WO2013164263A1 - Axialfixierung für rotierende werkzeuge - Google Patents

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WO2013164263A1
WO2013164263A1 PCT/EP2013/058718 EP2013058718W WO2013164263A1 WO 2013164263 A1 WO2013164263 A1 WO 2013164263A1 EP 2013058718 W EP2013058718 W EP 2013058718W WO 2013164263 A1 WO2013164263 A1 WO 2013164263A1
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clamping
receptacle
clamping body
rotation
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PCT/EP2013/058718
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Wolf-Dietrich Zander
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Rego-Fix Ag
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Definitions

  • the invention relates to the patent application AZ 10 2010 018927.8 and relates to an axial fixation for tools integrated in rotating tool shots, based on machine tools.
  • Tools such as cutters, drills, etc. can be mounted in various shots, while they are stretched on their shaft area in different ways.
  • variable drill chucks With cylindrical shank form, variable drill chucks, holders with radially arranged clamping screws, hydraulic expansion or shrink chuck are used.
  • the tools are subjected to forces both radially and axially during operation.
  • the clamping force of the known tool holders is sufficient.
  • Axial forces on the other hand can lead to shifts of the tool within the recording.
  • Axial forces are caused by the frontal pressure of the tool on the workpiece and act in the direction of tool holder.
  • a displacement in this direction could be prevented by an internal recording stop, or a collar on the tool shaft for support on the tool holder.
  • axial forces can also occur in the opposite direction, in particular when using shank milling cutters, due to the mostly helical arrangement of the tool cutting edges during milling.
  • the axial position of the tool is not defined in the respective recording and must be accurately determined by measuring within the machine or on an external Einmessvorraum in a further step.
  • Clamping means due to forces occurring during machining should be prevented.
  • This object is achieved according to the invention in that between the mutually facing peripheral surfaces of the hollow cylindrical receptacle of a clamping means and the cylindrical shaft of a tool at least one sprung clamp body is present, which is supported in a circumferential groove of the tool shaft and mounted in a recess of the counterpart which tangentially extends at an acute angle to the tangent of the circumferential groove of the tool shaft in the receptacle of the clamping means, so that the clamping body is pushed or rolled in one direction in a rotation of the tool in the recess, and thus a rotation of the tool in the recording is possible, and causes a rotation of the tool in the other direction, a clamping between the tool and the recording.
  • the tangent extends through the point of contact of the clamping body with the associated circumferential groove of the tool shaft.
  • the clamping body arrangement of the receptacle is aligned so that a rotating according to its cutting arrangement tool locked by clamping in the receptacle, wherein the / the clamping body in the circumferential groove of the tool shaft also center axially.
  • a torque starting from the tool holder on the tool and vice versa transferable.
  • the actual clamping of the tool causes the respective tool-clamping means with its recording (collet, hydraulic or shrink chuck, or other suitable systems), but only after the insertion of the tool in the receptacle, the corresponding locking of the tool shaft on the integrated clamping body Arrangement took place.
  • Fig. 01 is a cut three-dimensional
  • FIG. 02 is a plan view similar to FIG. 01, FIG.
  • Fig. 03 is a plan view analogous to FIG. 02, for
  • FIG. 04 a side view similar to FIG. 01-03, FIG. 05 an end mill (3) equipped with a peripheral groove (14) and an extra deep circumferential groove (21), FIG.
  • Fig. 06 is a detailed view of a circumferential groove
  • Fig. 07 is a detailed view of a circumferential groove
  • Fig. 08 is a detailed view of a circumferential groove
  • FIG. 10 a detail view analogous to FIG. 10
  • a sectional side view analogous to FIG. 12 for illustrating the breakthrough openings (20) of the depressions (13 ) on the hollow cylindrical receiving cross-section (2)
  • a three-dimensional view analogous to FIGS. 12 and 13 annular recesses (23) provide space for alternative closure options (12) of the recesses (13) to the outside.
  • Fig. 18 is a three-dimensional detail of the
  • Breakthrough opening (20) analogous to FIG. 17, at the interface of the guide bore (13) and the receptacle (2) of the clamping ⁇ means (1) with a ball as a clamping body (10) in neutral position, applied to both sides with a spring force,
  • At least one sprung clamping body (10) is present, which in a circumferential groove (14) of the tool shank ( 4) is supported and in a recess (13) of the counterpart (1) is mounted, which tangentially at an acute angle (a) to the tangent of the circumferential groove (14) of the tool shank (4) in the receptacle (2) of the clamping means (1), so that the clamping body (10) is pushed or rolled in one direction during rotation of the tool (3) in the recess (13), and thus a rotation of the tool (3) in the receptacle (2) possible is, and upon rotation of the tool (3) in the other direction causes a clamping between the tool (3) and the receptacle (2).
  • the tangent extends through the point of contact of the clamping body (10) with the associated circumferential groove (14) of the tool shank (4).
