EP1924378A1

EP1924378A1 - Vorrichtung zur lösbaren kupplung zweier bauteile

Info

Publication number: EP1924378A1
Application number: EP06792013A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Stolz
Original assignee: Komet Group Holding GmbH
Current assignee: Komet Group GmbH
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-05-28
Also published as: IL189965A; JP2009507666A; IL189965A0; KR20080055809A; BRPI0615832A2; US20090256318A1; CN101262969A; RU2008114375A; RU2414334C2; WO2007031285A1; CN101262969B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile (10, 12), beispielsweise zweier Werkzeugteile. Das erste Bauteil (10) weist einen zylindrischen Passzapfen (14) sowie eine den Passzapfen an dessen Wurzel (28) begrenzende, radial überstehende Planfläche (22) auf, während das zweite Bauteil (12) eine Aufnahmehülse (16) mit zylindrischer Innenfläche (32) aufweist. Weiter ist ein Spannmechanismus (20) vorgesehen, der beim Spannvorgang dafür sorgt, dass der Passzapfen (14) in die Aufnahmehülse (16) eingezogen wird und dabei die Planfläche (22) und die Stirnfläche (24) gegeneinander gepresst werden. Um mit einfachen Mitteln eine exakte Zentrierung der Bauteile zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Aufnahmehülse einen von der zylindrischen Innenfläche zur Stirnfläche hin divergierende Innenkonuspartie (34) aufweist und der Passzapfen einen in seinem Wurzelbereich angeordneten, elastisch verformbaren Zentrierring (29) mit einer zur Innenkonuspartie (34) komplementären Außenkonuspartie trägt.

Description

Vorrichtung zur lösbaren Kupplung zweier Bauteile

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile, insbesondere zweier Werkzeugteile, mit einem am ersten Bauteil angeordneten, eine zylindrische Mantelfläche aufweisenden Passzapfen und einer den Passzapfen an dessen Wurzel begrenzenden, ringförmigen Planfläche, mit einer am zweiten Bauteil angeordneten, eine zylindrische Innenfläche auf- weisenden und durch eine ringförmige Stirnfläche begrenzten Aufnahmehülse, und mit einem den Passzapfen in die Aufnahmehülse einziehenden und dabei die Planfläche und die Stirnfläche gegeneinander pressenden Spannmechanismus, wobei die Aufnahmehülse eine von der zylindrischen Innenfläche zur Stirnfläche hin divergierende Innenkonuspartie aufweist und der Passzapfen eine hierzu komplementäre Außenkonuspartie trägt.

Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung ist vor allem zur lösbaren Kupplung von Werkzeugen mit einer Maschinenspindel (Schnittstelle) und zur Verbindung von Werkzeugteilen untereinander (Trennstellte) bestimmt. Unter "Werkzeugteile" sind insbesondere Bohrstangen, Verlängerungs- und Reduzierstücke, Verstellköpfe, Spindelvorsatzflansche und Maschinenspindeln zu verstehen.

Bei bekannten Kupplungen dieser Art erfolgt die Zentrierung durch die Zylin- derpassung des Passzapfens in der Aufnahmehülse, während die Drehmitnahme überwiegend durch Reibung aufgrund der Planflächenverspannung zwischen der Planfläche und der Stirnfläche erfolgt. Bei Zylinderpassungen tritt prinzipiell immer ein gewisses radiales Spiel zwischen Passzapfen und Aufnahmehülse auf. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorge- schlagen (DE 102 33 694 A1), dass der Passzapfen im Bereich seiner Wurzel eine von der zylindrischen Mantelfläche zur Planfläche hin divergierende Außenkonuspartie aufweist, die an den Passzapfen angeformt ist. Um eine ausreichende Planflächenverspannung für die Drehmitnahme zu gewährleisten, wird dort vor allem vorgeschlagen, dass die Innenkonuspartie unter der Einwirkung des Spannmechanismus elastisch aufweitbar ist. Dazu bedarf es einer Materialschwächung im Bereich der Stirnpartie der Hülse, die als nachteilig empfunden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplungsvorrich- tung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass auch ohne Materialschwächung im Hülsenbereich gute Zentriereigenschaften und eine ausreichende Planflächenverspannung für die Drehmitnahme gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen 1 und 26 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausges- taltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht primär darin, dass der Passzapfen in seinem Wurzelbereich einen elastisch verformbaren Zentrierring trägt, der die Außenkonuspartie aufweist. Der Zentrierring ist zweckmäßig auf den Passzapfen aufgesteckt. Um eine exakte Positionierung des Zentrierrings auf dem Passzapfen zu gewährleisten, sollte der Zentrierring form- und/oder kraftschlüssig mit dem Passzapfen verbunden sein. Der Passzapfen kann zu diesem Zweck eine umlaufende randoffene Ausnehmung zur Aufnahme des Zentrierrings aufweisen. Wenn der Zentrierring vom Passzapfen lösbar ist, kann er zur Herstellung der Kompatibilität mit herkömmlichen Kupplungssystemen dieser Art vom Passzapfen abgenommen werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den Zentrierring auf den Passzapfen aufzuschrumpfen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung reicht die randoffene Ausnehmung in einen axialen Einstich in der Planfläche des ersten Bauteils hinein. Die randoffene Ausnehmung weist dabei gegenüber dem Zentrierring ein dessen elastische Verformung beim Fügevorgang zulassendes Übermaß auf. Der Zentrierring besteht zweckmäßig aus federelastischem Material, vorzugsweise aus Federstahl.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zentrierring eine mit dem Passzapfen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbundene ringförmige Fußpartie und eine axial an die Fußpartie anschließende, frei über den Passzapfen überstehende, die Außenkonuspartie tra- gende ringförmige Federpartie aufweist. Der Zentrierring kann dabei mit seiner Fußpartie auf den Passzapfen aufgerastet, aufgeschrumpft, aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgelötet werden. Die Fußpartie ist entweder auf der der Passzapfenwurzel zugewandten Seite oder auf der der Passzapfenwurzel abgewandten Seite der Fußpartie angeformt. Dementsprechend steht die Federpartie entweder in Richtung Passzapfenwurzel oder in die entgegengesetzte Richtung über die am Passzapfen fixierte Fußpartie über.

