DE19907026A1 - Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit einer Maschinenspindel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs (10) mit einer Maschinenspindel (12). Das Werkzeug weist einen gegebenenfalls hohl ausgebildeten Werkzeugschaft (14) auf, während die Maschinenspindel eine Anschlußhülse (20) mit einer Ausnehmung (18) zur Aufnahme des Werkzeugschafts aufweist. Im Bereich zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) befindet sich ein Spannmechanismus (22), der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement (24'') aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) umsetzbar ist. Der Spannmechanismus umfaßt erfindungsgemäß eine Betätigungsmutter (26), die auf ein zur Spindelachse koaxiales Außengewinde (28) der Anschlußhülse (20) aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds (30'') in die Radialbewegung des Spannelements (24'') umsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit einer Maschinenspindel, mit einem am Werkzeug überstehenden Werkzeugschaft, mit einer an der Spindel koaxial zur Spindelachse überste­ henden, eine Ausnehmung zur Aufnahme des Werkzeug­ schafts aufweisenden Anschlußhülse und mit einem in den Bereich zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse ein­ greifenden Spannmechanismus, der mindestens ein im we­ sentlichen radial bewegliches Spannelement aufweist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art eines Keil­ getriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft und der Anschlußhülse umsetzbar ist. Die Anschlußhülse muß dabei nicht unmittelbar an der Ma­ schinenhülse angeordnet sein. Sie kann auch an einem Adapterstück, das lösbar mit einer Maschinenspindel verbindbar ist, angeordnet sein. Andererseits muß auch der Werkzeugschaft nicht unmittelbar am Werkzeug ange­ ordnet sein. Er kann durch ein mit dem Werkzeug verbun­ denes Adapterstück gebildet sein.

