DE3913626C2 - Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge und zugehöriges Schaftwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Schaft­ werkzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein daran angepaßtes Schaftwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 23.

Es sind verschiedene Methoden zum Spannen von Schaftwerk­ zeugen bekannt, von denen die wichtigsten auch Eingang in die Normung gefunden haben. Eine Möglichkeit besteht darin, einen zylindrischen Werkzeugschaft mit einer Spannzange zu spannen. Mit dieser Methode können zwar gute Rundlaufeigen­ schaften des Werkzeugs realisiert werden; es hat sich jedoch gezeigt, daß in manchen Fällen das damit übertrag­ bare Drehmoment nicht mehr ausreicht, um an die Leistungs­ grenze des Werkzeugs zu gehen.

Es ist auch üblich, zwischen Werkzeug und Aufnahme Morse­ kegelverbindungen vorzusehen, was jedoch den Nachteil der begrenzten Automatisierbarkeit mit sich bringt.

In Fertigungsbereichen mit automatisiertem Werkzeugwechsel werden deshalb zunehmend sog. NC-Aufnahmen nach DIN 1835 Form A, B oder E eingesetzt, bei denen die Spannung des Werkzeugs über eine seitliche Spannschraube erfolgt, mit der darüber hinaus eine axiale Positionierung des Werkzeugs und die Drehmomentübertragung bewerkstelligt wird. Dieses Spannprinzip benötigt eine zylindrische Passung zwischen Werkzeugschaft und Aufnahme, damit die axiale Positionie­ rung zwängungsfrei mittels der zumindest einen radialen Spannschraube vorgenommen werden kenn.

Es ist zwar zwischenzeitlich möglich, derartige Zylinder­ passungen mit einer solchen Präzision auszuführen, daß sich die Toleranzen im Bereich üblicher Rundlaufabweichungen der Werkzeuge bewegen. Die Entwicklung der Fertigungstechnik geht allerdings dahin, auf seiten des Schaftwerkzeugs sehr kleine Rundlaufabweichungen vorzuschreiben. Es gelingt mittlerweile, Hartmetall-Schaftwerkzeuge mit Rundlaufabwei­ chungen im Bereich von 2 µm herzustellen. Diese Präzisions­ fertigung auf seiten des Werkzeugs wird allerdings mit einer herkömmlichen Spanntechnik nach DIN 1835 Form A, B oder E wieder teilweise zunichte gemacht, indem der Schaft um das Toleranzmaß der Zylinderflächenpassung beim Spann­ vorgang aus der Mitte versetzt wird.

Eine hochpräzise zentrierende Spanneinrichtung ist aus der DE-PS 30 46 094 bzw. aus der DE-OS 36 31 445 bekannt. Der­ artige hydraulische Dehn-Spannelemente werden sowohl für die zentrische Innen- als auch Außenspannung von Werkzeugen und Werkstücken verwendet. Dabei wird die Passungsfläche zwischen der Aufnahme und dem zu spannenden Teil von einer Dehnhülse gebildet, die mit einem geschlossenen Hydrau­ liksystem in Strömungsmittelverbindung steht. Das Aufspan­ nen des Teils erfolgt dadurch, daß das Hydrauliksystem mit­ tels eines Druckkolbens, der beispielsweise von Hand oder auch maschinell bewegbar ist, unter Druck gesetzt wird, wo­ durch sich die Dehnhülse oder Dehnbüchse elastisch aufwei­ tet oder zusammenzieht, um über die gesamte Spannlänge eine zentrisch wirkende Spannkraft in der Größenordnung bis zu 500 N/cm² zu erzeugen. Mit dieser Spanntechnik können Rund­ laufgenauigkeiten im Bereich zwischen 1 und 3 µm erzielt werden. Es hat sich allerdings gezeigt, daß derartige Rundlauf­ genauigkeiten dann schwer einzuhalten sind, wenn Schaft­ werkzeuge gespannt werden sollen, auf die erhebliche radia­ le Schnittkraftkomponenten einwirken, wie dies beispiels­ weise bei Fräswerkzeugen bzw. Bohrnutenfräsern der Fall ist.

Aus der DE-OS 31 30 447 ist eine Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Hierbei ist bereits eine räumliche Trennung eines reinen Zentrierbe­ reichs von demjenigen Bereich vorgenommen, in dem das Dreh­ moment übertragen wird. Die hierfür vorgesehene mit dem Werkzeug dreh- und verschiebefest verbundene Mitnehmer­ scheibe sorgt durch die von der Kreisform abweichende Außenkontur für eine formschlüssige Mitnahme zwischen Auf­ nahme und Werkzeug, wobei der Mitnehmerscheibe die weitere Aufgabe übertragen wird, für eine axiale Verspannung zwi­ schen Werkzeug und Aufnahme zu sorgen. Die Planflächenpaa­ rung zwischen Aufnahme und Mitnehmerscheibe garantiert ein hohes Maß an Achsausrichtgenauigkeit.

