CH677957A5

CH677957A5 -

Info

Publication number: CH677957A5
Application number: CH4108/88A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Scheer; Werner Muendlein
Original assignee: Komet Stahlhalter Werkzeug
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1991-07-15
Also published as: AT396887B; JPH01153204A; DE8715525U1; IT1227385B; GB8826926D0; JP2697878B2; FR2623573A1; SE469013B; US4979845A; ES2011699A6; SE8803846D0; FR2623573B1; IT8822696A0; ATA271388A; GB2212745A; GB2212745B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer derartigen Vorrichtung (GB-B 2 094191) sind die sieh verjüngenden, rotationssymmetrischen Ansätze von Schraube und Spannbolzen kegelförmig ausgebildet Hierbei kann entweder der Spannbolzen an seinen beiden Enden kegelförmige Ansätze aufweisen, wobei dann beide Schrauben mit kegelförmiger Vertiefung versehen sind, oder es können umgekehrt beide Schrauben mit kegelförmigen Ansätzen versehen sein, die in kegelförmige Vertiefungen des Spannbolzens eingreifen, oder der Spannbolzen kann an seinem einen Ende mit einem kegelförmigen Ansatz und an seinem anderen Ende mit einer kegelförmigen Vertiefung versehen sein, und dementsprechend ist die eine Schraube mit einer kegelförmigen Vertiefung und die andere Schraube mit einem kegelförmigen Ansatz versehen. In jedem Fall wird beim Anziehen einer der Schrauben auf den Spannbolzen eine Spannkraft ausgeübt, die auch eine axial gerichtete Kraftkomponente hat Die Spannkraft erzeugt an der gegenüberliegenden Schraube eine Reaktions-kraft gleicher Grösse, die ebenfalls mit einer axial gerichteten Kraftkomponente auf den Spannbolzen einwirkt. Durch diese beiden axial gerichteten Kraftkomponenten werden die Ringfläche und die Stirnfläche mit einer bestimmten Verspannkraft aneinan-dergepresst. Die Grösse der Verspannkraft hängt im wesentlichen von dem Anzugsmoment, welches auf die Schraube ausgeübt wird, ab. Bei Passzapfen mit kleineren Durchmessern und entsprechend kleinen Schrauben kann das Anzugsmoment nicht beliebig gesteigert werden, da sonst ein Ausbrechen der Gewinde befürchtet werden muss. Bei Passzapfen mit grossem Durchmesser und entsprechend grossen Schrauben hat sich gezeigt, dass ab einem bestimmten Drehmoment die Verspannkraft nicht mehr linear mit dem Anzugsmoment zunimmt, sondern sich nur noch unwesentlich erhöhen lässt. Von der Verspannkraft hängt jedoch die Steifigkeit der Verbindung und auch das durch die Verbindung übertragbare Drehmoment ab.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ohne Erhöhung des Anzugsdrehmomentes der Schraube eine wesentliche Vergrösserung der Verspannkraft, mit der die zwei Maschinenteile aneinandergepresst werden, erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung sich bei einem vorgegebenen Anzugsdrehmoment der Schraube sich eine wesentlich höhere axiale Verspannkraft zwischen den beiden Maschinenteilen erreichen lässt. So konnte beispielsweise bei einem Passzapfendurchmesser von 28 mm die mit den bisherigen kegelförmigen Ansätzen von Schraube und Spannbolzen erreichbare Spannkraft von 1,5 t mit der erfindungsgemässen Vorrichtung auf 2,5 t gesteigert werden. Des weiteren hat die erfindungsgemässe Vorrichtung den Vorteil, dass an den Schrauben und Spannbolzen ein geringerer Verschleiss auftritt.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen nähererläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 einen Teil-Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles,

Fig. 3 einen Axialschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles.

Die Erfindung ist anhand zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen erläutert. Die erfindungsgemässe Vorrichtung lässt sich jedoch überall dort, wo es auf höchste Zentriergenauigkeit und hohe Verspannkraft ankommt, ebenso mit Vorteil anwenden. So könnte die Erfindung auch zur Verbindung eines Werkzeugteiles mit einer Werkzeugmaschinenspindel, oder zum genauen gegenseitigen Ausrichten und Verspannen von anderen Maschinenteilen verwendet werden.

