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Die Erfindung betrifft ein automatisches Werkzeugwechselsystem mit einer maschinenseitigen Aufnahme, die einen hohlzylindrischen Fortsatz aufweist, in den ein koaxialer Werkzeugträger mit seinem Eingriffskörper aufnehmbar ist, mit einer Verriegelungshülse, die verschieblich auf dem hohlzylindrischen Fortsatz angeordnet ist, mit Kugeln, die über den Umfang verteilt in dem hohlzylindrischen Fortsatz gehalten sind, wobei in dem Eingriffskörper Längsnuten ausgebildet sind, die mit den Kugeln zusammenwirken, wenn diese mit einem Kugelabschnitt in die Längsnuten eintreten, wobei in der Verriegelungshülse den Kugeln zugeordnete Vertiefungen ausgebildet sind, die ein radiales Austreten der Kugeln nach außen und dabei aus den Längsnuten des Eingriffskörpers erlauben, wenn die Vertiefungen auf die Kugeln ausgerichtet sind.
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Ein derartiges Werkzeugwechselsystem ist in der
DE 10 2013 103 937 B4 offenbart. Um beim Einführen des Eingriffskörpers des Werkzeugträgers in den hohlzylindrischen Fortsatz eine winkelmäßige Ausrichtung zu gewährleisten, ist die Stirnfläche des Eingriffskörpers sternförmig ausgebildet, mit insgesamt sechs Spitzen, die durch konkave Krümmungen miteinander verbunden sind. Sobald die Stirnfläche mit ihren Spitzen an den zur Verriegelung vorgesehenen drei Kugeln anschlägt, soll sich der Eingriffskörper derart winkelmäßig verdrehen, dass die Kugeln in die Längsnuten des Eingriffskörpers eintreten können. Dies ist aber nicht in jedem Fall gewährleistet. Wegen der unvermeidlichen Toleranzen bei der Herstellung des Werkzeugträgers mit dem Eingriffskörper und des hohlzylindrischen Fortsatzes der maschinenseitigen Aufnahme kann es passieren, dass zwei Spitzen auf entgegengesetzten Seiten auf zwei Kugeln auftreffen, wodurch eine Drehung des Eingriffskörpers verhindert wird, mit der Folge, dass der Einschub des Eingriffskörpers in den hohlzylindrischen Fortsatz der maschinenseitigen Aufnahme blockiert wird und sich der Eingriffskörper in dem hohlzylindrischen Fortsatz verklemmt.
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Die US 2004 / 0 081 523 A1 offenbart Werkzeuge mit einem Schaft mit einem Befestigungsabschnitt, um das Werkzeug in einem Halter zu befestigen. Ein wesentlicher Teil des Befestigungsabschnitts hat eine Querschnittsform mit mindestens einem und weniger als sechs 60-Grad-Segmenten, deren Segmentenden durch eine ebene Fläche verbunden sind. Der Halter hat eine Öffnung zur Aufnahme des Werkzeugs, wobei die Öffnung eine Querschnittsform hat, die 60-Grad-Segmente mit Segmentenden aufweist, die durch eine flache Oberfläche verbunden sind. Der Halter hat ferner einen Kugelrastmechanismus zum Eingriff in den Befestigungsabschnitt des Werkzeugs.
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Die
DE 949 381 B offenbart ein Schnellwechselfutter mit einem auf dem Futterkörper entgegen einer Federkraft drehbaren Schaltring, der mit Steuerkurven Kupplungselemente für den Werkzeughalter in die Entspann- oder Spannlage bringt und der von einer verschiebbaren Griffhülse in die Entspannlage abgebremst wird. Der Werkzeughalter wird beim Einführen in den Futterkörper während der Schließbewegung des Schaltrings zuerst von den der axialen Halterung dienenden Kupplungselementen ergriffen, wobei die endgültige formschlüssige Mitnahme des Werkzeughalters mittels Kupplungselementen erst eine gewisse Zeit später erfolgt, wobei die Schließbewegung des Schaltrings durch Aufrechterhaltung eines wählbaren Bremsmomentes an der Bremsfläche der Griffhülse und an der Fläche des Schaltringes verzögerbar ist.
