DE2545713A1 - Werkzeugspannvorrichtung - Google Patents

Description

• Werkzeugspannvorri Die Erfindung betrifft eine Schnellwechselvorrichtung fur eine mit einer konischen Aufnahmebohrung versehene hohle Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, zum raschen Lösen und Spannen von einen konischen Schaft aufweisenden Werkzeugen oder Werkzeughaltern, die an dem dem Werkzeug abgewandten Ende eine Ringnut aufweisen, in die radial bewegbare Vorspriinge eines an einer in der Spindel längsverschiebbaren Zugstange angebrachten Spannelements lösbar eingreifen, das unter der Wirkung von an der Zugstange angreifenden Spannfedern den konischen Schaft in den Spindelkonus zieht und durch Zusammenpressen der Spannfedern mittels eines Kraftgliedes lösbar ist, Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung (Werkstatt und Betrieb 108, 1975r Seiten 339) ist in der Spindel eine Zugstange vorgesehen, an deren einem Ende das Spannelement in Form einer Spannzange mit radial nach innen vorstehenden Vorsprüngen angebracht, die durch eine in der Spindel untergebrachte Außenhülse mit verschiedenen Innendurchmessern spannbar sind0 Die Spannzange wird axial verschoben und es ist das Werkzeug, dessen im Spindelinneren befindliches Ende mit einem hinterschnitteren Kopf versehen ist, durch Einziehen der Spannzange in den engeren Bereich der Hülse festlrlemmbar, Die Spannbewegung wird durch ein Paket von Tellerfedern erzeugt, die die Zugstange umgebend angeordnet sind. Die Tellerfedern stützen sich einerseits an einer Schulter der Längsbohrung der Spindel und andererseits an dem der Spannzange abgewandten Ende des Zugstabes ab. Zum Lösen der Spannzange wird durch ein Kraftglied die Zugstange entgegen der Kraft der Spannfedern verschoben, Zum Festhalten des Werkzeuges wird das Kraftglied entlastet oder abgeschaltet, worauf die Spannfedern das Festziehen des Werkzeuges und der Spannzange bewirken, Von Nachteil ist bei dieser bekannten Anordnung, daß zur Erzielung von ausreichenden Spannkräften ein sehr großes und damit auft7endiges und Platz beanspruchendes Tellerfedernpaket erforderlich ist. Das ,rraftglied muß eine wesentlich größere Kraft aufbringen können, weil beim Entspannen des Werkzeuges die Spannfedern zusätzlich zusammengepreßt werden. Beträgt beispielsweise die erforderliche Spannkraft 8000 N, um das Werkzeug sicher zu halten, so beträgt die von dem Kraftglied zum Lösen des Werkzeuges auf zubringende Kraft beispielsweise 12000 bis 16000 M. Die hierfür erforderlichen großen Federpakete können zwar bei großen Maschinen untergebracht werden, doch läßt sich insbesondere bei Vorrichtungen zum nachträglichen Anbau an vorhandene Jerkzeugmaschinen, bei dem von der vorhandenen Spindel auszugehen ist, ein derart langes Tellerfederpaket kaum unter bringen, abgesehen von den durch die Tellerfedern bediagten zusätzlichen Kosten.
• Es ist auch bekannt (D'U-PS 1 602 980) die Zugstange über ein kleines Tellerfedernpaket mit einem Kraftglied zu koppeln, wobei das Tellerfederpaket lediglich als elastisches A@ischenglied im Kraftfluß zwischen Kraftglied und Zugstange dient. Die Spannkraft und nahezu der vollständige Spannung werden allein durch das kraftglied aufgebracht. Da als Kraftglied im allgemeinen ein Pneumatik- oder I{ydraulik-Arbeitszylinder verwendet werden, besteht bei Ausfall des Druckmittels die Gefahr, daß sich das Werkzeug löst. Es müssen dann besondere Vorkehrungen gerben plötzlichen Druckmittelabf. all getroffen werden. Da das Krafte,lied mit der Spindel rotiert ergeben sich zusätzliche Probleme für die Zuführung des Druckmit els.
• Es ist auch bekannt (D-OS 2 345 869), zur Lösung des Problemes der Druckmittelzufuhr bei einem mit der Spindel mitrotierenden Kraftglied ein Überleitungsgehäuse vorzusehen, in dem ein Verteilerschieber mit entsprechenden Nuten und Längsbohrungen rotiert, der zusammen mit der Spindel umläuft. Diese Anordnung ist jedoch sehr aufwendig und baut relativ groß; außerdem sind ebenfalls Llittel zur Verhinderung unerwünschter Auswirkungen bei plötzlichem Abfall des Druckmitteldruckes vorgesehen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine-Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der Spannung des Werkzeuges unabhängig von der Druckmittelzufuhr und der Wirkung eines Kraftgliedes ist, so zu verbossern, daß der Raumbedarf der Spannfedern und die für die Spannfedern aufzuwendenden Kosten erheblich vermindert sind, ohne daß dadurch der Spannweg oder die an den iierkzeug angreifende Spannkraft beeinträchtigt sind.