Das eine Werkzeugteil 1 weist einen zylindrischen Passzapfen 2 auf, der von einer senkrecht zur Zapfenachse A verlaufenden Ringfläche 3 umgeben ist. In dem anderen Werkzeugteil 4 ist zur Aufnahme des Passzapfens eine Passbohrung 5 vorgesehen. Der Passzapfen 2 weist eine Querbohrung 6 auf, in welcher ein Spannbolzen 7 radial zur Zapfenachse A verschiebbar ist. Der Spannbolzen 7 weist an seinem einen Ende eine kegelförmige Vertiefung 8 auf. An seinem anderen Ende trägt der Spannbolzen 7 eine Kugel 9, die in einer Kugelpfanne 10 drehbar gelagert ist. Die Tiefe t dieser Kugeipfanne 10 ist etwas grösser als der halbe Kugeldurchmesser d. Der die Kugel 9 umgebende Bereich des Endes 7a des Spannbolzens 7 ist zu der Kugel hin umgebördelt bzw. eingezogen, so dass die Kugel 9 in dem Spannbolzen 7 gehalten ist, sich jedoch in der Kugeipfanne 10 drehen kann.

Die in dem anderen Werkzeugteil 4 vorgesehene Passbohrung 5 ist von einer ringförmigen Stirnfläche 11 konzentrisch umgeben, die ebenfalls senkrecht zur Zapfenachse A angeordnet ist. Das andere Werkzeugteil 4 weist im Bereich der Passbohrung 5 diametral gegenüberliegende, radial verlaufende Innengewinde 12 auf, in welche zwei Schrauben 13, 14 eingeschraubt sind. Die eine Schraube 14 dient dabei als Betätigungsschraube, während die andere Schraube 13 fest in das Werkzeugteil 4 eingeschraubt ist und ein Widerlager bildet. Die Schraube 13 ist mit einer kegelförmigen Vertiefung 15 versehen. Der Spitzenwinkel a dieser kegelförmigenVertiefung 15 sowie auch der kegelförmigen Vertiefung 8 im Spannbolzen 7 kann

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zwischen etwa 40° und 120° liegen. Je kleiner der Spitzenwinkel ist, desto höher ist die erreichbare Verspannkraft, desto grösser ist aber auch der Verstellweg der Schraube 14 in Richtung ihrer Achse A1.

Die Schraube 14 weist ebenfalls eine Kugel 9 auf, welche in einer Kugelpfanne 16 in der gleichen Weise angeordnet ist wie die Kugel 9 in der Kugelpfanne 10.

Wie weiterhin aus Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen die Achsen A1 der Schrauben 13,14 von der Ringfläche 3 einen Abstand a1 auf, der etwas grösser ist als der Abstand a2 der Achse A2 der Querbohrung 6 bzw. des Spannbolzens 7 von der Ringfläche 3. Auf diese Weise wird erreicht, dass in der in Fig. 1 dargestellten Spannstellung die Kugeln 9, 17 jeweils in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegelförmigen Vertiefung 15 bzw. 8 sind. Der Berührungspunkt oder das Berührungsfeld, an dem die Kugeln 9 bzw. 9' an den kegelförmigen Vertiefungen 15 bzw. 8 anliegen, sind in folgendem mit Kraftangriffspunkt P bezeichnet, da an diesen Punkten die Spannkräfte von den Schrauben 13, 14 auf den Spannbolzen übertragen werden.

Erfindungsgemäss ist weiterhin vorgesehen, dass die Kraftangriffspunkte P im Abstand r1 bzw. r2 vom freien Rand 7b der Vertiefung(en) des Spannbolzens bzw. 13 b der Schraube 13 angeordnet sind. Hierdurch wird eine Berührung und Kraftübertragung an der Kante zwischen der jeweiligen kegelförmigen Vertiefung 8 bzw. 15 und der zugehörigen Endfläche 7b bzw. 13b vermieden. Es werden damit unzuverlässige Flächenpressungen und Kantendrücke an den genannten Kanten vermieden. Die Kraftübertragung erfolgt dort, wo der Spannbolzen 7 bzw. die Schraube 13 bereits eine verhältnismässig grosse Wandstärke aufweist. Durch Abstimmung des Spitzenwinkels a der kegelförmigen Vertiefung 8, 15, ihres Basisdurchmessers und des Kugeldurchmessers d kann man erreichen, dass die Kraftangriffspunkte P jeweils in dem gewünschten axialen Abstand r1 bzw. r2 von den freien Enden 7b bzw. 13b liegen.

