 54 der Schlitten 33 und die Spindel: 12 längs des Spindelkopfes 23; die Bewegungsrichtung hängt von der Richtung ab, die der Maschinenwärter gewählt hat. Eine Klemmschraube 5o, die auf eine der Platten 48 wirkt, kann zur Verriegelung des Schlittens in einer gewünschten Einstellage vorgesehen sein.
Die Verbindungsstange 13 (Fig. 2 und 3) stellt in diesem Beispiel eine sich in der Längsrichtung der Bohrung 27 in der Spindel 12 erstreckende Langwelle dar. An ihrem Vorderende ruht die Stange 13 drehbar in einer Hülse 56, die in der Bohrung 27 nahe beim Werkzeugsitz sitzt. Das Vorderende der Stange 13 trägt Gewinde, um in die Gewindebohrung 14 des Schaftes 16 des Werkzeuges 17 hineingeschraubt zu werden. Wenn auch Schraubverbindung zwischen der Verbindungsstange 13 und dem Werkzeugschaft vorzuziehen ist, so umfaßt doch die Erfindung jedes gleichwertige Mittel zur Verbindung der Verbindungsstange mit dem Werkzeugschaft durch Kraftbedienung der Verbindungsstange.
An ihrem Hinterende besitzt die Stange 13 einen Bund 57 (Fig. 3), der in einem erweiterten Teil 55 der Bohrung 27 am hinteren Ende der Spindel 12 angeordnet ist. Zwischen dem Bund 57 und einer Schulter 59 in der Bohrung 27 befindet sich ein Schublager 58. Eine Feder 61 zwischen dem Bund 59 und einem Mantel 62 zwingt für gewöhnlich die Verbindungsstange 13 nach vorn, so daß der Bund 57 gegen das Schublager 58 anstößt und sich das Gewindeende der Stange 13 in der Stellung befindet, die es normalerweise einnimmt, wenn ein Werkzeug 17 in der Spindel 12 angebracht wird (s. Fig. 3). Der erweiterte Teil 55 der Bohrung 27 ist genügend lang, so daß sich der Bund 57 axial bewegen kann, wenn auf das Vorderende der Verbindungsstange 13 gedrückt wird, und zwar in eine solche Stellung hinein, daß die Schlitze in dem Bund 29 des Werkzeuges 17 die axial vorstehenden Zähne 28 auf der Spindel 12 aufnehmen können. Am rückwärtigen Ende der Verbindungsstange 13 befindet sich eine Kupplung. Das getriebene Glied der Kupplung wird zum Teil durch den Mantel62 gebildet. Dieser befindet sich innerhalb einer Hülse 66, die in der Spindel 12 am rückwärtigen Ende des erweiterten Teiles 55 der Bohrung 27 liegt. Der Mantel 62 ist mit dem äußeren rückwärtigen Ende der Verbindungsstange 13 durch eine Nutverbindung verbunden. An seinem Außenende trägt der Mantel 62 einen Ringflansch 67 mit einer so geformten Stirnfläche, daß sie gegen ein Drucklager 68 anliegt, das gegen die rückwärtige Stirnfläche der Spindel 12 stößt. Ein Gegenkalter 69 übergreift den Flansch 67 und sichert den getriebenen Kupplungsteil in seinem Zusammenhang mit der Spindel (Fig. 4).
Das Treibglied hat auch die Gestalt eines Mantels 71 in axialer Ausrichtung mit dem Mantel 62 und ist auf einer Welle 72 gelagert. Die Welle ruht in Lagern 73 und 74 (Fig. 3), die sich in Ausnehmungen in einer Zwischenwand 76 und einer rückwärtigen Endwand 77 des Gehäuses 32 befinden. Der Mantel 71 sitzt auf der Welle 72 mittels einer Nutverbindung, die eine Axialbewegung des Mantels zur Welle zuläßt, jedoch zu gleicher Zeit eine Relativdrehung des Mantels gegenüber der Welle verhütet. An seinem vorderen Ende trägt der Mantel 71 einen Ringflansch 78. An den gegenüberliegenden Stirnflächen der Flansche 67 und 78 befinden sich Zähne. Im vorliegenden Beispiel sind am Flansch 67 drei im Kreise gleichmäßig verteilte Zähne 81 und am Flansch 78 im Kreise drei Zähne 82 zum Zusammenwirken mit den Zähnen 81 angebracht. Die Gestalt der Zähne geht am besten aus Fig. 8 hervor. Die linke Seite jedes Zahnes 82 ist unter einem größeren Winkel (gemessen von einer Ebene senkrecht zur Fläche des Flansches 78) geneigt als die rechte Seite jedes Zahnes 82. Entsprechend ist die linke Seite jedes Zahnes 81 weniger als die rechte Seite jedes Zahnes 81 geneigt. Die Zähne 81 und 82 stehen so weit voneinander ab, daß vor ihrem Zusammentreffen eine kleine Relativdrehung zwischen den Zähnen erforderlich ist.