  • the angle (a) By choosing the angle (a), the clamping effect can be influenced. Good clamping is achieved at an angle (a) of about 16 °. With decreasing angle (a), the clamping increases, with increasing angle (a) it decreases.
  • clamping can be excluded to produce only a braking action of the clamping body (10) between the clamping means (1) and the tool (3) in one direction of rotation.
  • the clamping body (10) may be formed as a displaceable wedge, but is preferably a rolling element, which may be rotatably supported in the recess (13) about an axis parallel to the axis of rotation of the tool (3). It is envisaged that the cross section of the depression (13) corresponds as exactly as possible to the outer contour of the clamping body (10).
  • the clamping body (10) receives a good guide in the axial direction and the forces acting on the clamping body forces are distributed better in terms of area. - -
  • a rolling element ball particularly suitable as a rolling element ball, since it is clearly defined in each situation and also can be used as a precise and cost-effective purchase part. It is advantageous if a bore, in conjunction with a ball as a clamping body (10), the recess (13) which opens tangentially into the peripheral surface of the receptacle (2) and which on the side facing away from the mouth by a plug ( 12), a stud, a sleeve, a spring washer, an elastic sleeve or similar measures is closed.
  • an elastic or resilient element (11) of various shapes preferably a compression spring (11) may be arranged which a force on the ball (10) in the direction the her facing circumferential groove (14) of the tool shank (3) exerts.
  • the turns of the compression spring taper to one side, so that the compression spring (11) has a conical shape.
  • the slim end of the compression spring (11) is supported on the ball (10) and centered at the same time.
  • the compression spring (11) then has no contact with its peripheral surface (4) when inserting the tool (3), and on the other hand reduces the block dimension of the pressure spring (11), so that it takes up less installation space.
  • the closure (12) and the resilient element (11) are e.g. in plastic injection technology as a part combinable, whereby the number of components can be reduced and thus the assembly can be simplified.
  • the torque transmission is based on the principle of clamping between the tool shank (3), the ball (10) and the receptacle (2) of the clamping means (1).
  • the ball assemblies (6-8) are positioned so that they do not intersect as much as possible with the separating slots (9) typical for collets (1).
  • the balls (10) When inserting the tool (3), the balls (10) are pressed or rolled in the guide holes (13), so that a torque transmission is not possible. Upon rotation in the opposite direction, the balls (10) also pass due to the spring forces in the respective gusset between the guide holes (13) and the circumferential groove (14) of the tool shank (4), so that a clamping takes place on the transmission the torque takes place.
  • Torque transmission is possible if all components are expediently made very precisely.
  • the forces acting on the balls (10) during the transmission of a torque occur to the same extent also at the respective points of contact with the circumferential groove (14) of the tool shank (3) and the guide holes (13) in the tool shank. Clamping device (1) on. It is therefore necessary that the balls (10) and at least the affected surfaces that come into contact with them, made of hard and wear-resistant material.
  • the cross section of the circumferential groove (14) of the tool shank (4) should be adapted as exactly as possible to the contour of the ball (10).
  • the ball (10) optimally centered in the groove (14) its contour can be performed with an additional recess (15), also a V-shaped cross section (16) would be favorable.
  • the tool (3) can be pushed axially into the receptacle (2) with correspondingly selected diameter tolerances of the shaft (4) and the receptacle (2) without force, displacing the balls by means of a slight rotational movement against the effective direction of the associated compression springs (11) (10) into their guide holes (13) until they reach the - -
  • the tool In the screwing direction, the tool remains freely rotatable.
  • the balls By a rotational movement in this direction and simultaneously exerting an axial force, the balls can be pushed back into their guide holes (13).
  • the tool (3) can be removed without further aids from the receptacle (2), for example, to exchange it for another tool (3).
  • sharp-edged contours can be created by introducing the guide bores (13), which are rounded as an example by means of corresponding bulges (25).
  • the guide holes (13) for receiving (2) of the clamping means (1) largely seal, protect the mechanism from the ingress of dirt particles.
  • the receiving opening (24) can be effectively sealed by means of a matching protective cap against the ingress of dirt.
  • a further embodiment of the invention (FIGS. 15-18) consists of the balls (10) with two spring elements (11), in one extended or two, respectively
  • Guide holes (13) which are not coaxial to each other, but at an obtuse angle (b) intersect and together form a breakthrough opening (20) for receiving (2) in the region of the intersection to keep in a neutral position.
  • the guide holes (13) - - Provide space for the second spring element (11) and the additional required freedom of movement of the ball (10) in the second direction.
  • Torque transmission can be selected.
  • the tool (3) In order for the balls (10) to be able to release the cross section of the receptacle (2), the tool (3) has to be turned slightly in the desired direction during insertion. In this case, the balls (10) roll to the corresponding side and release the cross-section of the receptacle (2).
