DE3738732A1 - Einrichtung zum verdrehfesten verbinden einer von einer werkzeugmaschine zu einer rotationsbewegung antreibbaren antriebsspindel mit einem im betrieb rotierenden bearbeitungswerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum drehfesten Verbinden einer von einer Werkzeugmaschine zu einer Rotations­ bewegung antreibbaren Antriebsspindel mit einem im Betrieb rotierenden Bearbeitungswerkzeug wie Fräser, Bohrer od. dgl., wobei dem Werkzeug oder der Antriebsspindel ein Kupplungs­ teil in Gestalt eines Zentrierschafts zugeordnet ist, der in eine im Zentrierbereich komplementäre Einstecköffnung eines dem jeweils anderen Bauteil zugeordneten Kupplungsteils lösbar einsteckbar ist.

Um Bearbeitungswerkzeuge in Werkzeughaltern oder direkt an der Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu befestigen, um ferner die Antriebswelle eines Werkzeughalters für ein oder mehrere Werkzeuge, z. B. auch Mehrspindelköpfe, mit der Maschinenspindel einer Werkzeugmaschine zu koppeln, werden bisher regelmäßig Kegelverbindungen gewählt. Dabei ist das einzusteckende Teil mit einem Kupplungsteil in Gestalt eines kegelförmigen Zentrierschaftes versehen, während das andere, in der Regel das angetriebene Teil, eine komplementäre kegel­ förmige Einstecköffnung aufweist. Im zusammengesteckten Zustand werden die beiden Kupplungsteile in Axialrichtung einander gegenüber verspannt, und die Drehmomentübertragung erfolgt über einen antriebsseitig vorgesehenen Nutenstein, der in eine entsprechende werkzeugseitige Ausnehmung form­ schlüssig eingreift. Als nachteilig hat sich bei derartigen Verbindungseinrichtungen herausgestellt, daß die axiale Lagefixierung sehr ungenau ist, da durch fertigungsbedingte Toleranzen hinsichtlich der Kegelausgestaltung unterschiedliche Einstecktiefen auftreten. Dies ist vor allem bei Werkzeug­ maschinen mit wechselnden Werkzeugen der Fall, bei denen eine Vielzahl von Zentrierschäften verwendet werden, und auch beim Einsatz von sogenannten Mehrspindelköpfen, die mehrere gleichzeitig im Eingriff stehende Werkzeuge enthalten, wirken sich die unterschiedlichen Axiallagen nachteilig aus. Darüber hinaus sind die Kegelverbindungen nur bedingt zur Aufnahme von Quer- bzw. Kippkräften geeignet, denn eine seitliche Abstützung in Axialrichtung mittels kooperierender Planflächen ist praktisch nicht möglich, da dies in Verbindung mit der Kegellagerung zu einer Übereinstimmung der Lagerungen führen würde. Des weiteren ist auch die Höhe des zwischen den beiden Kupplungsteilen maximal übertragbaren Drehmoments begrenzt, da die Keil-Nut-Verbindung hinsichtlich der Belast­ barkeit stark begrenzt ist.