• Gelöst wird die Aufgabe gemäß der vorliegenden Brfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daP in dem Kraftiluß zwischen. Spannfed^rn und Spann@lement eine lösbare Kupplung angeordnet ist.
• Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß der Raumbedarf für die Spannfedern erheblich vermindert werden kann, weil die Spannfedern zum :erkzeugwechsel, also zum Lösen des Spannelementes, nach dem Lösen der Kupplung nicht mehr durch das Kraftglied zusammengepreßt--werden müssen, sie also mit ihrer vollen Kraft zur nicht nur mit einem Bruchteil ihrer Kraft für die Werkzeugspannung zur Verfügung stehen, Die Spai'federn brauchen nicht den vollen Spannweg aufnehmen, sondern nur den für das Lösen der Kupplung erforderlichen rçeg. Dadurch ist es möglich geworden, eine derartige Vorrichtung bei relativ kleiner Bauweise als zusätzliches Ausrüstungsteil für vorhandene Werkzeugmaschinen auszubilden. Ein weiterer Vorteil liegtdarin, daß bei einer Spannkraft von beispielsweise 8000 N, das Kraftglied nicht 12000 bis 16000 N zum Lösen des Werkzeuges aufbringen muß, sondern beispielsweise nur noch etwa 8500 bis 9000 N, weil ano schließend die Kupplung gelöst ist und die Federn nicht zusätzlich - den Spannweg des Werkzeuges - aufnehmen müssen. Es kann daher auch das Kraftglied leichter und insbesondere kleiner ausgebildet werden.
• Bei vorgegebenem Druckmitteldruck für das Kraftglied kann die wirksame Kolbenfläche nahezu halbiert werden.
• Auch alle anderen Kraftübertragungselemente können entsprechend kleiner und leichter dimensioniert werden. Bei der Verwendung feststehender Kraftglieder können die in den obertragungsweg einzuschaltenden axiallager für entsprechend kleinere Kräfte dimensioniert werden0 Als lösbare Kupplung können praktisch alle bekannten Kupplungskonstruktionen, evtl. entsprechend angepaßt, verwendet erden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als lösbare Kupplung eine kruppe von radial bewegbaren Kugeln vorgesehen, die in der eingekuppelten Stellung von einem Ring mit Innenkonus durch die Spannfedern radial nach inf-7 in eine Nut der Zugstange gedrückt sind. Eine derartige Kupplung ist mit wenig Aufwand zu realisieren und arbeitet sehr zuverlässig, da die tibertragung der Kraft der Spannfedern auf die Zugstange über eine Vielzahl von Kupplungselementen in Form der @ageln erfolgt, Diese Ausführungsform der Erfindung eröffnet aber die ti.öglichkeit einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, die darin besteht, daß die Nut der Zugstange eine dem Innenkonus des Ringes gegenüberliegende konische Flanke aufweist, wobei der Kegelwinkel der konischen Flanke größer ist als der Kegelwinkel des Innenkonus des Ringes. Das hat den Vorteil, daß die auf die Zugstange wirkende Kraft etwa im Verhältnis der Kegelwinkel größer ist als die von den Spannfedern ausgeübte Kraft. Dadurch ist es möglich, eie Spannfedern um den entsprechende Faktor schwächer und damit kleiner auszubilden. Dadurch wird der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter vermindert. Ebenso ist es dadurch möglich, weil das Kraftglied in entgegengesetzter Richtung auf die Spannfedern wirkt, auch das Kraft glIed nochmals kleiner und leichter auszubilden, da es lediglich eine Kraft aufbringen muß, die etwas größer ist als die um den durch das Verhältnis der Kegelwinkel gegebenen faktor verkleinerte Kraft der Spannfedern. Beispielsweise betrugt bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Kegelwinkel der Nutflanke etwa 800 bis 1000 und der Kegelwinkel des Innenkonus des Ringes etwa 200 bis 4QO0 Es ist also eine Kraftübersetzung im Bereich von etwa 1:2 bis 1:5, vorzugsweise von etwa 1;7 erzielbar.
• Bei bevorzugten Ausführungsformen kommt das Kraftglied bei seiner Betätigung nach dem Lösen der Kupplung an einem Anschlag zur Anlage. Dadurch lassen sich definierte Arbeitsverhältnisse bei Kraftgliedern erzielen, die keine fest vorgegebene Wegbegrenzung aufweisen. Beispielsweise kommt das Kraftglied nach dem Lösen der Kupplung an der Spindel bzw. einem an aer Spindel sich in axialer Richtung abstützenden Teil zur Anlage.
