DE3709299A1 - Werkzeugwechseleinrichtung fuer eine werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einer an letzterer vorgesehenen Werkzeughalteraufnahme und einem auf diese aufsetzbaren Werkzeughalter, von denen das eine einen hohlen Schaft und das andere eine Aufnahmebohrung aufweist, in die der Schaft in mit der Achse des Schafts und der Aufnahmebohrung zusammen­ fallender Aufsetzrichtung einschiebbar ist, sowie mit einem im Schaft quer zur Achsrichtung verlaufenden Führungskanal, in dem ein Spannstück verschiebbar gehalten ist und dem in der Wand der Aufnahmebohrung einerseits eine Ausnehmung und andererseits ein zwischen einer Löse- und einer Spann­ stellung um eine quer zur Achse der Aufnahmebohrung ver­ laufende Drehachse drehbar gehaltenes Spannelement gegen­ überliegen, wobei die Ausnehmung und das Spannelement auf ihren dem Spannstück zugekehrten Seiten derart schräg zur Achsrichtung verlaufende Spannflächen zum Zusammenwirken mit dem Spannstück aufweisen, dass durch Drehen des Spann­ elements von seiner Löse- in seine Spannstellung eine hintere Anschlagfläche des Werkzeughalters in Aufsetzrich­ tung gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme anpressbar ist, und mit einem Werkzeugwechselarm, welcher eine drehantreibbare Betätigungsvorrichtung für das Spann­ element aufweist, sowie mit zusammenwirkenden Mitnehmer­ flächen am Spannelement und an der Betätigungsvorrichtung, welche durch bezüglich der Aufnahmebohrung radiale Bewegung des Werkzeugwechselarms in Eingriff miteinander gebracht werden können.

Eine derartige Werkzeugwechseleinrichtung ist aus der DE-PS 33 24 312 bekannt. Bei ihr ist die Werkzeughalterauf­ nahme mit dem Schaft und der Werkzeughalter mit einer Auf­ nahmebohrung versehen, mit der er sich auf den Schaft auf­ stecken lässt. In einer längs eines Durchmessers des kreis­ zylindrischen Schafts verlaufenden Querbohrung ist ein bolzenförmiges Spannstück verschiebbar geführt, das an seinem einen Ende eine konische Ausnehmung besitzt und an seinem anderen Ende kegelförmig gestaltet ist. Bei an der Werkzeughalteraufnahme befestigtem Werkzeughalter liegen der Querbohrung des Schafts radial verlaufende Gewinde­ bohrungen des Werkzeughalters gegenüber, deren Achsen gegenüber der Achse der Querbohrung geringfügig in Richtung auf Anschlagflächen versetzt sind, welche sich am rück­ wärtigen Ende des Werkzeughalters und am Fuss des Schafts an der Werkzeughalteraufnahme befinden und senkrecht zur Schaftachse verlaufen. In diese Gewindebohrungen ist auf der Seite der konischen Ausnehmung des Spannbolzens eine vorn mit einem Kegelstumpf versehene Spannschraube und auf der Seite des kegelförmigen Endes des Spannbolzens eine Widerlagerschraube eingeschraubt, die eine mit dem Kegel des Spannbolzens zusammenwirkende konische Ausnehmung besitzt. Durch einen an den Werkzeughalter in radialer Richtung heranfahrbaren Werkzeugwechselarm, der mit einem radial orientierten Schrauber versehen ist, lässt sich die Spannschraube betätigen und zum Lösen des Werkzeug­ halters ein Stück weit aus diesem heraus- und in eine Gewindebohrung des Werkzeugwechselarms hineinschrauben, um so den Werkzeughalter nicht nur von der Werkzeughalter­ aufnahme zu lösen, sondern diesen mit dem Werkzeugwechsel­ arm zu verbinden.

Bei dieser bekannten Werkzeugwechseleinrichtung ist es als nachteilig anzusehen, daß eine, z.B. bei Bohr- und Fräsmaschinen übliche zentrale Betätigung der Werkzeug­ halter-Spannmittel grundsätzlich nicht möglich ist, da das Spannen und Lösen des Werkzeughalters durch ein ra­ dial orientiertes Betätigungselement erfolgen muss. Ausserdem sind verhältnismässig viele Umdrehungen der Spannschraube erforderlich, um den Spannbolzen freizu­ geben, was einen ziemlichen Zeitaufwand für einen Werk­ zeugwechsel zur Folge hat, insbesondere bei manueller Betätigung der Spannschraube; dieser Nachteil lässt sich auch durch eine Vergrösserung der Steigung des Spann­ schraubengewindes nicht wesentlich mildern. Das Zusammen­ wirken konischer Ausnehmungen mit kegeligen Bereichen hat zur Folge, daß wegen unvermeidbarer Fertigungstole­ ranzen nur theoretisch eine Linienberührung vorliegt, während in der Praxis die beiden Teile häufig nur punkt­ förmig gegeneinander anliegen, was eine hohe Flächen­ pressung und damit die Gefahr einer Kerbenbildung mit daraus resultierender axialer Hemmung und dem Verlust der Werkzeugspannung hervorrufen kann. Da der Spann­ bolzen in der ihn führenden Querbohrung des Schafts der Werkzeughalteraufnahme frei beweglich und damit etwas Spiel haben muss, wird durch die beim Spannen eines Werkzeughalters hervorgerufene Kippwirkung ein punktförmiges Tragen der Teile aneinander noch begünstigt. Die auf das Werkzeug einwirkenden Bearbeitungskräfte rufen (bezüglich des Schafts) ein Umfangsdrehmoment hervor, welches bei ungünstigen Reibverhältnissen, vor allem wenn noch eine gewisse Verschmutzung vor­ liegt, zu einem Verklemmen des Spannbolzens führen kann. Schliesslich ist ein Einschrauben der Spannschraube in den Werkzeugwechselarm nur dann möglich, wenn dessen Schrauber mit der Spannschraube exakt fluchtet und wenn die Gewindebohrung des Werkzeugwechselarms nicht ver­ schmutzt ist.

Eine andere bekannte Werkzeugwechseleinrichtung (EP-A1 01 85 842) erlaubt nur eine zentrale Betätigung der Werkzeug­ halter-Spannmittel, so dass der Einsatz dieser bekannten Werkzeugwechseleinrichtung auf Drehmaschinen nur in stark eingeschränktem Umfang möglich ist. Bei dieser bekannten Konstruktion ist der hohle Schaft Bestandteil des Werk­ zeughalters, und die in einer Spindel der Werkzeugmaschine ausgebildete Werkzeughalteraufnahme hat die Gestalt einer Aufnahmebohrung, in die sich der Schaft passend ein­ stecken lässt.

