DE2148654A1

DE2148654A1 - Hydraulisch betaetigte Werkzeugspannvorrichtung

Info

Publication number: DE2148654A1
Application number: DE19712148654
Authority: DE
Inventors: Buck James Russel
Original assignee: BUCK JAMES RUSSEL
Current assignee: BUCK JAMES RUSSEL
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1972-04-06
Also published as: GB1345923A; US3731942A

Description

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PATENTANWÄLTE

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r>_. , ./, '29. Sept. 1971

Patentanmeldung ph 4202-7/^

Herr James Russoll Buck 719 Grandviev/

USA

Hydraulisch "be1;ätigto_i VJerkzeugsp amwo rri cht ur: p^

Die Erfindung "betrifft eine Spannvorrichtung, bestehend aus einem inneren Glied mit einer Vielzahl von in Uinfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Zahnreihen auf dessen äußerer Oberfläche und einem zum inneren Glied konzentrisch angeordneten, dieses umgebenden Gliedj das eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Zannreihen auf dessen inneren Oberfläche auf v/eist, wobei diese Zähne mit den Zähnen des inneren Glieds in Eingriff stehen können, wobei ferner eines der inneren oder äußeren Glieder eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Schlitze darin aufweist, die es in eine Vielzahl von Segmenten aufteilt, die sich radial verbiegen können, wenn die in Eingriff stehenden Zähne auf dem inneren und äußeren Glied axial gegeneinander bewegt v/erden.

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Bekannte Koiistruckionen von Spannfuttern für dio iinaeannung und Halterung von Werkzeugen sind für gewöhnlich mit einem Spannfutter versehen, das einen oder einen zweiten \o~ nus aufweist. Derartige Werkzeughalter bestehen normalerweise aus eineni Spannfutter und einem Betätigungsglied. Diese beiden haben zusammenarbeitende konische Oberflächen für die radiale Einspannung des Werkzeugs in Abhängigkeit von einer axialen Verschiebung des Betätigungsglieds.

Während die Werkzeugspannvorrichtungen der oben beschriebenen Art zufriedenstellend arbeiten, indem sie das hörbare Werkzeugrattern vermindern, wenn nicht sogar vollständig verhindern, so wurde doch auch gefunden, da.Ii solche .Ver'izeugspannvorrichtungen irauer noch ihnen eigene Ungenauigkeitcin in der Werkzeughalterung aufweisen, die die ausnutabare Standzeit des Werkzeugs wesentlich herabsetzen.

Insbesondere kann das Spannfutter das Werkzeug nur an einer begrenzten Zahl von in Umfangsrichtung verteilten Stellen einspannen, da die meisten Werkzeugspannvorrichtungen normalerweise nur eine oder zwei Berührungsflächen aufweisen. Ferner wurde festgestellt, daß über die ganze axiale Länge der zusammenarbeitenden konischen Oberflächen kein gleichmäßiger Xleifiiudruck besteht, daß vielmehr dieser Klemmdruck im allgemeinen nur über begrenzte und unregelmäßig verteilte Punkte eines jeden Spannfutters übertragen v/ird. Dies ist zurückzuführen auf die Herstellungsungenauxgkeiten und Toleranzen, die unvermeidlich innerhalb jeder einzelnen Werkzeughalteranordnung anzutreffen sind, sowie, insbesondere auf die Ungenauigkeiten zwischen den zusammenarbeitenden konischen Oberflächen, die auf dem Betätigungsglied und dem Spannfutter angeordnet sind, Dies wiederum bewirkt, daß der vom Spannfutter auf das Werkzeug ausgeübte Klemmdruck nur über begrenzte und unregelmäßig verteilte Funkte auf das Werkzeug übertragen wird. Daher kommt, daß die üblichen Werkzeughalter das Werkzeug nur an einer geringen Zahl von Funkten einspannen, und daß sogar diese so unregelmäßig verteilt sind, laß sie eine gute Präzisions-

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arbeit verhindern. ^

Diese geringe Zahl von 2e.oühr-un{f.sjumkteri zwischen dom Spannfutter und dem werkzeug .läßt manchmal einen begrenzt on, wenn auch kleinen Schlag und/oo:..r eine Durchbiegung de» Werkzeugs zu, wan ausreicht, ura den Verschleiß dos Werkzeugs we- — sentlich zu steigern. Andererseits sind dieser Schlag und diese Durchbiegung noch nicht groß genug, um das unerwünschte, hörbare Eattern zu verursachen. So bleiben Schlag und Durchbiegung im allgemeinen uneritdeckt, mit Ausnahme der Tatsache, daß v-ie den V/erkzeugverschleiß wesentlich vergrößern.