Der in den Bereich zwischen Werkzeugschaft und An­ schlußhülse eingreifende Spannmechanismus hat die Auf­ gabe, mit Hilfe des mindestens einen radial beweglichen Spannelements das Werkzeug drehfest mit der Maschinen­ spindel zu verbinden. Bei der Betätigung des Spannele­ ments mit Hilfe eines geeigneten Betätigungsmechanismus wird dessen Radialbewegung in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse umgesetzt. Dabei kommt es zu einer Konusverspannung und/oder zu einer Planflächenverspannung zwischen den einander zu­ gewandten Spannflächen des Werkzeugschafts und der An­ schlußhülse. Zur Betätigung des Spannmechanismus werden beispielsweise Zugstangen verwendet, die durch die Ma­ schinenspindel hindurch in den Werkzeugschaft eingrei­ fen und die von der Maschinenseite aus betätigt werden. Weiter ist es bekannt, die Spannelemente mittels von außen radial betätigbaren Schrauben oder Stößeln zu be­ tätigen. Diese Art der Betätigung hat den Nachteil, daß eine vorgegebene Orientierung der Spindel notwendig ist, um an die Betätigungsschrauben heranzukommen. Die­ ser Nachteil wirkt sich vor allem bei Mehrspindelköpfen aus.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, die bekannte Vorrichtung der eingangs angegebe­ nen Art dahingehend zu verbessern, daß eine von der Ma­ schine unabhängige Betätigung des Spannmechanismus mög­ lich ist, ohne daß es hierzu einer speziellen Ausrich­ tung der Spindel bedarf.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrun­ de, daß der Spannmechanismus eine Betätigungsmutter um­ faßt, die auf ein zur Spindelachse koaxiales Außenge­ winde der Anschlußhülse aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds in die Radialbewegung des Spannelements umsetzbar ist. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß der Spannmechanismus über die Betä­ tigungsmutter unabhängig von der Orientierung der Spin­ del in Umfangsrichtung betätigt werden kann. Vorteil­ hafterweise ist dabei das Zwischenglied als Keilgetrie­ be ausgebildet. Um eine Planflächenverspannung zwischen dem Werkzeugschaft und der Anschlußhülse zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der Werkzeugschaft an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche be­ grenzt ist, gegen die die Anschlußhülse mit ihrer frei­ en Stirnfläche unter der Einwirkung des Spannmechanis­ mus anpreßbar ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das mindestens eine Spannelement als in einer die Hülsenwand der Anschlußhülse durchdringenden Führungs­ bohrung radial geführter Spannbolzen ausgebildet ist, der an seinem nach außen über die Führungsbohrung über­ stehenden Ende eine Keilfläche aufweist, und daß das Zwischenglied als auf der Außenseite der Anschlußhülse zwischen der Betätigungsmutter und dem Spannbolzen un­ verdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischen­ ring ausgebildet ist, der eine gegen die Keilfläche des Spannbolzens anliegende, zu dieser komplementäre Keilfläche aufweist. Die Keilfläche des Spannelements und/oder des Zwischenglieds ist dabei zweckmäßig in ei­ ne bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds steilere Zustellschräge und flachere Spannschräge un­ terteilt. Die Keilflächen des Zwischenrings können durch zwei in Umfangsrichtung einander zugewandte, achsparallel ausgerichtete, das überstehende Ende des Spannbolzens seitlich übergreifende und dabei eine Ver­ drehsicherung für das Zwischenglied bildende Seitenfüh­ rungsflächen begrenzt werden, wobei der Zwischenring zweckmäßig außerhalb der durch die Seitenführungsflä­ chen begrenzten Keilflächen auf der Außenfläche der An­ schlußhülse axial geführt ist. Im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter und dem Zwischenring kann ein axiales, als Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stütz­ lager angeordnet werden. Damit wird die Axialverschie­ bung des Zwischenrings durch die Betätigungsmutter er­ leichtert. Weiter kann die Betätigungsmutter einen den Zwischenring außenseitig axial übergreifenden Ringaus­ leger tragen, der einteilig an der Betätigungsmutter angeformt sein kann oder als gesondertes Teil mit die­ ser verbunden, insbesondere verschraubt, verklebt, an­ gelötet oder aufgeschrumpft sein kann. Um den Lösevor­ gang zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn der Ring­ ausleger einen den Zwischenring an einer der Betäti­ gungsmutter abgewandten Ringschulter hintergreifenden Mitnehmer aufweist. Die Verschmutzungsgefahr von außen her wird reduziert, wenn auf der der Betätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite der Führungsbohrungen ein radial über die Anschlußhülse überstehender hülsen­ fester Ringdeckel angeordnet ist. Der Ringdeckel kann dabei an seiner Umfangsfläche von dem Ringausleger der Betätigungsmutter axial übergriffen werden. Eine weite­ re Verbesserung in dieser Hinsicht kann erzielt werden, wenn zwischen Ringdeckel und Ringausleger ein radial wirkender Dichtungsring angeordnet ist. Um eine Drehsi­ cherung des Spannbolzens in den Führungsbohrungen zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der Spannbolzen an seiner der Keilfläche gegenüberliegenden Führungsfläche eine radial ausgerichtete Führungsnut aufweist, in die ein achsparallel über den Ringdeckel überstehender Füh­ rungszapfen eingreift.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung weist der Spannbolzen einen gegen einen werk­ zeugschaftseitigen Innenkonus anliegenden Kegelansatz auf. Außerdem kann der Werkzeugschaft eine Querbohrung aufweisen, in der mindestens ein den Innenkonus tragen­ der Pendelbolzen verschiebbar angeordnet ist. Um eine Planflächenverspannung zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn der werkzeugschaftseitige Innenkonus und der spannbolzenseitige Kegelansatz einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achsversatz aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsvari­ ante weist der Spannmechanismus zwei gleich ausgebilde­ te, in einer der diametral gegenüberliegenden Führungs­ bohrungen der Anschlußhülse radial geführte, durch die Betätigungsmutter über den mit zwei diametral gegen­ überliegenden Keilflächen versehenen Zwischenring ver­ schiebbare Spannbolzen auf, die mit ihrem nach innen weisenden Kegelansatz in je einen stirnseitigen Innen­ konus des Pendelbolzens eingreifen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Er­ findung sieht vor, daß das mindestens eine Spannelement als Spannklaue ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende eine an einer Innenschulter der Anschlußhülse abstütz­ bare Ankerpartie und an ihrem anderen Ende eine in ei­ nen Hohlraum des Werkzeugschafts eingreifende und dort in eine Innenausnehmung einschwenkbare Klauenpartie aufweist, wobei die Klauenpartie und die Begrenzungs­ wand der Innenausnehmung zueinander komplementäre Keilflächen aufweisen, über die die Radialbewegung der Klauenpartie in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft und Anschlußhülse umsetzbar ist. In die­ sem Falle ist das Zwischenglied als im Inneren der An­ schlußhülse und des Werkzeugschafts unverdrehbar ange­ ordneter Stößel ausgebildet, der eine gegen eine innere Keilfläche der Spannklaue anliegende komplementäre Keilfläche aufweist und der mittelbar über die Betäti­ gungsmittel zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung axial verschiebbar ist. Die Betätigungs­ mutter ist dabei zweckmäßig über einen durch mindestens ein achsparallel ausgerichtetes Langloch der Anschluß­ hülse hindurchgreifenden Querbolzen mit dem Stößel ge­ koppelt, wobei der Querbolzen durch ein im wesentlichen achsparallel ausgerichtetes Langloch in der Spannklaue hindurchgreifen kann. Vorteilhafterweise sind minde­ stens zwei in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabstän­ den voneinander angeordnete Spannklauen der genannten Art vorgesehen. Im übrigen kann der Stößel zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet sein, der zu diesem Zweck einen gegen eine Innenfläche des Werkzeugschafts anliegenden Auswerferkopf aufweisen kann.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Querbolzen mit seinen Enden in einem auf der Anschlußhülse unverdrehbar und über die Betätigungsmut­ ter axial verschiebbar geführten Schubring gelagert ist. Der Schubring kann zwei einander diametral gegen­ überliegende Ausnehmungen zur Aufnahme der Querbolzen­ enden aufweisen, wobei der die Querbolzenenden außen­ seitig übergreifende Schubring über je einen Radial­ stift mit den Querbolzenenden verbunden sein kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Betätigungsmutter einen den Schubring axial übergreifenden Ringfortsatz aufweist, der auf der der Befestigungsmutter axial gegenüberlie­ genden Seite des Querbolzens starr mit einem den Quer­ bolzen in Löserichtung mitnehmenden Zugring verbunden sein kann. Sowohl zwischen der Betätigungsmutter und dem Schubring als auch zwischen dem Zugring und dem Schubring kann ein als axiales Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager angeordnet werden.