Es ist zwar auch schon versucht worden, den Zentrierschaft und die Einstecköffnung kreiszylindrisch auszubilden, um auf diese Weise die axiale Lagegenauigkeit zu erhöhen. Dies hat jedoch zu erhöhten Rundlaufungenauigkeiten geführt, da notge­ drungen ein gewisses Spiel zwischen den beiden einzusteckenden Teilen vorhanden sein muß. Ein seitliches Festklemmen mittels Klemmschrauben kann dies nicht kompensieren, sondern führt zu einer weiteren Exzentrizität der Lagerung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die beiden Kupplungsteile so miteinander verbunden werden können, daß bei gleichzeitiger Erhöhung sowohl des übertragbaren Drehmoments als auch der aufzunehmenden Querkräfte eine hohe Rundlaufgenauigkeit sowie eine exakte Fixierung der Axiallage erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zentrierschaft zumindest über einen Abschnitt seiner axialen Länge als Prisma mit polygonförmiger Grund- bzw. Querschnittsfläche ausgebildet ist, daß die Einstecköffnung einen sich zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Zentrier­ abschnitt mit zum Prisma komplementären polygonförmigem Querschnitt aufweist, wobei das Prisma des Schaftes und der zugehörige Öffnungsabschnitt der Einstecköffnung im zusammen­ gesteckten Zustand von Schaft und Öffnung formschlüssig ineinander eingreifen, und daß hierbei das eine Kupplungsteil gegenüber dem anderen Kupplungsteil mit Bezug auf die gemein­ same Längsachse in Umfangsrichtung verspannbar ist. Auf diese Weise ist schaftseitig und auch öffnungsseitig ein konstanter Querschnitt vorhanden, so daß die Einstecktiefe und damit die Axiallage auf einfache Weise mit Anschlagteilen od. dgl. exakt festlegbar ist. Diese Anschlagteile können gleichzeitig zur Aufnahme von Axialkräften dienen und, je nach Ausführungsform, sogar als Planflächen ausgebildet sein, um eine Abstützung gegenüber Quer- bzw. Kippkräften zu erreichen. Das auch bei dieser Einsteckpaarung unvermeidliche Spiel läßt sich vorteilhaft kompensieren durch die Verspannung der beiden Kupplungsteile gegeneinander im eingesteckten Zustand, wobei die beiden Teile mit Bezug auf die Längsachse in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen gegeneinander vorspannbar sind. Das Verspannen hat also einen Spielausgleich zur Folge, ohne daß hierbei die Koaxiallage der beiden Kupplungsteile zueinander verändert wird. Mithin ist eine hohe Rundlaufgenauigkeit vorhanden. Hinzu kommt, daß die polygonförmige Kontur im Bereich der Berührflächen der beiden Kupplungsteile durch den formschlüssigen Kontakt erlaubt, ein hohes Drehmoment zu übertragen, ohne daß die Gefahr eines Abscherens besteht. Durch das Gegeneinanderverdrehen der beiden Prismenflächen ergibt sich an den Eckenbereichen praktisch eine linienförmige Flächenberührung, was den weiteren Vorteil einer hohen Dämpfung mit sich bringt, so daß z. B. ein langes dünnes Bearbeitungswerkzeug hinsichtlich seines Schwingungsverhaltens wesentlich besser beherrschbar ist. Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung läßt sich beispielsweise sowohl bei unmittelbarem Anbringen eines Werkzeuges an der Maschinenspindel als auch bei mittelbarer Verbindung vorteil­ haft einsetzen.

Um die polygonförmige Kontur des Schaftes bzw. der Öffnung zu erhalten, lassen sich, im Querschnitt gesehen, Linienführungen einsetzen, die je nach Anwendungszweck eine verschiedenartige Anzahl von Ecken aufweisen können. Dabei kann es sich um Zwei­ ecke, Vierecke usw. handeln, wobei sich eine dreieckförmige Kontur als besonders günstig erwiesen hat, da sie sich zum einen besonders kostengünstig fertigen läßt und zum anderen eine hohe Festigkeit mit sich bringt.

Vorzugsweise sind die Ecken des Polygons abgerundet, so daß die Seitenkanten des Prismas und die Längskanten des prismatischen Zentrierabschnittes der Einstecköffnung ebenfalls abgerundet sind; auf diese Weise lassen sich die spezifischen Werkstoff­ belastungen im Eckenbereich reduzieren und überdies gestaltet sich die Fertigung einfacher. Vorzugsweise wird als Flächen­ kontur jeweils die Gestalt eines regelmäßigen Polygons gewählt, das insbesondere konvex ausgebildet ist.

Vorzugsweise wird das dem Bearbeitungswerkzeug zugeordnete Kupplungsteil der Verbindungseinrichtung entgegen der Richtung der vom Werkzeug auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft bzw. Schneidkraft gegenüber dem anderen Kupplungsteil vorgespannt, was zu einer zusätzlichen Erhöhung der Zentrier­ kraft führt.

Zum Verspannen der beiden Kupplungsteile ist vorzugsweise in der die Einstecköffnung umfangsseitig begrenzenden Wand zumindest ein verstellbares Spannelement abstützend gelagert, das gegen den Schaft arbeitet, wobei seine verlängerte gedachte Krafteinleitungslinie die Längsachse des Schaftes mit Abstand passiert, also nicht schneidet. Dies läßt sich vor allem dann vorteilhaft verwirklichen, wenn ein Bearbeitungswerkzeug unmittelbar an der Maschinenspindel oder aber an einem Mehr­ spindelkopf gelagert werden soll, wobei es sich um geringer dimensionierte Werkzeuge handelt. Der Zentrierschaft ist dabei vorzugsweise etwas länger ausgeführt, so daß Querkräfte in erhöhtem Maße aufgenommen werden können. Vorzugsweise verläuft die Krafteinleitungsrichtung des mindestens einen Spannelements parallel zu einer der Seitenflächen des Prismas, wobei bei einem Prisma mit dreieckiger Grundfläche diese Linie parallel zu einer der Seitenflächen des Prismas und hierbei zwischen dieser Fläche und der Längsachse des Schaftes verläuft.

Mehrere der Spannelemente können über den Umfang des Schaftes und auch über seine Länge verteilt angeordnet sein, was die Sicherheit der Halterung erhöht.