Da ferner die üblichen werkzeughalter nur eine geringe Anzahl von Berührungspunkten zwischen Spannhülse und '.Yerkzeugsohaft haben, wird hierdurch die auf den Werkzeugschaft übertragene Kle.-iJiiikraft stark begrenzt. Die Klemmkraft muß nämlich auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert gehalten v/erden, damit übermäßiger Schaden am Werkzeugschaft vermieden wird. Dies bewirkt eine wesentliche Begrenzung oder Verminderung des auf das Werkzeug übertragbaren Drehmoments, was wiederum die Zahl der Beimeid- oder Arbeitsvorgänge beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Spannfutter zum Spannen und Halten eines Werkzeugs zu schaffen, das die oben angeführten Nachteile vermeidet.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Druckmittelbetätigungssystem vorgesehen ist, das eine gegenseitige axiale Bewegung der inneren und äußeren Glieder bewirkt, während die Zähne in Eingriff stehen, um eines der genannten inneren und äußeren Glieder radial zur Ver-spannung mit dem zu spannenden Gegenstand zu bringen, daß das Druckmittelbetätigungssystem abgeschlossene Kammern aufweist, die eine bestimmte Menge einer im wesentlichen inkompressiblenPlüssigkeit aufnehmen, wobei die Flüssigkeit die Kammern im wesentlichen vollständig ausfüllt, daß ferner ein Druckgeber vorgesehen ist, der in Verbindung mit den Kammern die Flüssigkeit in den

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Kammern wahlv/eise unter Druck setzt, daß ein Drucknehmer vorgesehen ist, der in Verbindung mit den Kammern und in Zusnramenarbeit mit einem der inneren und äußeren Glieder üie von der Flüssigkeit ausgeübte Kraft auf das genannte eine Glied überträgt, um dieses axial gegenüber dem anderen Glied zu verschieben.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Spannvorrichtung für Werkzeuge. Sie v/eist eine große Vielzahl von zusammenarbeitenden, rampenähnlicheii Zähnen auf, die sowohl axial, als auch in Umfangsrichtung verteilt, zwischen einem Gehäuse und'einer Spannhülse vorgesehen sind« Durch eine axiale gegenseitige Bewegung zwischen Gehäuse und Spannhülse kann das Werkzeug sicher an einer Vielzahl von Punkten gespannt werden. Das Spannfutter enthält auch im Gehäuse ein abgeschlossenes Flüssigkeitssystem, durch welches auf das Spannfutter eine verhältnismäßig große Kraft ausgeübt werden kann, die es gegenüber dem Gehäuse verschiebt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat ein Werkzeughalter der genannten Art ein Gehäuse sowie eine elastisch verformbare und in einer Bohrung des Gehäuses angeordnete Spannhülse, die einen Werkzeugschaft aufnehmen kann. Sowohl das Gehäuse, als auch die Spannhülse sind mit einer Vielzahl von zusammenarbeitenden, am Umfang verteilten Zahnreihen versehen. Jede Zahnreihe weist eine Vielzahl von axial verteilten, rampenähnlichen Zähnen auf. Die Zahnreihen des Gehäuses und der Spannhülse stehen gegenseitig verschiebbar in Eingriff. Die axiale Verschiebung der Spannhülse gegenüber dem Gehäuse bewirkt eine elatische Verengung der Spannhülse bis zur starren Einspannung des Werkzeugschafts. Aufgrund der großen Zahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten

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Zähne zwischen Gehäuse und Spannhülse ist die auf die Spannhülse einwirkende, zusammendrückende Kraft sowohl in Ur.;f ausrichtung als auch axial gleichmäßig verteilt. Somit spannt die Spannhülse den Werkaeugschaft an einer großan Vielzahl von Berührungspunkten und hält das Werkzeug stai'r und fest, wodurch Verbiegung und/oder Schlag des Werkzeugs beseitigt werden.

Weiterhin ist der Werkzeughalter mit einem geschlossenen Flüsaigkeitssystem versehen, das zur Betätigung eine axial gerichtete Kraft auf die Spannhülse ausübt. Das geschlossene Flüssigkeitssystem enthält ein geschlossenes Kanalsystem für die Flüssigkeit, das mit einer ringförmigen Kammer in Verbindung steht. Diese Kammer hat einen in ihr verschiebbar geführten Eingkolben, der gegen das eine Ende der Spannhülse zu deren Verschiebung stößt. Das geschlossene System weist auch einen Druckgeber auf, der zur Betätigung des Kolbens die Flüssigkeit leicht und wahlweise unter Druck setzt. V/egen des Flächenverhältnisses z\d.schen dem Kolben und dem Druckgeber bewirkt dieser Druck eine Kraftverstärkung. Die axiale Verschiebung der Spannhülse durch den Kolben bewirkt, daß die Spannhülse elastisch verformt oder verengt wird und den Werkzeugschaft einspannt· Die große Zahl der Berührungspunkte zwischen der Spannhülse und dem Gehäuse gestattet zum Spannen die Verwendung von hohen Flüssigkeitsdrücken und Kräften, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Werkzeugs besteht. Aus diesem Grund kann ein erhöhtes Antriebsdrehmoment auf das Werkzeug übertragen werden.

In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit v/egen

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eine bestimmte Ausdruckweise lediglich als Hinweis ₉ jedoch nicht als Einschränkung verwendet. So beziehen sich zum Beispiel die Ausdrücke "aufwärts", "abwärts"₈ "nach links" und "nach rechts^!i auf Richtungen in der Zeichnung, auf die hingewiesen wird. Die Ausdrücke "vorne" und "hinten" beziehen sich dementsprechend auf das das Werkzeug aufnehmende Ende und auf das Einbauende des Werkzeugspannfutters« Dies sind nämlich die entsprechenden rechten und linken Enden des in Fig. 1 dargestellten Spannfutters. Die Ausdrücke "nach innen" fc und "nach außen" betreffen, je nachdem, vom geometrischen Zentrum der Spannvorrichtung wegführende oder zu diesem hinführende Richtungen oder bezeichnete Teile davon. Diese Ausdrucksweise umfaßt die oben besonders erwähnten Ausdrücke, deren Ableitungen und Ausdrücke von ähnlicher Bedeutung.