Zweckmäßig wird dabei vorgeschlagen, dass der Zentrierring eine gegen einen Zylinderabschnitt des Passzapfens anliegende ringförmige Fußpartie und eine axial über die Fußpartie überstehende, in die randoffene Ausnehmung eingreifende Federpartie auf. Dementsprechend weist der Passzapfen einen in axialem Abstand von der Planfläche angeordneten zylindrischen Zentrierabschnitt auf, an dem sich in Richtung Planfläche über eine Begrenzungsstufe die randoffene Ausnehmung mit gegenüber dem Zentrierab- schnitt kleinerem Durchmesser anschließt. Der Zentrierring ist dabei mit seiner Fußpartie zweckmäßig passgenau auf den Zylinderabschnitt des Passzapfens aufgesteckt oder aufgeschrumpft. Die Fußpartie des Zentrierrings weist dazu einen im Durchmesser dem Zentrierabschnitt des Passzapfens angepasste Zentrieröffnung auf, deren Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser im Bereich der Federpartie ist. Der Innendurchmesser im Bereich der Federpartie kann dabei über die axiale Erstreckung des Zentrierrings variieren. Vorteilhafterweise weist der Einstich eine schräg in Richtung Bauteilachse weisende Auflaufschräge für die Federpartie des Zentrierrings auf. Beim Fügevorgang wandert die Federpartie entlang der Auflaufschräge in Richtung Bauteilachse. Dazu weist der Zentrierring im Bereich der Federpartie eine umlaufende, durch eine Materialverdünnung gebildete ringförmi- ge Biegezone auf. Von besonderem Vorteil in diesem Zusammenhang ist es, wenn der Konuswinkel des hülsenseitigen Innenkonus bei losem Passzapfen steiler als der Konuswinkel des zentrierringseitigen Außenkonus ist. In diesem Fall schlägt die Aufnahmehülse beim Fügevorgang mit der Stirnkante ihres Innenkonus zuerst gegen den Außenkonus des Zentrierrings, so dass sich die Federpartie entlang der Auflaufschräge nach innen biegen kann und der Konuswinkel des Zentrierrings sich allmählich dem Konuswinkel des Außenkonus anpasst. Bei eingespannten Passzapfen hat man schließlich eine flächige Anlage zwischen dem Innenkonus der Aufnahmehülse und dem Außenkonus des Zentrierrings. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Konstruktion besteht darin, dass der Zentrierung im eingespannten Zustand an drei im Abstand voneinander angeordneten Stellen zu einer ringförmigen Anlage gebracht wird, nämlich im Bereich der Fußpartie innenseitig am Zentrierabschnitt des Passzapfens, im Bereich der Federpartie außenseitig am Innenkonus der Aufnahmehülse und stirnseitig an einer Einstichfläche im Bereich der Passzapfenwurzel.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Passzapfen und dem Zentrierring ein Dichtring aus elastomerem Material eingeschlossen ist, der das Eindringen von Schmutz in den Zwi- schenbereich verhindert. Der Dichtring kann dabei entweder am Passzapfen oder am Zentrierring anvulkanisiert sein.

Zur Erleichterung der Montage des Zentrierrings kann dieser mit mehreren, über den Umfang verteilt angeordneten, axial zur Fußpartieseite und/oder zur Federpartieseite offene Spreizschlitze aufweisen. Beim Einspannvorgang sorgen die Spreizschlitze dafür, dass die Spielfreistellung an den Anlagestel- len zwischen den Bauteilen unter Vermittlung des Spreizrings erleichtert wird.