Mit der bekannten Spannvorrichtung wird darüber hinaus die Aufgabe gelöst, das Werkzeug schnell auswechseln zu können und dabei gleichzeitig sicher in der Spanneinrichtung auf­ zunehmen. Zu diesem Zweck ist am Werkzeugschaft ein radial auskragender Spannflansch angeformt, der eine Vielzahl von Spannasen trägt. Auf seiten eines den Spannflansch über­ greifenden Klemmrings sind komplementäre Spannasen ausge­ bildet, so daß in einer Drehstellung des Klemmrings ein Einsetzen des Werkzeugs möglich und nach Verdrehen des Klemmrings das Werkzeug in axialer Richtung gefangen ist. Die Mitnahme des Schaftwerkzeugs in Umfangrichtung erfolgt im bekannten Fall durch Federkörper, die formschlüssig in einer Nut in der von einer Antriebsspindel gebildeten Auf­ nahme aufgenommen sind. Diese Federkörper erstrecken sich über die Planfläche hinweg in den Bereich des Spannflan­ sches hinein und greifen formschlüssig in dort ausgebildete Nuten ein.

Aufgrund dieses Aufbaus ergibt sich zwar eine gute Zentrierung und Kraftübertragung, es wird jedoch auch eine verhältnismäßig aufwendige Bearbeitung, nämlich eine Fräsbearbeitung, im Bereich der sich gegenüberliegenden Planflächen der Schnittstelle zwischen Aufnahme und Werk­ zeug erforderlich. Darüber hinaus nehmen die die Drehmit­ nahme bewirkenden Federelemente einen verhältnismäßig großen axialen Bauraum in Anspruch, was der Stabilität der Spannvorrichtung abträglich ist. Schließlich erhält auch das Werkzeug selbst eine verhältnismäßig komplexe Formge­ bung, was letztlich dazu geführt hat, daß sich ein solches, bekanntes Spannsystem bislang nicht durchsetzen konnte.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die sich durch eine ver­ einfachte Konstruktion, eine leichtere Herstellbarkeit und eine einfachere Handhabung auszeichnet, wobei nach wie vor die Rundlaufabweichung des eingespannten Werkzeugs sehr klein und das übertragbare Drehmoment groß gehalten werden sollen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein an diese Spannvorrichtung angepaßtes Schaftwerkzeug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Spannvorrichtung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein entsprechendes Schaftwerkzeug ist Gegenstand des Patentan­ spruchs 23.

Erfindungsgemäß erfüllt die Kontur der Mitnehmerscheibe eine Doppelfunktion: Zum einen trägt sie zur bajonettarti­ gen Verriegelung des Schaftwerkzeugs an der Spanneinrich­ tung bei. Gleichzeitig wird die Außenkontur im Zusammenwir­ ken mit Seitenflächen eines mitnehmenden Bauteils dazu her­ angezogen, das Drehmoment zu übertragen. Zur Positionierung des Werkzeugs genügen dementsprechend einfache Außenbear­ beitungen der Mitnehmerscheibe, die ohnehin erforderlich sind, um die von der Kreisform abweichende Außenkontur zu erzeugen. Dabei werden nach wie vor beim eigentlichen Spannvorgang mittels des Spannteils keine unsymmetrisch wirkenden Radialkräfte auf den Werkzeugschaft übertragen, wodurch die Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugs selbst bei Verwendung einer gewöhnlichen Zylinderflächenpaarung zwischen Schaft und Aufnahme im Vergleich zur Spannvorrichtung nach DIN 1835 angehoben werden kann. Die übertragbaren Drehmomente werden größer, da die hierfür entscheidenden Funktionsflächen radial weiter nach außen verlagert werden können, als dies bislang der Fall ist.

Es hat sich gezeigt, daß für kleine Werkzeugdurchmesser bereits der Planflächenkontakt so groß gehalten werden kann, daß die Umfangskräfte zuverlässig übertragen werden können, insbesondere wenn durch geeignete Behandlung entweder der Planflächenkontaktbereiche und/oder der Zentrierflächenbereiche eine Anhebung des Reibungskoeffizienten zwischen den Passungsflächen erfolgt.

Auch die Handhabung der Spannvorrichtung wird stark vereinfacht, da es lediglich noch erforderlich ist, das Werkzeug in der mit der Durchtrittsöffnung entsprechend ausgerichteten Orientierung in die Spannvorrichtung einzu­ setzen und so weit zu verdrehen, bis die Außenkontur der Mitnehmerscheibe an den Seitenwänden der im drehfest mit der Aufnahme verbundenen Bauteile ausgebildeten Ausnehmun­ gen anschlägt. Die Mitnehmerscheibe kann auf diese Weise in axialer Richtung schwächer gestaltet werden, so daß die axiale Baulänge der Spannvorrichtung verringert werden kann. Dies führt letztlich zu einer Anhebung der Stabili­ tät, wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß die Außenkontur auch als Teilungshilfe herangezogen werden kann. Bei einer polygonförmigen Ausgestaltung der Mitneh­ merscheibe ergibt sich eine der Anzahl der Ecken des Poly­ gons entsprechende Zahl von Teilungsmöglichkeiten, d. h. eine mehrstufige Ausrichtmöglichkeit des Werkzeugs bezüg­ lich der Aufnahme. Durch einfache Relativ-Drehbewegung zwi­ schen Spannteil in Form des Ringkörpers und Werkzeug wird eine Lage-Grobpositionierung für die Einleitung des eigent­ lichen Spannvorgangs vorgenommen.

