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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum lösbaren, drehfesten Verbinden
von zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren Elementen.
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Bei
einer bekannten Einrichtung dieser Art (
DE 103 26 928 A1 ) bilden
die beiden drehbaren Elemente ein Zerspanungswerkzeug mit einem
Werkzeugkopf und einem in einer Maschine einspannbaren Halter. Die
lösbare,
drehfeste Verbindung bietet die Möglichkeit, den Werkzeugkopf,
der ein Verschleißteil
darstellt, auszutauschen. Der Werkzeugkopf trägt einen Außenkonus, der zur Zentrierung
der beiden Teile gegen einen Innenkonus des Halters verspannt wird.
Die Verspannung erfolgt über
eine Exzenterverbindung. Die bekannte Einrichtung ist kompliziert
im Aufbau und kostenaufwendig in der Fertigung.
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Aus
der
DE 1 750 289 B ist
eine Wellenkupplung für
eine hängende
Separatortrommel bekannt, um eine Antriebswelle und eine Trommelspindel
zusammenzuführen
und zu trennen. Auf das verjüngte Ende
der Antriebswelle und auf das verjüngte Ende der Trommelspindel
ist jeweils ein Kupplungsflansch aufgeschoben, wobei auf die Wellenenden
Halteringe für
die Kupplungsflansche aufgeschraubt sind. Die beiden Kupplungsflansche
weisen komplementäre,
winkelig zur Wellenachse verlaufende Schrägflächen auf, die im zusammengeführten Zustand
von Welle und Spindel einen Hohlraum bilden. Zwischen den Schrägflächen der
Kupplungsflansche und den Halteringen ist ein Zentrierring angeordnet,
der beim Anziehen von Schrauben eine Zentrierung der Kupplungsflansche
bewirkt.
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Die
DE 103 42 552 B4 offenbart
ein Verbindungselement für
zwei zueinander parallel verlaufende Profilrohre, welches eine Gewindespindel
umfasst, die mit einem Rechtsgewinde und einem Linksgewinde versehen
ist, um Kupplungselemente in radialer Richtung aufzuweiten.
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Ferner
ist aus der
DE 32 37
096 A1 eine drehfeste Verbindung von zwei Wellen bekannt,
zwischen denen eine Scheibe angeordnet ist. Auf der Scheibe sind
Schmirgelschichten ausgebildet, die durch den Druck einer Spannschraube
in die Oberflächen
der Wellen eindringen und eine drehfeste Verbindung zwischen diesen
Teilen bilden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache,
herstellungstechnisch günstige
Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Einrichtung zum lösbaren,
drehfesten Verbinden von zwei um eine gemeinsame Achse drehbaren
Elementen, die mit achssenkrechten Spannflächen aneinander anliegen und
komplementäre,
winklig zur Achse verlaufende Schrägflächen aufweisen, welche einen
gemeinsamen Hohlraum zur Aufnahme eines Zentriermoduls definieren,
wobei eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die die Elemente unter elastischer
Deformation des Zentriermoduls in axialer Richtung gegeneinander
verspannt, das Zentriermodul ringförmig ausgebildet ist und mindestens
eine ballige Fläche
zur Anlage an den Schrägflächen der drehbaren
Elemente aufweist, und an die ballige Fläche beidseitig zylindrische
Ansätze
anschließen,
die in entsprechende, von den Schrägflächen ausgehende Ausnehmungen
der drehbaren Elemente eingreifen.
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Kritisch
dabei ist die Zentrierung der Schrägflächen und ihre Ausrichtung bezüglich der
zugehörigen
Spannfläche,
was allerdings herstellungstechnisch ohne weiteres beherrschbar
ist. Anders als bei der Konusverbindung der bekannten Einrichtung
erfolgt die Zentrierung nicht über
einen direkten gegenseitigen Eingriff der Schrägflächen, sondern über das zwischen
den Schrägflächen eingespannte,
elastisch deformierbare Zentriermodul. Die erzielbare Rundlaufgenauigkeit
liegt unter 0,003 mm.
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Die
Erfindung ist universell einsetzbar, wobei allerdings das Hauptanwendungsgebiet
die Werkzeugtechnik betrifft. Insbesondere bei der Zerspanung von
Aluminiumlegierungen, wie sie bevorzugt im Flugzeugbau eingesetzt
werden, muss mit hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet werden,
wobei die aus Werkzeugkopf und Halter bestehenden Einheiten relativ
lang sein können.
So wird beispielsweise mit Fräsern
gearbeitet, deren Länge
das Zehnfache des Fräserdurchmessers
beträgt.
Im Hinblick auf die hohen Schnittgeschwindigkeiten arbeitet man
mit Hartmetallwerkzeugen, die relativ teuer in der Herstellung sind.