Eine besondere Lösungsvariante der Erfindung sieht vor, daß der Schubring ein mit einem Gewinde der Betäti­ gungsmutter zusammenwirkendes, zur Betätigungsmutter koaxiales Gewinde aufweist. Zweckmäßig weist der Schubring ein mit einem Innengewinde der Betätigungs­ mutter zusammenwirkendes Außengewinde auf. Der Schubring und ein auf der der Betätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens angeordneter Zugring können dabei starr miteinander verbunden sein.

Auch bei dieser Ausführungsvariante ist es von Vorteil, daß die Keilfläche des Stößels und/oder die zugehörige Keilfläche der Spannklaue eine bezüglich der Verschie­ berichtung des Stößels steilere Zustellschräge und fla­ chere Spannschräge aufweist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Spannklauen in einem Zentrierkäfig mit axialem Spiel angeordnet sind, der zwei durch Stege miteinander verbundene, in je eine Zylinderausnehmung des Werkzeug­ schafts und der Anschlußhülse eingreifende Kolben auf­ weist. Die Stege können dabei als die Kolben durchdrin­ gende, mit Kühlschmiermittel beaufschlagbare Kühlmit­ telrohre ausgebildet sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Werkzeugkupplung mit Betätigungsmutter, einem externen Keilring so­ wie über den Keilring radial verschiebbaren Spannelementen;

Fig. 2a und b eine Draufsicht und eine Schnittdarstel­ lung der Betätigungsmutter;

Fig. 2c einen Schnitt durch einen mit der Betätigungs­ mutter verbindbaren Mitnehmerring;

Fig. 3a und b eine Schnittdarstellung und eine Drauf­ sicht des Keilrings nach Fig. 1;

Fig. 4a und b eine Draufsicht und einen Schnitt eines Ringdeckels der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5a und b zwei verschiedene Seitenansichten (teilweise geschnitten) eines der Spannelemen­ te der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 6a und b eine Seitenansicht und eine Schnittdar­ stellung des Pendelbolzens der Kupplungsvor­ richtung nach Fig. 1;

Fig. 7a und b einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch eine gegenüber Fig. 1 bis 6 abgewandelte Kupplungsvorrichtung für Werkzeuge mit über eine Betätigungsmutter und eine Querstange be­ tätigbaren, innen liegenden Spannelementen;

Fig. 7c den Betätigungsmechanismus nach Fig. 7a in teilweise geschnittener Darstellung;

Fig. 8a bis d je einen Spannmechanismus in einer Halb­ darstellung entsprechend Fig. 7a mit verschie­ denen Ausführungsvarianten des eine Betäti­ gungsmutter und eine Querstange aufweisenden Betätigungsmechanismus;

Fig. 9a eine Darstellung des Spannmechanismus nach Fig. 7a mit einer weiteren Ausführungsvariante des eine Betätigungsmutter und eine Querstange aufweisenden Betätigungsmechanismus;

Fig. 9b einen Querschnitt durch Fig. 9a;

Fig. 9c, d und e drei verschiedene Seitenansichten des Spannmechanismus der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 9a in teilweise geschnittener Darstel­ lung.