Grundsätzlich kann die Mitnahme in Drehrichtung über das Spannteil oder über die Aufnahme selbst erfolgen, wobei in letzterem Falle allerdings entsprechende Ausnehmungen im Bereich der Planfläche vorgesehen sein müßten. Aus ferti­ gungstechnischen Gründen ist deshalb die Weiterbildung des Patentanspruchs 2 von besonderem Vorteil.

Eine zusätzliche Verbesserung der Rundlaufgenauigkeit ergibt sich mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 18. Unter Zuhilfenahme eines hydraulischen Dehnspannelements im Bereich der Zentrierausnehmung kann nach dem Einführen der Mitnehmerscheibe durch die Durchtrittsöffnung des Spannteils zunächst ein formschlüssiger Anlagekontakt zwischen Außenumfangsabschnitten der Mitnehmerscheibe und entsprechenden Gegenflächen eines mit der Aufnahme mitdre­ henden Teils gesorgt werden. Durch Betätigung des hydrau­ lischen Dehnspannelements wird das Werkzeug exakt achsmit­ tig ausgerichtet, wobei Rundlaufgenauigkeiten zwischen 1 und 3 µm im Bereich des Schafts erzielbar sind. Schließ­ lich wird der Spannvorgang dadurch abgeschlossen, daß das Spannteil mit seinem zumindest einen Schulterabschnitt gegen die Mitnehmerscheibe gedrückt wird, wodurch letztere mit zunehmender Kraft gegen die Planfläche gepreßt wird. Der Flächenpressungskontakt zwischen Mitnehmerscheibe und Planfläche nimmt dabei zu, insbesondere dann, wenn die Kon­ taktflächen über den Umfang gleichmäßig, beispielsweise auf drei Bereiche verteilt sind, die auf das Werkzeug einwirkenden radialen Schnittkräfte zuverlässig auf, so daß die elastische und umlaufende Verformung, d. h. die Walkverformung der Dehnbüchse selbst bei Einwirkung rela­ tiv großer radialer Schnittkräfte nicht mehr auftritt.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 sorgt für eine verbesserte Einleitung der Umfangskräfte auf das Werkzeug.

Es hat sich gezeigt, daß mit drei im gleichen Winkelab­ stand zueinander stehenden Planverspannungsabschnitten eine genügend große Kontaktfläche zwischen Mitnehmer­ scheibe und Planfläche bereitgestellt wird, um die auf das Werkzeug einwirkenden Radialkräfte zuverlässig abzufangen.

Bevorzugterweise erfolgt die Einleitung der axialen Spann­ kraft gemäß Patentanspruch 7 über einen Spannring, der in axialer Richtung antreibbar ist. Um hochbeanspruchte und relativ zueinander bewegte Kontaktflächen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das Spannteil ebenso wie den Spannring in axialer Richtung zu führen, d. h. verdrehsicher an der Aufnahme zu halten, was in vorteilhafter Weise mit den Maßnahmen gemäß Patentanspruch 10 geschieht. Die axiale Bewegung erfolgt gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung über einen Stellring gemäß Patentanspruch 13. Mit dieser Weiterbildung gelingt es, eine große Weg- und Kraftüber­ setzung zwischen Stellring einerseits und Spannring andererseits bereitzustellen. Diese Weiterbildung gestat­ tet es, hohe Anpreßkräfte zwischen Mitnehmerscheibe und Planfläche selbst dann bereitzustellen, wenn zwischen Werkzeugschaft und Zentrierausnehmung bereits große Kon­ taktkräfte herrschen, was beispielsweise bei Verwendung einer konischen Passungsflächenpaarung oder bei Anwendung von Dehnspannelementen im Bereich der Zentrierausnehmung der Fall ist.

Je nach Gestaltung der Aufnahme kann es von Vorteil sein, die beiden Gewindeabschnitte unterschiedlicher Steigung axial oder radial zueinander zu versetzen.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 16 sorgt dafür, daß die Anpreßkraft biegemomentenfrei in die Mitnehmerscheibe eingeleitet wird, so daß sich Herstellungstoleranzen im Bereich des Spannteils und des Spannrings nicht negativ auf die Rundlaufgenauigkeit auswirken.

In vorteilhafter Weise trägt das Schaftwerkzeug zwischen Schneidteil und Mitnehmerscheibe zusätzlich eine Dicht­ scheibe, die gemäß Patentanspruch 20 mit einer Kreisöff­ nung des Spannrings derart zusammenwirkt, daß die Pas­ sungsflächen der Spannvorrichtung vor Verschmutzung ge­ schützt sind.

Durch die Trennung zwischen Zentrierfunk­ tion einerseits und Drehmomentübertragungsfunktion ande­ rerseits gelingt es, die Schaftlänge des Werkzeugs auf ein Maß von etwa 0,2×D herabzusetzen, wobei D den Schaft­ durchmesser bezeichnet. Es hat sich gezeigt, daß insbeson­ dere durch die Kraftübersetzung bei Verwendung eines Dif­ ferentialgewindestellrings gemäß Patentanspruch 13 so große Axial-Spannkräfte erzeugt werden können, daß die sich noch im Bereich der Zentrierausnehmung ergebenden Radialkräfte klein genug gehalten sind, um die Rundlaufge­ nauigkeit dadurch nicht zu beeinträchtigen.