  • the tool (3) is taken out of the receptacle (2) and re-inserted into the receptacle (2) of the clamping device (1) with a correspondingly changed insertion direction.
  • the tool shank (4) for this variant can be equipped with one or more extra deep circumferential grooves (21).
  • 16 and 18 illustrate that the length (X) of the opening (20) at the interface of the guide bore (13) for receiving (2) is different depending on the clamping body arrangement (7, 8).
  • a smaller, preferably obliquely arranged bore (22) is additionally provided which could serve for the manual influencing of the ball (10) from the second side.
  • the guide bore (13) could also be made continuous, wherein from the second side an additional closure (12) as an abutment for the second spring element (11) is required.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialfixierung für Werkzeuge integriert in rotierende Werkzeug-Aufnahmen, bezogen auf Werkzeugmaschinen. Es wird vorgeschlagen, dass sich zwischen den einander zugekehrten Umfangsflächen der hohlzylindrischen Aufnahme (2) eines Spannmittels (1) und des zylindrischen Schafts (4) eines Werkzeugs (3) ein oder mehrere angefederte Klemmkörper (10) vorhanden sind, welche sich in einer oder auch mehreren umlaufenden Nuten (14) des Werkzeugschafts (4) abstützten und in Vertiefungen (13) entsprechender Anzahl des Gegenstücks (1) gelagert sind, welche sich tangential in einem spitzen Winkel (a) zu der Tangente einer umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4) in der Aufnahme(2) des Spannmittels (1) erstrecken, so dass der/die Klemmkörper (10) bei der Drehung des Werkzeugs (3) in eine Richtung in die Vertiefung (13) geschoben oder gerollt werden, und somit eine Verdrehung des Werkzeugs (3) in der Aufnahme (2) möglich ist, und bei einer Drehung des Werkzeugs (3) in die andere Richtung eine Klemmung zwischen dem Werkzeug (3) und der Aufnahme (2) bewirken, die Tangente verläuft hierbei durch den Berührungspunkt eines Klemmkörpers (10) mit der zugeordneten umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4), wobei die Klemmkörper-Anordnung (6) in der Aufnahme (2) so ausgerichtet ist, dass sich ein entsprechend seiner Schneiden-Anordnung (26; 27) rotierendes Werkzeug (3) durch Klemmung in der wirksamen Drehrichtung einerseits und gleichzeitig axial beidseitig selbsttätig zentriert und arretiert.

Description

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AXIALFIXIERUNG FÜR ROTIERENDE WERKZEUGE
Die Erfindung bezieht sich auf die Patentanmeldung AZ 10 2010 018927.8 und betrifft eine Axialfixierung für Werkzeuge integriert in rotierende Werkzeug-Aufnahmen, bezogen auf Werkzeugmaschinen.
Werkzeuge wie Fräser, Bohrer usw. können in verschiedenenartigen Aufnahmen befestigt werden, dabei werden sie an ihrem Schaft-Bereich auf unterschiedliche Weise gespannt.
Bei zylindrischer Schaft-Form kommen variable Bohrspannfutter, Aufnahmen mit radial angeordneten Spannschrauben, Hydrodehn- oder SchrumpfSpannfutter zum Einsatz .
In den weitaus meisten Fällen jedoch werden die Werkzeuge mit Hilfe konischer Spannzangen verschiedener Bauart fixiert.
Grundsätzlich gelten für alle Werkzeugverbindungen hohe Anforderungen an die Haltekraft und die Rundlaufgenauigkeit sowie die Handhabung.
Die Werkzeuge werden im Betrieb je nach Schneiden- und Bearbeitungsgeometrie sowohl radial, als auch axial mit Kräften beaufschlagt.
Für die Übertragung der radial wirkenden Kräfte ist die Spannkraft der bekannten Werkzeugaufnahmen ausreichend.
Axial wirkende Kräfte dagegen können zu Verschiebungen des Werkzeugs innerhalb der Aufnahme führen.
Axialkräfte entstehen durch den stirnseitigen Druck des Werkzeugs auf das Werkstück und wirken in Richtung Werkzeugaufnahme.
Ein Verschieben in dieser Richtung könnte durch einen aufnahmeinternen Anschlag, oder einen Bund am Werkzeug- Schaft zur Abstützung an der Werkzeugaufnahme verhindert werden .
Axialkräfte können aber auch in der entgegengesetzten Richtung, insbesondere bei der Verwendung von Schaft- Fräsern, bedingt durch die meist spiralförmige Anordnung der Werkzeugschneiden während des Fräsens auftreten.
Es ist möglich, dass die insbesondere in diese Richtung, aber auch in die andere Richtung wirkenden Kräfte die Haltekraft des jeweiligen Spannmittels überschreiten und dazu führen, dass das Werkzeug aus der Aufnahme gezogen oder entgegengesetzt in die Aufnahme geschoben wird. - -
Die dadurch entstehende Undefinierte Lage des Werkzeugs in der Maschine führt in der Folge zu Schäden am Werkstück, schlimmstenfalls sind auch schwerwiegendere Kollisionen möglich .