V/eitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind folgende:

1.Es wird eine verbesserte Spannvorrichtung, insbesondere zum Spannen und Halten eines Werkzeugs, geschaffen, die in der Lage ist, das Werkzeug sicher und starr zu

halten, so daß sich eine wesentliche Zunahme der Werk-I
^ψ zeugstandzeit ergibt.

2. Die Erfindung schafft einen Werkzeughalter der erwähnten Bauart, der zum gleichmäßigen und starren Spannen des Werkzeugs eine große Zahl von Berührungspunkten bzw. -linien zwischen der Spannhülse und dem Werkzeugschaft gewährleistet.

3. Gemäß der Erfindung weist ein Werkzeughalter der genannten Bauart eine Hülse und eine damit zusammenar-

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arbeitende, verformbare Spannhülse auf, welche beide mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Zahnreihen versehen sind. Beide Zahnreihen haben eine Vielzahl von axial verteilten, rampenähnlichen Zähnen. Die Zahnreihen sollen durch eine verhältnismäßig kleine Axialverschiebung zwischen dem Gehäuse und der Spannhülse zusammenarbeiten, um die Spannhülse unter radialer Verformung mit dem Werkzeugschaft an einer Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Stellen in Berührung au bringen.

4. Ein Werkzeughalter nach der Erfindung vermag ein beachtlich vergrößertes Drehmoment auf das Werkzeug zu übertragen.

5. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt ein Werkzeughalter der erwähnten Bauart zur Betätigung des Spannfutters ein abgeschlossenes Flüssigkeitssystem, mittels dessen auf leichte und einfache Weise eine große Betätigungskraft auf die Spannhülse ausgeübt werden kann.

6. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß das abgeschlossene Flüssigkeitssystem eine Kraftverstärkung bewirkt und eine verstärkte Klemmkraft auf die Spannhülse überträgt. Diese erhöhte Klemmkraft ist dank der Vielzahl von Berührungspunkten zwischen der Spannhülse und dem Werkzeug durchaus zulässig.

7. Bei einem Werkzeughalter"der eingangs erwähnten Bauart ist nach der Erfindung ferner sichergestellt, daß die bei den üblichen Konstruktionen von Werkzeughaltern anzutreffende Verbiegung und der Schalg des Werkzeugs im wesentlichen beseitigt sind und daß aas Werk-

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zeug im wesentlichen starr sowie parallel zur Drehachse des Werkzeughalters gehalten ist. Dadurch kann ein gesteigertes Antrie"bsdrehmoment auf das Werkzeug übertragen" v/erden und außerdem werden Werkzeugverschleiß, Schlag und Rattern auf ein Minimum gebracht und die Zahl der "bis zum Nachschleifen ausführbaren Werkzeugschneidvorgänge in hohem Maße vergrößert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergehen sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung entlang der Linie I - I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II - II der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Axialschnitts der Fig. 1,

Fig. 4- eine vergrößerte Teilansicht des Querschnitts entlang der Linie IV - IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilansicht des Schnitts entlang der Linie V-V der Fig. 2. und

Fig. 6 einen Axialschnitt -eines weiteren Ausführungs-"beispiels der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.

In Fig. 1 "bis Fig.5 ist als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Spannvorrichtung 11 für V/erkzeuge dargestellt. Die Spannvorrichtung 11 hat ein Gehäuse 12, in

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dein eine Spannhülse 13 angeordnet ist, die durch ein DruckmittelsysUem 14 betätigt werden kann.

Das Gehäuse 12 ist ringförmig ausgebildet" und an seinem hinteren Ende mit einer Gewindebohrung 16 versehen. Dieses hintere Ende des Gehäuses ist in üblicher Weise als äußerer Konus 17 ausgebildet. Die Gewindebohrung 16 und/ oder der Konus 17 dienen dazu, das Gehäuse 12 des Spannfutters in üblicher V/eise fest an einer Werkzeugmaschine zu befestigen. Es kann aber auch die genaue Form des hinteren Ende des Gehäuses 12 vom Ausführungsbeispiel abweichen, ohne daß von der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung abgegangen wird. Der Fachmann erkennt nämlich ohne weiteres, daß eine Vielzahl bekannter Befestigungsarten für das erfindungsgemäße Spannfutter an Werkzeugmaschinen möglich ist.

Das vordere Ende des Gehäuses 12 ist mit einer Bohrung 18 versehen. An der Wand dieser Bohrung 13 ist eine Anzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Zahnreihen 19 vorgesehen. Jede Zahnreihe 19 besteht aus einer Anzahl von axial verbeilten, rampenähnlichen Zähnen 21. Diese Zähne 21 bestehen aus einem Stück mit dem Gehäuse 12 und sind somit starr mit diesem verbunden. Sie erstrecken sich von der Bohrung 18 aus radial nach innen.