Die Weiterbildung des Schaftwerkzeugs gemäß Patentanspruch 28 hat den zusätzlichen Vorteil, daß der Dichtscheibe die weitere Funktion übertragen werden kann, Auswuchtschrauben aufzunehmen, die radial verstellbar sind, um das Werkzeug optimal auszuwuchten.

Zur dreh- und verschiebesicheren Befestigung der Mitneh­ merscheibe am Werkzeug sind verschiedene Methoden anwend­ bar. So kann es beispielsweise bei Werkzeugen aus Schnell­ arbeitsstahl vorzuziehen sein, die Mitnehmerscheibe und/oder die Dichtscheibe einstückig mit dem Schaft aus­ zubilden. Bei Verwendung von teureren Materialien sind Verbindungstechniken, wie z. B. Schrumpfverbindungstech­ niken oder Lötverbindungstechniken vorzuziehen.

Zwar ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 70 32 666 bereits ein Werkzeugquerschnitt bekannt, der von der Kreis­ form abweicht und folglich in der Lage ist, die Drehmoment­ übertragung zu unterstüzen. Dieser Werkzeugquerschnitt be­ findet sich allerdings nicht im Bereich eines Spannflan­ sches, mit dem eine axiale Zusammenspannung zwischen Auf­ nahme und Werkzeug erfolgen soll. Es liegt auf der Hand, daß der formschlüssige Eingriff eines Polygon-Zapfens in eine polygonartige Ausnehmung der Aufnahme einen erhebli­ chen fertigungstechnischen Aufwand nach sich zieht, der in der modernen Werkzeugfertigung regelmäßig nicht vertretbar ist. Auch eignet sich der aus dem deutschen Gebrauchsmuster 70 32 666 bekannte Querschnitt aufgrund der stetigen Krüm­ mung nicht als Anschlagfläche im Sinne des Erfindungsgegen­ standes.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche. Nachstehend werden anhand schema­ tischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenan­ sicht einer ersten Ausführungsform der Spann­ vorrichtung mit zugehörigem Schaftwerkzeug;

Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Teilschnitt gemäß IV in Fig. 2;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht des Schaftwerkzeugs zur Verwendung mit einer Spann­ vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4;

Fig. 5A einen Schnitt gemäß VA-VA in Fig. 5;

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Spannvorrichtung;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungs­ form des Schaftwerkzeugs;

Fig. 8 einen Schnitt gemäß VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs­ form der Spannvorrichtung mit eingespanntem Schaftwerkzeug; und

Fig. 10 in verkleinertem Maßstab eine Schnittansicht gemäß X-X in Fig. 9.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Werkzeugaufnah­ me für den zentrierenden Anschluß eines rundlaufenden Schaftwerkzeugs 4 bezeichnet, das beispielsweise als Nu­ tenfräser ausgebildet ist. Mit 6 ist das eigentliche Schneidteil und mit 8 der Werkzeugschaft bezeichnet. Dieser ist in einer Zentrierausnehmung 10 aufgenommen, die von einer Dehnbüchse 12 eines nachfolgend näher zu be­ schreibenden Dehnspannelements gebildet ist. Zwischen dem Werkzeugschaft 8 und der Dehnspannbüchse oder -hülse 12 ist eine Zylinderflächenpassung vorgesehen.

Mit 14 ist ein Kupplungsansatz der Aufnahme 2 zum Anschluß an einem weiteren Werkzeugsystemmodul oder an eine Grund­ aufnahme bezeichnet, wobei ein Zentrierfortsatz mit 16 beziffert ist. Im Bereich des Kupplungsansatzes 14 sind drei im Winkelabstand von jeweils 120° angeordnete Schrauben 18 eingeschraubt, die jeweils einen kegelförmi­ gen Schraubenkopf für das Zusammenwirken mit einem Pendel­ zapfen haben, der am anderen Werkzeugsystemmodul axialfest gehalten ist, wie dies beispielsweise in der DE-OS 37 15 659 beschrieben ist.

An die Zentrierausnehmung 10 schließt sich eine Planfläche 20 mit hoher Planschlaggenauigkeit bezüglich der Achse 22 an, gegen die eine Mitnehmerscheibe 30 drückbar ist, wel­ che dreh- und axialfest mit dem Werkzeugschaft 8 verbunden ist. Um die axiale Verspannungskraft auf die Mitnehmer­ scheibe 30 aufzubringen, ist ein Ringkörper 24 vorgesehen, der - wie im einzelnen aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich - über drei im Umfangsabstand von 120° zueinander stehende Führungsstifte 26, die in den Aufnahmekörper 28 geschraubt sind, verdrehsicher an der Aufnahme 2 gehalten ist. Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 2 bis 4, daß sich die Führungsstifte 26 mit Spiel durch entsprechende zylindrische Ausnehmungen 32 im Ringkörper 24 erstrecken. Jeder Führungsstift 26 ist im Bereich einer Senkung 34 von einer Druckfeder 36 umgeben, mit der auf den Ringkörper 24 eine axiale Vorspannkraft 26 übertragen werden kann.