Zweckmäßigerweise ist mindestens ein vorzugsweise von einem oder mehreren der Spannelemente gebildetes Befestigungselement zur Fixierung der relativen Axiallage zwischen Schaft und Einstecköffnung vorhanden, das sich an der Umfangswand der Einstecköffnung abstützt und den Schaft mit einer in Einsteck­ richtung verlaufenden Kraftkomponente beaufschlagt.

Insbesondere dann, wenn die Verbindung zwischen Bearbeitungs­ werkzeug und Maschinenspindel automatisch hergestellt und gelöst werden soll, ist es von Vorteil, zur Befestigung der beiden Kupplungsteile eine Spannzange od. dgl. vorzusehen, die die beiden Kupplungsteile ineinanderzieht und vorzugsweise gleichzeitig gegeneinander in Umfangsrichtung verspannt. Ein manuelles Befestigen bzw. Lösen erübrigt sich hier.

Die Antriebsspindel kann von der Maschinenspindel der Werkzeug­ maschine gebildet sein, wobei eines der Kupplungsteile an der Maschinenspindel angeordnet und insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann eines der Kupplungsteile unmittelbar am Bearbeitungswerkzeug angeordnet und insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet sein. Soll an die Werkzeugmaschine ein Werkzeughalter für ein oder mehrere Werkzeuge angekuppelt werden, so ist es von Vorteil, das dem Werkzeug zugeordnete Kupplungsteil an der Antriebswelle des Werkzeughalters vorzusehen. Bei der Be­ festigung einzelner Werkzeuge an einem Mehrspindelkopf ist es von Vorteil, das eine Kupplungsteil dem jeweiligen Bear­ beitungswerkzeug zuzuordnen und das andere Kupplungsteil an einer dem jeweiligen Werkzeug zugeordneten Abtriebswelle des Werkzeughalters vorzusehen. Ferner kann je nach Bedarf zwischen dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug und der Antriebs­ welle mindestens ein Adapterstück vorgesehen werden, das einerseits mit der Antriebsspindel über eine Polygonpaarung verbunden ist und das andererseits, ebenfalls über Polygon­ paarungen, mit mindestens einem weiteren Adapterstück und/oder dem Bearbeitungswerkzeug verbunden ist.

Beim Ankoppeln von groß dimensionierten Bearbeitungswerkzeugen oder von Werkzeughalterungen wie Mehrspindelköpfen ist es von Vorteil, den Zentrierschaft mit einer quer zu seiner Längsrichtung verlaufenden Plananlagefläche zu versehen, die sich im zusammen­ gesteckten Zustand an einer Gegenplanfläche des anderen Kupplungsteils abstützen kann, wobei beide Planflächen insbe­ sondere ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft und zur Öffnung angeordnet sind. Dies erlaubt die Aufnahme hoher Quer­ kräfte und überdies kann der Polygonschaft mit geringen axialen Abmessungen versehen werden, da er lediglich zur Dreh­ momentübertragung und zur Zentrierung dient. Somit lassen sich auch die Abmessungen der Werkzeugmaschine reduzieren, da das Aushubmaß im Falle eines Werkzeugwechsels sehr gering ist.

Vorteilhafterweise sind die beiden jeweiligen Kupplungsteile im Bereich ihrer Trennstelle von einer Schutzhülse umgeben, so daß ein Eindringen von Schmutz ausgeschlossen ist. Es kann vorgesehen werden, die Trennspalte mit Druckluft durchströmen zu lassen, so daß zusätzlich eine Reinigung erfolgt, wobei die einzelnen Öffnungen ferner auch als Meßdüsen verwendet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung im Längsschnitt, wobei ein Bearbeitungs­ werkzeug unmittelbar an eine Maschinenspindel angekoppelt ist,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Verbindungsein­ richtung ebenfalls im Längsschnitt, die im Gegensatz zu Fig. 1 im wesentlichen zum Ankuppeln geringer dimensionierter Werkzeuge dient,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung und schematisiert einen mit mehreren Werkzeugen bestückten, an einer Werkzeugmaschine angesetzten Werkzeughalter,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Verbindungsein­ richtung im Längsschnitt, wobei zwischen Maschinen­ spindel und Bearbeitungswerkzeug ein Adapter zwischengefügt ist,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Adaptern und

Fig. 6 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ver­ bindungseinrichtung gemäß den Schnittlinien VI-VI aus den Fig. 2 und 4, wobei der polygonförmige Querschnitt sichtbar ist.