Der Konuswinkel des Innen- und des Außenkonus ist zweckmäßig so be- messen, dass keine Selbsthemmung auftritt. Er sollte daher mindestens 8° betragen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten oder alternativen Ausführungsvariante, bei welcher die Aufnahmehülse und/oder der Passzapfen eine von ihrer zy- lindrischen Mantel- oder Innenfläche zur Stirn- oder Planfläche hin divergierende Konuspartie aufweisen, die im Falle der Aufnahmehülse als Innenko- nuspartie und im Falle des Passzapfens als Außenkonuspartie ausgebildet ist, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass zwischen der Aufnahmehülse und dem Passzapfen im Bereich der mindestens einen Konuspartie eine in die Aufnahmehülse und/oder in den Passzapfen eingeformte, umlaufend ringförmige Tasche vorgesehen ist, in der ein Käfigring aus elastisch verformbarem Material angeordnet ist, der mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, sich im Fügezustand an den im Bereich der Tasche einander zugewandten Begrenzungswänden der Aufnahmehülse und des Passzap- fens abstützenden, vorzugsweise als Stützkugeln ausgebildeten Stützkörpern bestückt ist. Der Käfigring besteht dabei zweckmäßig aus einem poly- meren Werkstoff, dem sowohl eine Haltefunktion für die Stützkugeln als auch eine Dichtfunktion zukommt.

Zur Erleichterung des Fügevorgangs ist der Käfigring zweckmäßig mit einem der beiden Bauteile form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Der Käfigring kann zu diesem Zweck mit einem der beiden Bauteile verrastet, verspannt oder verschraubt sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die umlaufende Tasche in die Aufnahmepartie eingeformt und der Käfigring in dieser Tasche fixiert ist. Damit wird erreicht, dass eine Nachrüstung nur auf der Seite der Aufnahmehülse notwendig ist. Im Übrigen wird mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht, dass ü- ber die Länge des Passzapfens und der Aufnahmehülse eine Dreiteilung entsteht: Im zylindrischen Teil des Passzapfens und der Aufnahmehülse befindet sich der Spannmechanismus. Die konischen Partien im Bereich des Zentrierrings und der Aufnahmehülse sorgen für die Zentrierung. Die Plan- flächenverspannung, die unter der Einwirkung des Spannmechanismus erfolgt, bewirkt die Drehmitnahme. Die durch den Spannmechanismus eingebrachte Unsymmetrie bei der Planflächenverspannung wird kompensiert durch den elastisch komprimierbaren Zentrierring. Bei geeigneter Dimensio- nierung der Passzapfenpassung in der Passbohrung kommt es beim Spannvorgang zusätzlich zu einer Anlage zwischen Bohrungswand und Passzapfen und damit zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit im Verbindungsbereich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannme- chanismus eine in einer Querbohrung des Passzapfens verschiebbar angeordneten, an seinen Enden einen Innen- oder Außenkonus aufweisenden Klemmbolzen und zwei einander bezüglich der Passbohrung diametral gegenüberliegende, beim Spannvorgang unter gegenseitigem Anpressen der Werkzeugteile im Bereich der Plan- und Stirnflächen keilartig mit dem Klemmbolzen verspannbare, vorzugsweise als Halteschrauben ausgebildete Spannorgane auf. Damit wird erreicht, dass die Planflächenverspannung durch den Klemmbolzen und die Spannorgane erzeugt wird, während die Zentrierung und Aussteifung der Kupplung über die Konuspartien am Zentrierring und in der Aufnahmehülse erfolgt. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wiederholgenauigkeit beim Fügevorgang aufgrund der konischen Spielfreisetzung über den Zentrierring gegenüber der Variante mit am Passzapfen angeformtem Außenkonus signifikant verbessert wird. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es außerdem möglich, die rotationssymmetrischen Kupplungsflächen des ersten und zweiten Bauteils jeweils in einer Maschineneinspannung exakt konzentrisch hartzudrehen und ggf. zu schleifen. Damit wird eine hohe Zentriergenauigkeit gewährleistet. Die vorstehenden Vorteile können auch bei Verwendung eines Spannmechanismus erzielt werden, der eine am stirnseitigen Ende des Passzapfens axial überstehenden Zugbolzen sowie eine maschinenseitig angeordnete, durch eine Bohrung in der Aufnahme hindurch am Zugbolzen axial angrei- fende Einzugvorrichtung aufweist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht zweier miteinander gekuppelter Werkzeugteile in Form eines Messdorns mit Adapterstück;

Fig. 2a einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsvariante der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach Fig. 1 in vergrößerter geschnittener Darstellung;

Fig. 2b einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2a;

Fig. 3a einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsvariante der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach

Fig. 1 in vergrößerter geschnittener Darstellung;

Fig. 3b einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3a;

Fig. 4a einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsvariante der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen nach Fig. 1 in vergrößerter geschnittener Darstellung;

Fig. 4b einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4a; Fig. 5a bis c drei Ausführungsvarianten des mit dem Passzapfen bestückten Werkzeugteils mit drei unterschiedlich ausgebildeten Zentrierringen in schaubildlicher Darstellung;

Fig. 6a und b bis

Fig. 15a und b einige weitere Ausführungsvarianten der Kupplungsstelle zwischen den beiden Werkzeugteilen in Schnittdarstellungen entsprechend Fig. 2a und b;

Fig. 16 ein Adapterstück in schaubildlicher Darstellung mit einer

Aufnahmehülse entsprechend einer der Ausführungsvarianten nach Fig. 8a und b bis 15a und b;

Fig. 17 eine Seitenansicht eines Werkzeugteils mit Passzapfen und Zugbolzen sowie zeichnerisch angedeutetem Käfigring gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 8a bis 15b.