Wenn die Verbindungsstange 13 in die Gewindebohrung 14 eines Werkzeuges hineingeschraubt werden soll, so wird der Treibteil 71 in einer Richtung gedreht, die die Seiten der Zähne 81, die am meisten geneigt sind, in Verbindung mit den entsprechenden Seiten der Zähne 82 bringt. Soll dagegen die Verbindungsstange 13 herausgeschraubt werden, so wird das Treibglied in einer Richtung gedreht, die die am wenigsten geneigten Seiten der Zähne 8i in Berührung mit den entsprechenden Seiten der Zähne 82 bringt. Wenn das treibende Glied sich entgegen der Uhrzeigerrichtung dreht, beispielsweise wenn man das Werkzeug lösen will, so ergreifen die weniger geneigten Seiten der Zähne 81 die entsprechenden Seiten der Zähne 82. Infolge dieser Durchbildung kann zwischen dem treibenden Glied und dem getriebenen Glied ein Schlag bewirkt werden, wenn das Werkzeug gelöst werden soll. Der Schlag erleichtert die Entfernung der Verbindungsstange 13 aus der Gewindebohrung 14 im Werkzeug 17, falls Neigung zum Klemmen der Teile bestehen sollte. Das treibende Glied der Kupplung ist für gewöhnlich vom getriebenen Glied entfernt. Die Welle 72 hat eine axiale Bohrung 83 (Fig. 3). In dieser befindet sich eine Stange 84. An ihrem einen Ende erstreckt sich die Stange 8-. durch eine Scheibe 85 in einer Ausnehmung 86 in der Stirn des Mantels 71 und nimmt eine Mutter 87 auf. -Zwischen einem Bund auf der Stange 84 und der Welle 72 drückt eine Feder 88 das Treibglied in eine Stellung, in der sich die Zähne 81 außer Eingriff mit den Zähnen 82 befinden, oder mit anderen Worten, das Treibglied ist gewöhnlich in die entkuppelte Stellung gemäß Fig. 3 gedrückt.
Die Bewegung des Treibgliedes in die Stellung, in der die Zähne 81 die Zähne 82 ergreifen, also in die Kupplungsstellung, steht unter der Kontrolle einer von der Drehgeschwindigkeit abhängigen Einrichtung, z. B. einer Fliehkraftkupplung. Dieses geht am besten aus den Fig. 3 und 5 hervor. Sie besitzt ein Paar Glieder gr und 92, von denen eines axial zum anderen um eine bestimmte Strecke beweglich ist, und zwar abhängig von einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit der Glieder, um Eingriff der Zähne 81 und 82 zu bewirken. Das Glied 9i hat im wesentlichen die Gestalt einer Scheibe mit einer Buchse 95, die drehbar auf einer Buchse 93 ist, und diese ist drehbar auf dem Mantel 71. Am einen Ende besitzt die Scheibe 9i ein Zahnrad 94 zur Verbindung mit der Krafteinrichtung. Das Zahnrad 94 liegt gegen ein Zwischenstück 9o an, das auf der Welle 72 sitzt und seinerseits gegen den inneren Laufkreis des Kugellagers 73 anliegt. An der entgegengesetzten Seite des Gliedes 9I ist seine Stirnfläche mit einer Mehrzahl im Kreis angeordneter sich radial erstreckender Rinnen 96 für die Aufnahme von Kugeln 97 ausgestattet. Die Rinnen sind von solcher Tiefe, daß ein Teil jeder einzelnen Kugel über die Stirnfläche des Gliedes 9I hervorsteht. Die Rinnen bilden durch ihre Gestalt für die Kugeln auch Laufwege, wenn sie sich radial unter dem Einfluß von Geschwindigkeitsänderungen des Gliedes 9i bewegen.
