WO2012152442A1 - Antriebsverbindung - Google Patents

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WO2012152442A1
WO2012152442A1 PCT/EP2012/002001 EP2012002001W WO2012152442A1 WO 2012152442 A1 WO2012152442 A1 WO 2012152442A1 EP 2012002001 W EP2012002001 W EP 2012002001W WO 2012152442 A1 WO2012152442 A1 WO 2012152442A1
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drive connection
contour
areas
tool
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PCT/EP2012/002001
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English (en)
French (fr)
Inventor
Adolf Kochsiek
Guido Kochsiek
Original Assignee
Iprotec Maschinen- Und Edelstahlprodukte Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/006—Conical shanks of tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2231/00—Details of chucks, toolholder shanks or tool shanks
    • B23B2231/02—Features of shanks of tools not relating to the operation performed by the tool
    • B23B2231/0216—Overall cross sectional shape of the shank
    • B23B2231/0244—Special forms not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2265/00—Details of general geometric configurations
    • B23B2265/32—Polygonal

Definitions

  • the present invention relates to a drive connection.
  • Such drive connections are used, for example, when tools are inserted into the corresponding drive units.
  • a generic drive connection is known from EP 0 294 348 B1. This describes a tool assembly with two parts, which are formed substantially complementary to each other. A projection is fitted in a seat and clamped in a previously known manner.
  • projection and seat are complementary and have largely full contact areas.
  • EP 0 294 348 is now also defined in ISO standards, ISO / CD 26623-1; ISO / CD 26623-2.
  • This interface is elaborate processing on different Machinery produced and is therefore associated in the production with great economic effort.
  • the flat contact surface is decisive for the bending stiffness and thus the efficiency of the connection.
  • the polygonal portion of the interface is essential for accurate repeatable positioning and torque transfer.
  • the tool is drawn with polygonal projection by a tool clamping device in the tool holder with complementary bore.
  • the pull-in force is constant. By increasing the pull-in force more force is exerted on the tool interface and the connection becomes stiffer.
  • the pull-in force can not be increased arbitrarily, because by the insertion of the tool in the tool holder creates friction and deformation of the polygonal connection between the projection and recording. In turn, retraction force is lost, which is no longer available for the contact force on the plan contact surface.
  • the stiffness decreases. Therefore, the current connection is provided with very tight tolerances, which significantly increases the manufacturing costs.
  • a further development is to develop a drive connection of the generic type such that it has an increased performance and, moreover, can be produced with less economical production outlay.
  • compatibility with the standardized design is advantageous.
  • a polygonal connection is created, on the one hand ensures the positioning accuracy, but beyond the necessary retraction force reduced in the polygonal connection. As a result, the performance of the connection with respect to torque transmission is maintained or increased.
  • the formation of reduced contact surfaces can be done by cropping the contour or by layering in the designated places.
  • the reduction of the contact areas between the projection and the seat in the intended connection position can be carried out in both the radial and axial directions.
  • one or more constrictions may be provided radially in a polygonal annular region, which constrictions reduce the contact surfaces to predetermined regions in the cross-sectional region.
  • material reductions or contact projections which also define contact regions in the axial direction can also be formed along a contour line running parallel to the center line. This results in further possibilities to reduce the frictional forces, to increase the preload and contact force and to make the tool interface as a whole stiffer and more efficient.
  • the tool interface can be further optimized.
  • non-circular, polygonal contours are generated by turning.
  • This method is known for example from EP 0 907 458. With this method, it is z. B. also possible to produce the gripper grooves of tools in the same clamping as the polygon, which is highly economical and increases the precision of the tool.
  • the invention thus proposes to produce the drive connection between the projection and the seat such that in the most extreme case only the surfaces required for torque transmission are formed as contact surfaces, while the remaining regions are designed such that the projection and the seat, the initial dimensions, do not touch.
  • the compound can thus be deformed with less force, because material can deform in the free spaces. There is more pull-in force for the contact surface available. In addition, the deformation increases the rigidity. The tolerances do not have to be too narrow, because the deformation compensates tolerance deviations.
  • the embodiment of the invention enables the highly economical production by means of non-circular turning.
  • a production can be done in one setting, whereby the manufacturing quality and at the same time the cost is increased.
  • the previously known non-circular turning methods can also be used for hard turning, machining steps such as grinding can be completely eliminated.
  • conventional tool-side connecting stumps can be combined with tool holders according to the invention and tool-side connecting stubs according to the invention with ISO-compliant tool holders.
