DE3645171C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeughalter mit einer selbsttätigen Überlastkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Werkzeughalter können normalerweise nur Werkzeuge, wie beispielsweise Gewindeschneider, mit Schäften einer be­ stimmten Dimension oder solche mit Schaftdimensionen, die in­ nerhalb eines sehr beschränkten Bereichs liegen, aufnehmen. Wenn es wünschenswert ist, ein Werkstück mit Werkzeugen ver­ schiedener Schaftdimensionen zu bearbeiten, hat es sich als notwendig erwiesen, den ganzen Werkzeughalter auszutauschen. Folglich hat es sich als erforderlich herausgestellt, jede Werkzeugmaschine mit mehreren Werkzeughaltern für Werkzeuge mit verschiedenen Schaftdimensionen auszurüsten. Auch die Sätze von Werkzeughaltern sind wegen des Werkzeugschaftes von großer Zahl, z. B. solche für Gewindeschneider, welche zwei Halteflächen haben, nämlich eine obere mit vierkantförmigem quadratischem Querschnitt und eine untere mit kreisförmigem zylindrischen Querschnitt, welche verschiedene Dimensionsver­ hältnisse für unterschiedliche Werkzeuge haben. Es ist dabei allerdings sehr wichtig, daß der Werkzeughaltergriff zu den Halteflächen des Werkzeuges genau angepaßt ist, um eine gute Kraftübertragung zum Werkzeug und somit eine zuverlässige Be­ arbeitung des Werkstücks zu erreichen.

Manche der bekannten Werkzeughalter weisen einen Überlastungs­ schutz in Form einer Überlastkupplung auf, wobei ein einstellbares Drehmoment zwischen dem Antriebskörper und einem an diesem angebrachten Werkzeug übertragen werden soll. Ein solcher Werkzeughalter ist beispielsweise in der SE-PS 3 24 095 beschrieben. Falls das Werkzeug im Werkstück steckenbleiben oder das vorweg eingestellte Drehmoment aus irgendeinem Grunde überschritten werden sollte, werden Kraft übertragende Kugeln aus ihren Normalstellungen gedrückt, so daß die Kraftübertra­ gung zwischen Antriebskörper und Werkzeug unterbrochen wird. Dieser Werkzeughalter beruht darauf, daß der Schaft des Werk­ zeugs mit Nuten versehen ist, die mit den Kraft übertragenden Kugeln zusammenwirken. Dies aber bedeutet, daß der Überla­ stungsschutz von diesem Werkzeughalter lediglich für Werkzeuge mit speziell ausgebildetem Schaft verwendbar ist. Ein weiterer Nachteil des Überlastungsschutzes dieses Werkzeughalters be­ steht darin, daß die Federkraft für jede Werkzeugdimension ma­ nuell eingestellt werden muß, was umständlich und äußerst un­ zufriedenstellend ist, weil es schwierig ist, eine bestimmte Einstellung des Überlastungsschutzes dieses Werkzeughalters zu erreichen.

Eine selbsttätige Drehmomentbegrenzung bei einem Werkzeughal­ ter ist auch aus der US-PS 26 71 667 bekannt. Eine solche selbsttätige Drehmomentbegrenzung erfolgt jedoch nicht in Ab­ hängigkeit von der Stärke des einzuspannenden Werkzeugs. Ebenso ist eine automatische Voreinstellung des erlaubten Ma­ ximaldrehmoments trotz Vorhandenseins einzelner Elemente, näm­ lich unter Federkraft stehender Kugeln, und einer Einstellbar­ keit des jeweiligen, gewünschten Drehmoments von Hand mittels einer Schraube, nicht möglich.