Die in der Zeichnung dargestellten Verbindungsvorrichtungen dienen zur lösbaren Kupplung von Bauteilen 10, 12. Unter "Bauteile" sollen nachstehend vor allem Werkzeugteile verstanden werden, die entweder einen Passzapfen 14 oder eine Aufnahmehülse 16 enthalten. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das mit dem Passzapfen 14 bestückte Bauteil 10 ein Messdorn, während das mit der Aufnahmehülse 16 versehene Bauteil 12 ein Adapterstück mit einem Steilkegelschaft 18 für den Anschluss an eine Maschinenspindel ist.

Die Verbindungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem am ersten Bauteil 10 axial überstehenden Passzapfen 14, einer am zweiten Bauteil an- geordneten Aufnahmehülse 16 und einem Spannmechanismus 20 zum Einziehen des Passzapfens 14 in die Aufnahmehülse 16 sowie zur Erzeugung einer Planflächenverspannung zwischen der den Passzapfen 14 begrenzen- den ringförmigen Planfläche 22 des ersten Bauteils 10 und der die Aufnah- mehülse 16 begrenzenden Stirnfläche 24 des zweiten Bauteils 12. Der Passzapfen 14 weist eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche 26 auf, auf die im Bereich seiner Wurzel 28 ein Zentrierring 29 mit einer zur Planflä- che 22 hin divergierenden Außenkonuspartie 30 aufgesteckt ist. Andererseits weist die Aufnahmehülse des zweiten Bauteils 12 eine als Passbohrung ausgebildete, im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 32 auf, die in eine zur Stirnfläche 24 hin divergierende Innenkonuspartie 34 übergeht.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der im Wurzelbereich des Passzapfens 14 angeordnete Zentrierring 29 elastisch verformbar ist, also aus einem elastisch verbiegbaren Material, vorzugsweise aus Federstahl besteht. Er ist auf den Passzapfen aufgesteckt und mit diesem form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Der Passzapfen 14 weist zu diesem Zweck eine umlaufende randoffene Ausnehmung 36 zur Aufnahme des Zentrierrings 29 auf, die in einen axialen Einstich 37 in der ringförmigen Planfläche 22 des ersten Bauteils 10 hineinreicht. Die randoffene Ausnehmung 36 weist gegenüber dem Zentherring 29 ein dessen elastische Verformung zulassendes Übermaß auf.

Wie in Fig. 2b angedeutet ist, ist der Konuswinkel der hülsenseitigen Innenkonuspartie 34 bei losem Passzapfen steiler als der Konuswinkel des zent- rierringseitigen Außenkonus 30 ausgebildet. Beim Fügevorgang schlägt deshalb die Aufnahmehülse 16 mit der Stirnkante ihres Innenkonus 34 zuerst gegen den Außenkonus 30 des Zentrierrings 29 an, so dass sich der Zentrierring beim Spannvorgang in der Nähe seiner Stirnseite nach innen biegen kann und der Konuswinkel des Zentrierrings 29 sich dem Konuswinkel des Außenkonus anpasst. Bei eingespanntem Passzapfen 14 hat man schließlich eine flächige Anlage zwischen dem Innenkonus 34 der Aufnahmehülse 16 und dem Außenkonus 30 des Zentrierrings 29. Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2, 3 und 4 unterscheiden sich im Wesentlichen in der Innenkontur des Zentrierrings 29 und der Außenkontur der zugehörigen randoffenen Ausnehmung 36 und des Einstichs 37 im Passzapfen. In allen drei Fällen befindet sich zwischen dem Zentrierring 29 und einer benachbarten Fläche des Passzapfens 14 ein Dichtring 38 aus elasto- merem Material. Im Falle der Fig. 2a und b ist ein als O-Ring ausgebildeter Dichtring 38 vorgesehen, der den freien Zwischenraum zwischen dem Zentrierring 29 und dem Passzapfen radial überbrückt und dort eine Art Kippachse bildet. Beim Fügevorgang wird der Zentrierring 29 über die durch den Dichtring 38 gebildete Kippachse verformt. Die in den Einstich 37 eingreifende Federpartie 60 des Zentrierrings 29 wird beim Fügevorgang radial nach innen bewegt, so dass eine Angleichung der beiden Konuswinkel erfolgt.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 3a und b weist der Zentrierring 29 eine gegen einen zylindrischen Zentrierabschnitt 62 anliegende ringförmige Fußpartie 64 und eine axial über die Fußpartie 64 überstehende, in die randoffene Ausnehmung 36 und den Einstich 37 eingreifende Federpartie 60 auf. Der Zentrierring ist mit seiner Fußpartie 64 auf den Zentrierabschnitt 62 des Passzapfens 14 spielfrei aufgesteckt oder aufgeschrumpft. Im Bereich der Federpartie 60 weist der Zentrierring eine ringförmig umlaufende, durch eine Materialverdünnung gebildete Biegezone 66 auf, die dafür sorgt, dass die Federpartie 60 beim Fügevorgang unter der Einwirkung der aufgespannten Aufnahmehülse 16 im Einstich 37 radial nach innen gebogen wird. Die Dichtung 38 ist dort stirnseitig an der Federpartie 60 angeordnet und liegt auf der anderen Seite gegen den Boden des Einstichs 37 an. Außerdem weist der Einstich 37 eine Auflaufschräge 68 auf, auf die die Federpartie 60 beim Fügevorgang mit einer komplementären Schrägfläche 70 auflaufen kann.