Daraus resultiert das Bedürfnis,
bei einem Verschleiß des
Werkzeugkopfes nur diesen und nicht das gesamte Werkzeug austauschen
zu müssen.
Es hat sich gezeigt, dass sich Schwingungen aufbauen können, wenn
die Zentrierfunktion durch einen direkten gegenseitigen Eingriff
von Hartmetall in Hartmetall erfüllt
wird, wie es bei der bekannten Einrichtung der Fall ist. Die Schwingungen
können ohne
weiteres zur Zerstörung
des Werkzeugs führen. Diese
Gefahr wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion vermieden,
da für
die Zentrierung das zwischengeschaltete Zentriermodul zuständig ist.
Es besteht aus einem Material, das elastisch verformbar ist und
dessen Festigkeit ausreicht, die erforderlichen Zentrierkräfte aufzubringen.
Zu denken ist hierbei vorzugsweise an Federstahl oder harten, entsprechend
elastisch verformbaren Kunststoff.
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Die
ballige Fläche
tritt in Linienberührung
mit den Schrägflächen der
drehbaren Elemente und sorgt bei ihrer Verspannung für eine äußerst exakte Zentrierung.
Mittels der beidseitig zylindrischen Ansätze erfolgt eine Vorzentrierung
des Zentriermoduls, was die Montage der Einrichtung erleichtert.
Um die Verformbarkeit des Zentriermoduls zu fördern, kann eine umlaufende
Nut in die ballige Fläche
eingeschnitten sein.
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Sofern
das ringförmige
Zentriermodul über eine
einzige ballige Fläche
verfügt,
liegen die Schrägflächen der
beiden drehbaren Elemente im Winkel zueinander. In Weiterbildung
der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Schrägflächen der
drehbaren Elemente im Wesentlichen parallel zueinander liegen und
dass das Zentriermodul zwei entsprechende ballige Flächen aufweist.
Das ringförmige
Zentriermodul besitzt also einen linsenförmigen, schräg liegenden
Querschnitt.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, dass die Spanneinrichtung
eine mit Rechts- und Linksgewinde versehene Stiftschraube aufweist, die
in entsprechende Gewindebohrungen der drehbaren Elemente eingreift.
Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, dass die beiden Gewinde
den drehbaren Elementen derart zugeordnet sind, dass sich beim Umlaufen
der drehbaren Elemente die Spannwirkung der Spanneinrichtung erhöht.
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Die
Stiftschraube kann einen Kühlmittelkanal bilden,
durch den Kühlmittel
zum Werkzeugkopf geführt
wird. Eine Führung
des Kühlmittels
durch die Spannflächen
hindurch ist bei der vorliegenden Konstruktion weniger günstig, da
die Drehpositionen der Spannflächen
relativ zueinander im montierten Zustand nicht exakt genug definiert
werden können.
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Da
im vorliegenden Fall die Verspannung durch Relativdrehung der Elemente
zueinander erzeugt wird, können
letztere mit Schlüsselflächen versehen
sein.
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Vorzugsweise
ist Kupferpaste oder dergleichen auf die Gewinde der Stiftschraube
und/oder auf die Gewinde der entsprechenden Gewindebohrungen aufgetragen,
um ein Lösen
der festgezogenen Stiftschraube zu erleichtern.
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Alternativ
zur Stiftschraube wird vorgeschlagen, dass die Spanneinrichtung
eine Kopfschraube aufweist, die durch eine zentrale Bohrung des
einen drehbaren Elements hindurchgeht und in eine entsprechende
Gewindebohrung des anderen drehbaren Elements eingreift. Auch hier
ist es vorteilhaft, dass die Kopfschraube einen Kühlmittelkanal
bildet, obwohl eine Kühlmittelleitung
durch die Spannflächen
ohne weiteres möglich
wäre.
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Die
Spannflächen
der drehbaren Elemente können
vorteilhafterweise mit komplementären Bohrungen zur Aufnahme
von Formschluss erzeugenden Bauteilen versehen sein. Diese nehmen
an der Drehmomentübertragung
teil, wobei hierin ein zusätzliches
Sicherheitsmerkmal zu sehen ist. Grundsätzlich kann die Drehmomentübertragung über die
gegeneinander verspannten Spannflächen erfolgen. Bei den Formschluss
erzeugenden Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um Stifte. In
Nuten eingelegte Keile kommen gleichermaßen in Frage.
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Die
Spannflächen
der drehbaren Elemente können
aufgerauht sein, um den gegenseitigen Eingriff der Spannflächen zu
ver bessern. Zur Erzielung der Aufrauhung sind die Spannflächen vorzugsweise wärmebehandelt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit bei der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 eine
erste Ausführungsform,
zum Teil im Vertikalschnitt;
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2 die
Einzelheit II aus 1;
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3 einen
Schnitt durch das zugehörige Zentriermodul;
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4 eine
zweite Ausführungsform,
und zwar in einer Darstellung gemäß 2;
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5 einen
Schnitt durch das Zentriermodul nach 4;
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6 eine
dritte Ausführungsform,
und zwar in einer Darstellung gemäß 2 und 4.