Schließlich ist noch in der AT-PS 196 204 ein Spannfutter für Bohrwerkzeuge offenbart, das einen Spannkörper mit einer koni­ schen Fläche für Spannbacken aufweist, die gegen den kreisförmigen zylindrischen Teil des Werkzeugschaftes greifen. Allerdings hat sich auch dieses Spannfutter in der Praxis für einen einfachen Austausch von Werkzeugen verschiedener Schaft­ dimensionen als ungeeignet erwiesen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Werk­ zeughalter mit einer selbsttätigen Überlastkupplung der ein­ gangs genannten Art bereitzustellen, der eine automatische Voreinstellung des zu übertragenden Drehmoments entsprechend unterschiedlichen Schaftdimensionen von Werkzeugen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung bzw. Form des Spannkör­ pers, durch welche die Aufnahme von Werkzeugen mit verschiedensten Schaftdimensionen ermöglicht ist, läßt sich die Anzahl an notwendigen Werkzeughaltern erheblich reduzie­ ren. Insoweit erfordern verschiedene Dimensionsverhältnisse der Schaftteile keine unterschiedlichen Werkzeughalter mehr. Vielmehr kann mit ein und demselben Werkzeughalter ungeachtet der Dimensionen des Werkzeugschaftes eine gute Haltfähigkeit und somit eine einwandfreie Kraftübertragung erhalten werden.

Mit dem Werkzeughalter nach der Erfindung kann ein Werkzeug in den Werkzeughalter mit einer einfachen Einführung des Schaftes in den Spannkörper eingesetzt werden, und zwar unabhängig von den jeweiligen Schaftdimensionen. Aufgrund der beiden verschiedenen konischen Flächen und dem dazwischen angeordne­ ten Körper aus flexiblem Material werden die verschiedenen Spannbacken automatisch auf die entsprechenden Schaftdimensio­ nen des Werkzeuges angepaßt bzw. eingeregelt.

Um eine einheitliche Kraftübertragung und eine hohe Sicherheit gegen Überlastung des Werkzeuges durch automatische Einrege­ lung des vorausbestimmten Drehmoments für jede Dimension des Werkzeuges, welches vom Spannkörper des Werkzeughalters fest­ gehalten werden kann, sicherzustellen, ist der Spannkörper des Werkzeughalters nach der Erfindung an den Antriebskörper über einen Mitnehmer angeschlossen. Der Mitnehmer steht in Eingriff einem federbelasteten Sperring, der, sobald der Widerstand ge­ gen den Schaft während des Betriebes ein vorausbestimmtes Drehmoment übersteigt, aus seinem Eingriff mit dem Mitnehmer gebracht wird. Die Kraftübertragung wird auf diese Weise si­ cher unterbrochen. Diese wird mittels mehrerer Kugeln in einer Nut auf der Oberfläche des Antriebskörpers durchgeführt, wobei die Kugeln aus der Nut herausdrückbar sind.

Mit den konisch ausgebildeten Flächen des Spannkörpers, die auf vordere Spannbacken wirken, welche gegen den in den Spann­ körper eingeführten zylindrischen Abschnitt des Werkzeugschaf­ tes anliegen, sowie mit hinteren Spannbacken, welche gegen den Vierkantteil des Werkzeugschaftes anliegen, wird eine direkte Abtastung der Werkzeugdimension erhalten. Diese wird auf den Mitnehmer des Werkzeughalters übertragen, welcher mit den hinteren Spannbacken in direkter Berührung steht und die in Abhängigkeit von den Werkzeugschaftdimensionen eingenommene Lage über die Kugeln und den Sperring auf die Feder überträgt. Die Regelung der Spannbacken wird infolge der konischen Flächen die selbsttätige Einstellung des Drehmoments für den Werkzeughalter insgesamt erhalten.

Durch die konische Form des Spannkörpers und seine Wirkung auf die beiden Spannbacken können Werkzeuge mit üblicherweise vor­ kommenden Schaftformen angewendet werden. Irgendwelche Spezialwerkzeuge sind dafür nicht notwendig.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprü­ chen 2 bis 5 beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Werkzeughalter nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt III-III nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Mitnehmer des Spannfutters.