Die in Fig. 4a und b gezeigte Ausführungsvariante sieht eine gegenüber Fig. 3a und b verkürzte Fußpartie 64 auf, mit der sie auf dem Zentrierabschnitt 62 des Passzapfens 14 passgenau anliegt. Der Dichtring 38 befindet sich hier unmittelbar neben der Fußpartie 64 und schlägt mit seinem einen Rand ge- gen eine Begrenzungsstufe 72 der Ausnehmung 36 an. Diese Anordnung des Dichtrings 38 hat den Vorteil, dass zwischen der Federpartie 60 und dem Boden des Einstichs 37 ein kleiner Freiraum 74 verbleibt, der dafür sorgt, dass die Federpartie 60 mit ihrer Schrägfläche 70 beim Fügevorgang frei auf der Auflauf seh rage 68 auflaufen kann. Auch dort ist eine durch eine Materialverdünnung 66 gebildete Biegezone 66 vorgesehen, die beim Fügevorgang wirksam wird.

Zur Verbesserung der Biegsamkeit des Zentrierrings 29 können über den Umfang verteilt angeordnete, entweder axial zur Fußpartiekante und/oder zur Federpartiekante offene Spreiz- oder Biegeschlitze 76, 78 vorgesehen werden (vgl. Fig. 5a bis c).

Die in Fig. 6a und b sowie 7a und b gezeigten Ausführungsvarianten einer Kupplungsstelle zwischen zwei Bauteilen 10 und 12 unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen vor allem darin, dass der Zentrierring 29 sowohl an seiner Fußpartie 64 als auch an seiner Federpartie 60 gegen das benachbarte Bauteil dichtend anliegt, so dass in diesem Bereich kein zusätzlicher Dichtring erforderlich ist. Der Zentrierring 29 weist dort eine mit dem Passzapfen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbundene ringförmige Fußpartie 64 und eine axial an die Fußpartie anschließende, frei über den Passzapfen überstehende, die Außenkonuspartie 30 tragende ringförmige Federpartie 60 auf, die beim Fügevorgang dichtend gegen den Innenkonus 34 der Aufnahmehülse 16 anliegt. In beiden Fällen ist der Zentrier- ring 29 mit seiner Fußpartie 64 auf den Passzapfen aufgerastet, aufgeschrumpft, aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgelötet. Im Falle der Fig. 6a und b ist die Federpartie 60 auf der der Passzapfen wurzel 28 zugewandten Seite der Fußpartie 64 angeformt, während sie im Falle der Fig. 7a und b auf der der Passzapfenwurzel 28 abgewandten Seite der Fußpartie 64 ange- formt ist. In beiden Fällen kann der Passzapfen auch im Wurzelbereich zylindrisch oder leicht stufenzylindrisch ausgebildet sein, so dass bei Weglas- sen des Zentrierrings 29 Kompatibilität mit herkömmlichen Werkzeugverbindungen dieser Art, die einen zylindrischen Passzapfen aufweisen, besteht.

Bei den Ausführungsvarianten nach Fig. 8a, b bis 15 a, b weist der Zentrier- ring 29 einen Käfigring 110 aus einem verformbaren, vorzugsweise elasto- merem Material auf, der mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Stützkugeln 112 bestückt ist. Die Stützkugeln 112 liegen in gefügtem Zustand der Bauteile 10, 12 an den einander zugewandten Begrenzungswänden 30', 34' an. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 8a, b bis 12a, b sind die Be- grenzungswände 30' und 34' jeweils konisch im Sinne einer Außenkonuspar- tie und einer Innenkonuspartie an den betreffenden Bauteilen ausgebildet. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 13a und b bis 15a und b ist nur eine der beiden Begrenzungswände konisch in diesem Sinne ausgebildet, während die andere Begrenzungswand zylindrisch verläuft, ohne dass da- durch die Zentrierfunktion verloren geht. Beim Fügevorgang sorgen die Stützkugeln 112 dafür, dass der Zentrierring an den Begrenzungsflächen eine Abrollbewegung ausführen kann, die einer unkontrollierten Verspannung in diesem Bereich entgegenwirkt. In Fig. 16 ist die Anordnung des Käfigrings 110 mit Stützring 112 in einer schaubildlichen Darstellung der Auf- nahmehülse 16 am Bauteil 12 verdeutlich.

Im Falle der Fig. 8a und b ist das Prinzip des Zentrierrings 29 mit Stützkugeln 112 gezeigt, ohne Bevorzugung des einen oder anderen Bauteils hinsichtlich einer Fixierung des Käfigrings 110. Insbesondere ist in Fig. 8b zu erkennen, dass der elastomere Käfigring in seinem Einspannbereich noch genügend Luftraum für eine Verformung aufweist, die für die Einpassung des Käfigrings im Zuge des Fügevorgangs notwendig ist. Bei allen Ausführungsvarianten Fig. 8a bis 15b befindet sich der Einstich 37 für die Aufnahme des Käfigrings 110 auf der Seite der Aufnahmehülse 16.