  • the tool-side connecting stumps according to the invention can also be combined with tool holders according to the invention.
  • contact surfaces on the one hand and also the contact angles on the other hand can be influenced in the connection according to the invention, it is possible to produce tool connections for completely different machining tasks, which are optimized for the respective application. For example, other contact surfaces and / or contact angles can be worked out with turning tools than is done with milling tools.
  • the male polygons according to the invention on the one hand, which are formed on the tool side, and the tool receptacles, the female polygons, also have the advantages according to the invention in combination with the exemplary embodiments disclosed in ISO.
  • FIG. 1 shows a tool interface of a tool
  • Figure 2 shows the comparison of the contour according to the invention to a previously known
  • FIG. 3 shows a detail enlargement according to FIG. 2 and
  • FIG. 4 shows an example of a deviation curve between a conventional contour and a new contour.
  • Figure 1 shows a pin or projection, also called male polygon, in a side view.
  • the areas in the center of the polygon blue are indemnified.
  • the two red functional areas (section 1) of the polygon interface are conical. You can have the same or different biases in interaction with a hub.
  • the transition from the functional area to the free area can be designed as desired, ie as a slope, as a puncture or the like.
  • the black contour according to the invention results in an optimized contour (contour 2). Both in the Hüllnik- and in the area of the equine circle there are clear deviations due to the contour release. In the optimum area for the connection, an optimized system is created in which both contours overlap.
  • FIG. 3 represents an enlarged detail according to FIG.
  • FIG. 4 shows the conventional contour in red (contour 1) and the contour according to the invention also in black (contour 2).
  • the blue curve shows the respective deviation of the two curves in an enlarged form at the respective position (contour 3).
  • the horizontal axis of the diagram corresponds to the angle of the relevant position on the contour.
  • the vertical axis shows the diameter or deviation. It is very clear to identify the contact areas on the one hand and the released areas on the other.
  • the curve refers to a wave, ie a male polygon, and only one possible connection form is represented, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsverbindung. Derartige Antriebsverbindungen werden beispielsweise verwendet, wenn Werkzeuge in die entsprechenden Antriebseinheiten eingesetzt werden. Eine Antriebsverbindung besteht aus wenigstens zwei Teilen, wobei ein Teil ein verjüngt zulaufender Stumpf ist und der zweite Teil einen Sitz aufweist, der eine sich verjüngende Ausnehmung zur Aufnahme des Stumpfes umfasst und wobei beide Teile im bestimmungsgemäßen Verbindungszustand in axialer Richtung zusammenwirkende Anschlagselemente umfassen, wobei wenigstens eines der beiden Teile wenigstens einen Querschnitt in Form eines drei- oder vierseitigen Epi- oder Hypotrochoids oder Kombinationen aus halbelliptischen und halbkreisförmigen Konturen haben, wobei die Oberflächen der beiden Teile derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmungsgemäßen Zusammensetzung beider Teile nur teilflächige Kontaktbereiche ausgebildet sind.

Description

Antriebsverbindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsverbindung. Derartige Antriebsverbindungen werden beispielsweise verwendet, wenn Werkzeuge in die entsprechenden Antriebseinheiten eingesetzt werden.
Eine gattungsgemäße Antriebsverbindung ist aus der EP 0 294 348 B1 bekannt. Diese beschreibt einen Werkzeugaufbau mit zwei Teilen, die im Wesentlichen einander komplementär ausgebildet sind. Ein Vorsprung wird in einen Sitz eingepasst und in vorbekannter Weise festgeklemmt.
Dieser vorbekannte Stand der Technik wiederum ist beispielsweise aus der GB-A-505,727 bekannt. Diese offenbart einen Vorsprung und eine entsprechende Aussparung, die beide einen nichtkreisförmigen Querschnitt haben. Bevorzugt sind Dreiecke mit abgerundeten Ecken beziehungsweise zykloiden Kurven. Während die GB-A-505,727 die relative axiale Position von Vorsprung und Sitz nicht genau definiert, schlägt die genannte EP 0 294 348 hierfür einen Anschlag vor.
Gleichwohl sind Vorsprung und Sitz komplementär ausgebildet und haben weitgehend vollflächige Kontaktbereiche.
Das aus der EP 0 294 348 bekannte System ist inzwischen auch in ISO-Normen definiert, ISO/CD 26623-1 ; ISO/CD 26623-2.