Die in der Zeichnung dargestellten Kupplungsvorrichtun­ gen sind zum Verbinden von Werkzeugen 10 oder Werkzeug­ adaptern an einer vorzugsweise rotierenden Maschinen­ spindel 12 oder einem Spindeladapter 12' bestimmt. Das Werkzeug 10 weist zu diesem Zweck einen axial überste­ henden Werkzeugschaft 14 auf, während an der Maschinen­ spindel 12 oder am Spindeladapter 12' eine koaxial zur Spindelachse 16 überstehende, eine Ausnehmung 18 zur Aufnahme des Werkzeugschafts 14 aufweisende Anschluß­ hülse 20 angeformt ist. Zur Herstellung der Verbindung ist ein Spannmechanismus 22 vorgesehen, der in den Be­ reich zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 eingreift und der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement 24', 24" aufweist, dessen Ra­ dialbewegung nach Art eines Keilgetriebes in eine axia­ le Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft 14 und An­ schlußhülse 20 umsetzbar ist. Der Spannmechanismus 22 umfaßt eine Betätigungsmutter 26, die auf ein zur Spin­ delachse 16 koaxiales Außengewinde 28 der Anschlußhülse aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spann­ vorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwi­ schenglieds 30', 30" in die Radialbewegung des minde­ stens einen Spannelements 24', 24" umsetzbar ist. Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen bildet das Zwischenglied 30', 30" ein Keilge­ triebe, wie nachstehend im einzelnen noch näher erläu­ tert wird. An der Außenseite der Betätigungsmutter 26 sind bei allen Ausführungsbeispielen Eingriffe 32', 32" für eine Schlüsselbetätigung eingeformt, insbesondere Nuten 32' für einen Hakenschlüssel oder Bohrungen 32" für einen Zapfenschlüssel. Außerdem kann die Außenum­ fangsfläche zum besseren Greifen mit einer Rändelung 33 oder Kordelung versehen werden.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen ist der Werkzeugschaft 14 an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche 34 begrenzt, gegen die die Anschlußhülse 20 mit ihrer freien Stirn­ fläche 36 unter der Einwirkung des Spannmechanismus 22 nach Art einer Planflächenverspannung anpreßbar ist.

Bei dem in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbei­ spiel einer Werkzeugkupplung sind zwei als Spannbolzen ausgebildete Spannelemente 24' vorgesehen, die in zwei an der Anschlußhülse 20 einander diametral gegenüber­ liegenden, die Hülsenwand durchdringenden Führungsboh­ rungen 38 radial geführt sind und die an ihrem radial über die betreffende Führungsbohrung 38 überstehenden Ende eine Keilfläche 40', 40" aufweisen. Das Zwi­ schenglied 30' ist hier als auf der Außenseite der An­ schlußhülse 20 zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem Spannbolzen 24' unverdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischenring ausgebildet, der eine gegen die Keilfläche 40', 40" des Spannbolzens 24' anliegen­ de, zu dieser komplementäre Keilfläche 42', 42" auf­ weist. Die Keilflächen des Spannelements 24' und des Zwischenglieds 30' sind in eine bezüglich der Verschie­ berichtung des Zwischenglieds 30' steilere Zustell­ schräge 40' bzw. 42' und flachere Spannschräge 40", 42" unterteilt. Wie insbesondere aus Fig. 3a und b zu ersehen ist, sind die Keilflächen 42', 42" des ringförmigen Zwischenglieds 30' durch zwei in Umfangs­ richtung einander zugewandte, achsparallel ausgerichte­ te, das radial überstehende Ende 44 des Spannelements 24' seitlich übergreifende und dabei eine Verdrehsiche­ rung für das Zwischenglied 30' bildende Seitenführungs­ flächen 46 begrenzt. Außerhalb der durch die Seitenfüh­ rungsflächen 46 begrenzten Keilflächen 42', 42" ist das ringförmige Zwischenglied 30' mit einer Zylinderfläche 48 auf der Außenfläche der Anschlußhülse 42 axial ge­ führt. Wie vor allem in Fig. 1 zu erkennen ist, ist im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem ringförmigen Zwischenglied 30' ein als axiales Wälzla­ ger ausgebildetes Stützlager 50 angeordnet.

Die Betätigungsmutter 26 trägt einen das ringförmige Zwischenglied 30' außenseitig axial übergreifenden Ringausleger 52, der einen das Zwischenglied 30' an ei­ ner der Betätigungsmutter 26 abgewandten Ringschulter 54 hintergreifenden Mitnehmer 55 aufweist und der mit der Betätigungsmutter 26 an der Stelle 56 drehfest ver­ bunden, vorzugsweise verschraubt, verklebt, verlötet oder angeformt ist. Um einen Schmutzzutritt zu den Füh­ rungsbohrungen 38 zu verhindern, ist außerdem auf der der Betätigungsmutter 26 gegenüberliegenden Seite der Führungsbohrungen 38 ein radial über die Anschlußhülse 20 überstehender hülsenfester Ringdeckel 58 angeordnet, der an seiner Umfangsfläche von dem Ringausleger 52 der Betätigungsmutter 26 axial übergriffen ist. Zur weite­ ren Verbesserung der Dichtwirkung ist zwischen Ringdec­ kel 58 und Ringausleger 52 ein radial wirkender Dich­ tungsring 60 angeordnet.