Letzterer be­ sitzt radial verlaufende, im Querschnitt rechteckige Führungskanäle, denen in der Wand der Aufnahmebohrung taschenförmige Ausnehmungen gegenüberliegen. Die Spann­ stücke haben die Gestalt quaderförmiger Teile, welche mittels eines im hohlen Schaft des Werkzeughalters in axialer Richtung verschiebbar geführten Spannschiebers sämtlich synchron in radialer Richtung vorgeschoben und zurückgezogen werden können; zu diesem Zweck sind am Spannschieber auf den Mantellinien einer Kegelfläche liegende, im Querschnitt T-förmige Rippen angeordnet, die in entsprechende Nuten der Keile formschlüssig ein­ greifen, so daß durch axiale Bewegungen des Spann­ schiebers die Keile zwangsgesteuert hin- und herbewegt werden können. Die die Werkzeughalteraufnahme bildende Spindel hat an ihrer vorderen Stirnfläche eine An­ schlagfläche für einen Flansch am Werkzeughalter, dessen rückwärtige Ringfläche eine zweite Anschlagfläche bildet. Damit nun beim radialen Ausfahren der Keile die beiden An­ schlagflächen gegeneinander gepresst werden, besitzen die Taschen an ihren den Anschlagflächen zugewandten Seiten Schrägflächen, die in Richtung auf das Zentrum des Flanschs des Werkzeughalters schräg verlaufen. Der Spannschieber ist über eine Kupplung mit einer zentralen Betätigungsstange verbunden, die in der Spindel längs der Spindelachse hin- und herverschiebbar ist.

Abgesehen davon, dass diese Werkzeugwechseleinrichtung auf eine zentrale Betätigung der Spannstücke beschränkt ist, weist sie auch noch die Nachteile auf, dass durch die Spann­ mittel die Spindel geschwächt wird, was bei den im Bereich der Werkzeughalteraufnahme ohnehin beengten Querschnitts­ verhältnissen das auf das Werkzeug übertragbare Drehmoment begrenzt. Die Betätigung der Keile über die im Querschnitt T-förmigen Kulissen bedingt ausserdem eine aufwendige Fertigung und sie ist relativ schmutzanfällig. Schliesslich haben die kurzen Führungen für die Keile zur Folge, dass diese dazu neigen, nur noch längs Kanten zu tragen.

Eine mit der Werkzeugwechseleinrichtung nach der EP-A1­ 01 85 842 verwandte Konstruktion ergibt sich aus "Werkstatt und Betrieb" 119 (1986) 9, Seite 800, Bild 13, und sie hat im wesentlichen dieselben Nachteile wie die in der EP-A1-01 85 842 beschriebene Konstruktion.

Bei Werkzeugwechseleinrichtungen ist es schliesslich schon bekannt, in dem Spannmechanismus als Spannstücke Kugeln zu verwenden und diesen so auszubilden, dass er entweder eine zentrale bzw. axiale oder eine radiale Betätigung erlaubt. So sieht eine bekannte Werkzeugwechseleinrichtung der Firma KENNAMETAL GmbH einen in einem hohlen Schaft der Werkzeughalteraufnahme in axialer Richtung zwischen einer Löse- und einer Spannstellung verschiebbar geführten, als Zugstange ausgebildeten Spannschieber vor, durch den in radialen Bohrungen des Schafts geführte Kugeln nach aussen gedrängt werden können. Zu diesem Zweck besitzt der Spannschieber eine flache, verhältnismässig breite Umfangsnut mit schrägen Seitenwänden, in die die Kugeln in der Lösestellung des Spannschiebers teilweise eingreifen, so dass sie innerhalb des Aussenumfangs des Schafts liegen. Durch Verschieben des Spannschiebers in seine Spannstellung werden die Kugeln durch die eine schräge Nutwand in radialer Richtung nach aussen gedrängt, so dass sie in eine Umfangs­ nut in der Wand einer Aufnahmebohrung des Werkzeughalters hineinragen, wobei infolge der schrägen Nutseitenwand des Spannschiebers, durch die die Kugeln nach aussen gedrängt werden, und einer schrägen Nutseitenwand des Werkzeug­ halters sowie der Tatsache, dass die Kugeln durch ihre Führungsbohrungen axial unverschieblich gehalten werden, eine Anschlagfläche des Werkzeughalters in axialer Richtung gegen eine Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme gepresst wird. Diese bekannte Konstruktion eignet sich für eine radiale Betätigung, wie sie z.B. für Drehmaschinen in der Regel gefordert wird, grundsätzlich nicht.

Bei einer anderen bekannten Werkzeugwechseleinrichtung mit Kugeln als Spannstücken (EP-A1-00 26 751) besitzt der Werk­ zeughalter einen Schaft mit einer einen trapezförmigen Querschnitt aufweisenden Umfangsnut, der in eine Aufnahme­ bohrung einer Arbeitsspindel eingesetzt wird. In der Wand dieser Aufnahmebohrung befindet sich ein Ringkanal mit vier sich in die Aufnahmebohrung hinein öffnenden Fenstern; ausserdem besitzt die Spindel eine radial zum Werkzeughalterschaft verlaufende Gewindebohrung zur Aufnahme einer Spannschraube, deren inneres Ende einen Kegelstumpf bildet und auf beiderseits dieses Kegelstumpfs im Ring­ kanal liegende Kugeln einwirkt, u.z. dergestalt, dass diese beim Eindrehen der Spannschraube (in radialer Richtung nach innen) von der Spannschraubenachse weggedrängt werden. In jedem der Fenster sitzt eine weitere Kugel, und zwischen den Fenstern ist der Ringkanal - mit Ausnahme des von der Spannschraube beanspruchten Raums - mit Kugeln gefüllt, die die in den Fenstern liegenden Kugeln abstützen und in radialer Richtung nach innen gegen den Werkzeughalterschaft drängen, wenn die Spannschraube nach innen gedreht wird. Die Nut des Werkzeughalterschafts ist nun bezüglich der Fenster in der Wand der Aufnahmebohrung der Arbeitsspindel in axialer Richtung so angeordnet, dass beim Anziehen der Spannschraube die in den Fenstern liegenden Kugeln gegen diejenige, schräg verlaufende Nutseitenwand des Werkzeug­ halterschafts gepresst werden, die der Arbeitsspindel zuge­ wandt ist, so dass eine hintere, ringförmige Anschlagfläche des Werkzeughalters gegen eine vordere Stirnfläche der Arbeitsspindel gezogen wird. Abgesehen davon, dass diese bekannte Konstruktion eine zentrale bzw. axiale Betätigung grundsätzlich nicht zulässt,weist sie die Nachteile auf, dass sie verhältnismässig kompliziert aufgebaut und daher teuer in der Fertigung ist und dass sie in radialer Richtung viel Platz benötigt und deshalb das von der Spindel auf den Werkzeughalter übertragbare Drehmoment begrenzt, wenn die Spindel im Bereich des Spannmechanismus nicht mit einem verhältnismässig grossen Aussendurchmesser versehen wird.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug­ wechseleinrichtung zu schaffen, deren Spannmechanismus verhältnismässig einfach aufgebaut ist und dennoch grund­ sätzlich die Möglichkeit eröffnet, ein und denselben Werkzeughalter sowohl durch eine zentrale bzw. axiale als auch durch eine radiale Betätigung des Spannmechanismus rasch zu spannen.