Diese Schnittstelle wird in aufwändigen Bearbeitungsverfahren auf unterschiedlichen Maschinen hergestellt und ist in der Herstellung daher mit großem wirtschaftlichem Aufwand verbunden.
Darüber hinaus ist die herkömmliche Verbindungstechnologie hinsichtlich der Leistungsfähigkeit begrenzt. So lassen sich keine Polygonprofile mit definiertem konischen Verlauf erzeugen.
Bei Antriebsverbindungen, auch bei der vorliegenden Antriebsverbindung ist die Plananlagefläche maßgeblich für die Biegesteifigkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Verbindung. Dabei ist der polygonale Anteil an der Schnittstelle wesentlich für die präzise wiederholgenaue Positionierung und für die Drehmomentübertragung. Üblicherweise wird das Werkzeug mit polygonalem Vorsprung durch eine Werkzeugspanneinrichtung in die Werkzeugaufnahme mit Komplementärbohrung eingezogen. Die Einzugskraft ist konstant. Durch Erhöhung der Einzugskraft wird mehr Kraft auf die Werkzeugschnittstelle ausgeübt und die Verbindung wird steifer. Die Einzugskraft kann jedoch nicht beliebig erhöht werden, denn durch den Einzug des Werkzeugs in die Werkzeugaufnahme entsteht Reibung und Verformung der polygonalen Verbindung zwischen Vorsprung und Aufnahme. Dadurch wiederum geht Einzugskraft verloren, die nicht mehr für die Anlagekraft an der Plananlagefläche zur Verfügung steht. Die Steifigkeit nimmt ab. Deshalb ist die derzeitige Verbindung mit sehr engen Toleranzen versehen, was die Herstellkosten deutlich erhöht.
Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
A u f g a b e zugrunde, eine Antriebsverbindung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, dass diese eine erhöhte Leistungsfähigkeit aufweist und darüber hinaus mit geringerem wirtschaftlichen Herstellungsaufwand herstellbar ist. Darüber hinaus ist eine Kompatibilität zur genormten Auslegung von Vorteil.
Zur technischen L ö s u n g wird eine Antriebsverbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit der Erfindung wird eine polygonale Verbindung geschaffen, die einerseits die Positioniergenauigkeit gewährleistet, darüber hinaus jedoch die notwendige Einzugskraft in der polygonalen Verbindung reduziert. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Verbindung in Bezug auf Drehmomentübertragung erhalten beziehungsweise wird erhöht.
Dies erfolgt durch die Reduzierung der Kontaktflächen zwischen Vorsprung und Sitz. Dies kann durch Freistellen der Kontur in für die Verbindung unwichtigen Bereichen erfolgen, so dass der Kontakt zwischen Vorsprung und Sitz in den wesentlichen Bereichen erreicht werden kann.
Durch die Reduzierung der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkzeugaufnahme reduziert sich auch die Reibung und damit die zur Überwindung dieser Reibung erforderliche Kraft. An der sich ergebenden Plananlage steht somit mehr Übertragungskraft zur Verfügung.
Darüber hinaus entstehen automatisch freie Bereiche, in welche hinein sich das Material leicht verformen kann, so dass die Vorspannung der Verbindung erhöht werden kann, ohne dass sich zugleich die Reibung erhöht. Daraus resultiert eine zusätzliche Verbesserung der Biege- und Torsionssteifigkeit, die mit herkömmlichen Schnittstellen nicht erreichbar ist. Dadurch ist es möglich, höhere Drehmomente zu übertragen.
Das Ausbilden von reduzierten Kontaktflächen kann durch Freistellen der Kontur erfolgen oder durch Aufschichten an den dafür vorgesehenen Stellen.
Die Reduzierung der Kontaktbereiche zwischen dem Vorsprung und dem Sitz in der bestimmungsgemäßen Verbindungsposition können sowohl in radialer als auch axialer Richtung ausgeführt sein. So kann beispielsweise in einem polygonalen Ringbereich radial eine oder mehrere Einschnürungen vorgesehen sein, die im Querschnittsbereich die Berührungsflächen auf vorgegebene Bereiche reduzieren. Aber auch entlang einer parallel zur Mittellinie verlaufenden Konturlinie können Materialreduzierungen oder Kontaktvorsprünge ausgebildet sein, die auch in der axialen Richtung Berührungsbereiche definieren. Dadurch ergeben sich weitere Möglichkeiten die Reibkräfte zu reduzieren, die Vorspannung und Anlagekraft zu erhöhen und die Werkzeugschnittstelle insgesamt steifer und leistungsfähiger zu gestalten.