Wie aus Fig. 5a und 5b in Verbindung mit Fig. 1 zu er­ sehen ist, weisen die bolzenförmigen Spannelemente 24' an ihrer der. Keilfläche 40', 40" gegenüberliegenden Führungsfläche 62 eine radial ausgerichtete Führungsnut 64 auf, in die ein achsparallel über den Ringdeckel 58 überstehender Führungszapfen 66 eingreift. Die bolzen­ förmigen Spannelemente 24' weisen außerdem einen gegen einen werkzeugschaftseitigen Innenkonus 68 anliegenden Kegelansatz 70 auf. Die beiden Innenkonen 68 sind an einem Pendelbolzen 72 angeordnet, der in einer Querboh­ rung 74 des Werkzeugschafts 14 verschiebbar angeordnet ist. Zur Erzielung der vorerwähnten Planflächenverspan­ nung weisen die Innenkonen 68 des Pendelbolzens 72 und die spannelementseitigen Kegelansätze 70 einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achsversatz au f.

Zum Lösen des Werkzeugs 10 vom Spindeladapter 12' wird die in Fig. 1 in Spannstellung gezeigte Betätigungsmut­ ter 26 durch Drehen um die Spindelachse 16 gelöst, bis die Spannelemente 24' mit ihren Kegelansätzen 70 ganz aus den Innenkonen 68 des Pendelbolzens 72 radial nach außen gedrängt werden können. In dieser Stellung kann der Werkzeugschaft 14 aus der Ausnehmung 18 in der An­ schlußhülse 20 axial herausgezogen werden. Das Ankup­ peln eines anderen Werkzeugs erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, indem zunächst der Werkzeugschaft 14 des betreffenden Werkzeugs 10 bei gelöster Betätigungsmut­ ter 16 in die Ausnehmung 18 der Anschlußhülse 20 einge­ steckt und anschließend die Betätigungsmutter 26 unter Verschieben des Zwischenglieds 30' in die in Fig. 1 ge­ zeigte Spannstellung gebracht wird.

Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen einer Werkzeugkupplung sind die Spannelemente 24" als Spannklauen ausgebildet, die an ihrem einen axialen En­ de eine an einer Innenschulter 80 der Anschlußhülse 20 abstützbare Ankerpartie 82 und an ihrem anderen axialen Ende eine in einen Hohlraum 84 des Werkzeugschafts 14 eingreifende und dort in eine Innenausnehmung 86 ein­ schwenkbare Klauenpartie 88 aufweist. Die Klauenpartie 88 und die Begrenzungswand der Innenausnehmung 86 wei­ sen dabei zueinander komplementäre Keilflächen 90, 92 auf, über die die Radialbewegung der Klauenpartie 88 in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 umsetzbar ist. Das Zwischenglied 30" ist bei diesen Ausführungsformen als im Inneren der Anschlußhülse 20 und des Werkzeugschafts 14 unver­ drehbar angeordneter Stößel ausgebildet, der eine gegen eine innere Keilfläche 94', 94" der Spannklaue 24" an­ liegende komplementäre Keilfläche 96', 96" aufweist und der mittelbar über die Betätigungsmutter 26 zwischen einer Lösestellung und einer Spannstellung axial ver­ schiebbar ist. Die Betätigungsmutter 26 ist dabei über einen durch achsparallel ausgerichtete Langlöcher 98,100 in der Begrenzungswand 20 und in den klauenför­ migen Spannelementen 24" hindurchgreifenden Querbolzen 102 mit dem stößelförmigen Zwischenglied 30" gekop­ pelt. Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbei­ spielen sind jeweils zwei einander diametral gegenüber­ liegende klauenförmige Spannelemente 24" vorgesehen.

Der Werkzeugschaft 14 ist bei den in Fig. 7 bis 9 ge­ zeigten Ausführungsbeispielen als Hohlkegel ausgebil­ det, der in die entsprechend konisch ausgebildete Aus­ nehmung 18 der Anschlußhülse 20 einführbar ist. Der Werkzeugschaft 14 ist im Bereich seiner Wurzel von ei­ ner Ringfläche 34 begrenzt, gegen die im eingespannten Zustand des Werkzeugs 10 die Stirnfläche 36 der An­ schlußhülse 20 anliegt. Um beim Werkzeugwechsel die kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 lösen zu können, ist das als Stö­ ßel ausgebildete Zwischenglied 30" zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet. Der Stößel 30" weist zu diesem Zweck einen gegen eine Innenfläche 104 des Werkzeugschafts 14 anliegenden Auswerferkopf 106 auf.

Bei den in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Querbolzen 102 mit seinen Enden 108 in einem auf der Außenfläche der Anschlußhülse 20 unverdrehbar und über die Betätigungsmutter 26 axial verschiebbar geführten Schubring 110 gelagert. Der Schubring kann dabei im Sinne der Fig. 7a, 8a, 8c und 9a zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 112 zur Auf­ nahme der Querbolzenenden 108 aufweisen. Im Falle der Fig. 8b und d ist der die Querbohrungsenden 108 außen­ seitig übergreifende Schubring 110 über je einen Ra­ dialstift 114 mit den Querbohrungsenden 108 verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7a bis c weist der Schubring 110 außerdem ein mit einem weiteren Ge­ winde 116 der Betätigungsmutter 26 zusammenwirkendes Außengewinde 118 auf und ist mit einem auf der der Be­ tätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens 102 angeordneten Zugring 120 starr verbun­ den. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß der Quer­ bolzen über die Betätigungsmutter sowohl in Spannrich­ tung als auch in dieser Richtung axial mitgenommen wird.