Wie die Fig.3 am besten zeigt, ist die Rampenseite 22 jedes einzelnen Zahns 21 verhältnismäßig lang und erstreckt sich mit einem geeigneten, verhältnismäßig kleinen Winkel, etwa 22 1/2 Grad, zur Längsachse des Gehäuses 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich die Stirnfläche 23 jedes Zahns 21 mit einem großen Winkel, aber kleiner als 90 Grad, zur Achse des Gehäuses 12. Dies dient aber nur zur Erleicherung der Herstellung. Zwischen den benachbarten Zahnreihen 19 sind ausgerichtete Nutend vorgesehen. Diese Nuten 24 haben in Umfangsrichtung etwa die gleiche Breite wie die Zahnreihen 19. Bs sei darauf hingewiesen, daß auch die Zähne 21 in getrennten Uinfangsreinen angeordnet sind.

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Jede Umfangsreihe 26 weist je einen Zahn 21 der genannten, axial ausgerichteten Zahnreihen 19 auf.

Die Werkzeughaltevorrichtung besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Spannhülse 13 mit einer Öffnung 29 für das Werkzeug. Die koaxial -in der Bohrung 13 angeordnete Spannhülse 15 weist eine Anzahl von wechselweise und axial angeordneten Schlitzen 27 und 28 ( Fig.2 und Fig.4) auf. Diese Schlitze unterteilen die Spannhülse 13 in eine Vielzahl von Segmenten 31₅ die im wesentlichen radial zueinander in begrenztem Ausmaß bewegbar sind. Die Segmente 31 sind miteinander durch die Endabschnitte32 (Fig.1 und Fig.3) oder 33 ' (Fig.5) verbunden, die wahlweise an jo einem der gegenüberliegenden Enden der Schlitze 27 und 28 angeordnet sind.

Die äußere Fläche der Spannhülse 13 ist mit einer Anzahl von in Uffifangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Zahnreihen 34 versehen. Zwischen den Zahnreihen 34 sind axial verlaufende Nuten 36 angeordnet. Die Zahnreihen 34 bestehen aus einer Anzahl von axial verteilten, rampenähnlichen Zähnen 37· Der Querschnitt, die Größe und die Verteilung der Zähne 37 sind im wesentlichen die Gleichen v/ie bei den Zähnen 21. Diese Zähne 21. und 37 stehen in gegenseitigem Eingriff . Die Hüten 24 und 36 haben genügend radiale-Tiefe, damit die Zähne 21 beziehungsweise 37 hindurchgeschoben werden können. Auf diese Weise können das Gehäuse 12 und die Spannhülse 13 durch Ausfluchten der Zahnreihen 34- der Spannhülse mit den Nuten 24 des Gehäuses zusammengebaut werden, wodurch auch die Zahnreihen 19 mit den Nuten 36 fluchten. Dann werden die Teile so^lange teleskopartig zusammengeschoben, bis die Zähne 37 in -Umfangsrichtung mit ausgewählten Zwischenräumen zwischen den Zähnen 21 fluchten, worauf die Spannhülse 13 soweit gegenüber dem Gehäuse 12 verdreht wird, bis die Zähne 21 und 37 ineinandergreifen. In dieser Stellung steht jeder Nut 36 eine entsprechende Nut 24 gegenüber.

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Die !Spannhülse 13 kann lösbar gegenüber gegenüber dem Gehäuse 12 verriegelt werden, wenn ein Keil ^yß> in wenigstens eines der sich gegenüberliegenden Paare von Nuten 24 und eingeschoben wird. Pur viele Zwecke wird ein solcher eingelegter Keil 5$ ausreichen. Je nach V/unsch können aber auch Keile 5S in mehrere oder in alle Paare der gegenüberliegenden Nuten 24 und 36 eingesetzt v/erden. Die Keile 38 verhindern eine gegenseitige Drehung zwischen dem Gehäuse 12 und der Spannhülse 13 und verhindern zusätzlich den Eintritt von »Staub, Schmutz und anderer Fremdkörper in die Nuten, wodurch die ineiriandc3?greifenden, verzahnten Oberflächen vor Schaden bewahrt v/erden.

Da wegen der beträchtlichen Abweichungen zwischen den Zähnen 21 und 37 die Spannhülse 13 nur wenig zur Verdrehung gegenüber dem Gehäuse 12 neigt, genügt es im allgemeinen, zur Verriegelung die Keile 38 aus elastischem, plastischem Material zu machen. Dabei haben die Keile 38 eine Querschnittsfläche, die im wesentlichen derjenigen der gegenüberliegenden Nuten gleicht, so daß die Keile 33 bündig hineinpassen.

Weitere Einzelheiten der Zabnreihen und der Keilausbildimg sind noch ausführlicher in der deutschen Patentschrift 1 295 318 dargestellt. Eine weitere Beschreibung dieser Teile dürfte sich somit erübrigen.