• Das Lösen des Trerkzeuges durch Herausfahren aus dem Spindelkonus unter Mitnahme des Spannelementes und der Zugstange bis in die liösestellung, in der sich das Spannelement aus der Nut des Werkzeuges oder Y;erkzeughalters löst, kann manuell oder maschinell vorgenommen werden. Es kann dabei, wie bevorzugt vorgesehen is die Lage des Anschlages so gewählt sein, daß das Kraftglied vor der Anlage an dem Anschlag bei bereits gelöster Kupplung an der Stirnseite der Zugstange zur Anlage kommt und diese bis zur Anlage an den anschlag so weit verschiebt, daß sich der konische schaft des Werkzeuges von dem Konus der ; Spindel gelöst hat. Es genügt dazu, wenn die Zugstange,so lang ausgebildet ist, daß sie über den Anschlag für das Kraftglied in axialer Richtung etwas hinausragt, das Betätigungsglied für das Schalten der Kupplung jedoch noch über die Stirnw seite der Zugstange in Richtung auf das Kraftglied ¼,,, £---: vorsteht. Dadurch läßt sich mit einem eine ebene Stirnfläche aufweisenden Betätigungsorgan des Kraftgliedes die gewünschte, zuvor beschriebene Zuordnung der einzelnen Vorgänge in einfachster Weise erzielen.
• Selbstverständlich können auch der Anschlag, die Stirnseite der Zugstange und das Betätigungsorgan für die Kupplung in einer Ebene liegen, wenn das bewegbare Teil des Kraftgliedes, das an diesen Teilen zur Anlage kommt, entsprechend abgestufte Anlageflächen aufweist.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Schaltglied vorgesehen, das nach dem Einrücken der Kugelkupplung kurz vor Erreichen der Spann@ndlage hetätigbar ist, Insbesondere ist das Schaltglied so angeordnet, daß es durch die Zugstange oder das Betätigungsorgan der Kugelkupplung schaltbar ist, wenn diese in ihre Endlage einlaufen. Dieses Schaltglied kann zum Anzeigen der Betriebsbereitschaft verwendet werden. Es kann auch dazu verwendet werden, um eine Sperre gegen das vorzeitige Inbetriebsetzen der Maschine bzw. der Spindel zu steuern. Es läßt sich dadurch die Sicherheit bei der Benutzung einer mit der erfindungsgemaßen Vorrictltung ausgestatteten Werkzeugmaschine erhöhen. Gleichzeitig kann dieses Schaltglied als Kontrolle dafür verwendet werden, ob das Werkzeug richtig gespannt ist, ob es also seine Spannendlage eingenommen hat.
• Bei bekannten Schnellwechselvorrichtungen ist die Zugstange im allgemeinen als massive Stange ausgebildet und es sind an dem Ende der Stange Spannklauen oder eine Spannzange vorgesehen, die radial nach innen gerichtete Vorsprünge aufweisen, die in eine Außenringnut eingreifen, die an dem Werkzeugschaft oder einem mit dem Vierkzeugschaft starr verbundenen Eeil vorgesehen ist, Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dagegen ist die Zugstange als Hülse ausgebildet und es stehen die Vorsprünge des an dem Ende der Hülse vorgesehenen Spannelementes radial nach außen vor; dabei drückt ein gegenüber der Spindel feststehender Spreizstab, der sich durch die Zugstangenhülse erstreckt, die Vor-Sprünge bei der Bewegung des Spannelementes in die gespannte Lage nach außen. Entsprechend ist der Werkzeugschaft oder ein daran befestigtes Halteteil mit einer ausdrehung (innenringnut) versehen, in die die Vorsprünge des Spannelementes in der gespannten Position eingreifen. Das Spannelement ist wie eine Spannzange als Iängsgeschlitzte Hülse hergestellt, wobei durch die Längsschlitze einzelne, federnde Klauen aus der ilülse herausgeschnitten sind, die an ihren Außenflächen konische und zylindrische Gleit- und SpannXlcichen aufweisen0 Bevorzugt ist der Spreizstab mittels eines Querstiftes, der Längsnuten der Zugstangenhülse durchdringt, gefeniiber der Spindel axial festgehalten, Dabei könnte der Querstift unmittelbar in eine Querbohrung der Spindel eingesetzt sein, Bevorzugt ist jedoch der Querstift in einer an der Spindel kraft-oder formschlüssig befestigten Hülse fixiert. Dabei erstreckt sich bevorzugt ein Ende dieser Hülse in eine Bohrung der Spindel, wodurch gleichzeitig der Querstift durch die die Bohrung begrenzende Wand gegen Verschieben gesichert ist.
• Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Kugeln der Kupplung in radialen Bohrungen einer an der Spindel kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse geführt. Die Kugeln sind also in axialer Richtung gegenüber der Spindel feststehend angeordnet und können sich lediglich radial bewegen, abgesehen von einem vorgesehenen Bewegungsspiel der Kugeln in den Bohrungen, weil die Bohrungen einen deutlich größeren Durchmesser aufweisen als die Kugeln. Ferner sind bevorzugt die Spannfedern eine Hülse umgebend angeordnet und stützen sich einerseits an dem Ring, der sowohl Teil der Kugelkupplung als auch Wetäti gungsorgan der Kugelkupplung ist, und andererseits an einem Bund der Hülse ab.
• Bei einer besonders einfach aufgebauten Ausführungsform der Erfindung ist die von den Spannfedern umgebene Hülse, die die Kugeln in radialen Bohrungen führende Hülse und die Hülse, an der der Querstift fixiert ist, dieselbe, einstückig hergestellte Hülse0 Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausfüh:rgsbeispiele im Zusammenhang mit den Ansprüche, Es zeigen im Längsschnitt: Fig0 1 eine erfindungsgemäße Schnellwechselvorrichtung zum Befestigen an den Spindelstock einer Werkzeugmaschine in gelöster und gespannter Stellung, Fig. 2 eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung für Werkzeugmaschinen mit beweglicher Pinole, bei der die Vorrichtung unmittelbar in die Spindel eingeschraubt wird, und Fig. 3 in stark vergrößert er Darstellung ein Detail der Kugelkupplung.
• Eine Spindel 1 ist drehbar in einem nicht dargestellten Spindelkopf einer Werkzeugmaschine gelagert. Die Spindel weist einen von einer Stirnseite ausgehenden Aufnahmekonus 2 für einen konischen Schaft 6 eines Werkzeughalters 5 uf. Der Aufnahmekonus 2 gellt an seinem inneren, engen bunde in eine Bohrung 3 über, die anschließend in eine Längsbohrung 4 mit vermindertem Durchmesser übergeht. In den konischen Schaft 6 des Werkzeughalters 5 ist, an der dem Werkzeug gegerniberliegenden Stirnseite eine zentrale Sackbohrung 7 eingearbeitet, die mit einem Einschraubgewinde versehen ist, in das eine Spannhülse 8 Eingedreht i;t. In die Spannhülse 8 ist eine innere Ausdrehung 9 eingearbeitet, die eine Ringnut bildet. Von der freien Stirnseite her führt eine Kegelfläche 10 zu dem durch die Ringnut 9 begrenzten Raum.
• Auf den bpindelkopf, in dem die Spindel 1 gelagert it, ist ein zylindreförmiges Gehäuse 11, das an seinen beiden otirnseiten mit je einem Flansch 12 bzw. 13 versehen ist, mit dem Flansch 12 flach anliegend, befestigt Die Zylinderachse des Gehäuses 11 fluchtet dabei mit der achse der Bohrungen 2, 3 und 4.
• An dem Flansch 13 ist mittels Schrauben 14 ein Zylinder 15 befestigt, in dem ein mittels einer Dichtung 16 algeftichteter Kolben 17 in Achsrichtung geführt ist.
• Auf der der Spindel 1 abgowandten Seite ist der Lolben 17 mit einer zentralen, starr an ihm befestigten Kolbenstange 18 versehen, die durch eine Bohrung in einem den Zylinder 15 abschließenden Boden 19 mittels einer Dichtung 20 abgedichtet nach außen geführt ist.
• Die Kolbenstange 18 ist längs durchbohrt und es ist in dieser Bohrung ein Schaltglied 21 in Gestalt eines Schaltventiles oder eines Schalters eingebaut, der durch Verschieben eines axial vorstehenden Stößels 22 schaitoar ist. ln den Kolben 17 ist an der der Spindel 1 zugewandten Seite ein Axialkugellager 23 eingebaut, das sich e tl-rc;eits gegen den Kolben 17 und andererseits gegen einen Ring 24 axial abstützt. Der Ring 24 liegt mit einer Stirnfläche an einer Stirnfläche einer Kupplungshülse 25 an, deren gegenüberliegendes Ende in eine an die Ilsngsbohrung 4 anschließende Bohrung 26 mit gegenüber der Längsbohrung 4 vergrößertem Durchmesser eingesetzt ist, Die Kupplungshülse 25 ist mit einem Bund 27 versehen, der an der Stirnfläche der Spindel 1 anliegt und dort befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. An der der Spindel 1 abgewandten Seite des Bundes 27 liegt ein Paket Tellerfedern 28 an, die sich andererseits gegen einen Kupplungsring 29 abstützen, der die Kupplungshülse 25 in dem dem Kolben 17 zugewandten Bereich umgibt. Der Kupplungsring 29 ist relativ zur ivupplungshülse 25 axial verschiebbar. Er ist mit einer inneren Ausdrehung 30 versehen, die in einen in Richtung zu den Tellerfedern hin sich verjüngenden Innenkonus 31 übergeht. Der Innenkonus 31 schließt einen Kegelwinkel von etwa 30° ein, so daß die Oberfläche des Innenkonus 31 zur Längsachse einen Winkel von etwa 15° einschließt. Im Bereich der Ausdreh der Ausdrehung 30 ist die Kupplungshülse 25 mit einem Kranz entlang dem Umfang verteilter radialer Bohrungen 32 versehen in denen jeweils eine Kugel 33 mit gegenüber der radialen Bohrung 32 kleineren Durchmesser angeordnet ist. Der Durch1.lesser dazu kugeln 33 ist etwa so groß wie die Differenz zwischen Au.,endurchmesser und Innendurchmesser der Kupplungshülse 25, also etwa doppelt so groß wie die Wanddicke der Kupplungshülse 25.