Es hat sich als vorteihaft erwiesen, wenn die Kugeln 9,9' aus Hartmetall hergestellt sind.

Der Kugeldurchmesser d sollte etwa 2/3 des Durchmessers D der Spannschraube 14 betragen.

Beim Anziehen der Schraube 14 kommt zunächst deren Kugel 9 an der kegelförmigen Vertiefung 8 des Spannbolzens 7 zur Anlage und verschiebt den Spannbolzen 7 gemäss der Zeichnung nach links, bis dessen Kugel 9 an der kegelförmigen Vertiefung 15 der Schraube 13 anliegt. Durch den bezüglich der Passzapfenachse A axialen Versatz der beiden Achsen AI und A2 ist dabei die oben erwähnte einseitige Anlage der Kugeln 9,17 an den zugehörigen kegelförmigen Vertiefungen 15, 8 gewährleistet. Die radial wirkende Spannkraft F1 der Schraube 14 erzeugt an der Schraube 13 eine gleich grosse, entgegengesetzt wirkende Reaktionskraft F2. Die Spannkraft F1 und die Reaktionskraft F2 bewirken an den Kraftangriffspunkten P schräg nach innen gerichtete Kräfte F, deren Richtung senkrecht zu den Mantellinien der kegelförmigen Vertiefungen 8, 15 verläuft. Diese Kräfte F haben auch jeweils eine in

Richtung der Zapfenachse A gerichtete Kraftkomponente FA. Da die Kraftkomponente FA durch jede der beiden Schrauben 13,14 erzeugt wird, werden die Ringfläche 3 und die Stirnfläche 11 mit einer Verspannkraft V aneinandergepresst, die zweimal so gross ist wie die Kraftkomponente FA.

Um die Verspannkraft V noch zu steigern, kann man gemäss Fig. 2 den Spitzenwinkel cd der kegelförmigen Vertiefung 15' der Schraube 13' und dementsprechend auch den Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefung des Spannbolzens auf beispielsweise 50° verkleinern. Hierdurch wird die axial gerichtete Kraftkomponente FA' und demzufolge auch die Verspannkraft grösser.

Die Erfindung soll niGht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein. So wäre es beispielsweise auch denkbar, Kugeln an beiden Enden des Spannbolzens vorzusehen, wobei dann beide Schrauben mit kegelförmigen Vertiefungen ausgerüstet wären. Ferner könnten gegebenenfalls auch an jeder der beiden Schrauben Kugeln angeordnet sein, wobei dann der Spannbolzen an beiden Enden mit kegelförmigen Vertiefungen versehen wäre.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Teile gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Obige Beschreibung trifft deshalb sinngemäss auch auf das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zu. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Spannen und Lösen der Verbindung radial von aussen erfolgt, ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zentrale Betätigungsvorrichtung vorgesehen. Der Spannbolzen besteht in diesem Fall aus zwei identischen Spannbolzenteilen T, von denen jedes an seinem äusseren Ende eine in einer Kugelpfanne 10 des Spannbolzens T gelagerte Kugel 9 trägt. Die Ausgestaltung der Lagerung dieser Kugeln 9 und ihr Zusammenwirken mit den Schrauben 13 entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Beide Schrauben 13 bleiben in diesem Fall fest in die Werkzeugmaschinenspindel 20 eingeschraubt. Sie können bei Verschleiss leicht ausgetauscht werden.