Bei manuellem Werkzeugeinbau ist meist die axiale Position des Werkzeugs in der jeweiligen Aufnahme nicht definiert und muss mittels Einmessen innerhalb der Maschine oder an einer externen Einmessvorrichtung in einem weiteren Arbeitsschritt exakt bestimmt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die axial exakte und reproduzierbare Positionierung eines Werkzeugs in der Aufnahme eines Werkzeug-Spannmittels bei manueller Bestückung zu ermöglichen.
Axialverschiebungen des Werkzeugs innerhalb des
Spannmittels bedingt durch auftretende Kräfte während der Zerspanung sollen verhindert werden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zwischen den einander zugekehrten Umfangsflächen der hohlzylindrischen Aufnahme eines Spannmittels und des zylindrischen Schafts eines Werkzeugs mindestens ein angefederter Klemmkörper vorhanden ist, welcher sich in einer umlaufenden Nut des Werkzeugschafts abstützt und in einer Vertiefung des Gegenstücks gelagert ist, welche sich tangential in einem spitzen Winkel zu der Tangente der umlaufenden Nut des Werkzeugschafts in der Aufnahme des Spannmittels erstreckt, so dass der Klemmkörper bei einer Drehung des Werkzeugs in einer Richtung in die Vertiefung geschoben oder gerollt wird, und somit eine Verdrehung des Werkzeugs in der Aufnahme möglich ist, und bei einer Drehung des Werkzeugs in die andere Richtung eine Klemmung zwischen dem Werkzeug und der Aufnahme bewirkt. Die Tangente verläuft hierbei durch den Berührungspunkt des Klemmkörpers mit der zugeordneten umlaufenden Nut des Werkzeugschafts .
Die Klemmkörper-Anordnung der Aufnahme ist so ausgerichtet, dass sich ein entsprechend seiner Schneiden-Anordnung rotierendes Werkzeug durch Klemmung in der Aufnahme arretiert, wobei sich der/die Klemmkörper in der umlaufenden Nut des Werkzeugschafts auch axial zentrieren. In derartiger Konstellation ist mittels der Klemmkörper- Anordnung ein Drehmoment, ausgehend von der Werkzeug- Aufnahme auf das Werkzeug und umgekehrt übertragbar.
Da sich die Klemmung durch die auftretenden Drehmoment- Kräfte verstärkt, ist eine Axialverschiebung des Werkzeugs in der Aufnahme ausgeschlossen. - -
Das eigentliche Spannen des Werkzeugs bewirkt das jeweilige Werkzeug-Spannmittel mit seiner Aufnahme (Spannzange, Hydrodehn- oder auch SchrumpfSpannfutter, beziehungsweise andere geeignete Systeme), jedoch erst nach dem beim Einsetzen des Werkzeugs in die Aufnahme, die entsprechende Arretierung des Werkzeugschafts über die integrierte Klemmkörper-Anordnung erfolgte.
Die Funktionsweisen der in Kombination mit der Klemmkörper- Anordnung verwendbaren Werkzeug-Spannmittel sind bekannt und sollen somit an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden .
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 01 eine aufgeschnittene dreidimensionale
Darstellung einer Spannzange (1) mit integrierter Klemmkörper-Anordnung (6) in Wirkposition mit einem Schaftfräser (3) ,
Fig. 02 eine Aufsicht analog zu Fig. 01,
Fig. 03 eine Aufsicht analog zu Fig. 02, zur
Freigabe des Werkzeugschaft-Querschnitts (4) für den Ein- und Ausbau des Werkzeugs (3) befinden sich die angefederten Klemmkörper (10) zurückgedrängt in den Vertiefungen (13) der Aufnahme (2),
Fig. 04 eine Seitenansicht analog zu Fig. 01-03, Fig. 05 einen Schaftfräser (3), ausgestattet mit einer umlaufenden Nut (14) und einer extra tiefen umlaufenden Nut (21),
Fig. 06 eine Detaildarstellung einer umlaufenden Nut
(14) am Werkzeugschaft (4) entsprechend der
Klemmkörper-Kontur mit einseitiger
Formschräge (18),
Fig. 07 eine Detaildarstellung einer umlaufenden Nut
(14) am Werkzeugschaft (4) entsprechend der
Klemmkörper-Kontur,
Fig. 08 eine Detaildarstellung einer umlaufenden Nut
(14) am Werkzeugschaft (4) entsprechend der Klemmkörper-Kontur mit zusätzlicher
Vertiefung (15), - -
eine Detaildarstellung einer umlaufenden Nut (14) am Werkzeugschaft (4) entsprechend der Klemmkörper-Kontur jedoch in V-förmiger Ausführung (16), einen Detail-Schnitt durch ein Spannmittel
(1) ohne eingebautes Werkzeug (3), mit einer Kugel als Klemmkörper (10) und einem Dichtkolben (19) zur Abdichtung der Durchbruchöffnung (20) an der Schnittstelle der Führungsbohrung (13) mit der Aufnahme