Ausgehend von einer Werkzeugwechseleinrichtung der eingangs erwähnten Art lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch lösen, dass im Schaft ein Spannschieber in axialer Richtung zwischen einer Löse- und einer Spannstellung ver­ schiebbar sowie querbeweglich gehalten ist, dass zwischen dem drehbaren Spannelement und dem Spannschieber sowie zwischen diesem und der Ausnehmung in der Wand der Aufnahme­ bohrung jeweils ein als Kugel ausgebildetes und in einem Führungskanal gehaltenes Spannstück angeordnet ist, dass die Spannflächen von Spannelement und Ausnehmung sowie gleichfalls schräg zur Achsrichtung verlaufende und mit den Kugeln zusammenwirkende Spannflächen am Spannschieber derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Kugeln in der Lösestellung des Spannschiebers innerhalb des Aussenumfangs des Schafts anordenbar und in der Spannstellung von Spann­ schieber und Spannelement derart zwischen den Spannflächen und den Wänden der die Kugeln haltenden Führungskanäle des Schafts verspannbar sind, dass die Kugeln den Werkzeughalter gegen die Anschlagfläche der Werkzeughalteraufnahme pressen, und dass der Werkzeughalter einen Anschlag für den Spann­ schieber besitzt, welcher so angeordnet ist, dass bei gegeneinander anliegenden Anschlagflächen von Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme der Werkzeughalter den Spann­ schieber in seine Spannstellung gedrückt hält, und dass eine Rückstellvorrichtung zum Verschieben des Spannschiebers in seine Lösestellung vorgesehen ist.

Dieses Lösungsprinzip bietet folgende Vorteile: Der Spann­ mechanismus lässt sich entweder durch Drehen des Spann­ elements mittels eines in radialer Richtung angesetzten Werkzeugs oder durch Verschieben des Spannschiebers durch einen axial wirkenden bzw. zentral angeordneten Mechanismus betätigen, ohne dass am Werkzeughalter irgendetwas geändert werden müsste; diese Flexibilität der erfindungsgemässen Werkzeugwechseleinrichtung ermöglicht eine wirtschaftliche Lagerhaltung von Werkzeughaltern. Bei entsprechender Aus­ bildung des drehbaren Spannelements genügt schon weniger als eine ganze Umdrehung, um den Werkzeughalter an der Werkzeughalteraufnahme zu verspannen oder die Kugeln frei­ zugeben; eine solche Ausführungsform führt zu einer grossen Sicherheit beim Wechselvorgang, da es ein drehbares Spann­ element dann erlaubt, die Löse- und die Spannstellung optisch sichtbar zu machen oder durch Anschläge festzu­ legen, so dass ein gefühlsmässiges Schrauben oder Probieren, ob z.B. ein Spannbolzen frei ist, nicht mehr erforderlich ist und schon gar kein Zählen von Spannschraubenumdrehungen. Kugeln und Bohrungen zu deren Führung lassen sich ausser­ ordentlich einfach herstellen. Die sphärischen Flächen der Kugeln bringen den Vorteil mit sich, dass weder ein Verklemmen, noch ein Tragen nur längs Kanten mehr auftreten kann; auch lässt sich eine geringe Flächenpressung er­ reichen, wenn die schrägen Spannflächen teilkugelschalen­ förmig ausgebildet und damit an die Oberflächengestalt der Kugeln angepasst werden; entsprechendes gilt bei Ausbildung der Führungskanäle als Bohrungen. Schliesslich wird eine auf Fertigungstoleranzen zurückzuführende Ver­ lagerung derjenigen Zonen, in denen Spannstücke und Spann­ flächen gegeneinander anliegen, vermieden, so dass die Wirkungslinie der Spannkraft immer dieselbe ist.

Für eine ausschliesslich radiale Betätigung des Spann­ mechanismus ist keine Betätigungsvorrichtung für den Spann­ schieber erforderlich, da dieser durch das Aufschieben des Werkzeughalters auf die Werkzeughalteraufnahme von seiner Löse- in seine Spannstellung gebracht und beim Abziehen des Werkzeughalters durch die als einfache Feder ausbildbare Rückstellvorrichtung wieder in seine Lösestellung zurück­ geschoben wird. Auch ist der Spannmechanismus ausserordent­ lich einfach, da er prinzipiell nur vier bewegliche Teile benötigt, nämlich das drehbare Spannelement, die beiden Kugeln und den Spannschieber, so dass der erfindungsgemässe Spannmechanismus sich billig herstellen lässt und nicht störanfällig ist.

Anstelle eines Schafts und einer Aufnahmebohrung mit kreis­ zylindrischer Form können grundsätzlich auch ein Schaft und ein diesen aufnehmender Hohlraum mit anderer Quer­ schnittskonfiguration verwendet werden; so wäre es z.B. denkbar, dem Schaft einen quadratischen Querschnitt zu ver­ leihen und den Hohlraum zur Aufnahme eines solchen Schafts entsprechend zu gestalten. Die zu einer Drehbewegung antreibbare Betätigungsvorrichtung muss nicht unbedingt am Werkzeugwechselarm angeordnet sein, denn grundsätzlich wäre es auch denkbar, einen Schrauber oder dergleichen an der Werkzeughalteraufnahme bzw. einem Werkzeugträger vor­ zusehen. Der Spannschieber kann in einem axialen Führungs­ kanal des Schafts mit geringem Spiel in radialer Richtung geführt sein, es genügt aber auch, wenn er nur im Bereich seiner Spannflächen quer zur Schaftachse geringfügig beweglich ist und somit um einen in axialem Abstand von diesen Spannflächen angeordneten Punkt etwas kippen kann, da der Spannschieber in seiner Spannstellung ja nur die vom drehbaren Spannelement auf eine der Kugeln ausgeübten Spannkräfte in radialer Richtung auf die andere Kugel bzw. die anderen Kugeln übertragen muss.

Grundsätzlich kann der hohle Schaft am Werkzeughalter und die Aufnahmebohrung an der Werkzeughalteraufnahme vorge­ sehen sein, bevorzugt werden aber Ausführungsformen, bei denen der hohle Schaft Teil der Werkzeughalteraufnahme ist und der Werkzeughalter die Aufnahmebohrung aufweist, denn dann kann eine das Spannen bzw. Lösen bewirkende und in radialer Richtung angreifende Betätigungsvorrichtung eines Werkzeugwechselarms ein in der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehenes drehbares Spannelement nicht nur drehen, sondern dieses Spannelement und damit den Werkzeughalter auch erfassen, um den Werkzeughalter von der Werkzeughalter­ aufnahme abzuziehen.

Da sich die als Spannstücke dienenden Kugeln an den Wänden ihrer Führungskanäle in axialer Richtung abstützen müssen, um die Spannkraft zwischen Werkzeughalter und Werkzeug­ halteraufnahme hervorrufen zu können, müssen die Führungs­ kanäle in axialer Richtung des Schafts so angeordnet werden, dass sich eine axiale Verspannung der Kugeln zwischen den einen schräg verlaufenden Spannflächen und den Führungs­ kanalwänden ergibt, wenn die Anschlagflächen von Werkzeug­ halter und Werkzeughalteraufnahme gegeneinander anliegen und das Spannelement seine Spannstellung einnimmt.

Ist das Spannelement so ausgebildet, daß es eine reine Dreh­ bewegung ausführt, muss es in Richtung seiner Drehachse ge­ sichert werden, z.B. durch einen Sprengring.