Die in der Zeichnung beschriebene Einrichtung dient zum Verbinden einer von einer Werkzeugmaschine zu einer Rotations­ bewegung antreibbaren Antriebsspindel mit einem im Betrieb rotierenden Bearbeitungswerkzeug. Als Werkzeuge kommen hierbei insbesondere Fräser, Bohrer, Bohrstangen od. dgl. in Frage, bei den Werkzeugmaschinen handelt es sich überwiegend um Bohr- oder Fräsmaschinen, Bohrwerke, Drehmaschinen od. dgl.

Bei dem in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist ein kleiner Abschnitt einer als Fräsmaschine ausgebildeten Werkzeug­ maschine 1 sichtbar, an deren Arbeitsseite der Endbereich einer Antriebsspindel 3 herausragt, die hier von der Maschinen­ spindel 4 gebildet ist. Letztere ist durch den nicht näher dargestellten Motor der Werkzeugmaschine zu einer Rotations­ bewegung um ihre Längsachse 5 antreibbar, die auf ein mit der Antriebsspindel 3 in Verbindung stehendes Bearbeitungswerkzeug 6, hier ein Fräser, direkt übertragen wird. Pfeil 7 deutet die Rotationsbewegung bzw. Schnittrichtung des koaxial zur Antriebsspindel 3 angeordneten Werkzeuges 6 an. Die Verbindung zwischen Werkzeug 6 und Spindel 3 erfolgt erfindungsgemäß über eine Verbindungseinrichtung 8.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eignet sich besonders zum Ankuppeln von relativ groß dimensionierten Werkzeugen, oder aber, wie dies Fig. 3 bis 9 zeigt, zur Kopplung der Antriebswelle 10 eines Werkzeughalters 11 mit einer Maschinen­ spindel 4. In Fig. 3 ist mit 1 ebenfalls ein arbeitsseitiger Teil einer Werkzeugmaschine abgebildet, an der der Werkzeughalter 11 lösbar sitzt.

Im Unterschied zu den Fig. 1 und 3 eignen sich die Aus­ führungsbeispiele gemäß Fig. 2, 4 und 5 vor allem zum Verbinden von Bearbeitungswerkzeugen 6 geringerer Dimension mit einer Antriebsspindel 3, wobei als bevorzugtes Einsatzgebiet der Ausführungsform gemäß Fig. 2 insbesondere das Befestigen der einzelnen Werkzeuge eines als Mehrspindelkopf ausgebildeten Werkzeughalters anzuführen ist, wie dies bei 14 in Fig. 3 angedeutet ist.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist das Bearbeitungswerkzeug 6 jeweils unmittelbar lösbar an die Maschinenspindel 4 angekuppelt. Die hierbei verwendete Ver­ bindungseinrichtung 8 enthält ein erstes Kupplungsteil 15, das am Bearbeitungswerkzeug 6 angeordnet und vorzugsweise einstückig mit diesem ausgebildet ist. Es repräsentiert hier den Zentrierschaft 17 des Werkzeuges 6, der zur Befestigung in eine komplementäre, der Antriebsspindel 3 zugeordnete Einstecköffnung 18 in Längsrichtung 5 einsteckbar ist. Die Einstecköffnung 18 ist Bestandteil eines zweiten Kupplungsteiles 16, das beim Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise einstückig mit der Antriebsspindel 3 ausgebildet ist. Die Einsteck­ öffnung 18 ist insbesondere als stirnseitig in die Spindel 3 eingebrachte Vertiefung ausgebildet.

Bei der Beschreibung der Fig. 1 und 2 sowie auch der weiteren Figuren ist jeweils das eine zu verbindende Bauteil mit einem Zentrierschaft und das andere mit einer Einstecköffnung versehen. Es versteht sich, daß die jeweilige Anordnung auch gerade umgekehrt getroffen werden kann.

Als ein wesentlicher Punkt der Verbindungseinrichtung 8 ist herauszustellen, daß der Zentrierschaft 17 zumindest über einen Abschnitt seiner axialen Länge als Prisma 20 mit polygon­ förmiger Grund- bzw. Querschnittsfläche ausgebildet ist. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 erstreckt sich das Prisma jeweils über die gesamte Schaftlänge s, es kann jedoch auch kürzer sein, ferner besteht die in Fig. 4 gezeigte Möglichkeit, mehrere Prismenabschnitte 19 in Schaftlängs­ richtung verteilt und voneinander getrennt vorzusehen.

Gleiches kann auch für die Einstecköffnung gelten, die gemäß Fig. 1 und 2 über ihre gesamte Länge einen zum Prisma 20 des Schaftes komplementären polygonförmigen Querschnitt aufweist, im Querschnitt gesehen also eine polygonförmige Kontur besitzt.