Das Glied 92 besitzt eine Buchse io5, die auf .der Buchse 93 ruht. Eine Stirnfläche :der Buchse io5 hat gegenüberliegende Einschnitte 98, ,die so gestaltet sind, daß sie die axial vorstehenden Zungen 99 auf der Buchse 95 des Gliedes gi .aufnehmen. Die Buchsen 105 und 95 sind im wesentlichen von gleichem Durchmesser, so daß diese Teile .die innere Radialstellung der Kugeln. bestimmen oder die Stellung, die sie annehmen, wenn das Glied 9i stillsteht oder mit verhältnismäßiig geringer Ges.chwindigkeit umläuft. Wenn die Zungen 99 in die Schlitze 98 eingreifen, sind die Glieder 9i und 92 gegeneinander verriegelt und laufen als eine Einheit um. Zwischen den Enden der Buchse 1o5 befindet sich ein radialer Flansch ioi. Der letztere nat in einiger Entfernung außerhalb der Buchse unter einem Winkel zum Glied 9i hin schräg gerichtet und bildet eine schräge Innenfläche ioo, dlie mit den über .die Rinnen 96 hinausragendeu Teilen der Kugeln 96 in Berührung kommt, wenn die Scheiben gi und 92 Seite an Seite in kurzem Abstand voneinander liegen, wie aus Fig. 4 zu ersehen.
An seinem äußeren Ende bildet der Flansch voi einen Felgenrand 103, der :gleichmittig zur Buchse 105 des Gliedes 92 liegt, jedoch in Abstand nach außen. Der Felgenrand begrenzt die Auswärtsbewegung der Kugeln. Zwischen dem Flansch 78 auf dem Mandel 71 und dem Glied 92 befindet sich eine Druckscheitbe 1,02, um Re-lativdrehung der Teile zuzulassen.
Ein Motor 104 bildet 'bei dieser Durchbildung der Erfindung die Kraftqueille für das. Spannen und Lösen, jedoch kann jeder geeignete Antriebsmotor dazu benutzt werden. Wise aus Fig.3 erisichblich, sitzt der Motor an der rückwärtigen Endwand 77 des Gehäuses 32 und hat eine Welle io6, die in das Gehäuse eintritt. Auf dieser Welle befindet sich ein Zahnrad 107 (s. Fig. 6), das mit einem Losrad io8 (siehe die Fig. 3 und 6) kämmt. Dieses sitzt drehbarauf einer waagerechten Welle io@9 an der einten Seite der Motorwelle io6. Die Welle iog ruht in der Endwand' 77 und der Zwischenwand 76. Das Rad io8 ist unmittdlbar mit einem Losra@d i io verbunden, das mit einem Zahnrad i i i auf der Welle 72 zwischen der Teilwand 76 und der Endwand 77 kämmt (Fig. 3). Zwischen dem Rad i l i und der inneren Lauffläche des Kugellagers 73 befindet sich eine Zwischenbuchse i 15. Der Motor 1o4 und das Rä@dergetriebebilden eineÜ@bertra;gung zurDrehung der Welle 72. Auf .dem Außenende der Motorwelle io6 im Gehäuse 32 sitzt ein durch eine Mutter 113 gesichertes Zahnrad 112. Dieses kämmt mit dem Zahnrad 94 zur ;Drehung der Gliedar gi und 92, ,dii.e die Fliehtkraftkupplung bilden. Im allgemeinen ist dlie übertragung zwischen. der Motorwellle io6 und der Welle 72 derart, daß sie dasgetriebene Glied und die Zähne 82 mit verhältnismäßig geringer Geschwindig@keit dreht. Anderseits ist diese Ü'bertnagung zwischen der Fliehkraftkupplung od. dgl. und der Motorwelle io6 derart, @d@aß die Treibscheibe derFliehikraft'kupplung mitverhältnismä&ig hoher Geschwindigkeit umlaufen kann.