Um eine eindeutige Zuordnung zwischen Zentrierring 29 und Bauteil zu erhalten, ist im Falle der Fig. 9a und b sowie 10a und b der Käfigring 110 mit je einer Rastrippe 116', 116" in einer Ringnut 118', 118" der Aufnahmehülse 16 eingerastet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11a und b ist am Käfigring 110 eine Rastrippe 116"' angeordnet, die im montierten Zustand in eine komplementäre Ringnut 120 des Passzapfens 14 eingerastet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12a und b sind am Käfigring 110 ü- ber den Umfang verteilt angeordnete Rastzapfen 122 vorgesehen, die in komplementäre Ausnehmungen 124 der Aufnahmehülse 16 eingerastet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13a und b ist der Käfigring 110 mit radial nach außen weisenden, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel konischen Ausnehmungen 126 versehen, in die von außen her durch die Wand der Aufnahmehülse 16 hindurchgreifende Halteschrauben 128 mit ihrer Ko- nusspitze eingreifen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14a und b sowie 15a und b wird gezeigt, dass von den Begrenzungswänden 30', 34" des Passzapfens und der Aufnahmehülse nur eine konisch ausgebildet sein muss, während die andere zylindrisch sein kann. In der Verbindungsanordnung nach Fig. 14a und b können Bauteile 10 mit herkömmlichen Passzapfen verwendet werden.

Der Spannmechanismus 20 nach Fig. 1 bis 16 enthält einen in einer Querbohrung 44 des Passzapfens 14 verschiebbar angeordneten Klemm- oder Pendelbolzen 46 sowie zwei in Innengewinden 48, 50 des zweiten Bauteils 12 eingedrehte, einander diametral gegenüberliegende Halteschrauben 52, 54. Die Halteschraube 52 ist dabei als mit ihrem Kopf 56 am zweiten Bauteil 12 festgelegte Anschlagschraube ausgebildet, während die Halteschraube 54 eine Bewegungsschraube bildet. Der Klemmbolzen 46 greift mit seinem Außenkonus 78 in einen Innenkonus 80 der benachbarten Anschlagschraube 52 ein und weist an seinem den Außenkonus 78 gegenüberliegenden Ende einen Innenkonus 82 zur Aufnahme eines an der Bewegungsschraube 54 angeformten Außenkonus 84 auf.

Zur Herstellung einer Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 wird zunächst der Passzapfen 14 bei ausgedrehter Bewegungsschraube 54 lose in die Aufnahmehülse 16 des zweiten Bauteils 12 eingeführt. Beim anschließenden Eindrehen der Bewegungsschraube 54 in das Innengewinde 50 kommt es zunächst zum Anschlag zwischen der Bewegungsschraube 54 und dem Klemmbolzen 46 im Bereich der einander zugewandten Konusflä- chen 82, 84. Im weiteren Verlauf des Spannvorgangs wird der Klemmbolzen 46 mit seinem Außenkonus 78 bis zum Anschlag gegen die Anschlagschraube 52 in den Innenkonus 80 eingeschoben. In diesem Zustand setzt der eigentliche Spannvorgang ein, bei welchem die durch die Halteschrauben 52, 54 eingeleiteten Spannkräfte über die konischen Anlageflächen 78, 80, 82, 84 des Spannmechanismus 20 den Passzapfen 14 in die Aufnahmehülse 16 einziehende Axialkräfte umgesetzt werden. Die Axialkräfte führen zunächst zu einer Verbiegung der Federpartie 60 des Zentrierrings 29 durch die Innenkonuspartie 34 der Aufnahmehülse 16, bis die Stirnfläche 24 der Aufnahmehülse 16 gegen die Planfläche 22 des Passzapfens 14 anliegt. Beim weiteren Anziehen der Bewegungsschraube 54 kommt es schließlich zu einer Planflächenverspannung zwischen der Stirnfläche 24 und der Planfläche 22. Die gegeneinander anliegenden Außen- und Innenkonuspartien 30, 34 des Zentrierrings 29 und der Aufnahmehülse 16 sorgen für eine exakte Zentrierung der Bauteile 10, 12 und eliminieren das im Bereich der Zylin- derpassung vorhandene Spiel und die im Spannmechanismus 20 vorhandene Unsymmetrie.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen befindet sich zwischen der Stirnseite des Passzapfens 14 und dem Boden der Aufnahmehülse 16 ein mit einem axialen Durchbruch 96 versehener Dichtring 98, der einen durch die Kupplungsvorrichtung hindurchgeführten Kühlmittelkanal 100 nach außen hin abdichtet. Der von dem zweiten Bauteil ankommende Kühlmittelkanal 100 mündet durch den Dichtring 98 hindurch in ein Kühlmittelrohr 102, das durch den Spannmechanismus 20 stufenfrei hindurchgesteckt ist.