Das Spannfutter nach der Erfindung umfaßt,wie in Fig. 1 gezeigt, einen Antriebskörper 1, dessen oberer Teil bei der hier gezeigten Ausführungsform zur Anbringung in einem Spannfutter (nicht dargestellt) mit Schnellkupplung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist der Antriebskörper 1 mit einer über den Umfang verlaufenden Nut 13 und einer Ausnehmung 24 ausgebildet. Da diese Kraftübertragung vom Spannfutter keinen Gegenstand der Erfindung darstellt, ist sie hier nicht näher beschrieben.

Der Antriebskörper 1 ist an einem Spannkörper 8 zur Kraftübertragung auf jenes Werkzeug angeschlossen, dessen Schaft 12 in den Spannkörper 8 eingesetzt ist. Der Spann­ körper 8 umfaßt einen Teil, der den Schaft 12 umgibt und zur Festklemmung desselben mit einer vorderen konischen Fläche 14 und einer hinteren konischen Fläche 15 ausgebildet ist. Zwischen den konischen Flächen 14, 15 ist eine Stufe 16 angeordnet. Die vordere Fläche 14 arbeitet mit vorderen Spannbacken 6 zusammen, die zum Festspannen des üblicherweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildeten Mittelteiles des Schalters 12 bzw. des Werkzeugschaftes 12 vorgesehen sind (siehe auch Fig. 3). Die hintere Fläche 15 arbeitet auf entsprechende Weise mit hinteren Spannbacken 5 zusammen, um den normalerweise mit quadratischem Querschnitt ausgebildeten Endteil des Werkzeugschaftes 12 festzuspannen (vergleiche auch Fig. 2). Zwischen den vorderen und hinteren Spannbacken 6, 5 ist ein Körper 7 aus flexiblem Material bzw. ein flexibles Element 7 angeordnet. Die Spannbacken 5, 6 und das Element 7 werden durch einen Antriebsmitnehmer 2 in ihrer gegenseitigen Lage gehalten.

Der Antriebsmitnehmer 2 hat, wie aus Fig. 4 hervorgeht, eine obere Fläche mit einer Vertiefung 26, deren Durchmesser dem Durchmesser des Antriebskörpers 1 entspricht und somit das eine Ende des Antriebskörpers 1 aufnehmen kann. Die Vertiefung 26 ist von einer ringförmigen Wandung 17 umgeben, in welcher eine Anzahl von Kammern 18 ausgebildet ist. Die Anzahl von Kammern 18 entspricht einer Anzahl von Kugeln 11, die in einer über den Umfang verlaufenden Nut 19 gelagert sind, welche in unmittelbarer Nähe des in die Vertiefung 26 hineinragenden Endes des Antriebskörpers 1 angeordnet ist. In den die benachbarten Kammern 18 voneinander trennenden Zwischenwandungen 20 bzw. Kammerwänden 20 ist eine V-förmige Ausnehmung 21 vorgesehen, die mit einem Sperring 9 zusammenwirkt.

Der Querschnitt des Sperringes 9 ist, wie aus Fig. 1 hervorgeht, im wesentlichen dreieckig mit einem rechten Winkel, so daß dessen eine Seite zur Innenseite jenes Teiles des Spannkörpers 8 parallel verläuft, die den Antriebskörper 1 umgibt. Die dem rechten Winkel gegenüberliegende Dreieckseite (d. h. die Hypotenuse) liegt an den Kugeln 11 an, während die übrige Dreiecksseite durch Federn 10 bzw. Scheibenfedern 10 belastet ist. Der Sperring 9 ist auf diese Weise durch die Scheibenfedern 10 belastet, bis er normalerweise über die Ausnehmung 21 mit dem Antriebsmitnehmer 2 in Eingriff steht.

Die gegenüberliegende Abstützung der Scheibenfedern 10 ist durch eine Führungshülse 3 gebildet, mit der die Federkraft einstellbar ist, indem die Führungshülse 3 in jenen Teil des Spannkörpers 8 eingeschraubt wird, der den Antriebskörper 1 umgibt. Auf dasselbe Gewinde der Führungshülse 3 ist ein Anschlagbund 4 bzw. ein Haltering 4 aufgeschraubt, mit dem die Führungshülse 3 mit dem Spannkörper 8 verriegelt wird.