Der Motor io4 ist umkehrbar und kann von jeder passenden Durchbildung sein. Zur Erregung es Motors kann jedes passende Mittel -dienen. Da der Stromkreis für einen umkehrbaren Motor ein üblicher Stromkreis ist, sind die Einzelheiten weggelassen und nur die Druckknöpfe 122 und 123 (Fig. i) dargestellt, die mit »Vorwärts« und »Rückwärts« bezeichnet sind und in dem Stromkreis liegen. Die Druckknöpfe sitzen .am Spindelkopf 23 in solcher Stellung, d@aß sie vom Maschinenwärter erreichbar sind.
Es ist Vorsorge getroffen, die Drehung der Spindel 12 zu verhindern, wenn sich die Zähne 81 und 82 in der Eingriffsstellung befinden. Das geschieht bei diesem Beispiel mittels eines für gewöhnlich offenen Zwischenschalters 116, der in dem nicht dargestellten Stromkreis zum Spindelmotor 24 angeordnet ist (Fig. 3). Der Schalter 116 ist im Gehäuse des Motors 104 mittels eines Halters 117 angebracht, der an der einen Endwand 11$ des Motorgehäuses, sitzt. Ein Stößel i i9 (Eig.4) des Schalters 116 ist so angebracht, daß er von einer ,Stoßstange 1z.1 erreicht werden kann, die axial am Bund der Stange 84 sitzt. Der Schalter 116 ist so angeordnet, daß, wenn sich gemäß Fig. 3 die Stange 84 .in ihrer zurückgezogenen Stellung befindet, der Schalter 116 geschlossen ist und der Strnankreis z.um Motor 24 geschlossen werden kann. Wenn, die Zähne 81 und 82 im Eingriff sind,, wie in Fig. 4, so bewegt sich die Stoßstarngle 121 mit der Stange 84 und veranrnlaßt den Schalter 116, den ,Stromreis zum Motor 24 zu unteribrechen. Um zu verhindern, daß öl aus dem Gehäuse 32 heraussickert, tritt die Sttoß,stange 84 durch einen passenden ölverschluß in derEndwand 118 des Motorgehäuses.
Die Bedienung des beschriebenen, Mechävismus ist wie folgt: Es ist angenommen, daß sich die Spin ,del 12 in der Stellung nach Fig. i befindet, sich nicht dreht und d@aß sich die Teile .des. Werkzeugbefestigungsmechanismus ein der Stellung nach Fig. 3 befinden, in der die Zähne 8i außer iEingrifff mit den Zähnten 82 strvd. Die Verbindungsstange 13 wird durch die Feder 61 in ihre Vorderstellung gedrückt. DieStange 84, die die Zähne 81 außer Eingriff mit den Zähnen 82 hält, drückt auf die Stoßstange i2i, um .den Stäßel, 11g des Schalters 116 zurückzudrücken und den Stromkreis des Spindelmotors 24 zu schließen. Zur Befestigung eines Schneidwerkzeuges 17 in der Spindel setzt der Maschinenwärter das Werkzeug 17 mit seinem Schaft 16 in .den Werkzeugsitz 25. Das Ende des Schaftes trifft auf das Ende der .Stange v3. Bei dieser Stellung der Teiile sitzt der Schaft 16 noch nicht vollkommen schlüssig in dem Werkzeugsitz 25.
;Daher drückt der Maschinenwärter axial auf .das Ende der Stange 13 (nach rechts in Fig. 2) an und drückt ,dadurch .die Feder 61 zusammen. Die Feder wirkt zwischen dem Bund 57 und dem Mantel 62 und sucht die Stange 13 nach vorn zu drücken (nach links in Fig. 2). Das Werkzeug wind von der Hand :des Maschinenwärters weiter nach rechts bewegt, bis die Zähne 2.8 des Werkzeuges 17 in den SChliitzen ;ilm Bund 29 aufgenommen werden: Während der Wärter das Werkzeug so mit einer Hand hält, drückt er mit der anderen den »Vorwärts«-Knopf 1a2 nieder und veranlaßt den Motor 104 zu solcher Drehung, daß sich die Zähne 82 im Uhrzeigersdnn drehen (s. Fig. 7). In diesem Augenblick sind jedoch die Zähne 81 und 8@2 noch nicht im Eingriff, werden jedoch durch die Wirkung der Fliehkrafteinrichtung sofort in Eingriff gebracht, wie jetzt ;beschrieben wird.