Der Spannmechanismus 20 spielt bei der Erfindung nur eine untergeordnete Rolle. So kann gemäß Fig. 17 auch ein Spannmechanismus vorgesehen werden, bei welchem am Bauteil 10 ein stirnseitig über den Passzapfen 14 axial überstehender Zugbolzen 136 vorgesehen ist, der beim Fügevorgang durch eine Bodenöffnung in der Aufnahmehülse 16 hindurchgreift und von einem nicht dargestellten maschinenseitigen Einzugsmechanismus erfasst wird. Die Zentrierung zwischen den beiden Bauteilen 10, 12 erfolgt hier mit Hilfe eines Zentrierrings 29, der bei dem in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel als Käfigring 110 mit Stützkugeln 112 ausgebildet ist.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile 10, 12, beispielsweise zweier Werkzeugteile. Das erste Bauteil 10 weist einen zylindrischen Passzapfen 14 sowie eine den Passzapfen an dessen Wurzel 28 begrenzende, radial überstehende Planfläche 22 auf, während das zweite Bauteil 12 eine Aufnahmehülse 16 mit zylindrischer Innenfläche 32 aufweist. Weiter ist ein Spannme- chanismus 20 vorgesehen, der beim Spannvorgang dafür sorgt, dass der Passzapfen 14 in die Aufnahmehülse 16 eingezogen wird und dabei die Planfläche 22 und die Stirnfläche 24 gegeneinander gepresst werden. Um mit einfachen Mitteln eine exakte Zentrierung der Bauteile zu gewährleisten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Aufnahmehülse einen von der zylindrischen Innenfläche zur Stirnfläche hin divergierende Innenko- nuspartie 34 aufweist und der Passzapfen einen in seinem Wurzelbereich angeordneten, elastisch verformbaren Zentrierring 29 mit einer zur Innenko- nuspartie 34 komplementären Außenkonuspartie trägt.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile, insbesondere zweier Werkzeugteile (10, 12), mit einem am ersten Bauteil (10) angeordneten, eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche (26) aufweisenden Passzapfen (14) und einer den Passzapfen (14) an dessen Wurzel (28) begrenzenden, radial überstehenden ringförmigen Planfläche (22), mit einer am zweiten Bauteil (12) angeordneten, eine zylindrische Innenfläche (32) aufweisenden, durch eine ringförmige Stirnfläche (24) begrenzten Aufnahmehülse (16) und mit einem den Passzapfen (14) in die Aufnahmehülse (16) einziehenden und dabei die Planfläche (22) und die Stirnfläche (24) gegeneinander pressenden Spannmechanismus (20), wobei die Aufnahmehülse (16) eine von der zylindrischen Innenfläche (32) zur Stirnfläche hin divergierende Innenkonuspartie (34) aufweist und der Passzapfen eine hierzu komplementäre Außenkonuspartie (30) trägt, gekennzeichnet durch einen die Außenkonuspartie (30) aufweisenden, im Wurzelbereich des Passzapfens angeordneten, elastisch verformbaren Zentrierring (29).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) auf den Passzapfen (14) aufgesteckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) mit dem Passzapfen (14) form- und/oder kraft- schlüssig verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine den Passzapfen (14) umgebende randoffene Ausnehmung (36) zur Aufnahme des Zentrierrings (29).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die randoffene Ausnehmung (36) in einen axialen Einstich (37) in der ringförmigen Planfläche (22) des ersten Bauteils (10) hineinreicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die randoffene Ausnehmung (36) gegenüber dem Zentrierring (29) ein dessen elastische Verformung zulassendes Übermaß aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Zentrierring (29) aus federelastischem Material, vorzugsweise aus Federstahl besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) einen mit dem Passzapfen (14) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbundene ringförmige Fußpartie

(64) und eine axial an die Fußpartie anschließende, frei über die benachbarte Mantelfläche des Passzapfens (14) überstehende, die Au- ßenkonuspartie (30) tragende ringförmige Federpartie (60) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) mit seiner Fußpartie (64) auf den Passzapfen (14) aufgerastet, aufgeschrumpft, aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgelötet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federpartie (60) auf der der Passzapfenwurzel (28) zugewandten Seite der Fußpartie (64) angeformt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federpartie (60) auf der der Passzapfenwurzel (28) abgewandten

Seite der Fußpartie (64) angeformt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Passzapfen (14) einen in axialem Abstand von der Planfläche (22) angeordneten zylindrischen Zentrierabschnitt (62) aufweist, an den sich in Richtung Planfläche (22) vorzugsweise über eine Begrenzungsstufe (72) die randoffene Ausnehmung (36) mit gegenüber dem Zentrierabschnitt (62) kleinerem Durchmesser anschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) eine gegen einen Zentrierabschnitt (62) anliegende ringförmige Fußpartie (64) und eine axial über die Fußpartie überstehende, zumindest teilweise in die randoffene Ausnehmung einbiegbare Federpartie (60) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußpartie (64) des Zentrierrings (29) eine im Durchmesser an den