Der Ringkörper 24 stützt sich auf der der Planfläche 20 abgewandten Seite an einem Spannring 40 ab, der zur Beauf­ schlagung des Ringkörpers 24 eine Konusfläche 42 aufweist, die gegen eine ballige Stützfläche 38, die vorzugsweise von einem Kugeloberflächensegment gebildet ist, drückt. Der Spannring 40 hat darüber hinaus einen axialen Gewinde­ fortsatz 44, der in Funktionseingriff mit einem ersten Gewinde 52 eines Stellrings 50 steht. Axial zum ersten Gewinde 52 versetzt, weist der Stellring 50 ein zweites Gewinde 54 auf, das gleichsinnig zum ersten Gewinde, je­ doch mit unterschiedlicher Steigung ausgebildet ist. Der Stellring ist somit als Differentialgewinde-Stellring ausgebildet, der mit seinem zweiten Gewinde 54 in Funk­ tionseingriff mit einem Stützgewinde 56 am Aufnahmekörper 28 steht. Durch Betätigung des Stellrings 50 ergibt sich somit eine axiale, mittels des Steigungsunterschiedes der beiden Gewinde 52 und 54 untersetzte Bewegung des Spann­ rings 40, über den die axiale Anpreßkraft auf die Mitneh­ merscheibe 30 übertragen werden soll.

Zu diesem Zweck weist der Spannring 40 drei in gleichmäßi­ gem Umfangsabstand zueinander stehende Schulterabschnitte 60 auf, die sich hinter einer Durchtrittsöffnung 62 des Ringkörpers 24 befinden. Die Schulterabschnitte 60 sind von Freisparungen 64 gebildet, die sich jeweils um einen vorbestimmten Zentriwinkel R (siehe Fig. 3) von bei­ spielsweise 60° in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils eine Anschlagfläche 66 für einen entsprechend gestalteten Außenflächenabschnitt 68 der Mitnehmerscheibe 30 ausbil­ den.

Man erkennt aus den Darstellungen gemäß Fig. 1 bis 4, daß diese Außenkontaktabschnitte 68 von ebenen Flächen gebil­ det sind, die von Kreiszylinder-Mantelflächenabschnitten 70 überbrückt sind. Anders ausgedrückt wird die Mitnehmer­ scheibe 30 von einer Kreiszylinderscheibe gebildet, von der in gleichmäßigem Umfangsabstand von 120° drei kon­ gruente Kreissegmente 69 abgetragen sind. Die Mantelflä­ chenabschnitte 70 begrenzen sämtliche Planverspannungsab­ schnitte.

Dementsprechend ist die Durchtrittsöffnung 62 des Ringkör­ pers 24 im wesentlichen dreieckförmig gestaltet, so daß das Werkzeug 4 im montierten Zustand des Spannrings 40 in der mit strichpunktierter Linie in Fig. 3 dargestellten Ausrichtung der Mitnehmerscheibe 30 in die Werkzeugaufnah­ me 2 eingeführt werden kann, bis es gegen die Planfläche 20 der Werkzeugaufnahme 2 schlägt. Im gelösten Zustand des Stellrings 50 wird unter Einwirkung der Druckfedern 36 der Axialabstand zwischen der Planfläche 20 und dem Grund der Freisparungen 64 geringfügig größer gehalten als die axiale Dicke D_A der Mitnehmerscheibe 30 (siehe Fig. 5), so daß bei vollständig eingeführtem Werkzeug eine Verdrehung um den Zentriwinkel R gemäß Fig. 3 möglich ist. Dabei wird der Ringkörper in der Weise ausgewählt, daß er an die Schneidrichtung des Werkzeugs - ob rechts- oder links­ schneidend - angepaßt ist.

In dieser Verdrehstellung, in der an drei Flächen 66 eine Einleitung von Umfangskräften vom Ringkörper auf das Werk­ zeug gewährleistet ist, ist das Schaftwerkzeug bereits in axialer Richtung ausreichend gesichert. In diesem Montage­ zustand wird die Zentrierung über das Dehnspannsystem vorgenommen. Zu diesem Zweck wird das Hydrauliköl in einer radial außerhalb der Dehnhülse 12 vorgesehenen Druckkammer mittels eines Druckkolbens 72, der vorzugsweise von einer Schraube 74 betätigt wird, unter Druck gesetzt, wodurch der zylindrische Schaft 8 mit äußerst hoher Rundlaufge­ nauigkeit bezüglich der Achse 22 ausgerichtet wird.

Anschließend wird der Stellring 50 gedreht, wodurch der Spannring 40 bei axialer Führung über die Führungsstifte 26 in Axialrichtung auf die Mitnehmerscheibe 30 zu bewegt wird. Es wird somit eine zunehmend große axiale Andruck­ kraft auf den Ringkörper 24 übertragen, der sich mit den Ausnehmungs-Grundflächen gegen die rückseitigen Druck­ flächen 76 der Mitnehmerscheibe 30 anlegt. Die auf Präzi­ sion geschliffene Planfläche 78 auf der anderen Seite der Mitnehmerscheibe 30 gelangt damit in zunehmend festen Passungskontakt mit der Planfläche 20 der Werkzeugaufnahme 2, wobei durch geeignete Übersetzung, die durch Abstimmung der beiden Gewinde 52 und 54 bereitgestellt werden kann, die Axialkraft so groß gehalten werden kann, daß selbst große Passungs-Kontaktkräfte im Bereich der Zentrieraus­ nehmung noch überwunden werden können. Auf diese Weise ist es sogar möglich, im Bereich der Zentrierausnehmung mit einer Kegelpassung zu arbeiten.