Das Druckmittelbetätigungssystem 14 weist im Gehäuse 12 eine Ringnut 41 (Fig.3) in Anschluß an das rückwärtige Ende der Bohrung 18 auf. Die Ringnut 41 wird durch einen ringförmigen, nabenähnlichen Ansatz 42 gebildet, der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.-1 und Fig.3 einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet ist. Ein ringförmiger Kolben 43 oder Schieber ist dicht und gleitend in der Ringnut 41 geführt·. Der Kolben 43 ist axial zur Ringnut 41 und im wesentlichen parallel und koaxial zur Längsachse der Bohrung 18 bewegbar. Der Kolben 43 berührt mit seiner ringförmigen Stirnfläche

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das rückwärtige 2nsβ der Spannhülse. Ein elastischer, ringförmiger Dichtring 46, der aus einem herkömmlichen I.iatorial hoher Druckfestigkeit gebildet ist, ist gleitend in der Ringnut 41 angeordnet und liegt aiii anderen, linken Ende (Fig.3) des Kolbens 43 an. Der Dichtring 46 berührt einen Beilagring 48 oder ist mit diesem verklebt. Der Beilagring 48 berührt seinerseits den Kolben 43. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Dichtring 46 in seiner rückwärtigen Stirnfläche eine Nut 47, die bei Bedarf einen O-Ring aufnehmen kann und die dem Dichtring einen V-förmigen Querschnitt verleiht. Dabei drückt die in der Hut 47 befindliche, unter Druck gesetzte Flüssigkeit die innere und äußere Dichtlippe des Dichtrings 46 dicht gegen die innere und äußere Zyl^nderwand der Ringnut 41.

Für die Zuführung von Druckflüssigkeit in die Ringnut 41 weist das Gehäuse 12 einen quer verlaufenden Kanal 51 auf« Dieser Kanal steht mit der Ringnut 41 über einen'dazwischen angeordneten Kanal 52 in Verbindung. Das äußere Ende des Kanals 51 ist dicht mit einem lösbaren Verschlußstopfen 53 verschraubt.

Das innere Ende des quer verlaufenden Kanals 51 steht mit dem inneren Ende eines weiteren Kanals 54- in Verbindung, der im wesentlichen parallel und seitlich versetzt zur Längsachse des Gehäuses 12 verläuft.

Das äußere Ende des Kanals 54- ist in diesem Ausführungs«- beispiel vorzugsweise mit einer erweiterten Bohrung 56 versehen, die an ihrem äußeren Ende einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 57 aufweist. Ein druck-erzeugender Verschlußstopfen 58 oder Betätigungsglied ist in der erweiterten Bohrung 56 angeordnet und hat einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 59, der in den Abschnitt 57 der Bohrung 56 eingeschraubt ist, um das äußere Ende des Kanals 54- abzudichten. Der Verschlußstopfen weist eine wirksame Druckfläche auf.

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Dies ist eine Querschnittsflache_? die wesentlich kleiner ist, als die wirksame Druck-- oder Querschnittsfläche des Kanals 43, und zwar für einen noch au erläuternden Zweck. Der Verschlußstopf en 5°' hat einen Ansatz 61 mit verringertem Durchmesser, der sich an dessen innerem Ende anschließt. Dieser Ansatz 61 trägt einen ihn umschließenden, elastischen Dichtring 62 aus vorzugsweise alastomerem Material. Der Dichtring 62 ist ebenso V-förmig ausgebildet und dichtet sowohl den Ansatz 61, als auch die zylindrische V/and der Bohrung 56. Das äußere Ende des Verschlußstopfens 58 ist vorzugsweise mit Mtteln für den Singriff eines Werkzeugs versehen, etwa mit einem Schlitz für einen Schraubenzieher oder mit einem Ansatz für einen Schlüssel. Auf diese '«Veise wird die axiale Lage des Verschlußstopfens 53 wahlweise durch Verdrehung desselben in der mit Gewinde versehenen Bohrung 57 verändert.

Die Kanäle 51» 52 und 54- begrenzen in Verbindung mit dem hini;er dem Dichtring 46 gelegenen Teil der Ringnut 41 eine Kammer, in der eine bestimmte Menge einer inkompressiblen Flüssigkeit eingeschlossen ist. Die Kammer muß vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein. Wenn auch die Kammer mit üblicher Druckflüssigkeit oder mit Öl bei Bedarf gefüllt v/erden könnte, so ist doch ein Material mit höherer Viskosität vorzuziehen, da ein solches weniger zu Leckverlusten aus der Kammer neigt. In einer bevorzugten Ausführung ist die Kammer vorzugsweise mit einem gallertartigen Material, etwa Silikon - Gel, gefüllt.

Arbeitsweise:

Bei Inbetriebnahme der Spannvorrichtung 11 wird diese in die in Fig,1 gezeigte Lösestellung gebracht, in der sich die Spannhülse in völlig entspanntem Zustand befindet und der Kolben 4-3 in der Ringnut 41 zurückgeschoben ist. Die Flüssigkeit in der abgeschlossenen Kammer steht unter geringem oder gar keinem Druck.