(2) , eine Detailansicht analog Fig. 10, eine Aufsicht einer Spannzange (1) mit Klemmkörper-Anordnung (6) im konischen Schaftbereich (5) , eine geschnittene Seitenansicht analog Fig. 12 zur Darstellung der Durchbruchöffnungen (20) der Vertiefungen (13) am hohlzylindrischen Aufnahme-Querschnitt (2), eine dreidimensionale Ansicht analog Fig. 12 und 13, ringförmige Vertiefungen (23) bieten Platz für alternative Verschluss-Optionen (12) der Vertiefungen (13) nach außen hin. einen Schnitt durch ein Spannmittel (1) mit eingebautem Werkzeug in Arbeitsstellung, die Drehmomentübertragung auf das Werkzeug (3) erfolgt in Pfeilrichtung, eine dreidimensionale Detaildarstellung der Durchbruchöffnung (20) analog zu Fig. 15, an der Schnittstelle der Führungsbohrung (13) und der Aufnahme (2) des Spann- mittels (1) mit einer Kugel als Klemmkörper (10) in Neutralstellung, beidseitig beaufschlagt mit einer Federkraft, einen Detail-Schnitt durch ein Spannmittel (1) ohne eingebautes Werkzeug (3) mit einer Kugel als Klemmkörper (10) in
Neutralstellung, beidseitig beaufschlagt mit einer Federkraft, wobei sich zwei nicht koaxial verlaufende Führungsbohrungen (8; 13) in der Neutralposition des Klemmkörpers (10) schneiden, - -
Fig. 18 eine dreidimensionale Detaildarstellung der
Durchbruch-Öffnung (20) analog zu Fig. 17, an der Schnittstelle der Führungsbohrung (13) und der Aufnahme (2) des Spann¬ mittels (1) mit einer Kugel als Klemmkörper (10) in Neutralstellung, beidseitig beaufschlagt mit einer Federkraft,
Zwischen den einander zugekehrten Umfangsflachen der hohlzylindrischen Aufnahme (2) eines Spannmittels (1) und des zylindrischen Schafts (4) eines Werkzeugs (3) ist mindestens ein angefederter Klemmkörper (10) vorhanden, welcher sich in einer umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4) abstützt und in einer Vertiefung (13) des Gegenstücks (1) gelagert ist, welche sich tangential in einem spitzen Winkel (a) zu der Tangente der umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4) in der Aufnahme (2) des Spannmittels (1) erstreckt, so dass der Klemmkörper (10) bei einer Drehung des Werkzeugs (3) in einer Richtung in die Vertiefung (13) geschoben oder gerollt wird, und somit eine Verdrehung des Werkzeugs (3) in der Aufnahme (2) möglich ist, und bei einer Drehung des Werkzeugs (3) in die andere Richtung eine Klemmung zwischen dem Werkzeug (3) und der Aufnahme (2) bewirkt. Die Tangente verläuft hierbei durch den Berührungspunkt des Klemmkörpers (10) mit der zugeordneten umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4). Durch die Wahl des Winkels (a) ist die Klemmwirkung beeinflussbar. Eine gute Klemmung wird bei einem Winkel (a) , von ca. 16° erreicht. Mit abnehmendem Winkel (a) erhöht sich die Klemmung, mit zunehmendem Winkel (a) verringert sie sich.
So kann bei einem absichtlich größer gewählten Winkel (a) eine Klemmung ausgeschlossen werden, um nur eine Bremswirkung des Klemmkörpers (10) zwischen dem Spannmittel (1) und dem Werkzeug (3) in einer Drehrichtung zu erzeugen.
Der Klemmkörper (10) kann als verschiebbarer Keil ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise ein Wälzkörper, welcher um eine Achse parallel zu der Drehachse des Werkzeugs (3) drehbar in der Vertiefung (13) gehalten sein kann. Es ist vorgesehen, dass der Querschnitt der Vertiefung (13) möglichst genau der äußeren Kontur des Klemmkörpers (10) entspricht.
Damit erhält der Klemmkörper (10) eine gute Führung in axialer Richtung und die auf den Klemmkörper wirkenden Kräfte werden flächenmäßig besser verteilt. - -
Besonders eignet sich als Wälzkörper eine Kugel, da sie in jeder Lage eindeutig definiert und zudem als präzises und kostengünstiges Kaufteil einsetzbar ist. Es ist von Vorteil, wenn eine Bohrung, in Verbindung mit einer Kugel als Klemmkörper (10), die Vertiefung (13) bildet, welche tangential in die Umfangsfläche der Aufnahme (2) mündet und welche auf deren der Mündung abgekehrten Seite durch einen Stopfen (12), eine Stiftschraube, eine Hülse, einen Federring, eine elastische Manschette oder vergleichbare Maßnahmen verschlossen ist.