Durch geeignete Wahl unterschiedlicher Vorspannungen im polygonalen Bereich der Schnittstelle kann die Werkzeugschnittstelle weiter optimiert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, für die Herstellung des Vorsprungs und/oder des Sitzes neuartige Herstellungsverfahren einzusetzen, insbesondere das sogenannten Unrund-Drehverfahren. Bei diesem Verfahren werden unrunde, polygonale Konturen durch Drehen erzeugt. Dieses Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der EP 0 907 458. Mit diesem Verfahren ist es z. B. auch möglich, die Greifernute von Werkzeugen in derselben Aufspannung wie das Polygon herzustellen, was hochwirtschaftlich ist und die Präzision des Werkzeugs erhöht.
Durch die Erfindung wird somit vorgeschlagen, die Antriebsverbindung zwischen Vorsprung und Sitz so herzustellen, dass im extremsten Fall nur die für die Drehmomentübertragung erforderlichen Flächen als Kontaktflächen ausgebildet sind, während die übrigen Bereiche so ausgebildet sind, dass sich Vorsprung und Sitz, die Ausgangsmaße betrachten, nicht berühren.
Die Verbindung kann somit mit geringerer Kraft verformt werden, weil sich Material in die Freiräume verformen kann. Es bleibt mehr Einzugskraft für die Anlagefläche zur Verfügung. Darüber hinaus erhöht die Verformung die Steifigkeit. Die Toleranzen müssen nicht zu eng sein, da die Verformung Toleranzabweichungen ausgleicht.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung die hochwirtschaftliche Fertigung mittels Unrunddrehverfahren. Somit kann eine Fertigung in einer Aufspannung erfolgen, wodurch die Fertigungsqualität und zugleich auch die Wirtschaftlichkeit erhöht wird. Da die vorbekannten Unrunddrehverfahren auch zum Hartdrehen verwendet werden können, können Bearbeitungsschritte wie Schleifen vollständig entfallen.
Durch die geeignete Auswahl der Kontaktflächen der Verbindung entsteht ein eindeutig definierter Kontaktbereich. Auch bei Abweichungen der Konturen aufgrund großer Fertigungstoleranzen bleibt der Kontaktbereich an der gleichen Stelle. Dies ist gegenüber dem Stand der Technik gemäß ISO ein erheblicher Vorteil, da dort bei Abweichungen oder zu weiten Fertigungstoleranzen Konturen entstehen, die zu einer Kontaktbereichsverschiebung führen. Damit entsteht Kontakt auch in Bereichen, die einen ganz erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Verbindung haben. Aus diesem Grunde sind sehr enge Fertigungstoleranzen bei dem Produkt nach dem Stand der Technik erforderlich, wodurch hohe Fertigungskosten entstehen. Dies entfällt bei der erfindungsgemäßen Verbindung. Darüber hinaus werden erfindungsgemäß Verbindungselemente, und zwar sowohl männliche als auch weibliche Verbindungselemente, hergestellt, die in vorteilhafter Weise mit den jeweils anderen der nach dem Stand der Technik gefertigten Verbindungen nach ISO kombinierbar sind. So können also herkömmliche werkzeugseitige Verbindungsstümpfe mit erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahmen kombiniert werden und erfindungsgemäße werkzeugseitige Verbindungsstümpfe mit ISO-gemäßen Werkzeugaufnahmen. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen werkzeugseitigen Verbindungsstümpfe auch mit erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahmen kombiniert werden.
Da die Kontaktflächen einerseits und auch die Kontaktwinkel andererseits bei der erfindungsgemäßen Verbindung beeinflussbar sind, besteht die Möglichkeit, für ganz unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben Werkzeugverbindungen herzustellen, die auf den jeweiligen Anwendungsfall hin optimiert sind. So können beispielsweise andere Kontaktflächen und/oder Kontaktwinkel bei Drehwerkzeugen ausgearbeitet werden als dies bei Fräswerkzeugen erfolgt.
Da keine vollflächige Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme und dem Werkzeug entsteht, wird vorteilhafter Weise nur eine geringere Ausschubkraft für das Werkzeug benötigt, denn es liegt nur eine geringere Reibung vor.