Wenn man das drehbare Spannelement als Spannschraube aus­ bildet, wäre es grundsätzlich möglich, der inneren Stirn­ seite dieser Spannschraube die Gestalt eines Kegels oder Kegelstumpfs oder eines Konus zu verleihen, um so eine schräge Spannfläche zum Zusammenwirken mit einer der Kugeln zu schaffen. Eine solche Gestaltung der Innenseite des Spannelements erlaubt aber nicht eine radiale Schnell­ spannung durch eine Drehung des Spannelements um weniger als 360°. Deshalb weist das Spannelement einer bevorzugten Ausführungsform in Drehrichtung neben seiner Spannfläche eine Aussparung zur teilweisen Aufnahme der benachbarten Kugel in der Lösestellung des Spannelements auf und die Mitnehmerflächen des Spannelements besitzen eine vorgegebene Drehwinkelposition zu dieser Aussparung und damit zur Löse­ stellung des Spannelements. Wird diese Aussparung so gestal­ tet, dass die benachbarte Kugel in der Lösestellung des Spannelements ein radiales Spiel zwischen der Wand dieser Aussparung und dem Spannschieber besitzt, genügt weniger als eine Umdrehung des Spannelements, um dessen Spannfläche ausser Wirkung zu bringen und die Spannung zu lösen. Wegen der vorgegebenen Drehwinkelorientierung der Mitnehmer­ flächen des Spannelements bezüglich der der Lösestellung zugeordneten Aussparung lässt sich die Lösestellung an der Drehwinkelposition der Mitnehmerflächen des Spannelements ablesen. Wenn man nun die Mitnehmerflächen des Spannelements und die Mitnehmerflächen der Spannelement-Betätigungsvor­ richtung derart ausbildet, dass die Mitnehmerflächen von Spannelement und Betätigungsvorrichtung nur in einer einzigen Drehwinkelstellung der Betätigungsvorrichtung relativ zum Spannelement miteinander in Eingriff gebracht werden können, können an der Betätigungsvorrichtung dreh­ winkelgesteuerte Abschaltvorrichtungen vorgesehen werden, durch die die Drehung des Spannelements in dessen Löse- bzw. Spannstellung zuverlässig beendet wird.

Grundsätzlich wäre es denkbar, die Konstruktion so auszu­ bilden, dass sich der Werkzeughalter von der Werkzeughalter­ aufnahme auch dann abziehen lässt, wenn die Kugeln in der Lösestellung des Spannschiebers über den Aussenumfang des Schafts überstehen; in diesem Fall müsste man die Wand der Aufnahmebohrung mit einer entsprechenden Längsnut ver­ sehen und dafür sorgen, dass das drehbare Spannelement, wenn es sich in seiner Lösestellung befindet, ein Abziehen des Werkzeughalters von der Werkzeughalteraufnahme zulässt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist deshalb so ausgebildet, dass die innere Stirnseite des Spannelements in dessen Lösestellung nicht in die Aufnahmebohrung nach innen hinein­ ragt.

Deshalb ist eine Ausführungsform zu bevorzugen, bei der das drehbare Spannelement an seiner inneren Stirnseite mit einer Ausnehmung versehen ist, die sowohl die Spannfläche als auch die Aussparung zur teilweisen Aufnahme der einen Kugel in der Lösestellung des Spannelements bildet.

Grundsätzlich wäre es denkbar, dass der Spannschieber die radiale Komponente der durch das drehbare Spannelement erzeugten Spannkraft auf mehrere Kugeln überträgt, so dass der Spannmechanismus insgesamt z.B. drei gleichmässig über 360° verteilt angeordnete Kugeln umfassen kann. Einfacher, billiger und zumindest ebenso wirkungsvoll ist jedoch eine Ausführungsform, bei der der Schaft nur zwei auf einem Schaftdurchmesser liegende Führungskanäle auf­ weist, denen in der Wand der Aufnahmebohrung die Ausnehmung bzw. das drehbare Spannelement gegenüberliegen.

Die schräg verlaufenden Spannflächen des Spannschiebers können z.B. von einem kegel- oder kegelstumpfförmig aus­ gebildeten Ende oder Bereich des Spannschiebers gebildet werden. Damit der Spannschieber die Kugeln aber nicht nur nach aussen drängen, sondern in seiner Lösestellung auch verhindern kann, dass die Kugeln in den hohlen Schaft hineinfallen können, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der der Spannschieber an seinem Umfang muldenförmigen Ausnehmungen für eine teilweise Aufnahme der Kugeln in seiner Lösestellung aufweist, wobei diese muldenförmigen Ausnehmungen auch die Spannflächen des Spannschiebers bilden.

Empfehlenswert ist es, eine die Kugeln gegen den Spann­ schieber drückende Rückholfeder vorzusehen, um bei abge­ zogenem Werkzeughalter zu verhindern, dass die Kugeln nach aussen aus dem Schaft herausfallen. Eine solche Rück­ holfeder ermöglicht es u.U. auch, auf die die Kugeln in der Lösestellung des Spannschiebers haltenden Spannschieber- Ausnehmungen zu verzichten, wenn nämlich diese Rückhol­ feder so ausgebildet ist, dass sie ein Hineinfallen der Kugeln in den Hohlraum des Schafts verhindert. Als Rückhol­ feder eignet sich besonders eine einfache Drahtfeder, die mit ihren freien Enden in Bohrungen der Kugeln verschiebbar gehalten ist und eine Ausnehmung des Spannschiebers durch­ greift, so dass durch sie auch sichergestellt wird, dass sich der Spannschieber gegenüber den Kugeln bzw. dem Schaft nicht verdrehen kann.

Um die Spannstellung des Spannschiebers einstellen zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung am Werkzeughalter ein in axialer Richtung ein­ stellbarer Anschlag zum Verschieben des Spannschiebers durch den Werkzeughalter in die Spannschieber-Spannstellung ange­ bracht. Mit einem solchen einstellbaren Anschlag lässt sich dann auch bei vorgegebener Spannstellung des drehbaren Spannelements die Spannkraft durch Verstellen des Werkzeug­ halter- Anschlags verändern.

Wie bereits erwähnt, kann für die dem drehbaren Spannelement nicht benachbarte Kugel bzw. Kugeln in die Wand der Aufnahme­ bohrung eine Ausnehmung eingearbeitet sein; es ist aber auch möglich, diese Ausnehmung an der inneren Stirnseite einer in die Wand der Aufnahmebohrung eingeschraubten Schraube vorzusehen, so dass bei einer bevorzugten Ausführungsform beide an der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehenen Aus­ nehmungen an den inneren Stirnseiten von quer zur Schaft­ achse orientierten Schrauben angeordnet sind. In diesem Falle betätigt man dann aber zweckmässigerweise zum Spannen und Lösen eines Werkzeughalters nur eine der beiden Schrau­ ben, d.h. nur eine der beiden Schrauben bildet eine Spann­ schraube, während die andere Schraube zweckentsprechend fest eingestellt wird.

Für eine in radialer Richtung erfolgende Betätigung des Spannmechanismus empfiehlt es sich, einen Werkzeugwechsel­ arm vorzusehen, welcher identisch oder ähnlich ausgebildet ist wie der Werkzeuggreifer gemäss der DE-OS 35 19 754 der Anmelderin. Bezüglich der Offenbarung des Werkzeug­ wechselarms wird deshalb auf diesen Stand der Technik in vollem Umfang Bezug genommen, so weit nicht nachfolgend Abweichungen erörtert werden. In Anlehnung an diesen bekannten Werkzeuggreifer wird nun vorgeschlagen, die Be­ tätigungsvorrichtung des Werkzeugwechselarms mit einem schaftartig ausgebildeten Schrauber zu versehen, welcher einen ersten Anschlag trägt, der zum Stillsetzen des Schraubers in der Spann- und/oder Lösestellung des Spann­ elements gegen einen zweiten, am Werkzeugwechselarm vor­ gesehenen Anschlag anfährt. Ist die Konstruktion dann so ausgebildet, dass der Schrauber nur in einer ganz bestimmten Drehwinkelposition relativ zum drehbaren Spannelement mit diesem kuppelbar ist, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der der Schrauber in axialer Richtung verschiebbar und durch eine Feder in dieser Richtung gegen das drehbare Spannelement vorgespannt ist und bei der desweiteren die Anschläge nur bei mit dem Spannelement gekuppeltem Schrauber gegeneinander anlegbar sind.