Der Durchbruch (20), welcher sich dadurch ergibt, dass die Führungsbohrung (13) die Umfangsfläche der Aufnahme (2) tangential schneidet, erlaubt der Kugel (10), bis zu einer bestimmten Tiefe in den Querschnitt der Aufnahme (2) hineinzuragen, ohne dass diese durch den Durchbruch (20) aus der Führungsbohrung (13) rollen kann.
Zwischen der Kugel (10) und dem Verschluss (12) der Führungsbohrung (13) kann ein elastisches oder federndes Element (11) unterschiedlichster Form, vorzugsweise eine Druckfeder (11), angeordnet sein, welche eine Kraft auf die Kugel (10) in Richtung der ihr zugewandten umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (3) ausübt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Drehmomentübertragung, beziehungsweise axiale Arretierung unmittelbar bei Drehung des Werkzeugs (3) in die wirksame Richtung einsetzt.
Es ist vorteilhaft, wenn sich die Windungen der Druckfeder zu einer Seite verjüngen, sodass die Druckfeder (11) eine konische Form aufweist. Das schlanke Ende der Druckfeder (11) stützt sich dabei an der Kugel (10) ab und zentriert sich gleichzeitig.
Zum einen hat die Druckfeder (11) dann beim Einsetzen des Werkzeugs (3) keinen Kontakt zu dessen Umfangsfläche (4), zum anderen reduziert sich das Blockmaß der Druckfeder (11), sodass sie weniger Bauraum beansprucht.
Der Verschluss (12) und das federnde Element (11) sind z.B. in Kunststoffspritztechnik als ein Teil kombinierbar, wodurch sich die Anzahl der Bauteile reduziert und somit die Montage vereinfacht werden kann.
Die Drehmomentübertragung beruht auf dem Prinzip der Klemmung zwischen dem Werkzeugschaft (3), der Kugel (10) und der Aufnahme (2) des Spannmittels (1) .
Je nach Möglichkeit können mehrere Kugelanordnungen (6) in einer oder auch mehreren Ebenen der Aufnahme (2) im gleichen Drehsinn verteilt, verbaut werden. - -
Hierdurch wird eine sichere und gleichmäßigere Kraftübertragung erreicht. Außerdem verteilt sich die resultierende Belastung beim Übertragen eines Drehmoments oder von Axialkräften auf die entsprechende Anzahl der Kugeln (10) .
Speziell in Kombination mit Spannzangen, werden die Kugelanordnungen (6-8) so positioniert, dass sie sich nach Möglichkeit nicht mit den für Spannzangen (1) typischen Trennschlitzen (9) schneiden.
Beim Einsetzen des Werkzeugs (3) werden die Kugeln (10) in die Führungsbohrungen (13) gedrückt oder gerollt, so dass eine Drehmomentübertragung nicht möglich ist. Bei einer Drehung in die entgegengesetzte Richtung gelangen die Kugeln (10) auch bedingt durch die Federkräfte in die jeweiligen Zwickel zwischen den Führungsbohrungen (13) und der umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4), sodass eine Klemmung erfolgt, über die die Übertragung des Drehmoments stattfindet.
Über eine solche Klemmung können sehr hohe Kräfte übertragen werden. Eine nahezu spielfreie
Drehmomentübertragung wird ermöglicht, wenn alle Komponenten zweckmäßigerweise sehr präzise gefertigt sind. Die Kräfte, welche bei der Übertragung eines Drehmoments auf die Kugeln (10) wirken, treten entsprechend der Hebelverhältnisse im gleichen Maße auch an den jeweiligen Berührungspunkten mit der umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (3) und den Führungsbohrungen (13) im Werkzeug-Spannmittel (1) auf. Es ist daher erforderlich, dass die Kugeln (10) und zumindest die betroffenen Flächen, die mit ihnen in Berührung kommen, aus hartem und möglichst verschleißfreiem Material bestehen.
Der Querschnitt der umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4) sollte möglichst genau an die Kontur der Kugel (10) angepasst sein.
Um aus fertigungstechnischen Gründen sicher zu stellen, dass sich die Kugel (10) optimal in der Nut (14) zentriert, kann ihre Kontur mit einer zusätzlichen Vertiefung (15) ausgeführt werden, auch wäre ein V-förmiger Querschnitt (16) günstig. Das Werkzeug (3) lässt sich bei entsprechend gewählten Durchmessertoleranzen des Schafts (4) und der Aufnahme (2) ohne Kraftaufwand axial in die Aufnahme (2) schieben und verdrängt dabei mittels einer geringfügigen Drehbewegung gegen die Wirkrichtung der zugeordneten Druckfedern (11) die Kugeln (10) in ihre Führungsbohrungen (13), bis sie den - -
Querschnitt der Aufnahme (2) soweit wie erforderlich freigeben .