Um zu verhindern, daß durch die Krafteinleitung über den Ringkörper 24 herstellungstoleranzbedingte Biegemomente auf das Schaftwerkzeug eingeleitet werden, kann sich der Ringkörper 24 aufgrund seiner sphärischen Kontaktfläche 42 verspannungsfrei zur Ebene der Druckflächen 76 ausrichten, was durch das Spiel der Führungsstifte 26 unterstützt wird.

Um die Funktionsflächen zwischen Werkzeug und Werkzeugauf­ nahme vor Verunreinigungen zu schützen, trägt der Werk­ zeugschaft 8 neben der Mitnehmerscheibe 30 auf der dem Schneidteil 6 zugewandten Seite eine Dichtscheibe 80, für die im Spannring 40 eine entsprechende Kreisausnehmung 82 vorgesehen ist. Die Dichtscheibe 80 deckt dabei die Mit­ nehmerscheibe 30 in Axialrichtung ab.

In den Fig. 5 und 5A ist in vergrößertem Maßstab das Schaftwerkzeug 4 gemäß Fig. 1 separat dargestellt. Man erkennt aus der Darstellung gemäß Fig. 5, daß das Verhält­ nis der Schaftlänge L zum Schaftdurchmesser D etwa im Bereich von 1 : 1 liegt. Dieses Verhältnis kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auf seiten der Spannvorrich­ tung auf 0,2 : 1 reduziert werden.

Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 kann anstatt der Zylinder-Zentrierpassung auch eine Konusflä­ chenpassung Anwendung finden, wobei in diesem Fall eine Ausstoßeinrichtung nach dem Lösen der Spannvorrichtung von Vorteil sein kann.

In den Fig. 7 und 8 ist eine Variante des Schaftwerkzeugs dargestellt. Im Bereich des Schneidteils und des Schafts stimmt diese Ausführungsform mit der vorstehend beschrie­ benen Ausführungsform vollkommen überein. Anstelle der Dichtscheibe 80 der Fig. 1 bis 5 ist eine Dichtscheibe 180 vorgesehen, die eine größere axiale Breite hat. In dieser Dichtscheibe 180 sind mehrere, in gleichmäßigem Umfangsab­ stand zueinander angeordnete Radial-Gewindebohrungen 184 vorhanden, in die nicht näher dargestellte Auswuchtschrau­ ben schraubbar sind. Über diese Auswuchtschrauben können Restunwuchten des Schaftwerkzeugs beseitigt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Schaftwerkzeugs ist eine einstückige Verbindung zwischen Werkzeugschaft 8 und Mitnehmerscheibe 30 bzw. Dichtscheibe 80, 180 vorgesehen. An die Stelle dieser Ausbildung kann jedoch auch eine Verbindungstechnik treten, beispielsweise eine Lötverbindung oder eine Schrumpfverbindung, was inbe­ sondere dann von Vorteil ist, wenn für das Schneidteil 6 hochwertigere Werkstoffe, wie z. B. Vollhartmetall, einge­ setzt werden.

Die vorstehend beschriebene Spannvorrichtung eignet sich für jede Form von Aufnahmen, von denen eine weitere Variante in Fig. 6 dargestellt ist. Im Bereich der Spann­ vorrichtung und des Schaftwerkzeugs entspricht diese Aus­ führungsform diejenigen gemäß Fig. 1 bis 5. An den Aufnah­ mekörper 28 schließt sich allerdings gemäß dieser Variante über eine Greiferrille 90 ein Steilkegel 92 an, der in einer entsprechend gestalteten Aufnahme fixiert werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der Spannvorrichtung ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Hinsichtlich des Schaftwerk­ zeugs und des Ringkörpers 24 unterscheidet sich diese Ausführungsform nicht von derjenigen gemäß Fig. 1 bis 5, so daß identische Bezugszeichen verwendet worden sind. Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 ist jedoch der Spannring 240 gestaltet, der einen Gewindefort­ satz 244 mit Innengewinde hat. Auf der Außenseite wird der Gewindefortsatz 244 von einem Stellabschnitt 248 eines Stellrings 250 übergriffen, der über einen Radialsteg 251 mit dem eigentlichen Gewinderingabschnitt 253 mit den ersten und zweiten Gewinden 252 und 254 verbunden ist. Das erste Gewinde 252 ist dabei als Außengewinde und das zweite Gewinde 254 als gleichsinniges Innengewinde unter­ schiedlicher Steigung ausgebildet, das mit dem Außen- Stützgewinde 256 in Eingriff steht. Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 5 sind somit bei dieser Ausgestaltung die Gewinde 252 und 254 in radialer Richtung gestaffelt, wodurch die Kraftübersetzung mit kleinerem axialen Bauraum bewerkstelligt werden kann. Auf diese Weise kann der axial dahinterliegende Bereich des Aufnah­ mekörpers 228 optimal zur Versorgung und Betätigung eines Dehnspannfuttereinsatzes 212 genutzt und optimiert werden, der in diesem Fall auch die Planfläche 220 ausbildet.