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Ist die Spannvorrichtung, wie oben beschrieben, gelöst, so wird der Schaft eines Werkzeugs in die das Werkzeug aufnehmene öffnung 29 eingesetzt. Der Druck erzeugende 7erschlußstopfen 58 wird nun mit irgend einen geeigneten Werkzeug verdreht, damit sich der Verschlußstopfen 58 axial in die Bohrung 56 bewegt, um-einen Druck auf die eingeschlossene Flüssigkeit auszuüben, der sich auf die in dor Ringnut 41 enthaltene Flüssigkeit überträgt. Dieser Druck bewirkt, daß sich der V-förmige Dichtring 46 nach außen ausdehnt und dicht an die die Ringnut 41 begrenzende innere und äußere Zylinderwand anlegt, während gleichzeitig die in der Ringnut 41 unter Druck gesetzte Flüssigkeit bestrebt ist, den _ Kolben 43 axial (in Fig.1 nach rechts) zu bewegen. Da die ™ Querschnittsfläche der Ringnut 41 (oder des Kolbens 43) größer ist, als diejenige der Bohrung 56 (oder des Verschlußstopfens 58), wird die durch die Drehung des Verschlußstopfens über die Flüssigkeit auf den Kolben 43 übertragene Kraft vergrößert. Die durch den Druck erzeugte, vom Kolben 43 auf die Spannhülseji 3 übertragene Kraft läßt die Spannhülse sich nach außen (in Fig.1 nach rechts) bewegen, worauf die Zähne 37 der Spannhülse 13 gleitend mit den Zähnen 21 des Gehäuses 12 in Singriff kommen. Dies bewirkt seinerseits eine Verformung der Segmente31 der Spannhülse 13 radial nach innen, so daß die Spannhülse auf diese Weise zusammengedrückt wird und den Schaft des Werkzeugs einspannt. Die Größe der Ein-Spannkraft zwischen der Spannhülse 13 und dem Schaft des Werkzeugs wird durch die nach innen gerichtete Verschiebung des Druck erzeugenden Verschlußstopfens 53 bestimmt. Wenn der Verschlußstopfen 58 nach vorne verschoben bleibt, bleibt auch der Schaft des Werkzeugs von der Spannhülse 13 eingespannt. Die in der abgeschlossenen Kammer befindliche Flüssigkeit wird so unter Druck gehalten.

Soll der Schaft des Werkzeugs wieder gelöst werden, so wird der Druck erzeugende Verschlußstopfen 58 in entgegengesetzter Richtung verdreht, damit er nach außen zurückbewegt wird, wodurch sich der Druck in der abgeschlossenen Kammer·

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entspannt. Diese Druckentlastung der Flüssigkeit bewia?kt eine Entlastung der auf das' linke Ende der Spannhülse 13 ausgeübten Klciaiakraft, wodurch sich die Spannhülse durch die ihr· eigene Elastizität radial ausdehnt, entsprechend der Neigung der zusammenarbeitenden Zähne 21 und 37· Die radiale Ausdehnung der Spannhülse 13 wird begleitet von einer nach links gerichteten Bewegung der Spannhülse in ihre entspannte Stellung, die in Fig.1 gezeigt wird.

Wenn die Spannhülse 13 zur Einspannung des Schafts eines Werkzeugs verengt wird, kann sie den Schaft an einer Vielzahl von sowohl axial,als auch in Umfangsrichtung um den Schaft verteilen Punkten einspannen. Diese gleichmäßige und vielfältige Einspannung des Werkzeugschafts ist möglich, da jede Zahnreihe 34 eine Vielzahl von einzelnen Zähnen 37 darauf enthält. Beim Ausführungsbeispiel v/erden zehn Zähne je axialer Reihe verwendet, doch kann diese Zahl vermehrt oder vermindert werden..Somit unterliegt diese Konstruktion nicht den mit den üblichen Werkzeughaltern verbundenen Problemen, die einen einzigen kontinuierlichen Zahn verwenden. Dieser "bewirkt normalerweise eine Kraftübertragung über nur wenige, ungleichmäßig verteilte Punkte, wie oben beschrieben. Da die vorliegende Erfindung innerhalb jeder Reihe, eine Vielzahl axial verteilter Zähne verwendet, bildet ,jedes Paar zusammenarbeitender Zähne wenigstens einen Berührungspunkt, wodurch eine große Zahl von Kraftübertragungspunkten innerhalb jeder axialen Reihe geschaffen, werden.

Die vorliegende Erfindung schafft auch eine große Zahl von in Umfangsrichtung verteilten Zahnreihen. Beim Ausführungsbeispiel werden 16 verschiedene axiale Zahnreihen verwendet, wobei diese Zahl vermehrt oder vermindert wex^den kann. Auf diese Weise wird der V/erkzeugschaft mit wenigstens der gleichen großen Zahl, nämlich 16, verschiedener in Umfangsrichtung verteilten Stellen eingespannt, so daß eine wesentlich sicherere Einspannung des Schafts bewirkt wird, als sie. mit herkömmlichen Werkzeughalterkonstruktionen ermöglicht

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werden kann, bei denen nur eine begrenzte Zahl von Kontakten vorgegeben ist.

Somit ißt es offensichtlich, daß bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeugspannvorrichtung dank der großen Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Kontaktstellen der Werkzeugschaft sicher eingespannt werden kann. Zudem kann bei Anwendung einer so großen Zahl von Kontaktstellen mit dem Werkzeugschaft die insgesamt auf diesen ausgeübte Einspannkraft wesentlich gesteigert werden, ohne daß an irgend einer Stelle ein« übermäßige Kraft auftritt, so daß durch die Spannvorrichtung 11 ein wesentlich höheres Drehmoment auf den Werkzeugschaft übertragen werden kann.