Handelt es sich bei dem drehbaren Spannelement nicht um eine Spannschraube, so empfehlen sich desweiteren mit dem drehbaren Spannelement zusammenwirkende Rastvorrichtungen zur Festlegung seiner Löse- und Spannstellung.

Damit der Werkzeughalter gleichzeitig mit dem Lösen auch mit dem Werkzeugwechselarm verbunden werden kann, ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs­ gemässen Werkzeugwechseleinrichtung so ausgebildet, dass der Werkzeugwechselarm mit beiderseits des drehbaren Spannelements gegen die ihm zugewandte Seite des Werk­ zeughalters anlegbaren Stützflächen sowie mit an Ansetz­ stellen, welche eine quer zur Drehachse des Spannelements verlaufende Schulter bilden, ansetzbaren Greiferbacken versehen ist, dass ferner für einen der beiden Anschläge der Spannelement-Betätigungsvorrichtung eine Auflauffläche zur axialen Verschiebung des betreffenden Anschlags beim Erreichen der Spannelement-Lösestellung vorgesehen ist und dass schliesslich eine durch den verschiebbaren Anschlag spannbare Feder verwendet wird, durch die bei sich in Lösestellung befindendem Spannelement die Greiferbacken relativ zu den Stützflächen in vom Werkzeughalter weg­ weisender Richtung vorspannbar sind. Auf diese Weise wird der Werkzeughalter am Werkzeugwechselarm verspannt. Die Ansetzstellen werden zweckmässigerweise von einer Rille im Umfang des drehbaren Spannelements bzw. der Spann­ schraube gebildet.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die erfindungsgemässe Werkzeugwechseleinrichtung ohne Änderung des Werkzeug­ halters auch für eine zentrale bzw. axiale Betätigung des Spannmechanismus. Deshalb besitzt bei einer Aus­ führungsform die Werkzeughalteraufnahme eine bezüglich des Schafts axiale Spannschieberbetätigungsvorrichtung.

Schliesslich wird zur Reduzierung der Flächenpressung zwischen Kugel bzw. Kugeln und Spannfläche bzw. Spann­ flächen an der Wand der Aufnahmebohrung empfohlen, die an der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehene Ausnehmung bzw. Ausnehmungen teilkugelschalenförmig auszubilden und deren Radius nur unwesentlich grösser zu wählen als denjenigen der Kugeln.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung mehrerer Ausführungsformen der erfindungsgemässen Werkzeugwechseleinrichtung; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erste Ausführungsform mit Werkzeughalter und Werkzeughalteraufnahme, und zwar bei an der Werkzeughalteraufnahme verspanntem Werkzeughalter;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei die Fig. 2 jedoch auch den vorderen Bereich eines Werkzeugwech­ selarms dieser zweiten Ausführungsform zeigt und die Spannschrauben-Betätigungs­ vorrichtung des Werkzeugwechselarms sich in einem Zustand befindet, welcher der Lösestellung der Spannschraube entspricht;

Fig. 3 ein Detail des in Fig. 2 gezeigten Werk­ zeugwechselarms, gesehen in Richtung des Pfeils A aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer dritten Aus­ führungsform, und zwar die einander be­ nachbarten Bereiche von Werkzeughalter und Schaft der Werkzeughalteraufnahme in einem axialen Schnitt;

Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung von Werk­ zeughalter und Schrauber der Spannschrauber- Betätigungsvorrichtung des Werkzeugwechsel­ arms der Ausführungsform gemäss Fig. 2;

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit zentraler Betätigung der Spannvorrichtung;

Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung einer weiteren Variante mit zentraler Be­ tätigung der Spannvorrichtung, und

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Werkzeughalters einer weiteren Ausführungsform mit einem Anschlag für die Spannschraube.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform besitzt einen ein Werkzeug 10 tragenden Werkzeughalter 12, welcher sich mit einer Aufnahmebohrung 14 auf einen hohlen Schaft 16 einer Werkzeughalteraufnahme 18 aufschieben lässt. Wenn der Schaft 16 nicht kreiszylindrisch ist, muss es sich bei der Ausnehmung 14 natürlich auch nicht um eine Bohrung handeln, sondern diese Ausnehmung kann eine andere zy­ lindrische Gestalt haben.

In einem Längskanal 20 des Schafts 16 ist ein Spann­ schieber 22 der Werkzeughalteraufnahme 18 längsverschieb­ bar angeordnet - die Achse der Anordnung wurde strich­ punktiert angedeutet und mit 24 bezeichnet -, wobei der Spannschieber mit geringem seitlichem Spiel im Längs­ kanal 20 geführt ist. Er bildet unten einen Sitz 26 für eine Rückstellfeder 28, die sich auf einem Spreng­ ring 32 abstützt, der in eine Nut der Wand des Längs­ kanals 20 eingesetzt ist.

Erfindungsgemäss weist nun der Spannschieber 22 zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen 30 auf, deren gemäss Fig. 1 obere Wandbereiche 30 a später in ihrer Wirkung noch zu beschreibende Spannflächen bilden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Spannschieber 22 von unten her bis in das Zentrum der insbesondere kegelig oder sphärisch ausgebildeten Ausnehmungen 30 geschlitzt - der Schlitz wurde mit 34 bezeichnet -, so daß eine Drahtfeder 36 durch den Spann­ schieber hindurchgeführt werden kann. Diese Drahtfeder greift mit ihren beiden Enden in Bohrungen 38 zweier Kugeln 40 ein, welche in Querbohrungen 42 des Schafts 16 in radialer Richtung verschiebbar geführt sind. Die Draht­ feder 36 dient dazu, die beiden Kugeln 40 gegen den Spann­ schieber 22 zu drücken und ein Verdrehen des Spannschiebers zu verhindern. Der richtigen Umfangszuordnung von Kugeln und Spannschieber in dessen Spannstellung dienen auch zwei kugel­ kalottenförmige Aussparungen 30 b an den oberen Rändern der Ausnehmungen 30.

Sieht man einmal von einer Längsverschiebung des Spann­ schiebers 22 ab, so liegen die Kugeln 40 einerseits den Aus­ nehmungen 30 des Spannschiebers und andererseits Ausnehmungen 44 und 46 gegenüber, die in der Wand der Aufnahmebohrung 14 vorgesehen sind. Dabei ist die Ausnehmung 44 unmittel­ bar in die Wand der Aufnahmebohrung 14 eingearbeitet, während die Ausnehmung 46 an der inneren Stirnseite einer Spannschraube 48 vorgesehen ist, für die der Werkzeug­ halter 12 eine in radialer Richtung verlaufende Gewinde­ bohrung 50 besitzt. Die Ausnehmungen 44 und 46 bilden nun gemäss Fig. 1 schräg nach unten und in Richtung auf die Achse 24 verlaufende Spannflächen 44 a und 46 a, die den Spannflächen 30 a schräg gegenüberliegen und die mit den Kugeln 40 in unten noch näher zu beschreibender Weise zusammenwirken.