Bei den in Fig. 8a bis d und 9 gezeigten Ausführungs­ beispielen weist die Betätigungsmutter einen den Schubring 110 axial übergreifenden Ringfortsatz 122 auf. Der Ringfortsatz ist auf der der Betätigungsmutter axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens 102 mit einem den Querbolzen in Löserichtung mitnehmenden Zug­ ring 120 verbunden. Zwischen der Betätigungsmutter 26 und dem Schubring 110 ist jeweils ein als Wälzlager ausgebildetes Stützlager 124 angeordnet. Im Falle der Fig. 8c und d befindet sich auch zwischen dem Zugring 120 und dem Schubring 110 ein als Wälzlager ausgebilde­ tes Stützlager 126, wohingegen im Falle der Fig. 8a, 8b und 9a als Gleitlager ausgebildete Stützlager 126' zwi­ schen Zugring 120 und Schubring 110 angeordnet sind.

Die inneren Keilflächen 94', 94" der klauenförmigen Spannelemente 24" einerseits und die zugehörigen Keilflächen 96', 96" des stößelförmigen Zwischenglieds 30" weisen eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds 30" steilere Zustellschräge 94', 96' und flachere Spannschräge 94", 96" auf.

Wie aus den Fig. 9b bis e zu ersehen ist, können die Spannklauen 24" in einem Zentrierkäfig 128 mit axialem Spiel angeordnet sein, welcher Zentrierkäfig zwei durch Kühlmittelrohre 130 miteinander verbundene, in je eine Zylinderausnehmung 132,134 des Werkzeugschafts 14 und der Anschlußhülse 20 eingreifende Kolben 136,138 auf­ weist. Die die Kolben durchdringenden Kühlmittelrohre 130 sind über eine Zentralbohrung 140 der Maschinen­ spindel 12 mit einem Kühlschmiermittel beaufschlagbar. Der Kolben 138 ist durch eine Radialdichtung 139 gegen die spindelseitige Zylinderausnehmung 134 abgedichtet (vgl. Fig. 9a, c, e).

In den Fig. 7a, 8a bis d und 9a sind die Kupplungsvor­ richtungen in ihrer Spannstellung gezeigt. Zum Lösen der Kupplungsvorrichtung wird die Betätigungsmutter beispielsweise über die Eingriffe 32', 32" in Löserich­ tung gedreht, so daß sie sich zusammen mit den Querbol­ zen 102 und dem Zwischenglied 32" in Richtung Werk­ zeugschaft verschiebt. Dabei werden die Klauenpartien 88 der klauenförmigen Spannelemente 24" über einen in die Umfangsnut 142 eingelegten Federring 144 radial nach innen bewegt, bis ihre Keilflächen 92 den Ver­ schiebeweg für den Werkzeugschaft 14 freigeben. Gleich­ zeitig wird der Werkzeugschaft 14 über den Auswerfer­ kopf 106 aus der Anschlußhülse 20 gelöst. Das Einwech­ seln eines neuen Werkzeugs erfolgt in umgekehrter Rei­ henfolge, indem zunächst bei gelöster Betätigungsmutter 26 das Werkzeug 10 mit seinem Werkzeugschaft 14 in die Ausnehmung 18 der Anschlußhülse 20 eingeführt wird. Wird im Anschluß daran die Betätigungsmutter in Spann­ richtung betätigt, so gelangen die Klauenpartien 88 un­ ter der Keilwirkung des Zwischenglieds 30" in die In­ nenausnehmung 86 des Werkzeugschafts, bis die Keilflä­ chen 90, 92 unter Ausführung einer Axialverspannung ge­ geneinander gepreßt werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs 10 mit einer Maschinenspindel 12. Das Werkzeug weist einen gegebenenfalls hohl ausge­ bildeten Werkzeugschaft 14 auf, während die Maschinen­ spindel eine Anschlußhülse 20 mit einer Ausnehmung 18 zur Aufnahme des Werkzeugschafts aufweist. Im Bereich zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 befin­ det sich ein Spannmechanismus 22, der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement 24" auf­ weist, dessen Radialbewegung vorzugsweise nach Art ei­ nes Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft 14 und Anschlußhülse 20 umsetzbar ist. Der Spannmechanismus umfaßt erfindungsgemäß eine Betä­ tigungsmutter 26, die auf ein zur Spindelachse koaxia­ les Außengewinde 28 der Anschlußhülse 20 aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischenschaltung mindestens eines Zwischenglieds 30" in die Radialbewegung des Spannelements 24" umsetzbar ist.