Im dargestellten zusammengesteckten Zustand greifen die einzelnen Prismen des Zentrierschaftes 17 und die komplemen­ täre Einstecköffnung 18 formschlüssig ineinander, wie dies gut aus Fig. 6 ersichtlich ist. Es wurde hier als Schaft ein Prisma mit dreieckigem Grundriß gewählt, das sich besonders günstig fertigen läßt, wobei sowohl der Querschnitt des Schafts 17 als auch der Einstecköffnung 18 die Gestalt eines regelmäßigen konvexen Polygons aufweisen. Zwischen zwei benachbarten Polygonseitenflächen erstreckt sich somit ein Winkel von 60°. Die Ecken des Polygons bzw. die Längskanten des Prismas 20 bzw. der Einstecköffnung 18 sind vorteilhafter­ weise abgerundet, so daß eine optimale Passung zwischen den beiden eingesteckten Teilen erzielt wird.

Es versteht sich, daß die Kontur der kooperierenden Umfangs­ flächen 21, 22 der Einstecköffnung 18 und des Schaftes 17 auch eine andere Anzahl von Ecken bzw. Kanten aufweisen kann, ohne daß das Prinzip der Erfindung verlassen wird. Es kann sich z. B. um ein Zweieck mit abgerundeten Ecken handeln, so daß eine ovalförmige Gestalt entsteht. Auch eine Ausbildung als Viereck wäre durchaus vorteilhaft.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, und auch bei Fig. 1 ergibt sich ein entsprechendes, nicht separat dargestelltes Erscheinungsbild. Bei Fig. 1 ist allerdings der Schaft 17 an der Seite der Maschinenspindel 4 mit einer zentralen Vertiefung versehen, um den Eingriff einer später noch zu erläuternden Spannzange 41 zu ermöglichen.

Zuvor ist noch auf einen wesentlichen Punkt der Erfindung hinzuweisen. Um nämlich eine präzise Zentrierung bzw. exakte koaxiale Ausrichtung der zusammengesteckten Teile 15, 16 zu erhalten, sind diese beiden Teile mit Bezug auf die Drehachse 5 gesehen in einander entgegengesetzte Umfangsrichtungen 24, 25 einander gegenüber verspannbar. Auf diese Weise wird das immer vorhandene geringe Spiel zwischen den beiden Flächen 21, 22 kompensiert, wodurch in ihrer Anzahl der Anzahl von Prismenkanten entsprechende linienförmige Andruckbereiche 29 zwischen den Flächen 21, 22 entstehen. Sie befinden sich im eckennahen Bereich von Prisma und Einstecköffnung und sorgen zum einen für eine exakte Zentrierung und damit verbunden einen präzisen Rundlauf, sowie des weiteren, aufgrund der axialen Erstreckung, für eine dämpfende Aufhängung des einge­ steckten Werkzeuges.

Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindungsein­ richtung läßt sich anführen, daß die Axiallage der beiden zusammengesteckten Teile zueinander genau vorherbestimmbar festlegbar ist, was vor allem bei computergesteuerten Werkzeug­ maschinen oder beim Einsatz von Mehrspindelköpfen von Vorteil ist.

Beim Verspannen der beiden Teile 15, 16 wird zweckmäßigerweise darauf geachtet, daß das dem Bearbeitungswerkzeug 6 zugewandte Kupplungsteil 15 entgegen der Richtung 7 der vom Werkzeug 6 auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft gegenüber dem anderen Kupplungsteil 16 vorgespannt wird. Dies erhöht zusätz­ lich die Zentrierkräfte in den Andruckbereichen 29.

Die polygonförmige Querschnittskontur des Schaftes 17 und der Öffnung 18 erlaubt es vorteilhafterweise, sehr hohe Drehmomente zu übertragen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung besteht. Bei geringem Bauvolumen können also große Kräfte verarbeitet werden.

Nachfolgend soll näher auf die einzelnen Ausführungsbeispiele eingegangen werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel wird vor allem verwendet, wenn es um das Spannen von Werkzeugen 6 geringerer Dimension in einer Antriebsspindel 3 geht, die als Maschinen­ spindel 4 ausgebildet sein kann, die aber auch, wie dies Fig. 3 zeigt, von einer Abtriebswelle 31 eines z. B. als Mehrspindel­ kopf ausgebildeten Werkzeughalters 11 gebildet sein kann. In Fig. 3 ist gestrichelt bei 32 schematisch der Kraftfluß zwischen Antriebswelle 10 und den einzelnen Abtriebswellen 31 angedeutet. Eine solche Verbindungseinrichtung 8 wird also verwendet, wenn die auftretenden Quer- bzw. Kippkräfte 33 weniger groß sind, so daß sie über einen entsprechend lang ausgebildeten und über eine relativ große Länge in der Einsteck­ öffnung 18 einsitzenden Schaft 17 kompensiert werden können.