Gleichzeibig mlit dieser Bewegung der Zähme 82 steht die Flidhkraftkupplung runter Antrieb des Motors 104 über die Räder 11,2 und 94. Dadurch drehen sich die ,Scheiben 9i und 9.2, dlie durch die Zungen- und Schlitzverbindung (g$, 99) miteinander gekuppelt sind. Steigt die Geschwindigkeit der Motorwelle io6, so laufen die Scheiben gi und 92 schneller, und es wenden sich die Kugeln 97 durch Fliehkraft radial auswärts bewegen. Dabei treffen sie au i die Schrägfläche ioo und drücken die Scheibe 92 von der ,Scheibegi axial (nach. links 4n Fig. 3) durch Keilwirkung weg.
Wenn,die Scheiben 9i und 92 eine bestimmte Geschwindigkeit erlangen, d. !h. ,bei diesem Beispiel, dann, wenn der Motor 104 seine Höchstgeschwindigkeit erreicht, wird durch die Kugeln 97 genügend Fliehkraft .ausgeübt und die Scheibe 92 axial nach links durch die Keflwirkung in eine Stellung gedrückt, in der sich die Zähne 82 treibend mit den Zähnen 8i :kuppeln (s. Fig. 4). Hierbei drückt die Flie!hkraftkuppelscheibe 92 gegen die iDruckscheibe io2, und es wird .der Mantel 71 axial nach links relativ zum Nutteil der Welle 72 bewegt. Gleichzeitig-,wird durch die beschriebene Axiailbewegung des. Mantels 71 über die Scheibe 85 und die Stange 84,die Feder 88 zusammengedrückt, und es bewegt sich die Druckstange 121 nach links und- tritt außer Eingriff mit dem Stößel i i9 des Schalters 116, so daß sich der Schalter in seine normale Offenstellung :bewegt, um den Stromkreis zum .Spindelmotor 24 zu unterbrechen. Diese Stromkreisunterbrecbung dient dazu, Arbeit des. Motors a4 und infolgedessen der Spindel i2 zu verhindern, Abis die Befestigung des Werkzeuges beendet ist, d. h. mit anderen Worten, daß vor der Betätigung des Spindelmotors24 eine Sicherheitsschaltung eintritt.
Wenn ,die Zähne 82 auf die Zähne 8i treffen, @so dreht sich her Mantel 62 und bewirkt seinerseits Drehung der Verbindungsstange 13 durch die Nutverbindung dazwischen. Diese Drehung der Stange 13 geht bei verhältnismäßdggeringer Geschvwindigkeit vor sich, da sieh :der Antrieb über das Getriebe 107, io8, rio, i i i zur Welle 72,und zu den ,Zähnen 82, 81 voillzieht. Während sich .die Stange 13 ,dreht; wirkt die Feder 61, die beim Einsetzen des Werkzeuges 17 in den Werkzeugsitz zusammengedrückt war, und schiebt die Stange 13 !in Richtung auf das Werkzeug 17, um gute Anfangsberührung zwischen der Stange 13 und dem Werikzeug 17 zu, erreichen und .dadurch den Eingriff der Gewinde zu sichern. Diese Stellung der Teile isst am :besten aus Fig. 2 ersichtlich.
Sobald der Stromkreis für- den Spindelmoto:r 24 durch den Schalter 116 unterbrochen ist, kann die Spindel 12 nicht zufällig anlaufen und das Werkzeug in der Hand .des Maschinenwärters. :drehen. Zu dieser Zeit hält der Wärter das Werkzeug mit der einen Hand gemäß Fig.2 und drückt mit der anderen Hand den Druckknopf 122 zur Bedienung des Motors nieder. Wenn sich jetzt die motorisch angetriebene Stange 13 in die Gewinddbohrjung 14 des Werkzeuges- 17 hineinschraubt, @wird dieses durch Motorkraft in den Sitz 25 der Spindel hineingezogen und erreicht vollen Sitz.