Zentrierabschnitt (62) des Passzapfens (14) angepasste Zentrieröffnung aufweist, deren Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Federpartie ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) im Bereich der Federpartie (60) einen über seine axiale Erstreckung variablen Innendurchmesser aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) mit seiner Fußpartie (64) auf den Passzapfen spielfrei aufgesteckt oder aufgeschrumpft ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Passzapfen (14) im Bereich des Einstichs (37) eine schräg in Richtung Bauteilachse weisende Auflaufschräge (68) für die Federpartie (60) des Zentrierrings (29) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) im Bereich der Federpartie (60) eine ringförmig umlaufende, durch eine Materialverdünnung gebildete Biegezone (66) aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch mindestens einen in einen ringförmigen Zwischenraum zwischen Passzapfen (14) und Zentrierring (29) eingeschlossenen Dichtungsring (38) aus elastomerem Material.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (38) am Passzapfen (14) und/oder am Zentrierring (29) anvulkanisiert ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) über den Umfang verteilt angeordnete, axial zur Fußpartiekante und/oder zur Federpartiekante offene Spreiz- oder Biegeschlitze (76, 78) aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel des hülsenseitigen Innenkonus (34) bei losem Passzapfen (14) steiler als der Konuswinkel des zentrierring- seitigen Außenkonus (30) ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel des Außenkonus (30) und des Innenkonus (34) bei über dem Passzapfen eingespanntem Zentrierring (29) einander angeglichen sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) in eingespanntem Zustand im Be- reich der Fußpartie (64) innenseitig am Zentrierabschnitt (62) des Passzapfens (14), im Bereich der Federpartie (60) außenseitig am Innenkonus (34) der Aufnahmehülse (16) und stirnseitig an einer Einstichfläche im Bereich der Passzapfenwurzel ringförmig anliegt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (29) einen Käfigring (110) aus elastisch verformbarem Material aufweist, in welchem in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, sich am Passzapfen (14) und in der Aufnahmehülse ab- stützende Stützkörpern (112) eingebettet sind.

26. Vorrichtung zur Kupplung zweier Bauteile, insbesondere zweier Werkzeugteile (10, 12), mit einem am ersten Bauteil (10) angeordneten, eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche (26) aufweisenden Passzap- fen (14) und einer den Passzapfen (14) an dessen Wurzel (28) begrenzenden, radial überstehenden ringförmigen Planfläche (22), mit einer am zweiten Bauteil (12) angeordneten, eine zylindrische Innenfläche (32) aufweisenden, durch eine ringförmige Stirnfläche (24) begrenzten Aufnahmehülse (16) und mit einem den Passzapfen (14) in die Auf- nahmehülse (16) einziehenden und dabei die Planfläche (22) und die

Stirnfläche (24) gegeneinander pressenden Spannmechanismus (20), wobei die Aufnahmehülse (16) und/oder der Passzapfen (14) eine von ihrer zylindrischen Mantel- oder Innenfläche (26, 32) zur Stirn- oder Planfläche (24, 22) hin divergierende Konuspartie (34, 30) aufweisen, die im Falle der Aufnahmehülse (16) als Innenkonuspartie (34) und im

Falle des Passzapfens (14) als Außenkonuspartie (30) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aufnahmehülse (16) und dem Passzapfen (14) im Bereich der mindestens einen Konuspartie (34, 30) eine in die Aufnahmehülse und/oder in den Passzapfen einge- formte ringförmig umlaufende Tasche (Einstich 37) vorgesehen ist, in der ein Käfigring (110) aus elastisch verformbarem Material angeordnet ist, der mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, sich im Füge- zustand an den im Bereich der Tasche (114) einander zugewandten Begrenzungswänden (30', 34') der Aufnahmehülse (16) und des Passzapfens (14) abstützenden Stützkörpern (112) bestückt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (110) aus einem elastomerem Material besteht, während die im Käfigring angeordneten vorzugsweise als Stützkugeln (112) ausgebildeten Stützkörper aus Metall, vorzugsweise aus Stahl bestehen.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (110) mit einem der beiden Bauteile (10, 12) form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (110) mit einem der beiden Bauteile (10, 12) verrastet, verspannt oder verschraubt ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Stützkörper (112) sich an der mindestens einen Konuspartie (30¹, 34') abstützen.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Tasche (Einstich 37) in die Aufnahme- hülse (16) eingeformt und der Käfigring (110) in dieser Tasche fixiert ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spannmechanismus (20) einen in einer Querboh- rung (44) des Passzapfens (14) verschiebbar angeordneten, an seinen

Enden einen Innen- oder Außenkonus (82, 84) aufweisenden Klemmbolzen (46) und zwei einander bezüglich der zylindrischen Innenfläche (32) der Aufnahmehülse (16) diametral gegenüberliegende, (32) der Aufnahmehülse (16) diametral gegenüberliegende, beim Spannvorgang unter Verbiegen des Zentrierrings (29) und unter gegenseitigem Anpressen der Bauteile (10, 12) im Bereich der Planfläche (22) und der Stirnfläche (24) keilartig mit dem Klemmbolzen (46) verspannbare, vorzugsweise als Halteschrauben (52, 54) ausgebildete

Spannorgane aufweist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spannmechanismus (20) einen am stirnseitigen Ende des Passzapfens (14) axial überstehenden Zugbolzen (136) sowie eine maschinenseitig angeordnete, durch eine Durchtrittsöffnung in der Aufnahmehülse (16) hindurch am Zugbolzen (136) axial angreifende Einzugvorrichtung aufweist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stirnseite des Passzapfens (14) und dem Boden der Aufnahmehülse (16) ein mit einem Durchbruch (96) versehender axialer Dichtring (98) angeordnet ist.