Die Axiallage wird unter Zuhilfenahme einer konterbaren Anschlag­ schraube 34 wunschgemäß festgelegt, die in die freie, der Spindel 3 zugewandte Schaftstirnseite verstellbar eingeschraubt ist. Entsprechend der Einschraubtiefe läuft sie früher oder später auf einer Gegenfläche 36 der Spindel 4 auf und begrenzt dadurch die Einstecktiefe. Auch auf andere Weise kann diese Einstellung erfolgen, beispielsweise mittels eines Bundes od. dgl.

Die Fixierung in der eingestellten Axiallage erfolgt beim Ausführungsbeispiel über ein beispielsweise als Schraube ausgebildetes Befestigungselement 37, das in einer Gewinde­ öffnung 38 in der hülsenförmigen Umfangswand 39 der Einsteck­ öffnung verstellbar einsitzt, wobei es eine Schräglage einnimmt, so daß der Schaft bei der Beaufschlagung durch dieses Befestigungs­ element 37 mit einer Kraftkomponente in Einsteckrichtung 5 beaufschlagt ist. Mehrere dieser Befestigungselemente können über den Umfang verteilt vorgesehen sein.

Das Befestigungselement 37 hat jedoch noch eine weitere wichtige Aufgabe bei diesem Ausführungsbeispiel (vgl. auch Fig. 6). Es dient hier nämlich zusätzlich als Spannelement 40, das sich in der Umfangswand 39 abstützt, und dieser gegenüber in Richtung zum Schaft 17 und in Gegenrichtung verstellbar ist. Wird es in Richtung zum Schaft 17 bewegt, so verspannt es diesen gegenüber der Umfangswand 39, so daß die Teile 15, 16 in die erwähnten entgegengesetzten Umfangsrichtungen 24, 25 vorgespannt werden. Um dabei ein Verkanten der beiden Kupplungs­ teile 15, 16 und eine sichere Zentrierung zu erhalten, ist das Spannelement 40 so angeordnet, daß seine verlängerte gedachte Krafteinleitungslinie 44 die Längsachse 5 nicht kreuzt, sondern vielmehr mit Abstand a passiert. Bei der dreieckförmigen Ausgestaltung der Querschnittskontur verläuft die Krafteinleitungsrichtung 44 vorzugsweise parallel zu einer der Seitenflächen 45 des Prismas 20, und hierbei zweck­ mäßigerweise zwischen dieser Fläche und der Längsachse 5 des Schaftes 17. Jedenfalls erhält man bei dieser an sich asymmetri­ schen Krafteinleitung eine symmetrische Ausrichtung zwischen den beiden Kupplungsteilen 15, 16, und hierbei insbesondere eine exakte Koaxiallage. Die Polygonflächen werden also gegeneinander verdreht und zentrieren sich dadurch selbsttätig.

Es versteht sich, daß auch mehrere Spannelemente 40 über den Umfang der Öffnung 18 verteilt angeordnet werden können, wie dies in Fig. 6 gestrichelt angedeutet ist. Auch in Axialrichtung gesehen können mehrere Spannelemente vorhanden sein. Darauf hinzuweisen ist noch, daß die Spannelemente nicht notwendiger­ weise, sondern lediglich vorteilhafterweise gleichzeitig die Befestigungselemente 37 bilden.

Um eine klar definierte Krafteinleitung zu erhalten, ist im Zentrierschaft 17 im Bereich der Angriffspartie des jeweiligen Spannelementes 40 eine taschenförmige Ausnehmung 46 vorgesehen, in die das Spannelement eintauchen kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Krafteinleitung auch über ein zusätzliches Zwischenstück erfolgen kann, das die Kraft in die gewünschte Richtung umlenkt und beispielsweise als Keil od. dgl. ausgebildet sein kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist ein automatisches Wechseln sowie Spannen und Entspannen des jeweiligen Werk­ zeuges 6 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist maschinenseitig eine Spannzange 41 vorgesehen, die von der Rückseite her in die bereits beschriebene Vertiefung des Schaftes 17 eingreifen und den Schaft lösbar festklemmen kann. Die Spannzange dient hierbei gleichzeitig sowohl zur Fixierung der Axiallage als auch zum gegenseitigen Verspannen der beiden Kupplungs­ teile 15, 16. Denn nachdem die Spannzange 41 den Schaft 17 erfaßt hat - hierbei tauchen schaftseitige Erhebungen in entsprechende Vertiefungen der Spannzange 41 ein - führt die Spannzange 41 eine Axialbewegung 47 in Einsteckrichtung und gleichzeitig eine Drehbewegung 48 um die Längsachse 5 durch, so daß der gleiche Effekt erzielt wird, wie bei Fig. 2 mit Hilfe des Spannelements 40.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 ist dafür geeignet, hohe Querkräfte 33 aufzunehmen, zu welchem Zweck das erste Kupplungs­ teil 15 mit einer quer zu ihrer Längsrichtung 5 verlaufenden Plananlagefläche 49 versehen ist, die sich im zusammenge­ steckten Zustand an einer Gegenplanfläche 50 des zweiten Kupplungsteils 16 abstützt. Diese korrespondierenden Flächen geben gleichzeitig die Einstecktiefe vor und sind beim Aus­ führungsbeispiel ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft 17 bzw. Öffnung 18 angeordnet. Die Plananlageflächen erhöhen also die Steifigkeit beträchtlich; die eine und/oder Fläche kann zusätzlich beschichtet sein.

Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist weiter, daß die Schaftlänge s geringer gewählt werden kann, da der Schaft vorwiegend lediglich zur Drehmomentübertragung und zur Zen­ trierung dient. Dadurch baut die gesamte Anordnung kompakter und die Aushubmaße verringern sich beträchtlich.

Zum Schutz der Trennstelle 51 zwischen den beiden Kupplungs­ teilen 15, 16 ist in diesem Bereich eine Schutzhülse 52 vorge­ sehen, die koaxial zum Schaft 17 angeordnet ist und die Trenn­ stelle 51 abdeckt. Durch die weiterhin vorhandene Spalte kann vorteilhafterweise über einen schematisch angedeuteten innen­ liegenden Strömungskanal 53 Druckluft hindurchgepreßt werden, die die Spalte sauber hält und die gleichzeitig als Meßfühler verwendet werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die beiden in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Formen einer Verbindungseinrichtung kombiniert. So ist im linken Bereich der Fig. 4 eine erste Verbindungseinrichtung 8 verwirklicht, bei der das als Bohr­ stange ausgebildete Bearbeitungswerkzeug 6 analog dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 in einem zweiten Kupplungsteil 16 festgelegt ist. Dieses zweite Kupplungsteil 16 ist Teil eines Adapterstückes 54, das in Axialrichtung gesehen zwischen das Bearbeitungswerkzeug und die Maschinenspindel 4 zwischen­ gefügt ist. Sein dem Werkzeug 6 entgegengesetzter Bereich 55 bildet das erste Kupplungsteil 15 für die zweite Verbindungs­ einrichtung 8 und ist an eine Maschinenspindel 4 in der in Fig. 1 gezeigten Art und Weise angekuppelt.

Auf diese Weise läßt sich einfach ein Längenausgleich vornehmen, und es ist sogar möglich, wie dies in Fig. 5 abgebildet ist, mehrere Adapterstücke 54 aufeinanderfolgend anzuordnen und jeweils über die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung 8 zu verbinden. Vorteilhaft ist hier weiterhin, daß der Käufer einer maschinenspindelseitig mit der erfindungsgemäßen Ver­ bindungseinrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine seine bisherigen Werkzeuge weiterverwenden kann, indem das zu verwendende Adapterstück 54 an der Spindelseite mit der erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung ausgestattet ist, während andererseits weiterhin eine Verbindungseinrichtung nach dem Stand der Technik vorgesehen werden kann. Damit kann allen Gegebenheiten Rechnung getragen werden.

Claims (18)