In Fig. 10 ist im einzelnen dargestellt, wie der Druckraum 213 des Dehnspannfuttereinsatzes 212 mit Hydraulikfluid beaufschlagt wird, um die zentrierende Spannung des Werk­ zeugschaftes 8 vorzunehmen. Zu diesem Zweck sind zwei radiale Ölkanäle 294 in den Aufnahmekörper 228 einge­ bracht, die sich durch den Dehnspannfuttereinsatz 212 bis in den Druckraum 213 erstrecken. Nach außen sind die beiden Bohrungen 294 mittels einer Dichtschraube 295 abge­ dichtet. Von den Bohrungen 294 zweigen zwei Stichkanäle 296 ab, die jeweils in einen Druckraum 297 münden, der von einem Kolben 298 bzw. 299 begrenzt ist. Jeder dieser beiden Kolben 298 und 299 ist mittels einer Schraube antreibbar. Einer der beiden Kolben 298, 299 fungiert als Einstellkolben, wohingegen der andere der beiden Kolben als eigentlicher Spanndruckkolben arbeitet, über den bei Betätigung die zentrierende Spannung des Werkzeugschafts eingeleitet wird.

Es ist klar, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungs­ formen in mehrfacher Hinsicht abgewandelt werden können, ohne dadurch den Grundgedanken vorliegender Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise möglich, im Bereich einer jeden Freisparung 64 mit zwei Anschlagflächen zu arbeiten, die sich auf unterschiedlichen Seiten der Ein­ führungsstellung der Mitnehmerscheibe befinden. Mit dieser Ausgestaltung kann ein und derselbe Ringkörper für rechts- und linkslaufende Werkzeuge Anwendung finden, wobei ledig­ lich die Drehrichtung um den Zentriwinkel R dem Drehsinn des Werkzeugs angepaßt werden muß.

Es ist ferner möglich, die formschlüssige Mitnahme in Umfangsrichtung nicht über den Ringkörper, sondern über entsprechend gestaltete Ausnehmungen in der Planfläche des Aufnahmekörpers zu bewerkstelligen.

Schließlich ist es möglich, mit konischen Zentrierpas­ sungsflächen zwischen Schaft und Aufnahme zu arbeiten, wobei auch in diesem Fall die Dehnspanntechnik Anwendung finden kann.

Die Erfindung schafft somit eine Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge, insbesondere für rundlaufende Werkzeuge, mit einer in einer Aufnahme vorgesehenen Zentrierausneh­ mung für den Schaft und einer zwischen Aufnahme und Schaft geschalteten Mitnehmereinrichtung. Die Aufnahme weist auf der dem Werkzeug zugewandten Seite eine Planfläche auf, gegen die eine mit dem Werkzeug dreh- und verschiebefest verbundene Mitnehmerscheibe mit einer von der Kreisform abweichenden Außenkontur drückbar ist. Dabei wird ein sich an der Aufnahme abstützendes Spannteil mit einer Durch­ trittsöffnung für die Mitnehmerscheibe über zumindest einen Schulterabschnitt in Anlagekontakt mit der Mitneh­ merscheibe gebracht. Mit dieser Spannvorrichtung gelingt es insbesondere dann, wenn im Bereich der Zentrieraus­ nehmung mit einer Dehnspannhülse gearbeitet wird, Rund­ laufabweichungen des Werkzeugs extrem klein zu halten.

Claims (30)

1. Spannvorrichtung für Schaftwerkzeuge, insbesondere für rundlaufende Werkzeuge, mit einer in einer Aufnahme vorgesehenen Zentrierausnehmung für den Schaft und einer zwischen Aufnahme und Schaft geschalteten Mitneh­ mereinrichtung, wobei die Aufnahme (2, 28; 228) auf der dem Werkzeug (6) zugewandten Seite eine Planfläche (20; 220) aufweist, gegen die eine mit dem Werkzeug dreh- und verschiebefest verbundene Mitnehmerscheibe (30) drückbar ist, indem ein sich an der Aufnahme (2) ab­ stützendes Spannteil (24) mit einer Durchtrittsöffnung (62) für das Werkzeug über zumindest einen Schulterab­ schnitt (60) in Anlagekontakt mit der Mitnehmerscheibe (30) gebracht wird und wobei die Mitnehmerscheibe (30) eine von der Kreisform abweichende Außenkontur (68, 70) hat und das Spannteil (24) von einem Ringkörper (24) gebildet ist, der eine der Außenkontur der Mitnehmer­ scheibe (30) im wesentlichen entsprechende Durchtritts­ öffnung (62) hat, hinter der sich der zumindest eine Schulterabschnitt (60) befindet, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnehmerscheibe (30) über Außenflächenab­ schnitte (68) in Anschlag mit Seitenwänden (66) von entsprechenden, sich in Umfangsrichtung um einen vorbe­ stimmten Winkel (THETA) erstreckenden Ausnehmungen (64) eines mit der Aufnahme (2, 28; 228) drehfest verbun­ denen Spannteils (24) bringbar ist.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (64) im Spannteil (24) ausgebildet und in zumindest einer Umfangsrichtung von Anschlagflächen (66) für einen Außenflächenabschnitt (68) der Mitnehmerscheibe (30) begrenzt ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnt, daß die Anschlagfläche (66) von einer ebenen Fläche gebildet ist, die in flächigen Kontakt mit einer Ggenfläche (68) auf seiten der Mitnehmer­ scheibe bringbar ist.

4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) drei im gleichen Winkelabstand zueinander stehende Planverspannungsabschnitte aufweist.

5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mitnehmerscheibe im wesentlichen die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit gerundeten Ecken hat.

6. Spannvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mitnehmerscheibe (30) aus einer Kreis­ scheibe gebildet ist, von der in gleichmäßigem Umfangs­ abstand drei kongruente Kreissegmente (69) abgetragen sind.

7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (24) von einem Spannring (40; 240) auf der dem Werkzeug (6) zugewandten Seite übergriffen ist, der einen Gewinde­ fortsatz (44; 244) hat, über den er in axialer Richtung antreibbar ist.

8. Spannvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Spannteil (24) verdrehsicher in der Auf­ nahme (2) gehalten ist.

9. Spannvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240) verdrehsi­ cher mit der Aufnahme (2; 228) verbunden ist.

10. Spannvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur verdrehsicheren Befestigung zumindest ein in die Aufnahme (28; 228) geschraubter Mitnehmerstift (26) vorgesehen ist, der mit Spiel durch eine Ausnehmung (32) im Spannteil (24) bzw. im Spann­ ring (40; 240) verläuft.

11. Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Mitnehmerstifte (26) über den Umfang gleichmäßig verteilt sind, und daß eine Federeinrich­ tung (36) vorgesehen ist, mit der das Spannteil (24) von der Aufnahme (2) weg vorgespannt ist.

12. Spannvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federeinrichtung von Schraubenfedern (36) gebildet ist, die sich im Bereich der Mitnehmerstifte (26) einerseits an der Aufnahme (28; 228) und anderer­ seits am Spannkörper (24) abstützen.

13. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindefortsatz (44; 244) mit einem ersten Gewindeabschnitt (52; 252) eines Stellrings (50; 250) zusammenwirkt, der mit einem zwei­ ten, gleichsinnigen Gewindeabschnitt (54; 254) unter­ schiedlicher Steigung in Eingriff mit einem Stützge­ winde (56; 256) der Aufnahme (28; 228) steht.

14. Spannvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Gewindeabschnitte (52, 54) axial versetzt sind.

15. Spannvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gewindeabschnitte (252, 254) radial versetzt sind.

16. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240) eine kegelförmige Kontaktfläche (42) aufweist, über die er in Anlagekontakt mit einer balligen, vorzugsweise sphärischen Gegenfläche (38) auf seiten des Spannteils (24) bringbar ist.

17. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (40; 240) auf der dem Werkzeug (6) zugewandten Seite eine Kreisöff­ nung (82) hat, deren Durchmesser das Einsetzen der Mit­ nehmerscheibe (30) erlaubt.

18. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierausnehmung (10) von einem hydraulischen Dehnspannelement (12; 212) gebildet ist, das vorzugsweise in die Aufnahme (228) eingesetzt ist.

19. Spannvorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen in der Aufnahme (228) aufgenommenen Einstellkol­ ben (298) und einen Druckkolben (299), der vorzugsweise punktsymmetrisch zum Einstellkolben (298) angeordnet ist.

20. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisöffnung (82) mit einer am Werkzeug (4) befestigten Dichtscheibe (80; 180) zusammenwirkt.

21. Spannvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtscheibe (180) mehrere in gleichmäßi­ gem Winkelabstand zueinander stehende Radialgewindeboh­ rungen (184) zur Aufnahme von Auswuchtschrauben auf­ weist.

22. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierausnehmung (10) eine axiale Länge L_Z im Bereich zwischen 0,2×D und 10×D hat, wobei D den Schaftdruchmesser bezeichnet.

23. Schaftwerkzeug, insbesondere für eine Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, mit einem rota­ tionssymmetrischen Schaft zur Aufnahme in einer Zen­ trierausnehmung einer Aufnahme und mit einer zwischen Schaft (8) und Schneidteil (6) dreh- und verschiebefest angeordneten Mitnehmerscheibe (30), die auf ihrer dem Schneidteil abgewandten Seite eine Planfläche und eine von der Kreisform abweichenden Außenkontur (68, 70) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) im wesentlichen die Form eines regelmäßigen Vielecks hat, dessen Außenflächen als Plan-Anschlagflächen (68) für die Drehmomentübertragung ausgebildet sind.

24. Werkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) im wesentlichen die Form eines regelmäßigen Vielecks hat.

25. Werkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) von einer Kreisscheibe gebil­ det ist, von der im gleichmäßigen Winkelabstand kongru­ ente Kreissegmente (69) abgetragen sind.

26. Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Mitnehmerscheibe (30) und Schneidteil (6) eine Dichtscheibe (80; 180) angeordnet ist, die zumindest die radiale Erstreckung der Mitneh­ merscheibe (30) hat und verschiebefest mit dem Schaft (8) verbunden ist.

27. Werkzeug nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (180) eine Vielzahl von Radialgewinde­ bohrungen (184) aufweist, die über den Umfang gleich­ mäßig verteilt sind.

28. Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (30) und/oder die Dichtscheibe (80; 180) entweder einstückig mit dem Schaft (8) ausgebildet, oder mit letzterem verlötet, oder auf der letzteren aufgeschrumpft ist.

29. Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 28, gekenn­ zeichnet durch eine sich an die Mitnehmerscheibe (30) anschließende Schaftlänge (L) von mindestens 0,2×D, wobei D den Schaftdurchmesser bezeichnet.

30. Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschaft (8) zylindrisch mit Präzisionspassungsmaß ausgebildet ist.