Dieses Hereinziehen ist ein bestimmendes Kennzeichen der Erfindung. Einer der Vorteile liegt in der Tatsache, @daß das Hereinziehen selbsttätig und gleichförmigvor sich geht, abhängigvon demKraftaufwand bei der Bewegung des Werlezeuges in seine Endstellung mit vollem Sitz. Bei dieser Einsetztätigkeit kommen die Stange 13 und ihre Treibteile zu vollem Stillstand, wenn sich das Werkzeug voll eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt Tann -der Maschinenwärter durch Gefühl oder durch den Wechsel im .Summton des Motors 104 an,ge(ben, wann das Werkzeug seinen vollen Sitz erreicht hat. '\7v'enn.der Maschinenwärter sicher ist, -daß sich das Werkzeug völ#1 eingesetzt hat, nimmt er seine Hand vom Knopf 122 weg und schaltet dadurch den Strom zum Motor i,o4 ab. Bevor der Wärter seinen Finger vom Druckknopf i2:2 wegnimmt, haben der Antriebsmechanismus für die Stange 13 und die Fliehkrarftskupplung od. dgl. ihre Drehung .beendet, weil der Motor 104 angehalten worden war. Indessen übt das Drehmoment durch den Treibmechanismus für die Stange 13 eine Reibkraft auf die Kupplungszähne 82, 81 aus, die zur Aufrechterha.ltung ihres Eingriffs ausreicht. Diese Verhältnisse liegen so lange vor, bis der Maschinenwärter das endgültige Einsetzen des Werkzeuges wahrgenommen und den Druckknopf 122 freigegeben hat. Nach dem Stillstand des Motors können die Treibteile für die Stange 13 in ihre normale uni wirksame Steillung zurückkehren, wie ;aus Fig. 3 ersichtlich ist. Das Werkzeug .ist dann zur Arbeit bereit und kann irr der üblichen Weise benwtztwerden.
Wenn das Werkzeug 17 gelöst und aus der Spindel 1,2entfernt werden soll, drückt der Maschinenwärter auf den Druckknopf i23 und veranlaßt dadurch (den Motor 104 ,und die Motorwelle io6 zur Drehung in Richtung entgegen der Uhrzeigerdrehrichtung. Die Welle 72 wird hierbei zur Drehung in einer Richtung veranlaßt, die der .im Verriegelkreislauf beschriebenen ,und über die Getriebe i o7, i o8, i io und i i i sich vollziehenden entgegengesetzt ist. Wenn sich die Welle 72 in dieser Weise dreht, treffen die weniger geneigten Seiten der Zähne 8a auf die weniger geneigten Seiten der Zähne 81, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Da die unter diesen Bedingungen in Verbindung stehenden Seiten der Zähne verhältnismäßig :gerade sind, schraubt sich die Stange 13 aus dem Werkzeug 17 ohne Schlupf zwischen denn sich. berührenden Zähnen heraus. Infolge des Abstandes. der Zähne ist auch bei -dieser Durchibilldung eine Stoßwirkung da, wenn die Zähne 82 auf die Zähne 8i auftreffen. Das ist günstig für das Ausschraubender Stange 13 aus der Gtewindebohrung im Werkzeug 17.
Wenn sich die Motorwelle io6 mit der vorbestimmten Geschwindigkeit ,dreht, werden die Kugeln 97 radial auswärts geschleudert und veranlassen ihrerseits den Mantel 71 zu axialer Bewegung der We'll:e 72 und bringen die Zähne 82 zur Berührung mit den Zähnen 8i. Wenn das Werkzeug 17 und die Stange 13 voneinander gelöst sind, gibt der Maschinenwärter ,den Druckknopf 123 frei und entfernt das Werkzeug 17.
Einer der Vorteile der Erfindung besteht .in der kurzen für das selbsttätige Verriegeln und Freigeben des Werkzeuges _benutzten Zeitspanne. Bei praktischer Benutzung der beschriebenen Einrichtung ist die volle Befestigung des Werkzeuges in annähernd 1,5 Sekunden durchgeführt worden. Durch Wahl einer entsprechenden Übersetzung im Antrieibsmechani,smus .für die Stange 13 kann die im-ganzen benötigte Zeit auf weniger als i Sekunde gesenkt werden.. Die selbsttätige Werkzeugbefestigung igeht .d'aher fast augenblicklich vor sich. Die Lösung dauert im wesentlichen die gleiche Zeit.