Claims (37)

1. Vorrichtung zum lösbaren Verbinden eines Werkzeugs (10) mit einer Maschinenspindel (12), mit einem am Werkzeug überstehenden Werkzeugschaft (14), mit ei­ ner an der Spindel (12) koaxial zur Spindelachse (16) überstehenden, eine Ausnehmung (18) zur Auf­ nahme des Werkzeugschafts (14) aufweisenden An­ schlußhülse (20) und mit einem in den Bereich zwi­ schen Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) eingreifenden Spannmechanismus (22), der mindestens ein im wesentlichen radial bewegliches Spannelement (24', 24") aufweist, dessen Radialbewegung vorzugs­ weise nach Art eines Keilgetriebes in eine axiale Spannbewegung zwischen dem Werkzeugschaft (14) und der Anschlußhülse (20) umsetzbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spannmechanismus (22) eine Betätigungsmutter (26) umfaßt, die auf ein zur Spindelachse (16) koaxiales Außengewinde (28) der Anschlußhülse (20) aufgeschraubt ist und deren Axialbewegung beim Spannvorgang unter Zwischen­ schaltung mindestens eines Zwischenglieds (30', 30") in die Radialbewegung des Spannelements (24', 24") umsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenglied (30', 30") ein Keilge­ triebe bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Werkzeugschaft (14) an seiner Wurzel durch eine radial überstehende Ringfläche (34) begrenzt ist, gegen die die Anschlußhülse (20) mit ihrer freien Stirnfläche (36) unter der Einwir­ kung des Spannmechanismus anpreßbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Spannelement (24') als in einer die Hülsenwand der Anschlußhülse (20) durchdringenden Führungsbohrung (38) radial geführter Spannbolzen ausgebildet ist, der an seinem nach außen über die Führungsbohrung (38) überstehenden Ende eine Keilfläche (40', 40") aufweist, und daß das Zwischenglied (30') als auf der Außenseite der Anschlußhülse (20) zwischen der Betätigungsmutter (26) und dem Spannbolzen (24') unverdrehbar angeordneter, axial verschiebbarer Zwischenring ausgebildet ist, der eine gegen die Keilfläche (40', 40") des Spannbolzens (24') anlie­ gende, zu dieser komplementäre Keilfläche (42', 42") aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Keilfläche (40', 40", 42', 42") des Spannelements (24') und/oder des Zwischenglieds (30') in eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds (30) steilere Zustellschräge (40', 42') und flachere Spannschräge (40", 42") un­ terteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Keilflächen (42', 42") des Zwi­ schenrings (30') durch zwei in Umfangsrichtung ein­ ander zugewandte, achsparallel ausgerichtete, das radial überstehende Ende (44) des Spannbolzens (24') seitlich übergreifende und dabei eine Ver­ drehsicherung für das Zwischenglied (30') bildende Seitenführungsflächen (46) begrenzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zwischenring (30') außerhalb der durch die Seitenführungsflächen (46) begrenzten Keilflä­ chen (42', 42") auf der Außenfläche der Anschluß­ hülse (20) axial geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß im Stoßbereich zwischen der Betätigungsmutter (26) und dem Zwischenring (30') ein axiales als Gleit- oder Wälzlager ausge­ bildetes Stützlager (50) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmutter (26) einen den Zwischenring (30') außenseitig axial übergreifenden Ringausleger (52) trägt, der an der Betätigungsmutter (26) entweder angeformt oder an­ gefügt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringausleger (52) einen den Zwischen­ ring (30') an einer der Betätigungsmutter (26) ab­ gewandten Ringschulter (54) hintergreifenden Mit­ nehmer (55) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der der Betätigungs­ mutter (26) axial gegenüberliegenden Seite der Füh­ rungsbohrungen (38) ein radial über die Anschluß­ hülse (20) überstehender hülsenfester Ringdeckel (58) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringdeckel (58) an seiner Umfangsflä­ che von dem Ringausleger (52) der Betätigungsmutter (26) axial übergriffen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen Ringdeckel (58) und Ringausleger (52) ein radial wirkender Dichtring (60) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (24') an seiner der Keilfläche (40', 40") gegenüberliegenden Führungsfläche (62) eine radial ausgerichtete Füh­ rungsnut (64) aufweist, in die ein achsparallel über den Ringdeckel (58) überstehender Führungszap­ fen (66) eingreift.