Jedes der beiden Spannbolzenteile 7' weist an seinem inneren Ende 7c eine Schrägfläche 21 auf, wobei die beiden Schrägflächen entgegengesetzt zueinander geneigt sind. Zwischen den inneren Enden 7c der Spannbolzenteile T ist ein Spannkeil 23 angeordnet, der mit der Betätigungsstange 24 fest verbunden ist und mittels dieser in Richtung der Passzapfenachse A verstellbar ist. Die Betätigungsstange kann mit einem Anzugsbolzen 25 verbunden sein. An diesem Anzugsbolzen 25 kann eine nicht dargestellte Spannzange einer ebenfalls nicht dargestellten, in der Werkzeugmaschinenspindel 20 axial verschiebbaren Zugstange angreifen. Wird auf diese Weise auf die Betätigungsstange 24 eine in Richtung B wirkende Zugkraft ausgeübt, dann werden die Spannbolzenteile 7' unter Wirkung der Keilflächen 23a des Spannkeiles 23 radial nach aussen gedrückt. Bei Berührung der Kugeln 9 In den kegelförmigen Vertiefungen 15 wird wiederum die Ring5

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fläche 3 des Werkzeugteiles 1 an die Stirnfläche 20a der Werkzeugmaschinenspindel 20 angepresst.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verbindung zweier Maschinenteile, insbesondere zweier Werkzeugteile von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Teil (1) an einer Anlagefläche (3) vorgesehenen, zylindrischen Passzapfen (2) und mit einer im anderen Teil (4) zur Aufnahme des Passzapfens (2) vorgesehenen Passbohrung (5), wobei das andere Teil (4) im Bereich der Passbohrung (5) zwei diametral gegenüberliegende, radial zur Passbohrung (5) verlaufende Innengewinde (12) mit je einer Schraube (13, 14) aufweist, die einen sich in Axialrichtung verjüngenden rotationssymmetrischen Ansatz (9) oder eine kegelige Vertiefung (15) aufweist, wobei in einer senkrecht zur Passzapfenachse (A) verlaufenden Querbohrung (6) des Passzapfens (2) ein mindestens einteiliger Spannbolzen (7, 7') verschiebbar ist, der an seinen beiden Enden je eine mit dem Ansatz (9) oder der Vertiefung (15) der jeweiligen Schraube (13,14) zusammenwirkende Vertiefung (8) oder einen Ansatz (9') aufweist, und wobei die Achse der Innengewinde bei Anlagestellung des einen Teils (1) in Anpressrichtung einen Abstand zur Achse der Querbohrung (6) aufweist, so dass beim Andrücken der Schrauben gegen den Spannbolzen die Teile (1,4) aneinandergepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Ansätze des Spannbolzens (7, 7') und/oder der Schraube(n) (14) als Kugeln (9; 9') ausgebildet sind, die jeweils in einer Kugelpfanne (10, 16) des Spannbolzens (7) und/oder der Schraube(n) (14) drehbar gelagert sind, wobei die Tiefe (t) der Kugelpfannen etwas mehr als der halbe Kugeldurchmesser (d) ist, und wobei der Kugeldurchmesser (d) sowie die Spitzenwinkel (a, a1) der kegeligen Vertiefungen (8,15,15') so bemessen sind, dass sich die Kugeln (9; 9') und die kegeligen Vertiefungen (8, 15, 15') an jeweils einem Kraftangriffspunkt (P) berühren, der im Abstand (r1, r2) vom freien Rand (7b, 13b) der Vertiefungen) des Spannbolzens (7) bzw. der Schraube^) (13) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Kugel (9; 9') umgebende Bereich des jeweiligen Endes (7a) des Spannbol-zens (7, 7') öder der Schraube (14) zu der Kugel (9; 9') hin umgebördelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugein (9; 9') aus Hartmetall bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugeldurchmesser (d) etwa 2/3 des Durchmessers (D) der Schraube (14) beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzwinkel (a, a1) der kegeligen Vertiefungen (8, 15, 15') zwischen 40° und 120° liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbolzen aus zwei voneinander getrennten Spannbolzentei-len (7') besteht, die an ihren einander zugekehrten inneren Enden (7c) entgegengesetzt geneigte Schrägflächen (21) aufweisen, und dass zwischen den inneren Enden (7c) ein mit seinen Keilflächen (23a) an den Schrägflächen (21) anliegender Spannkeil (23) vorgesehen ist, der in Richtung der Passzapfenachse (A) verstellbar ist.

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