Dieser Befestigungsmechanismus sichert., daß alle Werkzeuge 17 in der Spindel mit demselben Druck gehalten werden. -,Dazu ist der in jedem Falle angewendete Druck .gleichmäßig. Der Befestigungsmechanismus arbeitet selbsttätig, und das Werkzeug wird mechanisch in der Spindel befestigt oder von ihr, gelöst, abhängig von der Bedienung eines Kontröll'knopfes. Der Maschinennvärter !braucht reicht mit einem Hammer auf die Spindel zu schlagen, um !das 'Werkzeug zu lösen, wie es bislher der Fall gewesen ist. Da also ein Hammerschlag zur Lösung,des Werkzeuges nicht erforderlüch ist, ist die Spindel keinen Verformungen ausgesetzt, wie es (bei früheren Durchbildungen der Fall war. Diese Tatsache fördert auch die Genauigikait der Maschinenalibeit, da das ständige Klopfen auf die Spindel, um die Werkzeuge zu lösen, die iSpindel außer Richtung bringt. Prüferfahrungen zeigen auch, daß die Fertigoberfläche au!f Gegenständen, die mit Maschinenwerkzeugen unter Benntzung der vorliegenden Werkzeugbefestigung bearbeitet sind, glatter ist, als wenn man mit den üblichen Spindeln und Verriegelungsmitteln arbeitet. Die vorliegende Durchbildung beseitigt auch die bisher bei den üblichen Einrichtungen zur Befestigung eines Werkzeuges in der Spindel erforderliche Handarbeit.
Obwohl in obigem ein Ausführungbeispiel der Erfindung dargestellt ist, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, da viele Abwandlungen möglich sind, die in! dem Bereich der durch die Ansprüche belegten Erfindung liegen,.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Befestigungsvorrichtung für ein Werkzeug mit kegeligem Schaft zum Einsetzen in einen Kegelsitz einer Werkzeugspindel mit Sicherung darin durch eine axial durch die Spindel tretende und mit dem Werkzeugschaft verbindbare Stange, welche durch eine von einem Elektromotor angetriebene Kupplung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (81, 82) selbsttätig bei Erregung des Elektromotors (1o4) durch die Inbetriebnahme des letzteren eingeschaltet wird und dabei die Verbindungsstange (13) derartig beeinfußt, daß sie das Werkzeug (17) in schlüssige Einlage im Sitz (25) der Werkzeugspindel (12) bewegt.
2. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (81, 82) einen Teil eines Mechanismus (72 bis 99) bildet, der auch eine von der Umlaufgeschwindigkeit des Motors (1o4) abhängige Einrichtung (9i bis 97) enthält, die, wenn sie eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, die Kupplung (81, 82) einschaltet.
3. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (13) mit Gewinde (13') zur Verbindung mit dem Werkzeugschaft (16) und zu dessen Hineinziehen in den Spindelsitz (25) ausgerüstet ist und. der Mechanismus (72 bis 99) mit dem Antrieb durch den Motor (1o4) unter Einschluß der Kupplung (81, 82) verbunden ist, die erst beim Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit geschlossen wird. .. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankupplung der Verbindungsstange (13) zur Erzielung des richtigen Sitzes des Werkzeuges von dem Motor (1o4) über eine Fliehkraftkupplung bei Erreichung bestimmter Geschwindigkeit bewirkt wird. 5. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftkupplung vom Elektromotor (1o4) in verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit setzbar ist und Fliehkörper (97) einschließt, die bei einer bestimmten Geschwindigkeitshöhe die mechanisch wirkende Kupplung (81, 82) schließen. 6. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (13) z. B. durch eine Feder (61) in Wirkzusammenhang mit dem Werkzeug (17) gebracht wird, wobei aber eine Axialverschiebung der Stange (13) durch entsprechende Axialbewegung des Werkzeuges möglich ist. 7. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (13) in einer Längsbohrung (27) in der Spindel (12) axial zwischen einer vorgeschobenen und einer zurückgezogenen Stellung der Eingriff von an sich bekannten, an der Spindelstirnseite angeordneten: Vorsprüngen (28) in im Werkzeug angeordnete Schlitze (29) zuläßt, wobei die Feder (61) normalerweise die Verbindungsstange (13) in ihre Vorderstellung drückt, jedoch beim Einsetzen eines Werkzeuges (17) in den Sitz (25) zusammendrückbar ist und bei Kraftaufwendung die Aufnahme der Vorsprünge (28) in den; Schlitzen (29) des Werkzeuges zuläßt. B. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kupplungszähne (82) an einer axial beweglichen Buchse für gewöhnlich in Abstand von den Gegenkuppelzähnen befinden, jedoch vom Motor (1o4) mit ihnen zum Kuppeln gebracht werden, wenn bei Erreichung einer bestimmten, Drehgeschwindigkeit die Scheibe mit den Zähnen (82) axial vorgeschoben wird: 9. Werkzeugbefestigungsvoxrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, d.aß eine Flanke jedes Zahnes (81, -82) unter größerem Winkel als die andere Zahnflanke geneigt ist, wodurch in der einen Drehrichtung der die Zähne tragenden Kupplungsglieder eine hammerschlagartige Stoßwirkung erzielt wird und in der entgegengesetzten Drehrichtung die Zähne sich relativ zueinander bewegen können, wenn die Belastung des Motors (1o4) einen vorbestimmten Wert erreicht. i.o. Werkzeugbefestigungsvorrnchtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß die Spindel (i2), die in einer Längsbohrung -die mit Gewinde (13') für Verbindung mit dem Werkzeugschaft (i6) ausgerüstete Verbindungsstange (13) -enthält, drehbar ein mit der .Stange (13) kraftschlüssig verbundenes, angetriebenes Kupplungsglied (62) trägt, während das treibende Kupplungsglied (71) auf einer axial zur Stange verlaufenden Keilwelle (72), die vom Motor (io4) antreibbar ist, axial verschiebbar an.-geordnet iist, und ,daß ein Kuppeln .der Zähne (8,1, 82) erfolgt, wenn @die idem treibenden Kupplungsglied (7i) vorgeschaltete Flieb'kraftkupplung dieses Glied axial vorwärts verschiebt. i i. Werkzeu@gbefestigungsvorrichtung nach Anspruch io, dadurch & kennzeichnet, daß .das axial verschi,e!bbare Kupplungsglied (71) :auf sich drehbar den vom Motor (io4) :aus an-,getriebenen treibenden Teil (9i) einer F'liehkraftkupplung trägt, deren eibenifa:llsdrehbar auf dem Kupplungsglied angeordneter angetriebener Teil (92:) bei Erreichung einer bestimmten Geschwindigkeit das treibende Glied (71) der Zahnkupplung axial verschiebt, so daß seine Zähne(82) in Eingriff mit den Gegenzähnen (81) kommen. i2. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß im treibenden Teil (9i) der Fliehkraftkupplung in radial verkaufenden Rinnen (96) (bewegliche Kugeln (97) vorgesehen sind, ,die !bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit des treibenden Kupplungsteiles gegen eine Schrägfläche (ioo) des getriebenen Teiles (92) gedrückt werden und diesen Teil gegen ;das treibende Glied dier Zahnkupplung bewegen, -so daß .die Zahnkupplung eingerückt wird. 13. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren; Ende der Schrägfläche (ioo) ein vorspringender Felgenring (1o3) angeordnet ist, gegen den bei Erreichung einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit die Kugeln (97) @in :den Rinnen (96) anlaufen, nachdem sie vorher durch ihr Ansteigen den Fliehkraftkupplungsteil (92) bis zur Einkupplung der Zahnkupplung (81, 82) axial verschoben hatten. 14. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach ,den Ansprüchen i bis 13, mit einem Sicherungsschalter zur Verhinderung einer unerwünschten .gleichzeitigen Bewegung beider Motoren, dadurch gekennzeichnet, idaß ;der Sicherungsschalter (116) im Stromkreis des: Spindelmotors (24) liegt und in Außereingrifstellung der Zähne (81, 82) geschlossen ist. 15. Werkzeugbefestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stößel (i i9) -des Schalters (116) -so angeordnet ist, daß er !bei Trennung der Kupplungszähne (81, 82) von einer mit dem treibenden Glied der Zahnkupplung verbundenen Stange (84) zurück-,gedrückt wird und dabei den Schalter (116) schließt, während in Eingriffsstellung der Zähne der ,Stößel selbsttätig vorgeschaben wird und den Schalter öffnet. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 578 974; schweizerische Patentschrift Nr. 236 43.5; britische Patentschrift Nr. 567 5o4.