Beim weiteren Einführen des Werkzeugs (3) in die Aufnahme (2), gerät die umlaufende Nut (14) des Werkzeugschafts (4) in den Wirkbereich einer oder auch mehrerer Kugeln (10), welche bedingt durch die Federkraft selbsttätig in die Nut (14) einrasten und das Werkzeug (3) axial und entgegen der Eindrehrichtung radial arretieren.
In der Eindrehrichtung bleibt das Werkzeug weiterhin frei drehbar.
Durch eine Drehbewegung in dieser Richtung und gleichzeitiges ausüben einer Axialkraft lassen sich die Kugeln zurück in ihre Führungsbohrungen (13) drängen. Das Werkzeug (3) kann so ohne weitere Hilfsmittel aus der Aufnahme (2) entnommen werden, um es beispielsweise gegen ein anderes Werkzeug (3) zu tauschen.
Es ist aber auch möglich, es in die andere Richtung, also weiter in die Aufnahme (2), zu schieben, bis die Kugeln in eine weitere umlaufende Nut (14) am Werkzeugschaft (4) einrasten .
Radienübergänge (17) vom zylindrischen Schaftbereich (4) zur umlaufenden Nut (14), bei Bedarf auch kombiniert mit Formschrägen (18) erleichtern die Freigabe des Aufnahme- Querschnitts (2) durch die Kugeln (10), womit sich die Handhabung nochmals verbessern lässt.
Je nach äußerer Form des Spannmittels (1) können durch das Einbringen der Führungsbohrungen (13) scharfkantige Konturen entstehen, welche als Beispiel mittels entsprechender Ausbuchtungen (25) verrundet werden.
Für den Fall, dass sich kein Werkzeug (3) in der Aufnahme (2) des Spannmittels (1) befindet, können Kolben oder Hülsen (19), angeordnet zwischen Kugeln (10) und Federelementen (11), welche die Durchbruchöffnungen (20) der Führungsbohrungen (13) zur Aufnahme (2) des Spannmittels (1) weitgehend abdichten, die Mechanik vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln schützen.
Zusätzlich lässt sich die Aufnahmeöffnung (24) mittels einer dafür passenden Schutzkappe vor dem Eindringen von Schmutz effektiv abdichten.
Eine weitere Ausführung der Erfindung (Fig. 15-18) besteht darin, die Kugeln (10) mit zwei Federelementen (11), in einer verlängerten, beziehungsweise in zwei
Führungsbohrungen (13), welche nicht koaxial zueinander verlaufen, sich aber in einem stumpfen Winkel (b) schneiden und im Bereich des Schnittpunkts gemeinsam eine Durchbruchöffnung (20) zur Aufnahme (2) hin bilden, in einer Neutralstellung zu halten. Die Führungsbohrungen (13) - - bieten Platz für das zweite Federelement (11) und die zusätzlich erforderliche Bewegungsfreiheit der Kugel (10) in die zweite Richtung.
Mit dem Einsetzen des Werkzeugs (3) kann hier die Drehrichtung für den Freilauf oder die
Drehmomentübertragung gewählt werden.
Damit die Kugeln (10) den Querschnitt der Aufnahme (2) freigeben können, muss das Werkzeug (3) beim Einsetzen geringfügig in die gewünschte Richtung gedreht werden. Dabei rollen sich die Kugeln (10) zur entsprechenden Seite und geben den Querschnitt der Aufnahme (2) frei.
Zum Ändern der Drehrichtung wird das Werkzeug (3) aus der Aufnahme (2) genommen und mit entsprechend geänderter Eindrehrichtung erneut in die Aufnahme (2) des Spannmittels (1) eingesetzt.
Um einen Drehrichtungswechsel des Werkzeugs (3) innerhalb der Aufnahme zu ermöglichen, kann der Werkzeugschaft (4) für diese Variante mit einer oder mehreren extra tiefen umlaufenden Nuten (21) ausgestattet werden.
Rastet die Kugelanordnung (7; 8) in eine derartige Nut (21), gelangen die Kugeln (10) in ihre neutrale Position, wo sie sich außer Wirkung befinden.
Ausgehend von dieser Stellung lässt sich ein Drehrichtungswechsel vornehmen, ohne dass das Werkzeug (3) gänzlich aus der Aufnahme (2) genommen werden muss.
Fig.16 und 18 verdeutlichen, dass die Länge (X) der Durchbruchöffnung (20) an der Schnittstelle der Führungsbohrung (13) zur Aufnahme (2) je nach Klemmkörper- Anordnung (7; 8) unterschiedlich ist.