Die sichere und starre Einspannung des Werkzeugschafts ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil sie die Werkzeugverbiegung im wesentlichen vermeidet, wenn das Werkzeug ein werkstück bearbeitet oder schneidet« So konnte beispielsweise bei vom Anmelder durchgeführten Versuchen mit einem herkömmlichen Werkzeughalter experimentell bestimmt werden, daß ein Werkzeug etwa 50 Arbeitsgänge ausführen konnte, nach denen es aus dem Werkzeughalter herausgenommen und nachgeschärft werden mußte. Wurde aber das gleiche Werkzeug in einen Werkzeughalter gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut und der gleichen Zahl von Schneidvorgängen unterworfen, so wurde beobachtet, daß das Werkzeug eine'wesentlich größere Zahl von betrieblichen Schneidvorgängen erfolgreich ausführen konnte. In einem Versuch wurde das Werkzeug 200 betrieblichen Schneidvorgängen unterworfen. Es wurde dann aus dem Werkzeughalter ausgebaut und untersucht. Diese Untersuchung zeigte, daß das Werkzeug nur sehr geringe Abnutzung aufwies. Das Werkzeug konnte daher wieder in den Werkzeughalter eingesetzt und ohne Wachschärfung zusätzlichen Schneid- vorgängen unterworfen werden. Die erfindungsgemäße Spannvorrichtung erlaubte nach dem obigen Versuch eine wenigstens vierfache Steigerung der Lebensdauer des Werkzeugs.

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Die Fig.6 zeigt eine VverkzeughaTierkonstruktion, die der in J?ig.1 gezeigten ähnlich ist. Der Werkzeughalter nach Fig.1 verwendet ein einteiliges Gehäuse 12, während das Ausführungsbeispiel nach Fig.6 ein dreiteiliges Gehäuse .12' verwendet. Insbesondere besteht das in Fig.6 dargestellte Gehäuse 12' aus einem konischen Schaftteil 12A und einem stirnseitigen Flanschteil 12B. Diese Teile sind in der in Fig.6 gezeigten Art und V/eise miteinander verschraübt. Ferner weist das Gehäuse 12'eine auswechselbar und fest mit dem konischen Schaft 12A verschraubte Nabe 12C auf. Diese Nabe 12C bildet zusammen mit dem Flanschteil 12B eine ringförmige Flüssig-, keitskammer bzw. Nut.

Der Werkzeughalter 12' nach Fig.6 weist auch eine darin angeordnete Bohrung 56' auf, die sich vom verbreiterten, radialen und an das Gehäuseteil 12B angeformten Flansch nach außen erstreckt. Die Bohrung 56' v/eist einen mit Gewinde versehenen Verschlußstopfen 53' oder ein Druck erzeugendes Glied auf, das in das äußere Ende der Bohrung 56' eingeschraubt ist. Der mit Gewinde versehene Verschlußstopfen drückt gegen eine Kugel 66, die ihrerseits gegen einen druckerzeugenden Kolben 67 drückt, der verschiebbar in der Bohrung 56' geführt ist. Der Kolben 67 hat einen elastischen, ringförmigen und an seiner Stirnseite angeordneten Dichtring 62'. Außer der radialen Ausrichtung der Bohrung 56' und der Verwendung eines gesonderten Gewindestopfens und eines Kolbens mit dazwischen angeordneter Kugel, ist der verbleibende Rest des in Fig.6 gezeigten Üruckmittelbetätigungssystems 14' sowohl im Aufbau, als auch in der Arbeitsweise ähnlich dem Druckmittelbetätigungssystem 14, entsprechend dem in Fig.1 bis Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Der in Fig.6 gezeigte Werkzeughalter ist andererseits, mit Ausnahme der oben beschriebenen Teile, identisch mit dem in Fig.1 gezeigten. Eine weitere Beschreibung desselben dürfte sich somit erübrigen.

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Beide dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen Werkzeughalter mit innen spannenden Hülsen, die das V/erkzeug innen aufnehmen und es radial verspannen. Demgegenüber kann der erfindungsgemäße Werkzeughalter ohne weiteres so verwendet werden, daß er eine radiale Ausdehnung eines außen mit Zähnen versehenen Hülsenabschnitts bewirkt. Auf diese tfeisa kann der Werkzeughalter mit dem äußeren Hülsenabschnitt ein Werkzeug einspannen, daß ihn von außen her umfaßt. Das in Fig.1 dargestellte Ausführungsbeispiel hat eine äußere Hülse oder einen Gehäuseteil von starrer Bauweise und hat eine innere, axial geschlitzte, radiale Verengung zulassende Spannhülse 13. Diese struktufe rellen Verhältnisse können beispielsweise so umgekehrt werden, daß die innere Hülse starr ist und die äußere, mit Zähnen versehene Hülse axial geschlitzt und somit radial ausdehnbar ist, um ein V/erkzeug einzuspannen, das diese . Hülse umgibt. Eine derartige Umkehrung ist von der Erfindung mit eingeschlossen.