Der Werkzeughalter nach der Erfindung hat somit folgende Funktionsweise.

Die vom Spannfutter (nicht gezeigt) kommende Antriebskraft wird über den Antriebskörper 1 auf die von den Scheibenfedern 10 und dem Sperring 9 innen gehaltenen Kugeln 11 und weiter auf den Antriebsmitnehmer 2 übertragen, in welchem sich die Spannbacken 5, 6 befinden. Die Verriegelung des Schaftes 12 wird durch die Federkraft der Scheibenfedern 10 erzielt, die den Antriebsmitnehmer 2 und die Spannbacken 5, 6 in den konischen Teil des Spannkörpers 8 nach vorne drücken, wodurch die Greifkraft um den Schaft 12 erhalten wird. Die Spannbacken 5, 6 werden durch das flexible Element 7 zusammengehalten, so daß sich beide Teile an unterschied­ liche Verhältnisse zwischen den kreisförmigen und den quadratischen Teilen des Schaftes 12 anpassen können.

Sobald der Widerstand gegen das Werkzeug und damit gegen den Schaft 12 das gewünschte Drehmoment über­ schreitet, werden die Kugeln 11 nach außen gedrückt und heben den Sperring 9 ab, so daß der Antriebskörper 1 frei rotiert.

Die Führungshülse 3 ist so in den Spannkörper 8 eingeschraubt und durch den Haltering 4 verriegelt, daß die gewünschte Federkraft gegen den Sperring 9 erhalten wird.

Bei verschiedenen Schaftdimensionen kommen die Spannbacken 5, 6 im konischen Teil des Spannkörpers 8 auf verschiedenen Höhen zu liegen, wodurch die Federkraft gegen den Sperring 9 verändert wird und demzufolge auch das damit vorherbestimmte Antriebsmoment.

Der oben beschriebene Werkzeughalter kann auf verschiedene Weise abgeändert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise kann die Anzahl an Spannbacken 5, 6 mehr oder weniger als die jeweils vier in Fig. 2 und 3 gezeigten betragen. Ebenso kann der gezeigte Querschnitt der Spannbacken 5, 6 anders sein. Das aus flexiblem Material gebildete Element 7 kann ringförmig oder von einer Vielzahl einzelner Körper gebildet sein. Der Spannkörper 8 kann auch Werkzeugschäfte 12 mit anderer Querschnittsform als oben erwähntem quadratischem und kreisförmigem Querschnitt festhalten. Der Sperring 9 des Werkzeughalters kann selbstverständlich anderen Querschnitt als den gezeigten dreieckigen aufweisen und die Federkraft kann durch andere Mittel als die gezeigten Scheibenfedern 10 bewirkt werden. Die Erfindung darf somit nicht als auf die oben beschriebene und in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsform beschränkt angesehen werden, sondern einzig durch die vorhergehenden Ansprüche.

Insoweit erfolgt eine selbsttätige Drehmomentbegrenzung bei der Erfindung automatisch in Abhängigkeit von der Stärke des einzuspannenden Werkzeugs und auch dadurch, daß die Anpassung dadurch herbeigeführt wird, daß von dem Antriebsmitnehmer, in welchem die Kugeln in Kammern angeordnet sind und der über einen Keilring mit Druck beaufschlagt werden, der Schaftdurchmesser des Werkzeugs quasi abgefühlt wird. Andererseits wird bei der Erfindung eine automatische Voreinstellbarkeit des erlaubten Maximaldrehmoments möglich.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß bei dem Werkzeughalter die Einstellbarkeit der Spannbacken 5, 6 gewährleistet. Das für ein bestimmtes Werkzeug erlaubte maximale Drehmoment wird somit durch die Anpassung an die verschiedenen Schaftformen der Spannbacken 5, 6 automatisch eingestellt, wobei die Anpassung von dem Antriebsmitnehmer 2, in dem die Kugeln 11 liegen, sozusagen abgefühlt wird.