• In der Mupplungshülse 25 ist eine zweiteilige Zugstange axial verschiebbar geführt, die einen Bolzen 34 und eine daran starr befestigte Zughülse 35 umfaßt.
• in dem den Bolzen 34 abgewandten Ende ist die Zughülse 35 längs geschlitzt, wodurch einzelne Spannbacken 36 Dilet sind, die nach außen weisende Vorsprünge 37 mit sich zum Werkzeughalter 5 hin verjüngender Kegelfläche 38 aufweisen. Die Querschnittsform der Vorsprünge 37 ist so gewählt, daß sie zumindest in dem dem Bolzen 34 zugewandten Bereich der entsprechenden Fläche der Ringnut 9 konturengleich ist. In einer Längsbohrung der Zughülse 35 ist ein Spreizstab 39 angeordnet, der relativ zu der Spindel 1 axial unverschiebbar ist. Zu diesem Zweck ist an dem dem Bolzen 34 zugewandten Ende des Spreizstabes 39 ein querstift 40 vorgesehen, der sich durch zwei einander gegenüberliegende Laiiglöcher 41 hindurch erstreckt, die in die Zughülse 35 eingearbeitet sind. Mit seinen Enden steck der Querstift 40 in Radialbohrungen des in der Bohrung 26 befindlichen Bereiches der iCupplungshülse 25. Das freie, dem Werkzeughalter 5 zugewandte Ende des Spreizstabes 39 ist mit einer Konusfläche 42 versehen, der eine entsprechende Konus fläche 43 an der Innenseite der Spannbacken 36 gegenübersteht.
• Wird die Zughülse 35 von Werkzeughalter 6 weggefahren, so werden die Spannbacken 36 nach außen gespreizt, sobald die Konusflächen 42 und 43 aneinander zur Anlage kommen. Bei der Weiterbewegung dringt das freie Ende des Spreizstabes 39 in den Bereich der Bohrung zwischen den Spannbacken 36 ein und hält diese formschlüssig nach außen gespannt0 In dieser Lage liegen die Vorsprünge 37 an der Ringnut 9 der Spann hülse 8 an.
• Der mit der Zughülse 35 starr verbundene Bolzen 34 ist mit einer Außenringnut 44 versehen deren der Z@@hülse 35 abgewandte Flanke 45 als Kegelmantelfläche ausgebildet ist, die einen Kegelwinkel von etwa 90° einschließt. Die Flanke 45 schließt also einen Winkel von etwa 450 zur Achse ein. Die Tiefe der Ringnut 44 ist etwa gleich der Tiefe der husdrehung 30 und etwa gleich der Wanddicke der Kupplungshülse 25.
• In dem Ring 24 bzw. der Längsbohrung der Kolbenstange 18 ist ein Schaltstift 46 axial verschiebbar geführt.
• Zum usspannen eines Werkzeuges wird durch eine Anschlußbohrung 47 Vruckmedium in den Zylinder 15 eingefüllt, wodurch der Kolben 17 über das Axialkugel lager 23 und den Ring 24 den Kupplungsrimg 29 axial verschiebt, wodurch die zuvor unter der Wirkung der Tellerfedern 28 zwische dem Innenkonus 31 und der Flanke 45 eingeklemmten Kugeln 33 frei werden und in die Ausdrehung 30 eintreten können, Sobald sich die LXusdrehung 30 in der Ebene der Ringnut 44 befindet, trifft der Ring 24 auf die Stirnseite des Bolzens 34 auf und verschiebt diesen in Richtung auf die Spindel 1, wobei die Kugeln 33 radial nach außen gedrückt werden in die >usdrehung 30. Gleichzeitig wird über die Zughülse 35 und die Spannilülse 8 der Werkzeughalter 5 nach außen bewegt, wodurch sich der konische Schaft 6 von der Ob-fläshe des Aufnahmekonus 2 löst0 In der Endstellung, die in der einen Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, sind die Spannbacken 36 frei, da der Spreizstab 39 außer Eingriff kommt und es können die Vorsprünge 37 axial aus der Spannhülse 8 austreten.
• Es kann dann der Werkzeughalter 5 mit dem Werkzeug entnommen werden.