Wenn der Werkzeughalter 12 nicht auf den Schaft 16 der Werkzeughalteraufnahme 18 aufgesteckt ist, drückt die Rückstellfeder 28 den Spannschieber 22 gemäss Fig. 1 so weit nach oben, daß die Kugeln 40 so in seine Aus­ nehmungen 30 eingreifen können, wie dies in der linken Hälfte der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet wurde,so daß die Kugeln nicht über den Aussenumfang des Schafts 16 vorstehen. In diesem Zusammenhang ist die Funktion der Drahtfeder 36 von Vorteil, die stets dafür sorgt, daß die Kugeln 40 gegen den Spannschieber 22 gedrückt werden.

Schiebt man den Werkzeughalter 12 auf den Schaft 16 auf, bis die Anschlagflächen 52 und 54 gegeneinander anliegen, drückt eine als Anschlag 56 dienende Stirnwand der Auf­ nahmebohrung 14 erfindungsgemäss den Spannschieber 22 aus seiner oberen Lösestellung nach unten in seine in Fig. 1 gezeigte Spannstellung, in der er mit seinen Spannflächen 30 a die Kugeln 40 in radialer Richtung so weit nach aussen drängt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Dreht man nun die Spannschraube 48 aus einer nicht dargestellten Drehwinkelposition um 180° nach innen in die in Fig. 1 gezeigte Drehwinkelposition, so wird da­ durch die gemäss Fig. 1 linke Kugel 40 zwischen der linken Spannfläche 30 a des Spannschiebers 22, der Spannfläche 46 a der Spannschraube 48 und dem oberen Bereich der linken Querbohrung 42 so verspannt, daß der Werkzeughalter 12 über die Spannfläche 46 a nach unten gedrückt und so die Anschlagflächen 52 und 54 gegeneinander verspannt werden.Das erwähnte seitliche Spiel des Spannschiebers 22 bewirkt gleichzeitig, daß auch die rechte Kugel 40 zwischen der rechten Spann­ fläche 30 a des Spannschiebers, der Spannfläche 44 a und dem oberen Bereich der rechten Querbohrung 42 so verspannt wird, daß über die Spannfläche 44 a auch der rechte Bereich des Werkzeughalters 12 gegen die Anschlagfläche 54 gepresst wird.

Erfindungsgemäss ist die Ausnehmung 46 der Spannschraube 48 so gestaltet, dass sich letztere aus einer Lösestellung, in der die linke Kugel 40 mit radialem Spiel in eine von einem Bereich der Ausnehmung 46 gebildete Aussparung 46 b eingreift, um 180° in die in Fig. 1 gezeigte Drehwinkelposition (Spannstellung) drehen lässt, wobei gleichzeitig die schräge Spannfläche 46 a zur Wirkung kommt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Länge des Spann­ schiebers 22, genauer gesagt der Abstand seiner Spannfläche 30 a von seiner oberen Stirnfläche, so auf die Lage des Anschlags 56 bezüglich der Anschlagfläche 52 des Werkzeug­ halters 12 und auf die Lage der Querbohrungen 42 sowie der Spannflächen 44 a und 46 a abgestimmt, dass die vorstehend beschriebene axiale Verspannung der Anschlagflächen 52 und 54 gegeneinander eintritt, wenn der Werkzeughalter 12 bis zum Anschlag auf die Werkzeughalteraufnahme 18 aufgeschoben und dann die Spannschraube 48 in ihre Spannstellung gedreht wird. Desweiteren sind die Achsen der Querbohrungen 42 gegenüber einem Zustand, in dem bei der in Fig. 1 darge­ stellten Drehwinkelposition der Spannschraube 48 die An­ schlagflächen 52 und 54 drucklos gegeneinander anliegen würden, um ein geringes Mass in Richtung auf die Anschlag­ fläche 54 versetzt, wobei dieses Mass die Grösse der Flächenpressung zwischen den Anschlagflächen 52 und 54 bestimmt. Schliesslich ist es vorteilhaft, wenn die Spann­ flächen 44 a und 46 a in gespanntem Zustand auf gleicher Höhe liegen und spiegelbildlich zur Achse 24 verlaufen.

Die Fig. 8 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform der Spannschraube 48, die in ihrer äusseren Stirnfläche einen Innensechskant 48 a aufweist und an diese Stirnfläche ange­ formt einen Anschlag 48 b besitzt, welcher mit einem am Werkzeughalter 12 befestigten Anschlag 60 so zusammenwirkt, daß die beiden Anschläge 48 b und 60 die Löse- und die Spannstellung der Spannschraube 48 festlegen.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des erfindungsge­ mässen Werkzeughalters unterscheidet sich von derjenigen gemäss Fig. 1 nur dadurch, daß auch die Ausnehmung 44 in einer Schraube 62 ausgebildet ist, für die der Werk­ zeughalter 112 mit einer Gewindebohrung 64 versehen wurde, die der Gewindebohrung 50 für die Spannschraube 48 so gegenüberliegt, daß die Achsen der Gewindebohrungen 50 und 64 fluchten. Im übrigen sind die beiden Werkzeug­ halter 12 und 112 identisch ausgebildet, so daß auf eine weitere Beschreibung des Werkzeughalters 112 verzichtet werden kann; für die mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen identischen Teile des Werkzeughalters 112 wurden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Ein entscheidender Vorteil für die beiden in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ist der Umstand, daß durch ein Drehen nur einer einzigen Spannschraube um weniger als eine ganze Umdrehung, ausgehend von einer Drehwinkelposition, in der die Kugeln 40 nicht verspannt sind, eine Spannfläche ins Spiel gebracht werden kann, die ein Verspannen der Kugeln und damit des Werkzeughalters an der Werk­ zeughalteraufnahme bewirkt.

Der in Fig. 2 gezeigte und als Ganzes mit 66 bezeich­ nete Werkzeugwechselarm besitzt ein Gehäuse 68, das vorn gegen den Werkzeughalter 12 bzw. 112 anlegbare Stützflächen 70 aufweist, welche erfindungsgemäss Prismen­ flächen bilden, so daß der Werkzeughalter sicher am Gehäuse 68 gehalten ist, wenn man an der Spannschraube 48 in Achsrichtung nach aussen, d.h. gemäss Fig. 2 nach links, zieht, wie dies der Werkzeugwechselarm 66 zu leisten imstande ist, wie im folgenden noch beschrieben werden wird. Es sei an dieser Stelle noch einmal erwähnt, daß der Werkzeugwechselarm 66 im folgenden nur insoweit beschrieben werden wird, als er vom Werkzeuggreifer nach der DE-OS 35 19 754 abweicht.

Im Werkzeugwechselarm 66 ist eine hohle Antriebswelle 72 mit Hilfe von Nadellagern 74 drehbar gelagert. Ein sie antreibender Motor wurde nicht dargestellt. Die Antriebs­ welle 72 hält einen ihr gegenüber in Achsrichtung ver­ schiebbaren Schrauber 76, wobei zur Begrenzung des Hubs des Schraubers relativ zur Antriebswelle 72 im Schrauber ein axiales Langloch 78 vorgesehen ist, welches von einem an der Antriebswelle 72 befestigten Stift 80 durchgriffen wird.

Eine nicht dargestellte Feder spannt den Schrauber 76 gemäss Fig. 2 nach rechts, d.h. in Richtung auf die Spannschraube 48, vor.