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1 zeigt
ein erstes drehbares Element 1 in Form eines Werkzeugkopfes
sowie ein zweites drehbares Element 2 in Form eines Halters
zum Einspannen in einer Werkzeugmaschine. Das erste drehbare Element 1 ist
mit einer Spannfläche 3 versehen,
und das zweite drehbare Element 2 weist eine Spannfläche 4 auf.
Die Spannflächen 3 und 4 sind gegeneinander
verspannt, und zwar von einer Spannvorrichtung, die eine Stiftschraube 5 aufweist. Letztere
verfügt über ein
Rechtsgewinde und ein Linksgewinde, mit denen sie in entsprechende
Gewindebohrungen der drehbaren Elemente 1 und 2 eingreift.
Die Spannflächen 3 und 4 bewirken
die Drehmomentübertragung
zwischen den drehbaren Elementen 1 und 2.
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Ferner
ist das drehbare Element 1 mit einer Schrägfläche 6 versehen,
während
das drehbare Element 2 über
eine Schrägfläche 7 verfügt. Die
beiden Schrägflächen 6 und 7 stehen
im Winkel zueinander und bilden einen Hohlraum, der ein Zentriermodul 8 aufnimmt.
Beim Verspannen der Einrichtung wird das Zentriermodul 8 elastisch
verformt und bringt dabei die erforderlichen Zentrierkräfte auf.
Es ist ringförmig
ausgebildet und weist eine ballige Umfangsfläche auf, die sich an die Schrägflächen 6 und 7 anlegt.
Wie aus 3 ersichtlich, ist in die ballige Fläche des
Zentriermoduls 8 eine Umfangsnut 9 eingearbeitet,
die die Verformbarkeit des Zentriermoduls erhöht.
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Im Übrigen zeigt 2,
dass die Stiftschraube 5 einen Kühlkanal 10 bildet.
Die beiden Gewinde der Stiftschraube 5 sind den drehbaren
Elementen 1 und 2 derart zugeordnet, dass sich
beim Umlaufen des Werkzeugs die Spannwirkung erhöht. Da die Verspannung durch
gegenseitige Verdrehung der drehbaren Elemente 1 und 2 erzeugt
wird, weisen letztere je eine Schlüsselfläche 11 bzw. 12 auf.
Um ein problemloses Lösen
der Stiftschraube zu ermöglichen,
ist Kupferpaste oder dergleichen auf die Gewinde aufgetragen.
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Bei
der Ausführungsform
nach den 4 und 5 ist das
Zentriermodul 8 mit beidseitigen zylindrischen Ansätzen 13 versehen,
die, wie in 4 gezeigt, in entsprechende
Ausnehmungen eingreifen, welche von den Schrägflächen 6 und 7 ausgehen.
Die Ansätze 13 erleichtern
die Vormontage der Einrichtung, da sie ein unbeabsichtigtes Verkippen
des Zentriermoduls 8 verhindern.
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Ferner
zeigt 4, dass die drehbaren Elemente 1 und 2 von
Stiften 14 aufeinander ausgerichtet sind, die die Spannflächen durchsetzen.
Sie nehmen an der Drehmomentübertragung
teil, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist. In Nuten eingelegte
Keile können
die Funktion der Stifte übernehmen.
Die Drehmomentübertragung
lässt sich
im Übrigen
dadurch verbessern, dass die Spannflächen aufgerauht sind, vorzugsweise
durch Anwendung einer Wärmebehandlung.
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Gemäß 4 sind
die drehbaren Elemente 1 und 2 nicht mittels einer
Stiftschraube verspannt, sondern mittels einer Kopfschraube 15,
die durch das drehbare Element 2 hindurchgeht und in eine
entsprechende Gewindebohrung des drehbaren Elements 1 eingreift.
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Eine
entsprechende Kopfschraube 15 ist im Übrigen auch bei der Ausführungsform
nach 6 vorgesehen. Ferner liegen hier die Schrägflächen 6 und 7 parallel
zueinander, wobei das ringförmige Zentriermodul 8 über zwei
ballige Flächen
verfügt. Sein
Querschnitt weist also eine geneigte Linsenform auf.
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Als
Material für
die Zentriermodule kommt Federstahl in Frage oder auch ein Kunststoff,
der eine ausreichende Elastizität
besitzt und ferner in der Lage ist, die erforderlichen Zentrierkräfte aufzubringen.
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Die
wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen neben exakter und zuverlässiger Funktion
in der einfachen Herstellung, Montage und Handhabbarkeit der Einrichtung.