• Anschließend wird ein neuer Werkzeughalter eingesetzt und es wird der konische Schaft 6 in den Aufnahmekonus 2 eingeführt, wobei die Spannbacken 36 mit ihren Vorsprüngen 37 in die Ebene der Ringnut 9 gelangen. Durch Anlage der freien Stirnfläche der Spannbacken 36 an einer Schulterfläche der Aus drehung 9 wird die Zughülse 35 in Richtung auf den Kolben 17 verschoben, wobei das freie Ende des Spreizstabes 39 in den Bereich zwischen den Spannbacken 36 eindringt und diese nach außen spreizt. Ehe der konische Schaft 6 an dem Aufnahmekonus 2 satt zur Anlage kommt befindet sich die l'inF,nut 44 wieder etwa in der Ebene der Ausdrehung 30, worauf bei Abschalten des Drucks des Durckmediums die Tellerfedern 28 den Kupplungs ring 29 in Itlchtung auf den Z @inder 15 bewegen, wodurch die Kugeln 33 durch Anlage an dem Innenkonus 31 radial nach innen bewegt werden, bis sie an der Flanke 45 anliegen. In dieser Endlage der Zugstange 3IL, 35 liest die Stirnflache des Bolzens 34 an den Schaltstift 46 an und bewegt diesen gegen den Stößel 22 des Schaltgl. des 21, das dadurch betätigt wird, Der Schaltstift 46 kann so bemessen sein, daß er das Schaltglied 21 dann schalt, wenn sich die Flanke 45 etwa im Bereich der Ausdrehung 30 befindet, Dabei schaltet das Schaltglied 21 die Drucknittelzufuhr zur Anschlußbohrung 47 ab, worauf selbsttätig die Kugelkupplung eingekuppelt und der Spannvorgang durch die Tellerfedern 28 beendet wird, wobei der konische Schaft 6 satt an dem Aufnahnekonus 2 zur Anlage kommt, Es kann nber auch die Länge des Schaltstiftes 46 so bemessen sein, daß das Schaltglied 21 erst bei Erreichen dieser Endstellung geschaltet wlr, Das Schaltglied 21 dient dann dazu, das Erreichen der Spannendlage zu signalisieren und/oder dazu, eine Sperrung des Spindelantriebes aufzuheben.
• Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die gegenüber Fig. 1 unverändert gebliebenen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein-ander in ihrer Funktion entsprechende, jedoch anders gestaltete Teile sind mit einem um eine vorgesetzte 1 veränderten Bezugszeichen versehen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, die @@r Werkzeugmaschinen mit axial bewe.,licher pinole vorgesehen ist, ist die ganze Anordnung unmittelbar auf die nicht dargestellte Spindel morltiert. Dazu ist die I.upplungshiilse 125 mit einen Gewindeansatz versehen, der in eine Gewirdeborung der Spindel eingedreht wird, bis die Spindelstirnfläche an einem Bund 51 der Kupplungshülse 125 zur anlage kommt. Die Anordnung ist von einem zylindrischen Gehäuse 111 umschlossen, das an seiner der Spindel zugewandten Stirnfläche mit einen aufgeschraubten Deckel 52 abgeschlossen ist.
• An dem Deckel 52 stützt sich ein Axialkugellager 53 ab, das andererseits an einem Bund 127 der Kupplungshülse 125 anliegt. An der gegenüberliegenden Seite des Bundes 127 liegen die Tellerfedern 28 an.
• In dem zylindrischen Gehäuse 111 ist ein Ring-Stufenkolben 54 geführt, der mit einer Stirnfläche 55 an den Kupplungsring 129 anliegt. Die Druckmittelzufuhr erfolgt über eine Anschlußbohrung 147 an der dem Deckel 52 abgewandten Stirnseite. Der Druck des Druckmediums wirkt dabei auf eine Ringfläche des Stufenkolbens 54, der durch eine die Tellerfedern 28 umgebende Schraubendruckfeder 56 bei fehlendem Druckmedium in seiner einen Endlage gehalten ist, in der die Schulter 55 nicht an dem Kupplungsring 129 anliegt. Die Schraubendruckfeder stützt sich hierzu mit ihrem anderen Ende an dem Deckel 52 radial außerhalb des Axialkugellagers 53 ab. An der dem Band 51 abgewandten Stirnfläche der Kupplungshülse 125 liegt ein Stützring 57 an, der über ein Axialkugellager 58 gegen den dem Deckel 52 gegenüberliegenden Boden des Gehäuses 141 abtestützt ist. Dieser Boden ist zentral durchbohrt und es ist durch diese Bohrung ein Schaltstiftfortsatz 146 nach außen geführt, der an der tirnfläche des Bolzens 34 befestigt ist, Die lfirlrlingsweise der Anordnung ist ebenso wie die der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
• Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß das'Werkzeug oder der Werkzeughalter einen konischen Schaft aufweisen. Vielmehr ist es auch möglich, bei entsprechender Ausbildung der Spindel 1, auch Werkzeuge und Werkzeughalter zu verwenden, die einen zylindrischen Schaft und eine an diesem Schaft radial nach außen anschließende plane Ringfläche aufweisen. Derartige Werkzeuge und Werkzeughalter mit zylindrischem Schaft und zusätzlicher, ringförmiger Planfläche können auch bei Spindeln mit Innenkonus verwendet werden, wenn ein entsprechendes Zwischenstück eingesetzt wird, das beispielsweise als zentriert an der Spindel befestigter Ring mit einer zylindrischen Paß-Bohrung und einer stirnseitig daran anschließenden Planfläche ausgebildet sein kann. Die Spannzange kann dabei dem Spindelkonus entsprechend sich zum Werkzeug hin erweitern. Statt mit einer Konusfläche 42 ist der Spreizstab an seinem vorderen Ende mit einem der Innenform der Spannzange angepaßten Ansatz versehen. Das Spannprinzip und die erfindungswesentlichen Teile der Spannvorrichtung bleiben davon unberührt.
• Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Kugelkupplung sind die radialen Bohrungen 32 in dem den Teller£eern 28 abgewandten Bereich mit einer Anschrägung 48 v sehen. Der Innenkonus 31 des Kupplungsringes 29 ist dabei absetzt und weist einen Konus 31' auf, der den erwähsten Winkel von etwa 150 zur Längsachse der Anordnung @inschließt. Bei der in Fig. 3 dargstellten Modifizierung schließt an den Innenkonus 31' ein weiterer, sich bis zum Grund der Ausdrehung 30 erstreckender Innenkonus 31" an, der einen Konuswinkel von etwa 90° und damit einen Winkel von etwa 450 zur Längs achse aufweist. Die Anschrägung 48 schLießt einen Winkel von etwa 600 zur Längsachse der Anordnung ein, so daß die Flächen der Anschrägung 48 und des Innenkonus 31" miteinander einen Winkel von etwa 150 einschließen, der gemäß der nachfolgenden Schilderung auch etwas größer oder kleiner sein kann.
• Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung der Kugelkupplung eignet sich besonders dann, wenn, beispielsweise aus Raummangel bei nachträglichem Einbau oder auch aus Kostengründen, kein Schaltglied 21 vorhanden ist.
• In diesen Fällen muß beim Werkzeugwechsel das Lösen der Kigelkupplung durch Spannen der Tellerfedern 28 manuell ausgelöst oder vorgenommen werden. Eine manuelle Auslösung bedeutet, daß ein der Anschlußbohrung 47 für Druckmedium vorgeschaltetes Ventil oder Magnetventil manuell betätigt wird. Dabei muß entweder ein Ventil mit Selbsthaltung verwendet werden oder es muß das Ventil manuell ständig in geöffneter Lage gehalten werden, um die Tellerfedern 28 zu spannen.
• Wird nämlich der Druck von dem Kolben 17 genommen, dann pressen d;in Tellerfedern über den Innenkonus 31 (mit der Neigung gemäß der Fläche 31') die Kugeln 33 so fest gegen den Bolzen 34, daß dieser zum Festziehen eines Werkzeuges nicht in axialer Richtung soweit bewegt werden kann, daß die Kugeln 33 in die PLIngnut 44 einfallen. Dasselbe gilt auch dann, wenn statt einer pneumat- chen oder hydraulischen Betätigung eine mechanische Betätigung vorgesehen ist, beispielsweise über einen Exzenter oder den Pinolenvorschub. Der Benutzer ist in diesem Fall gezwungen, zum Einsetzen des Werkzeuges die mechanische Vorspannung aufrecht zu erhalten, um den Bolzen 34 in axialer Richtung verschieben zu können, der bei auf den Eupplungsring 29 wirkenden Tellerfedern 28 durch die Eugeln 33 festgeklemmt ist.