Erfindungsgemäss ist am Schrauber ein Anschlagträger 82 fest angebracht. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind an diesem zwei in axialer Richtung des Schraubers verschiebbar geführte Anschläge 84 angeordnet, zwischen denen und dem Anschlagträger 82 Spannfedern 86 angeordnet sind. Die Fig. 2 und 3 zeigen nun einen Zustand, in dem die Spannung zwischen dem Werkzeughalter und der Werkzeug­ halteraufnahme gelöst und der Werkzeughalter am Werk­ zeugwechselarm verspannt ist. Um dieses Verspannen zu bewerkstelligen aber auch um die Lösestellung der Spannschraube 48 festzulegen, laufen die Anschläge 84 bei einer Linksdrehung (gesehen auf die Spannschraube 48 in Richtung der Schrauberachse) des Schraubers 76 zunächst auf am Gehäuse 68 des Werkzeugwechselarms vorgesehene Auflaufflächen 88 auf (s. Fig. 3), wobei die Spannfedern 86 gespannt werden, und beim Weiterdrehen des Schraubers schlagen dann die Anschläge 84 gegen am Gehäuse 68 aus­ gebildete Anschlagflächen 90 an. Während dieser Drehbewegung betätigt ein nicht dargestellter Antrieb zwei Spannbacken 92 des Werkzeugwechselarms, deren gemäss Fig. 2 rechte Enden dadurch in Richtung auf die Schrauberachse geschwenkt werden und so nach aussen federnde Greiferbacken 94 nach innen in eine Rille 96 der Spannschraube 48 drücken. Da die Greiferbacken 94 mit dem Anschlagträger 82 verbunden sind, werden sie durch die Spannfedern 86 gemäss Fig. 2 nach links gezogen, und da sie an der Spannschraube 48 angreifen, bewirken die Spannfedern 86 ein Verspannen des Werkzeughalters 12 bzw. 112 an den Stützflächen 70, wenn die Spann­ schraube 48 in ihre Lösestellung gedreht wird. Anders als bei der Werkzeugwechseleinrichtung nach der DE-PS 33 24 312 ist es also nicht erforderlich, die Spann­ schraube 48 in eine Gewindebohrung des Werkzeugwechsel­ arms 66 einzuschrauben. Wenn die Anschläge 84 gegen die Anschlagflächen 90 anschlagen, wird der Schrauberantrieb durch nicht dargestellte Mittel abgeschaltet.

Die Fig. 4 zeigt einen in Richtung der Achse 24 des Spannschiebers 22 einstellbaren Anschlag 256 an einem Werkzeughalter 212. Zu diesem Zweck besitzt der letztere eine Gewindebohrung 212 a, in die der Anschlag mit einem Gewindeschaft 256 a eingeschraubt ist. Ferner sieht diese Ausführungsform eine Spannfeder 256 b zwischen dem den Anschlag 256 bildenden Kopf und dem Gehäuse des Werkzeug­ halters 212 vor, um ein unbeabsichtigtes Verstellen des Anschlags 256 zu verhindern.

Wie die Fig. 5 erkennen lässt, besitzt eine bevorzugte Ausführungsform der Spannschraube 348 eines Werkzeug­ halters 312 asymmetrisch zur Schraubenachse angeordnete Mitnehmerflächen 348 a, die sich mit entsprechend ange­ ordneten und ausgebildeten Mitnehmerflächen 376 a eines Schraubers 376 nur in einer ganz bestimmten Drehwinkel­ stellung des Schraubers relativ zur Spannschraube 348 kuppeln lassen. In einem solchen Fall läuft dann der in Richtung auf die Spannschraube gefederte Schrauber 376 langsam an und dreht sich so weit, bis er unter der Wir­ kung der ihn axial vorspannenden Feder zwischen die Mit­ nehmerflächen 348 a der Spannschraube einfallen kann, um die Spannschraube von ihrer Spannstellung in ihre Löse­ stellung bzw. umgekehrt zu drehen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen nun zwei Ausführungsformen, bei denen das Spannen des Werkzeughalters an der Werk­ zeughalteraufnahme durch axiale und zentral angeordnete Betätigungsmittel erfolgt. Da der Werkzeughalter aber gleich ausgebildet ist wie der Werkzeughalter 12 (er kann natürlich auch wie der Werkzeughalter 112 ausge­ bildet sein), sieht man, dass sich ein und derselbe Werkzeughalter sowohl durch radial ansetzbare als auch durch axiale und zentral angeordnete Mittel spannen und lösen lässt.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 ist eine Kolben­ stange 422 a eines doppelt wirkenden hydraulischen oder pneumatischen Spannzylinders 422 b mit dem Spannschieber 422 einer Werkzeughalteraufnahme 418 verschraubt, so dass sich diese Konstruktion besonders für Fräs- und Bohr­ maschinen eignet.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 zeichnet sich durch zwei Merkmale aus: Zum einen besitzt ein Spannschieber 522 einen nach oben gefederten, verschiebbaren Kopf 556, und zum anderen dient eine Gelenklasche 522 c zur Verbin­ dung des im Längskanal 20 kippfähig gehaltenen Spann­ schiebers 522 mit einer Kolbenstange 522 a, d.h. zwischen dem Spannschieber und einer zentralen Spann- und Be­ tätigungseinrichtung ist ein drehbares Gelenkstück vor­ gesehen.

Claims (25)