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Die
DE 10 2014 003 928 A1 offenbart eine Welle für ein Fahrzeug oder eine Antriebsmaschine und eine zugehörige Kupplungsnabe. Die Welle hat eine Kupplungsschnittstelle, die ein Kupplungsprofil aufweist und zum Verbinden mit einer Kupplungsnabe dient, wobei die Kupplungsschnittstelle zumindest eine Selbstzentrierungseinrichtung aufweist, um die Welle selbst zentrierend mit der Kupplungsnabe zu verbinden. Das Kupplungsprofil umfasst eine Vielzahl voneinander beabstandeter Mitnehmer, wobei zumindest einige der Mitnehmer stirnseitig mit den Selbstzentrierungsabschnitten versehen sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugwechselsystem der betrachteten Art anzugeben, bei dem der Vorschub des Eingriffskörpers eines Werkzeugträgers nicht auf die oben beschriebene Weise blockiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung sieht vor, dass der Eingriffskörper beginnend an der der maschinenseitigen Aufnahme zugewandten Stirnfläche so kleine Querschnittsabmessungen hat, dass er zwischen den Kugeln hindurch in den hohlzylindrischen Fortsatz eingeführt werden kann, ohne die Kugeln zu berühren. Am Umfang des Eingriffskörpers sind in axialer Richtung verlaufende querschnittlich spitze Stege ausgebildet, die radial ansteigen und konkave Längsnuten begrenzen, in die die Kugeln eintreten, wenn der Eingriffskörper in einer bestimmten Länge in den hohlzylindrischen Fortsatz eingeschoben ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein querschnittlich spitzer Steg zeitlich vor den anderen Stegen beim Einschieben des Eingriffskörpers auf eine Kugel auftrifft, während die anderen spitzen Stege noch von den übrigen Kugeln beabstandet sind. Der voreilende spitze Steg wird - wenn sich eine Kugel in seiner Vorschubbahn befindet - an seiner seitlichen Flanke von der Kugel zur Seite und an der Kugel vorbei gedrückt und dabei winkelmäßig so auf die maschinenseitige Aufnahme ausgerichtet, dass alle Kugeln in zugehörige Längsnuten eintreten können.
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An den inneren Enden der Längsnuten sind bevorzugt kugelabschnittsförmige Vertiefungen ausgebildet, in die die Kugeln schließlich eintreten, wobei in diesem Zustand ein Austritt der Kugeln aus den Vertiefungen durch die vorgeschobene Verriegelungshülse verhindert ist. Damit ist der Werkzeugträger in der maschinenseitigen Aufnahme axial und bevorzugt auch drehfest verriegelt.
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Der Endabschnitt des Eingriffskörpers hat bevorzugt im wesentlichen eine Kegelstumpfform. Die spitzen Stege können von der Stirnfläche an oder in einem axialen Abstand von der Stirnfläche querschnittlich in einer schrägen oder gekrümmten Scheitellinie ansteigen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Kugeln gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet, wobei auch mehr Kugeln vorgesehen sein können, insbesondere dann, wenn größere Drehmomente zu übertragen sind.
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Bei drei Kugeln sind zweckmäßigerweise sechs Längsnuten gleichmäßig über den Umfang verteilt ausgebildet. An ihren inneren Enden sind Vertiefungen vorgesehen, die kugelabschnittsförmig ausgebildet sind und in die Kugeln zur axialen und drehfesten Verriegelung des Werkzeugträgers eintreten.
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Die Verriegelungshülse, die verschieblich auf dem hohlzylindrischen Fortsatz angeordnet ist, wird von einer Schraubendruckfeder in eine durch einen Anschlag definierte vordere Position gezwängt, in der sie verhindert, dass die Kugeln, die in den kugelabschnittsförmigen Vertiefungen des Eingriffskörpers sitzen, nach außen austreten und den Eingriffskörper freigeben. Hierzu muss die Verriegelungshülse gegen die Federkraft zurück gedrückt werden, was manuell oder bei automatischer Betätigung des Werkzeugwechselsystems mechanisch oder elektrisch erfolgen kann, woraufhin der Eingriffskörper aus dem hohlzylindrischen Fortsatz herausgezogen werden kann.
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Bei diesem Vorgang wird ein Bolzen, der im Inneren der maschinenseitigen Aufnahme verschieblich angeordnet ist, von einer vorgespannten Feder vorgeschoben und rückt über die einreihige Kugelreihe vor, wodurch die Kugeln in ihrer radial äußeren Position, in der sie mit einem Kugelabschnitt über den hohlzylindrischen Fortsatz hinaus in die Verriegelungshülse ragen, gehalten sind. Die Verriegelungshülse liegt in diesem Zustand vorgespannt mit einer schrägen Fläche an den in sie hineinragenden Kugeln an, so dass sie dann, wenn erneut ein Eingriffskörper eines Werkzeugträgers mit der maschinenseitigen Aufnahme gekoppelt werden soll und der Bolzen zurück gedrückt wird, die Kugeln radial nach innen in die winkelmäßig ausgerichteten Nuten hineindrücken.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Reihe von Kugeln vorgesehen. Es liegt aber im Rahmen der Erfindung, dass zur Übertragung größerer Drehmomente eine weitere Kugelreihe axial hinter der ersten Kugelreihe vorgesehen sein kann, die mit dem größeren Kugelabschnitt in dem hohlzylindrischen Fortsatz fixiert ist und mit dem kleineren, radial inneren Kugelabschnitt in die winkelmäßig ausgerichteten Längsnuten eingreifen kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugwechselsystem ist demnach zuverlässig verhindert, dass der Werkzeugträger mit seinem Eingriffskörper beim Einschub verklemmt wird, was bei automatischer Betätigung beispielsweise durch einen Roboter zu einer Beschädigung des Werkzeugträgers und/oder der maschinenseitigen Aufnahme führen könnte. Dies wird dadurch erreicht, dass beim Einschub nur ein einziger querschnittlich spitzer Steg auf eine Kugel auftrifft, wobei sich der Werkzeugträger zur Ausrichtung auf die maschinenseitige Aufnahme drehen kann. Wenn die anderen spitzen Stege die übrigen Kugeln erreichen, ist der Werkzeugträger bereits ausgerichtet, so dass der glatte Einschub des Werkzeugträgers nicht behindert werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer maschinenseitigen Aufnahme und eines davon beabstandeten Werkzeugträgers;
- 2 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A in 1;
- 3 eine perspektivische Darstellung der Anordnung der 1 und 2;
- 4 eine schematische Darstellung des Werkzeugträgers und der Kugeln;
- 5 einen Längsschnitt durch den gekoppelten Zustand der maschinenseitigen Aufnahme und des Werkzeugträgers;
- 6 einen Querschnitt durch 5 im Bereich der Kugeln.