Bei einer durchgehenden Führungsbohrung (7; 13) (Fig.15; 16) ist die Länge X der Durchbruchöffnung relativ groß und es besteht eher die Möglichkeit des Eindringens von Schmutzpartikeln.
Eine derartige Bohrung ist jedoch fertigungstechnisch leichter herstellbar, außerdem ist die gleichmäßige Führung der Kugel ausgehend von ihrer Neutralstellung in beide Richtungen weniger Aufwändig zu gewährleisten.
Bei verlängerter Führungsbohrung (13) als Sackloch (Fig. 15) ist zusätzlich eine kleinere, vorzugsweise schräg angeordnete Bohrung (22) vorgesehen, welche zur manuellen Beeinflussung der Kugel (10) von der zweiten Seite her dienen könnte. Die Führungsbohrung (13) könnte aber auch durchgehend gestaltet werden, wobei von der zweiten Seite her ein zusätzlicher Verschluss (12) als Widerlager für das zweite Federelement (11) erforderlich ist. - -
Die Ausführungsbeispiele beschreiben jeweils günstigste Formen oder Anordnungen der Erfindung, ohne deren Inhalt, da weitere Varianten möglich sind, dadurch unnötig eingrenzen zu wollen.

Claims

Patentansprüche
1. Axialfixierung für Werkzeuge in rotierenden Werkzeug- Aufnahmen, bezogen auf Werkzeugmaschinen,
mit einem Spannmittel, in dessen hohlzylindrischer Aufnahme ein zylindrischer Werkzeugschaft vor dem Spannen drehbar und axial verschiebbar gehalten wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass zwischen den einander zugekehrten Umfangsflachen der hohlzylindrischen Aufnahme (2) eines Spannmittels (1) und des zylindrischen Schafts (4) eines Werkzeugs (3) ein oder mehrere angefederte Klemmkörper (10) vorhanden sind, welche sich in einer oder auch mehreren umlaufenden Nuten (14) des Werkzeugschafts (4) abstützten und in
Vertiefungen (13) entsprechender Anzahl des Gegenstücks (1) gelagert sind, welche sich tangential in einem spitzen Winkel (a) zu der Tangente einer umlaufenden
Nut (14) des Werkzeugschafts (4) in der Aufnahme (2) des Spannmittels (1) erstrecken, so dass der/die Klemmkörper (10) bei der Drehung des Werkzeugs (3) in eine Richtung in die Vertiefung (13) geschoben oder gerollt werden, und somit eine Verdrehung des Werkzeugs (3) in der Aufnahme (2) möglich ist, und bei einer Drehung des Werkzeugs (3) in die andere Richtung eine Klemmung zwischen dem Werkzeug (3) und der Aufnahme (2) bewirken, die Tangente verläuft hierbei durch den Berührungspunkt eines Klemmkörpers (10) mit der zugeordneten umlaufenden Nut (14) des Werkzeugschafts (4), wobei die Klemmkörper-Anordnung (6) in der Aufnahme (2) so ausgerichtet ist, dass sich ein entsprechend seiner Schneiden-Anordnung (26; 27) rotierendes Werkzeug (3) durch Klemmung in der wirksamen Drehrichtung einerseits und gleichzeitig axial beidseitig selbsttätig zentriert und arretiert .
2. Axialfixierung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Klemmkörper-Anordnung (6) in eine rotierende Werkzeug- Aufnahme / Spannmittel (1) integriert ist,
3. Axialfixierung nach Anspruch 1 - 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Klemmkörper (10) vorzugsweise eine Kugel ist,
4. Axialfixierung nach Anspruch 1 - 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vertiefung (13) in Verbindung mit einem Kugel-Klemmkörper (10), als Führungsbohrung ausgeführt ist.
5. Axialfixierung nach Anspruch 1-4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Führungsbohrung (13) den hohlzylindrischen Aufnahme- Querschnitt (2) eines Spannmittels (1) tangential schneidet, ihn jedoch nur so weit durchdringt, dass die Größe der dabei entstehenden Durchbruchöffnung (20) ein Herausrollen der Kugel (10) aus ihrer Führung nicht zulässt .
6. Axialfixierung nach Anspruch 1-5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein federndes Element (11) innerhalb der Führungsbohrung (13) die Kugel (10) in Wirkrichtung mit einer Kraft beaufschlagt .
7. Axialfixierung nach Anspruch 1-6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich das federnde Element (11) an einem Verschluss (12) der Führungsbohrung (13) nach außen hin abstützt,
8. Axialfixierung nach Anspruch 1-7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Werkzeug (3) in seinem Schaftbereich (4) eine oder mehrere umlaufende Nuten (14) zur axial und radial spielfreien Zentrierung in der Aufnahme (2) mittels die zugeordneten Klemmkörper-Anordnungen (6) aufweist.
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