1. Werkzeugwechseleinrichtung für eine Werkzeugmaschine, mit einer an letzterer vorgesehenen Werkzeughalter- Aufnahme und einem auf diese aufsetzbaren Werkzeug­ halter, von denen das eine einen hohlen Schaft und das andere eine Aufnahmebohrung aufweist, in die der Schaft in mit der Achse des Schafts und der Aufnahme­ bohrung zusammenfallender Aufsetzrichtung einschieb­ bar ist, sowie mit einem im Schaft quer zur Achs­ richtung verlaufenden Führungskanal, in dem ein Spannstück verschiebbar gehalten ist und dem in der Wand der Aufnahmebohrung einerseits eine Ausnehmung und andererseits ein zwischen einer Löse- und einer Spannstellung um eine quer zur Achse der Aufnahme­ bohrung verlaufende Drehachse drehbar gehaltenes Spannelement gegenüberliegen, wobei die Ausnehmung und das Spannelement auf ihren dem Spannstück zu­ gekehrten Seiten derart schräg zur Achsrichtung ver­ laufende Spannflächen zum Zusammenwirken mit dem Spannstück aufweisen, dass durch Drehen des Spann­ elements von seiner Löse- in seine Spannstellung eine hintere Anschlagfläche des Werkzeughalters in Aufsetzrichtung gegen eine Anschlagfläche der Werk­ zeughalteraufnahme anpressbar ist, und mit einem Werkzeugwechselarm, welcher eine drehantreibbare Betätigungsvorrichtung für das Spannelement aufweist, sowie mit zusammenwirkenden Mitnehmerflächen am Spannelement und an der Betätigungsvorrichtung, welche durch bezüglich der Aufnahmebohrung radiale Bewegung des Werkzeugwechselarms in Eingriff mitein­ ander bringbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, dass im Schaft (16) ein Spann­ schieber (22) in axialer Richtung zwischen einer Löse- und einer Spannstellung verschiebbar sowie querbeweglich gehalten ist, dass zwischen dem dreh­ baren Spannelement (48) und dem Spannschieber (22) sowie zwischen diesem und der Ausnehmung (44) in der Wand der Aufnahmebohrung (14) jeweils ein als Kugel (40) ausgebildetes und in einem Führungskanal (42) gehaltenes Spannstück angeordnet ist, dass die Spann­ flächen (46 a, 44 a) von Spannelement (48) und Ausneh­ mung (44) sowie gleichfalls schräg zur Achsrichtung verlaufende und mit den Kugeln (40) zusammenwirkende Spannflächen (30 a) am Spannschieber (22) derart aus­ gebildet und angeordnet sind, dass die Kugeln (40) in der Lösestellung des Spannschiebers (22) innerhalb des Aussenumfangs des Schafts (16) anordenbar und in der Spannstellung von Spannschieber (22) und Spann­ element (48) derart zwischen den Spannflächen (44 a, 30 a, 46 a) und den Wänden der die Kugeln (40) haltenden Führungskanäle (42) des Schafts (16) verspannbar sind, dass die Kugeln (40) den Werkzeughalter (12) gegen die Anschlagfläche (54) der Werkzeughalter- Aufnahme (18) pressen, und dass der Werkzeughalter (12) einen Anschlag (56; 256) für den Spannschieber (22) besitzt, welcher so angeordnet ist, dass bei gegeneinander anliegenden Anschlagflächen (52, 54) von Werkzeughalter (12) und Werkzeughalter- Aufnahme (18) der Werkzeughalter den Spannschieber (22) in seine Spannstellung gedrückt hält, und dass eine Rückstellvorrichtung (28) zum Verschieben des Spann­ schiebers (22) in seine Lösestellung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (48) in Drehrichtung neben seiner Spannfläche (46 a) eine Aussparung (46 b) zur teilweisen Aufnahme der benachbarten Kugel (40) in der Lösestellung des Spannelements aufweist, und dass die Mitnehmerflächen (348 a) des Spannelements (48) eine vorgegebene Drehwinkelposition zu dieser Aus­ sparung (46 b) und damit zur Lösestellung des Spannelements besitzen und ebenso wie die Mitnehmerflächen (376 a) der Betätigungsvor­ richtung (76) derart ausgebildet sind, dass die Mit­ nehmerflächen (348 a, 376 a) von Spannelement (48) und Betätigungsvorrichtung (76) nur in einer einzigen Drehwinkelstellung der Betätigungsvorrichtung relativ zum Spannelement miteinander in Eingriff bringbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Spannelement (48) als Spannschraube ausgebildet ist, für die die Wand der Aufnahmebohrung (14) eine quer zur Achse der letzteren verlaufende Gewindebohrung (50) besitzt.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Stirnseite des Spannelements (48) in dessen Löse­ stellung nicht über die Aufnahmebohrung (14) nach innen übersteht.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (48) an seiner inneren Stirnseite mit einer Ausnehmung (46) versehen ist, die sowohl die Spannfläche (46 a) als auch die Aussparung (46 b) bildet.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (16) nur zwei auf einem Schaftdurchmesser liegende Führungs­ kanäle (42) aufweist, denen in der Wand der Aufnahme­ bohrung (14) die Ausnehmung (44) und das Spannelement (48) gegenüberliegen.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs­ kanäle als Querbohrungen (42) ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstell­ vorrichtung (28) für den Spannschieber (22) als diesen in seine Lösestellung vorspannende Rückstellfeder ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spann­ schieber (22) an seinem Umfang muldenförmige Aus­ nehmungen (30) für eine teilweise Aufnahme der Kugeln (40) in seiner Lösestellung aufweist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Stirnseite des Spannelements (48) so ausgebildet ist, dass zwischen der Löse- und der Spannstellung ein Drehwinkel von weniger als 360° und insbesondere von ungefähr einer halben Umdrehung liegt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen die Löse- und/oder Spannstellung des Spann­ elements (48) definierenden Drehwinkelanschlag (48 b; 90) für das Spannelement (48).

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Kugeln (40) gegen den Spannschieber (22) drückende Rückholfeder (36).

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückholfeder (38) als Drahtfeder ausgebildet und mit ihren freien Enden in Bohrungen (38) der Kugeln (40) verschiebbar gehalten ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Rückholfeder (38) eine Ausnehmung (34) des Spannschiebers (22) durchgreift.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (16) an der Werkzeughalteraufnahme (18) und die Aufnahme­ bohrung (14) im Werkzeughalter (12) vorgesehen ist und dass bei gespanntem Werkzeughalter die die Kugeln (40) führenden Querbohrungen (42) näher an den Anschlag­ flächen (52, 54) liegen als die Ausnehmungen (44, 46) in der Aufnahmebohrung (14).

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeug­ halter (212) ein in axialer Richtung einstellbarer Anschlag (256; 556) zum Verschieben des Spannschiebers durch den Werkzeughalter angebracht ist.

17. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide an der Wand der Aufnahme­ bohrung (14) vorgesehenen Ausnehmungen (44, 46) an den Stirnseiten von quer zur Schaftachse orientierten Schrauben (48, 62) angeordnet sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (46) des Spannelements (48) zu seiner Drehachse unsymmetrisch ausgebildet ist und in der Spannstellung des Spannelements dessen Spann­ fläche (46 a) auf der den Anschlagflächen (52, 54) zugekehrten Seite der Drehachse liegt.

19. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (72, 76) einen schaft­ artig ausgebildeten Schrauber (76) besitzt, welcher einen ersten Anschlag (84) trägt, der zum Stillsetzen des Schraubers in der Spann- und/oder Lösestellung des Spannelements (48) gegen einen zweiten, am Werkzeug­ wechselarm (66) vorgesehenen Anschlag (90) anfährt.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrauber (76) in axialer Richtung verschieb­ bar und durch eine Feder in dieser Richtung gegen das Spannelement (48) vorgespannt ist und dass die Anschläge (84, 90) nur bei mit dem Spannelement (48) gekuppeltem Schrauber (76) gegeneinander anlegbar sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Werkzeugwechselarm (66) mit beider­ seits des Spannelements (48) gegen die ihm zugewandte Seite des Werkzeughalters (112) anlegbaren Stütz­ flächen (70) sowie mit an Ansetzstellen (96), welche eine quer zur Drehachse des Spannelements (48) verlau­ fende Schulter bilden, ansetzbaren Greiferbacken (94) versehen ist, dass für einen der beiden Anschläge (84) eine Auflauffläche (88) zur axialen Verschiebung des betreffenden Anschlags beim Erreichen der Spannelement- Lösestellung vorgesehen ist und dass eine durch den verschiebbaren Anschlag (84) spannbare Feder (86) vor­ gesehen ist, durch die bei sich in Lösestellung befin­ dendem Spannelement (48) die Greiferbacken (94) relativ zu den Stützflächen (70) in vom Werkzeughalter (112) wegweisender Richtung vorspannbar sind.

22. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bezüglich des Schafts (16) der Werkzeughalteraufnahme (12) axiale Spannschieberbetätigungsvorrichtung (422 a, 422 b; 522 a, 522 c).

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannschieber (522) über ein drehbares Gelenkstück (522 c) mit seiner Betätigungsvorrichtung (522 a) verbunden ist.

24. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Wand der Aufnahmebohrung vorgesehenen Ausnehmungen teil­ kugelschalenförmig ausgebildet sind und ihr Radius nur unwesentlich grösser ist als derjenige der Kugeln.

25. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannschie­ ber (22) an seinem Umfang für jede Kugel (40) eine Aussparung (30 b) aufweist, in die die Kugeln in der Spannstellung des Spannschiebers geringfügig eingreifen.