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1 zeigt eine maschinenseitige Aufnahme 1, auf deren hohlzylindrischen Fortsatz 2 eine Verriegelungshülse 3 verschieblich angeordnet ist, die von einer Schraubendruckfeder 4 in der Figur nach rechts gegen einen nicht dargestellten Anschlag gedrückt wird. Ein Werkzeugträger 5, mit einem Eingriffskörper 6 ist in koaxialer Ausrichtung angeordnet, in der er in den hohlzylindrischen Fortsatz 2 eingeschoben werden kann.
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Wie 2 zeigt, ist im Inneren des hohlzylindrischen Fortsatzes 2 ein Bolzen 7 verschieblich gehalten, der von einer Schraubendruckfeder 8 in der 2 nach rechts in Anlage an Kugeln 9 gedrückt wird, die im nichtgekoppelten Zustand mit einem Kugelabschnitt radial außen an einer schrägen Fläche der Verriegelungshülse 3 und radial innen an einer Schulter des Bolzens 7 anliegen. Wenn der Eingriffskörper 6 des Werkzeugträgers 5 in den hohlzylindrischen Fortsatz 2 beispielsweise durch einen Roboter eingeschoben wird, trifft die vordere Stirnfläche 10 des Eingriffskörpers 6 auf den Bolzen 7 auf und drückt diesen in dem hohlzylindrischen Fortsatz 2 zurück, wobei die vorgespannte Schraubendruckfeder 4 die Kugeln 9 radial nach innen drückt.
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Der Eingriffskörper 6 hat Querschnittsabmessungen, die von der Stirnfläche 10 an zunächst so klein sind, dass der Eingriffskörper 6 zwischen den Kugeln 9 hindurch vorgeschoben werden kann, ohne die Kugeln 9 zu berühren. Am Umfang des Eingriffskörpers 6 sind in Längsrichtung verlaufende schräg oder in einer gekrümmten Bahn radial ansteigende spitze Stege 11 ausgebildet, zwischen denen konkave Längsnuten 12 geformt sind, die in kugelabschnittsförmigen Vertiefungen 13 enden. Dabei erreicht ein Steg 14 vor den anderen Stegen 11 eine solche Höhe, dass dieser Steg 14 beim Einschieben des Eingriffskörpers 6 in den hohlzylindrischen Fortsatz 2 auf eine Kugel 9 auftrifft, bevor die anderen Stege 11 die beiden übrigen Kugeln 9 erreichen.
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Beim Auftreffen des querschnittlich spitzen Steges 11 auf eine Kugel 9 wird bei fortschreitendem Einschub der Eingriffskörper 6 durch seitlichen Druck auf die Flanke des Steges 14 gedreht, so dass der Eingriffskörper 6 glatt in die durch einen Anschlag definierte Endstellung in den hohlzylindrischen Fortsatz 2 eingeschoben werden kann, wobei die Kugeln 9 durch von der Verriegelungshülse 3 ausgeübten Druck in ihre Vertiefungen 13 eintreten. In diesem Zustand ist der Eingriffskörper 6 und damit der Werkzeugträger 5 axial und drehfest in der maschinenseitigen Aufnahme 1 verriegelt.
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4 zeigt schematisch, dass der spitze Steg 14 beim Vorschub des Werkzeugträgers 5 nach rechts auf eine Kugel 9 auftrifft, bevor der Steg 11 die andere Kugel 9 erreicht.
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5 zeigt den verriegelten Zustand des Werkzeugträgers 5 in dem hohlzylindrischen Fortsatz 2. 6 ist ein Querschnitt durch die Darstellung der 5 im Bereich der Kugeln 9, die in den Vertiefungen 13 durch die Verriegelungshülse 3 gehalten sind.