Claims (5)

1. Werkzeughalter mit einer selbsttätigen Überlastkupplung mit einem Antriebskörper (1), der dazu bestimmt ist, in einem Spannfutter an einem sich drehenden Motor gelagert zu sein und so ausgebildet ist, daß er die Motorantriebs­ kraft auf den Schaft (12) des anzutreibenden Werkzeugs überträgt, wobei der Antriebskörper (1) gegen einen Spann­ körper (8) zum Halten des Schaftes (12) gekuppelt ist und die Kraftübertragung von dem Antriebskörper (1) so ange­ ordnet ist, daß sie über einen Antriebsmitnehmer (2) geht, der in Kammern (18) Kugeln (11) aufweist, wobei die Kugeln (11) in Taschen auf der Fläche des Antriebskörpers (1) mit einem federvorgespannten (Feder 10) Sperring (9) einge­ drückt sind und aus den Taschen gedrückt werden, wenn der Widerstand gegen Drehen des Schaftes (12) während des Be­ triebs ein vorbestimmtes Moment überschreitet und den Sperring (9) veranlaßt, seinen Eingriff mit dem Antriebs­ mitnehmer (2) zu verlassen, so daß die Kraftübertragung unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spann­ körper (8) konische Flächen (14, 15) für vordere und hin­ tere Spannbacken (6, 5) hat, wobei die vorderen Spannbac­ ken (6) gegen einen kreisförmigen zylindrischen Teil des Schaftes (12) und die hinteren Spannbacken (5) gegen einen vierkantförmigen oder quadratischen Teil des Schaftes (12) greifen, daß ein flexibles Element (7) zwischen den vorde­ ren und hinteren Spannbacken (6, 5) angeordnet ist, wobei die hinteren Spannbacken (5) zwischen dem Antriebsmitneh­ mer (2) und dem flexiblen Element (7) angeordnet sind, wo­ durch die Spannbacken (6, 5) aufgrund der kreisförmigen zylindrischen und vierkantförmigen oder quadratischen Di­ mensionen des Schaftes (12) selbsttätig die Fe­ dervorspannung (Feder 10) des Sperrings (9) auf eine Kraft einstellen, die dem bestimmten Drehmoment für eine beson­ dere Schaftgröße entspricht.

2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinteren Spannbacken (5) gegen den Antriebs­ mitnehmer (2) greifen, der im Eingriff mit dem Sperring (9) steht, gegen welchen eine Feder (10) mit Hilfe einer auf dem Spannkörper (8) angeordneten Anschlagsfläche (Führungshülse 3) vorgespannt ist.

3. Werkzeughalter nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hinteren Spannbacken (5) in direkter Verbindung mit dem Antriebsmitnehmer (2) stehen und daß die vorderen Spannbacken (6) sowie die hinteren Spann­ backen (5) auf die Abmessungen der jeweiligen kreisförmi­ gen zylindrischen und vierkantförmigen oder quadratischen Teile des Schaftes (12) anpaßbar sind.

4. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innen gelegene Ende des An­ triebsmitnehmers (2) den Antriebskörper (1) umgibt und an einer Nut (19) für die Kugeln (11) offene Kammern (18) bildet, von denen eine jede (18) eine Kugel (11) aufnimmt- und Zwischenwandungen (20) dieser Kammern (18) über ein V- förmige Nut (21) verfügen, in welcher der Sperring (9), gebildet mit einem dreieckigen Querschnitt, normalerweise beaufschlagt ist, so daß die Hypotenuse entsprechende Seite des Querschnitts des Sperrings (9) sich in Kontakt mit den Kugeln (11) befindet, die den Sperring (9) aus der Nut (19) bei vergrößertem Widerstand gegen Drehung des Schaftes (12) drücken.

5. Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkraft der Federvorspannung (Feder 10) durch eine Führungshülse (3) einstellbar ist, die in einen Teil des den Antriebskörper (1) umgebenden Spannkörpers (8) geschraubt ist, wobei die Führungshülse (3) mit Hilfe eines Anschlagbundes (4) verriegelbar ist, der auf die Führungshülse (3) in Eingriff gegen den Spann­ körper (8) geschraubt ist.