Die erfindungsgemäßen männlichen Polygone einerseits, die werkzeugseitig ausgebildet sind, als auch die Werkzeugaufnahmen, die weiblichen Polygone, weisen auch in Kombination mit den in der ISO offenbarten Ausführungsbeispielen die erfindungsgemäßen Vorteile auf.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Werkzeugschnittstelle eines Werkzeugs,
Figur 2 den Vergleich der erfindungsgemäßen Kontur zu einer vorbekannten
Kontur,
Figur 3 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß Figur 2 und Figur 4 ein Beispiel einer Abweichungskurve zwischen einer herkömmlichen Kontur und einer neuen Kontur.
Figur 1 zeigt einen Zapfen oder Vorsprung, auch männliches Polygon genannt, in einer Seitenansicht.
Gemäß der Erfindung sind die in der Mitte des Polygons blau ausgezeichneten Bereiche (Abschnitt 2) freizustellen. Die beiden roten Funktionsbereiche (Abschnitt 1 ) der Polygonschnittstelle sind konisch ausgebildet. Sie können im Zusammenspiel mit einer Nabe gleiche oder unterschiedliche Vorspannungen haben. Der Übergang vom Funktionsbereich zum Freibereich kann beliebig gestaltet sein, also als Schräge, als Einstich oder dergleichen.
Funktionsbereiche und Freibereiche können sich vielfach abwechseln.
Im Vergleich einer herkömmlichen Kontur, in Figur 2 rot gezeichnet (Kontur 1 ), ergibt sich die erfindungsgemäße schwarz gezeichnete Kontur als optimierte Kontur (Kontur 2). Sowohl im Hüllkreis- als auch im Pferchkreisbereich ergeben sich deutliche Abweichungen durch die Konturfreistellung. In dem für die Verbindung optimalen Bereich wird eine optimierte Anlage erzeugt, in dem sich beide Konturen überdecken.
Dies wird bei Betrachtung von Figur 3, die eine Ausschnittsvergrößerung gemäß Figur 2 darstellt, noch vielmehr verdeutlicht.
Figur 4 zeigt die herkömmliche Kontur in rot (Kontur 1 ) und die erfindungsgemäße Kontur ebenfalls in schwarz (Kontur 2). Die blaue Kurve zeigt die jeweilige Abweichung der beiden Kurven in vergrößerter Form an der jeweiligen Stelle (Kontur 3). Die Horizontalachse des Diagramms entspricht dem Winkel der betreffenden Position an der Kontur. Die Vertikalachse zeigt den Durchmesser bzw. die Abweichung. Es sind sehr deutlich die Berührungsbereiche einerseits und die freigestellten Bereiche andererseits zu identifizieren. Die Kurve bezieht sich auf eine Welle, also ein männliches Polygon, und es wird nur eine mögliche Verbindungsform beispielsweise dargestellt.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen nur der Erläuterung und sind nicht beschränkend. Insbesondere sind weitere Formen und Verbindungsformen möglich.

Claims

Patentanspruch
1. Antriebsverbindung bestehend aus wenigstens zwei Teilen, wobei ein Teil ein verjüngt zulaufender Stumpf ist und der zweite Teil einen Sitz aufweist, der eine sich verjüngende Ausnehmung zur Aufnahme des Stumpfes umfasst und wobei beide Teile im bestimmungsgemäßen Verbindungszustand in axialer Richtung zusammenwirkende Anschlagselemente umfassen, wobei wenigstens eines der beiden Teile wenigstens einen Querschnitt in Form eines drei- oder vierseitigen Epi- oder Hypotrochoids oder Kombinationen aus halbelliptischen und halbkreisförmigen Konturen haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der beiden Teile derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmungsgemäßen Zusammensetzung beider Teile nur teilflächige Kontaktbereiche ausgebildet sind.
2. Antriebsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche durch Freistellen der Kontur reduziert ausgebildet sind.
3. Antriebsverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur in für die Verbindung unwichtigen Bereichen freigestellt ist, so dass der Kontakt zwischen den beiden Teilen in den wesentlichen Bereichen erreicht ist.
4. Antriebsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche durch Aufschichten an den dafür vorgesehenen Stellen reduziert ausgebildet sind.
5. Antriebsverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierten Kontaktbereiche sowohl in radialer als auch axialer Richtung ausgeführt sind.
PCT/EP2012/002001 2011-05-10 2012-05-09 Antriebsverbindung WO2012152442A1 (de)

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