• Ist jedoch zusätzlich die Anschrägung 48 vorgesehen und nicht der Innenkonus 31 in den einen stumpferen Konuswinkel aufweisenden Konus 31" über, so beträgt bei einem resultierenden Winkel von ca. 15 zwischen den Flächen 48 und 31' die von den Kugeln 33 auf den Bolzen 34 übertragene Kraft auch dann nur einige N, wenn die Tellerfedern 28 ihre volle Kraft auf den Kupplungsring 29 und damit auf die Kugeln 33 übertragen. Durch Wahl des Winkels zwischen rien Flächen 48 und 31' kann, diese resultierende Kraft in gewünschter Weise eingestellt werden. Der Innenkonus 31" sowie die Anschrägung 48 wirken sich-nur bei der in Fig. 3 dargestellte, ausgeückten Lage der Kugelkupplung aus, weil bei gespanntem Werkzeug die tCugeln 33 in die Ringnut 44 eingefallen sind und dann allein der Innenkonus 31' und die Fläche 45 für die von den Tellerfedern 28 über den Kupplungsring 29 und die Kugeln 33 auf den Bolzen 34 übertragene Kraft maßgebend sind

Claims (14)

1. PatentansI)riche 1. Schnellwechselvorrichtung für eine mit einer konischen Auf@ahmebohrung versehene hohle Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, zum raschen Lösen und Spannen von einen konischen Schaft aufweisenden Werkzeugen oder Werkzeughaltern, die an dem dem Werkzeug abgewandten Ende eine Ringnut aufweisen, in die radial bewegbare Vorsprünge eines an einer in der Spindel längsverschiebbaren Zugstange angebrachten Spannelements lösbar eingreifen, das unter der Wirkung von an der Zugstange angreifenden Spannfedern den konischen Schaft in den Spindelkonus zieht und durch Zusammenpressen der Spannfedern mittels eines Kraftg:liedes lösbar ist, dadurch gekenn--eichnet, daß in dem Kraftfluß zwischen Spannfedern (23) und Spannelement (36) eine lösbare Kupplung (29, 30, 33, )4, 44) angeordnet ist.
2. 2. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lösbare Kupplung eine Gruppe von radial bewegbaren Kugeln (33) vorgesehen ist, die in der eingekuppelten Stellung von einem ting (Z9j mit Innenkonus (31) durch die Spannfedern (28) radial nach innen in eine Nut (44) der Zugstange (34, 35) gedrückt sind.
3. 3. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nwu1 (44) der Zugstange (34, 35) eine dem Innenkonus (31) des ringes (29) gegenüberliegende konische Flanke (45) aufweist, und daß der Kegelwinkel deer konisch@n Flanke (45) größer ist als der Kegelwinkel des Innenkonus (31) des Ringes (29).
4. 4. Schnellwechselvorrichtung nach tnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fierrelwinkel der Nutflanke (45) etwa 800 bis 1000 und der Kegelwinkel des Innenkonus (31 des Ringes (29) etwa 200 bis 400 beträgt.
5. 50 Schnellwechselvorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftglied (15, 17) nach dem Lösen der Kupplung (29, 33, 34) an einem Anschlag (25) zur Anlage kommt.
6. 6. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Anschlages so gewählt ist, daß das Kraftglied (15, 17) vor der anlage an dem anschlag (25) bei bereits gelöster Kupplung an der Stirnseite der Zugstange (34) zur Anlage kommt und diese bis zur Anlage an dem Anschlag so weit verschiebt, daß sich der konische Schaft (6) des Werkzeughalters (5) von dem hufnahmekonus (2) der Spindel (1) gelöst hat.
7. 7. Schnellwechselvorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Schaltglied (21) vorgesehen ist, das nach dem Einrücken der Kugelkupplimg kurz vor Erreichen der Spannendlage betätigbar ist.
8. 8. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 3 Zugstange (34, 35) als Hülse (35) ausgebildet ist, daß die Vorsprünge (37) des am Ende der Hülse (35) vorgesehenen Spannelementes (36) radial nach außen vorstellen, und daß eiii gegenüber der Spindel (1) feststehender Spreizstab (39) die Vorspringe (37) bei der Bewegung des Spannelementes in die gesl)annte Lage nach außen drückt.
9. 9. Scnncllwechs c.lvorrichtung n.lch Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizstab (39) mittels eines Querstiftes (40), der Langlöcher (41j der Zug stange (35) durchdringt, @gegenüber der Spindel (1) axial festgehalten ist.
10. 10. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querstift (40) in einer an der Spindel (1) kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse (25) fixiert ist.
11. 110 Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (33) der Kupplung in radialen Bohrungen (32) einer an der Spindel (1) kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse (25) geführt sind.
12. 12. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfedern (28) eine Hülse (25) umgebend angeordnet sind und sich einerseits an den Kupplungsring (29) und andererseits an einem Bund (27) der Hülse (25) abstätzen.
13. 13. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden @nsprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die von den Spannfedern (28) ungebene Hülse, die die Kugeln (33) in radialen Bohrungen (32) führende Hülse und die Hülse, an der der Querstift (40) fixiert ist, dieselbe, einstückige Hülse (25) ist.
14. 14. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (32) mit eii. Anschrägung (48) an der den Tellerfederii (28) abgewandten Seite versehen sind, und die in dem den Tellerfedern (28) abgewandten Bereich der innenkonus (31) in einen Konusring (31") mit einen stumpferen Konuswinkel übergeht, wobei die Fläche des Innenkonus (31") und die Fläche der Anschrägung (48) einen spitzen Winkel zwischen etwa 100 und 200 miteinander einschließen, der sich in Richtung auf den Bolzen (34) hin öffnet.