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (24') ei­ nen gegen einen werkzeugschaftseitigen Innenkonus (68) anliegenden Kegelansatz (70) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Werkzeugschaft eine Querbohrung (74) aufweist, in der mindestens ein den Innenkonus (68) tragender Pendelbolzen (72) verschiebbar angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der werkzeugschaftseitige Innenkonus (68) und der spannbolzenseitige Kegelansatz (70) einen beim Spannvorgang in Spannrichtung wirkenden Achs­ versatz aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Spannmechanismus zwei gleich ausgebildete, in einander diametral gegen­ überliegenden Führungsbohrungen (38) der Anschluß­ hülse (20) radial geführte, durch die Betätigungs­ mutter (26) über den mit zwei diametral gegenüber­ liegenden Keilflächen (42', 42") versehenen Zwi­ schenring (30') verschiebbare Spannbolzen (24') aufweist, die mit ihrem nach innen weisenden Kegel­ ansatz (70) in je einen stirnseitigen Innenkonus (68) des Pendelbolzens (72) eingreifen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Spannelement (24") als Spannklaue ausgebildet ist, die an ihrem einen Ende eine an einer Innenschulter (80) der Anschlußhülse (20) abstützbare Ankerpartie (82) und an ihrem anderen Ende eine in einen Hohl­ raum (84) des Werkzeugschafts (14) eingreifende und dort in eine Innenausnehmung (86) einschwenkbare Klauenpartie (88) aufweist, wobei die Klauenpartie (88) und die Begrenzungswand der Innenausnehmung (86) zueinander komplementäre Keilflächen (90, 92) aufweisen, über die die Radialbewegung der Klauen­ partie (88) in eine axiale Spannbewegung zwischen Werkzeugschaft (14) und Anschlußhülse (20) umsetz­ bar ist, und daß das Zwischenglied (30") als im Inneren der Anschlußhülse (20) und des Werkzeug­ schafts unverdrehbar angeordneter Stößel ausgebil­ det ist, der eine gegen eine innere Keilfläche (94', 94") der Spannklaue (24") anliegende komple­ mentäre Keilfläche (96', 96") aufweist und der mit­ telbar über die Betätigungsmutter (26) zwischen ei­ ner Lösestellung und einer Spannstellung axial ver­ schiebbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungsmutter (20) über einen durch mindestens ein achsparallel ausgerichtetes Langloch (98) der Anschlußhülse (20) hindurchgrei­ fenden Querbolzen (102) mit dem stößelförmigen Zwi­ schenglied (30") gekuppelt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß der Querbolzen (102) durch ein im wesent­ lichen achsparallel ausgerichtetes Langloch (100) im Spannelement (24") hindurchgreift.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in Um­ fangsrichtung in gleichen Winkelabständen voneinan­ der angeordnete, als Spannklauen ausgebildete Spannelemente (24") vorgesehen sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (30") zugleich als beim Lösevorgang wirksamer Auswerfer ausgebildet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenglied (30") einen gegen eine Innenfläche (104) des Werkzeugschafts (14) anlie­ genden Auswerferkopf (106) aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der Querbolzen (102) mit seinen Enden (108) in einem auf der Anschlußhülse (20) unverdrehbar und über die Betätigungsmutter (26) axial verschiebbar geführten Schubring (110) gelagert ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schubring (110) zwei einander diame­ tral gegenüberliegende Ausnehmungen (112) zur Auf­ nahme der Querbolzenenden (108) aufweist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß der die Querbolzenenden (108) außenseitig übergreifende Schubring (110) über je einen Radial­ stift (114) mit den Querbolzenenden (108) verbunden ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betätigungsmutter (26) einen den Schubring (110) axial übergreifenden Ringfort­ satz (122) aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringfortsatz (122) auf der der Betäti­ gungsmutter (26) axial gegenüberliegenden Seite des Querbolzens (102) starr mit einem den Querbolzen (102) in Löserichtung mitnehmenden Zugring (120) verbunden ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Betätigungs­ mutter (26) und dem Schubring (110) ein als axiales Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager (124) angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Zugring (120) und dem Schubring (110) ein als axiales Gleit- oder Wälzlager ausgebildetes Stützlager (126, 126') ange­ ordnet ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schubring (110) ein mit einem Gewinde (116) der Betätigungsmutter (20) zusammenwirkendes, zur Betätigungsmutter (20) koa­ xiales Gewinde (118) aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schubring (110) ein mit einem Innenge­ winde (116) der Betätigungsmutter (20) zusammenwir­ kendes Außengewinde (118) aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schubring (110) und ein auf der der Betätigungsmutter (26) axial gegenüberlie­ genden Seite des Querbolzens (102) angeordneter Zugring (120) starr miteinander verbunden sind.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 34, da­ durch gekennzeichnet, daß die Keilfläche des Zwi­ schenglieds (30") und/oder die zugehörige Keilflä­ che des Spannelements (24") eine bezüglich der Verschieberichtung des Zwischenglieds (30") stei­ lere Zustellschräge (94', 96') und flachere Spann­ schräge (94", 96") aufweisen.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 35, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (24") in einem Zentrierkäfig (128) mit axialem Spiel an­ geordnet sind, der zwei durch Stege (130) miteinan­ der verbundene, in je eine Zylinderausnehmung (132, 134) des Werkzeugschafts (14) und der An­ schlußhülse (20) eingreifende Kolben (136, 138) auf­ weist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stege (130) als die Kolben (136, 138) durchdringende, mit Kühlschmiermittel beaufschlag­ bare Kühlmittelrohre ausgebildet sind.