Obwohl ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen zur Erläuterung offenbart wurde, so soll doch darauf hingewiesen werden, daß Veränderungen und Abwandlungen des offenbarten Geräts, einschließlich der Umänderung von Einzelheiten, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Die obige Beschreibung mit der dazu-" gehörigen Zeichnung ist in erster Linie auf die Anwendung der Erfindung als Werkzeughalter gerichtet, was als Hauptanwendungsgebiet der Erfindung anzusehen, ist. Es ist aber auch voll beabsichtigt, die darüber hinausgehenden Grundsätze der Erfindung auf Spannvorrichtungen von allgemeinerer Bedeutung anzuwenden.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der . Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich alsauch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

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Patenten s prüche

Spannvorrichtung, bestehend aus einem inneren Glied mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Zahnreihen auf dessen äußerer Oberfläche, und einem zum inneren Glied konzentrisch angeordneten, dieses umgebenden Glied, das eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Zahnreihen auf dessen inneren Oberfläche aufweist, wobei diese Zähne mit den Zähnen des inneren Glieds in Eingriff stehen können, wobei ferner eines der inneren oder äußeren Glieder eine Reihe von in Umfangsrichtung verteilten und axial sich erstreckenden Schlitzen darin aufweist, die es in eine Vielzahl von Segmenten aufteilt, die sich radial verbiegen können, wenn die in Eingriff stehenden Zähne auf dem inneren und äußeren Glied axial gegeneinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druckmittelbetätigungssystem (14) vorgesehen ist, das eine gegenseitige, axiale Bewegung der inneren und äußeren Glieder (12, 13) bewirkt, während die Zähne (21, 37) in Eingriff stehen, um eines der genannten inneren und äußeren Glieder (12,13) bewirkt, während die Zähne (21, 37) in Eingriff stehen, um eines der genannten inneren und äußeren Glieder (13) · radial zur Verspannung mit dem zu spannenden Gegenstand zu bringen, daß das Druckmittelbetätigungssystem (14) abgeschlossene Kammern (41,56) aufweist, die eine bestimmte Menge einer im wesentlichen inkompressiblen Flüssigkeit aufnehmen, wobei die Flüssigkeit die Kammern im wesentlichen vollständig ausfüllt, daß ferner ein Druckgeber (58) vorgesehen ist, der in Verbindung mit den Kammern die Flüssigkeit in den Kammern v/ahlweise unter Druck setzt, daß ein Drucknehmer (4-3, 46) vorgesehen ist, der in Verbindung mit den Kammern und in Zusammenarbeit mit einem der inneren oder äußeren Glieder (12, 13) die

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von der Flüssigkeit ausgeübte Kraft auf das genannte eine Glied überträgt, um dieses axial gegenüber dem anderen Glied zu verschieben.

'/2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn'z einet, daß die Kammer eine im äußeren Glied (12) ausgebildete,..-ringförmige !Tut (41) und der Drucknehmer einen in ihm verschiebbar geführten Kolben (43) aufweist.

3· Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Ringnut (41) mid Ik der Kolben (43) im wesentlichen koaxial zum inneren Glied (13) ausgerichtet sind, und daß der Kolben (43) axial an das innere Glied (13) anstößt, wobei eine durch die Druckflüssigkeit erzeugte Verschiebung des Kolbens (43) eine entsprechende axiale Verschiebung des inneren Glieds (13) bewirkt, und dieses durch Zusammenziehung in Eingriff mit dem zu spannenden Gegenstand bringt.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Hut (41) und der Kolben (43) kreisringförmig ausgebildet sind.

" 5» Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgeber ein von Hand verschiebbares Betätigungsglied (58) ist, das eine der Begrenzungen der Kammer (41, 56) bildet, wobei eine Verschiebung des Betätigungsglieds eine Veränderung des Flüssigkeitsdrucks bewirkt.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (41, 56) im äußeren Glied (12) angeordnet ist und mit der Nut (41) in Verbindung stehende Kanäle (51, 52, 54)

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aufweist, und daß das von Hand verschiebbare Betätigungsglied (5S) bewegbar innerhalb der Kanäle (56) angeordnet ist.

7. Spannvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß das von Hand verschiebbare Betätigungsglied (58) ei*?- mit Gewinde versehenes, schraubenähnliches Glied enthält.

8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis ^r/, dadurch gekennzeichnet, daß der der Kolben (43) eine ^uerschnittsflache aufweist, die wesentlich größer ist, als diejenige des von Hand verschiebbaren Betätigungsglieds (58), damit eine Kraftverstärkung erzeugt wird.

9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichne t,daß das von Hand verschiebbare Betätigungsglied ein innerhalb eines Endes der Kanäle ( 51» 52, 54? 56) angeordnetes und mit dem äußeren Glied (12) verschraubtes schraubenähnliches Glied aufweist, und daß der Kolben (43) axial auf ein Ende des inneren Glied (13) auftrifft,

10. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Silikon - Gel gefüllt ist.

11. Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, daß das innere Glied (13) aus einem hülsenähnlichen Spannstück besteht,, mittels dessen ein Teil eines Werkzeugs aufnehm- und spannbar ist.

ORIGINAL [NSPEPTPn 209815/1082 »nöpected