1. Einrichtung zum verdrehfesten Verbinden einer von einer Werkzeugmaschine zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Antriebsspindel mit einem im Betrieb rotierenden Bearbeitungs­ werkzeug, wie Fräser, Bohrer od. dgl., wobei dem Werkzeug oder der Antriebsspindel ein Kupplungsteil in Gestalt eines Zentrierschafts zugeordnet ist, der in eine im Zentrierbereich komplementäre Einstecköffnung eines dem jeweils anderen Bauteil zugeordneten Kupplungsteils lösbar einsteckbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier­ schaft (17) zumindest über einen Abschnitt seiner axialen Länge als Prisma (20) mit polygonförmiger Grund- bzw. Querschnittsfläche ausgebildet ist, daß die Einsteck­ öffnung 18 einen sich zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Zentrierabschnitt mit zum Prisma komplementärem polygonförmigem Querschnitt aufweist, wobei das Prisma (20) des Schaftes (17) und der zugehörige Öffnungsabschnitt der Einstecköffnung (18) in zusammenge­ stecktem Zustand von Schaft (17) und Öffnung (18) formschlüssig ineinander eingreifen, und daß hierbei das eine Kupplungsteil (15) gegenüber dem anderen Kupplungsteil (16) mit Bezug auf die gemeinsame Längsachse (5) in Umfangsrichtung (24, 25) verspannbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schaftseitige Prisma (20) und der zugehörige Zentrierabschnitt der Einstecköffnung (18) im Querschnitt die Gestalt eines regelmäßigen Polygons aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schaftseitige Prisma (20) und der zugehörige Zentrierabschnitt der Einstecköffnung (18) im Querschnitt als konvexes Polygon ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken des Polygons abgerundet sind, derart, daß die Seitenkanten des Prismas (20) und die Längskanten des prismatischen Zentrierabschnitts der Einstecköffnung (18) abgerundet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Polygon ein Dreieck ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Bearbeitungswerkzeug zugeordnete Kupplungs­ teil (15) der Verbindungseinrichtung (8) entgegen der Richtung (7) der vom Werkzeug (6) auf ein Werkstück ausgeübten Umfangskraft gegenüber dem der Antriebsspindel (3) zugeordneten Kupplungsteil (16) vorgespannt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der die Einstecköffnung (18) umfangsseitig be­ grenzenden Wand (39) zumindest ein verstellbares Spannelement (40) abstützend gelagert ist, das zum Verspannen von Schaft (17) und Öffnung (18) gegen den Schaft (17) arbeitet, wobei seine verlängerte gedachte Krafteinleitungslinie (44) die Längsachse (5) des Schaftes (17) mit Abstand passiert.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krafteinleitungsrichtung (44) des mindestens einen Spannelements (40) parallel zu einer der Seitenflächen (22) des Prismas (20) verläuft.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Prisma (20) mit regelmäßiger dreieckiger Grundfläche die Krafteinleitungslinie (44) des mindestens einen Spannelements (40) parallel zu einer der Seitenflächen (45) des Prismas (20) und hierbei zwischen dieser Fläche (45) und der Längsachse (5) des Schaftes (17) verläuft.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein vorzugsweise von einem oder mehreren der Spannelemente (40) gebildetes Befestigungs­ element (37) zur Fixierung der relativen Axiallage zwischen Schaft (17) und Einstecköffnung (18) vorhanden ist, das sich an der Umfangswand (39) der Einstecköffnung (18) abstützt und den Schaft (17) mit einer in Einsteckrichtung (5) verlaufenden Kraftkomponente beaufschlagt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des einen Kupplungsteils (15) an dem anderen Kupplungsteil (16) eine Spannzange (41) od. dgl. vorgesehen ist, die die beiden Teile (15, 16) ineinanderzieht und vorzugsweise gleichzeitig gegenein­ ander in Umfangsrichtung verspannt.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspindel (3) von der Maschinenspindel (4) der Werkzeugmaschine (1) gebildet ist, wobei eines der Kupplungsteile (16) an der Maschinen­ spindel (4) angeordnet und insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kupplungsteile (15) unmittel­ bar am Bearbeitungswerkzeug (6) angeordnet und insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Werkzeug (6) zugeordnete Kupplungsteil (15) an der Antriebswelle (10) eines Werkzeug­ halters (11) der Werkzeugmaschine (1) für ein oder mehrere angetriebene Werkzeuge, z. B. ein Mehrspindelkopf, angeordnet ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kupplungsteil (15) dem jeweiligen Bearbeitungswerkzeug (6) zugeordnet ist und das andere Kupplungsteil (16) an einer Abtriebswelle (31) eines Werkzeughalters (11), insbesondere eines Mehrspindel­ kopfes vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem jeweiligen Bearbeitungs­ werkzeug (6) und der Antriebsspindel (3) mindestens ein Adapterstück (54) vorgesehen ist, das einerseits mit der Antriebsspindel (3) über eine Polygonpaarung (21, 22) verbunden ist und das andererseits ebenfalls über Polygon­ paarungen mit mindestens einem weiteren Adapterstück (54) und/oder dem Bearbeitungswerkzeug (6) verbunden ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierschaft (17) mit einer quer zu seiner Längsrichtung verlaufenden Plananlagefläche (49) versehen ist, die sich im zusammengesteckten Zustand an einer Gegenplanfläche (50) des anderen Kupplungsteils (16) abstützt, wobei beide Planflächen (49, 50) insbesondere ringförmig ausgebildet und koaxial zum Schaft (17) und zur Öffnung (18) angeordnet sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsteile (15, 16) im Bereich ihrer Trennstelle (51) von einer Schutzhülse (52) umgeben sind, wobei die Trennspalte zum Durchströmen von Druckluft vorgesehen sein können.