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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen Halter, der für den lösbaren Zusammenbau von Schneidwerkzeugen
vorgesehen ist und ein Gehäuse
sowie eine darin angeordnete Klemmeinrichtung aufweist, welche ein
Einsteckelement einschließt,
das für
den Eingriff in einer aufnahmeartigen Öffnung in dem Werkzeug angeordnet
ist, wobei das Einsteckelement nach rückwärts und vorwärts bezüglich einer
Buchse bewegbar ist, die in dem Gehäuse zwischen einer inneren
Endposition, in welcher das Werkzeug bezüglich des Gehäuses geklemmt
ist, und einer äußeren Endposition
eingeschlossen ist, in welcher das Werkzeug von dem Gehäuse abnehmbar
ist, genauer mittels einer Kolbenvorrichtung, die in einem Hohlraum
innerhalb des Gehäuses
nach rückwärts und
vorwärts
bewegbar ist und eine äußere und
innere Kammer trennt, zu und von welcher Hydrauliköl geführt werden
kann, um das Einsteckelement gegen eine der Endpositionen hin zu
bewegen, und die Kolbenvorrichtung zusätzlich zu einem Kolben einen
Vorsprung aufweist mit einer äußeren nach
rückwärts konvergierenden
ersten Konusfläche
für das
Zusammenwirken mit einer Anzahl von tangential im Abstand angeordneten
Keilkörpern,
die innere, konkav gewölbte Flächen für die Widerlage
gegen die Konusfläche
auf dem Kolbenvorsprung sowie äußere, konvex
gewölbte
Flächen
für die
Widerlage gegen eine innere, nach rückwärts divergierende Konusfläche in der
Buchse hat, wobei die erste Konusfläche auf dem Kolbenvorsprung
einen mäßigen Konuswinkel
hat mit dem Zweck, eine Selbstblockierung der Kolbenvorrichtung
in ihrer vorderen Endposition zu bewirken.
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Stand der
Technik
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Werkzeughalter
der oben erwähnten
Art findet man allgemein in Automaten für spanbildende Bearbeitung,
wie zum Beispiel Drehen, Fräsen,
Bohren und dergleichen (siehe zum Beispiel US-A-5,257,884). Ein Vorteil dieser Art von
Halter besteht darin, daß ein
schneller und einfacher Werkzeugwechsel ermöglicht ist. Ein schwierig in
der Praxis zu meisterndes Problem bei herkömmlich bekannten Werkzeughaltern
bestand jedoch darin, ein ausgeprägtes Selbstklemmen der Keilkörper in
Verbindung mit der Kolbenvorrichtung zu garantieren, die in ihre
hintere Endposition gebracht wird mit dem Zweck, das Werkzeug in
dem Halter zu fixieren. Dieses Selbstklemmen der Keilkörper – welches
auf der Konusfläche
des Kolbenvorsprunges mit einem kleinen Konuswinkel basiert – ist erforderlich,
um den Öldruck
während
langer Zeiten, wenn das Werkzeug sich im Betrieb befindet, abzubauen.
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Durch
Untersuchungen, auf welchen die vorliegende Erfindung basiert, hat
man belegt, daß ein Grund
für die
Schwierigkeiten beim Erhalten einer ausgeprägten Selbstklemmung der Keilkörper darin besteht,
daß ein
dünner Ölfilm permanent
zwischen der Konusfläche
des Kolbenvorsprunges und der einzelnen inneren, konkav gewölbten Fläche des
Keilkörpers
als Folge der Tatsache vorhanden ist, daß der Kolbenvorsprung sowie
die Keilkörper
in einer Kammer enthalten sind, die dauernd mit Öl gefüllt ist. Dies bedeutet, daß die Reibung
zwischen den Oberflächen
so gering wird, daß die
selbstklemmende Wirkung nicht sofort eintritt. Dies ist etwas, was
erforderlich ist, um die Zugkraft aufrecht zu erhalten, welche der
Kolbenvorsprung auf die Keilkörper
und das Einsteckelement ausübt,
wenn das Werkzeug eingeklemmt bzw. eingespannt wird.
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Aufgaben und
Merkmale der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der oben erwähnten Probleme
bei zuvor bekannten Werkzeughaltern und die Schaffung eines Werkzeughalters,
der in zuverlässiger
Weise eine ausgeprägte
Selbstklemmung der Keilkörper
in Verbindung mit dem Einklemmen eines Werkzeugs bewirkt; das alles
mit dem Zweck zu garantieren, daß die Zugkraft, die von der
Kolbenvorrichtung in Verbindung mit dem Festklemmen ausgeübt wird,
ohne Unterbrechung aufrecht erhalten wird.
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Erfindungsgemäß wird die
oben erwähnte Aufgabe
durch Merkmale gelöst,
welche in dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bestimmt sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist ferner in dem abhängigen Anspruch bestimmt.
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Kurze Beschreibung
der anliegenden Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist:
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1 ein
perspektivischer Längsschnitt durch
einen Halter gemäß der Erfindung,
wobei ein in dem Halter angebrachtes Schneidwerkzeug teilweise in
Draufsicht und teilweise im Querschnitt gezeigt ist,
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2 eine
perspektivische auseinandergezogene Ansicht unter Darstellung einer
Kolbenvorrichtung, die in dem Werkzeughalter eingeschlossen ist,
sowie eines einzelnen Keilkörpers
für das
Zusammenwirken mit der Kolbenvorrichtung,
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3 ein
Längsschnitt
durch den Werkzeughalter nach 1, wobei die
obere Hälfte
des Schnittes einen ersten Funktionszustand veranschaulicht, in
welchem das Werkzeug von dem Halter abnehmbar ist, während die
untere Hälfte
einen zweiten Funktionszustand veranschaulicht, in welchem das Werkzeug
in dem Halter festgeklemmt ist, und
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4 eine
Seitenvorrichtung der Kolbenvorrichtung.
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Ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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In 1 bezeichnet
die Bezugszahl 1 allgemein einen Werkzeughalter, in dem
ein mit 2 bezeichnetes Werkzeug abnehmbar angebracht sein
kann. Der Halter hat die Form eines zylindrischen Ge häuses 1,
welches aus einem hinteren Teil gebildet ist, der aus einem Zylinder 3 und
einer Endwand 4 besteht, sowie einem Vorderteil, einschließlich einem Flansch 5 und
einer Hülse 6,
die sich von diesem nach hinten erstreckt, der über eine Gewindeverbindung 7 mit
dem Zylinder 3 verbunden ist. In dem Flansch 5,
der mittels Schrauben 8 (siehe 3) in der
zugehörigen
Maschine befestigt sein kann, ist ein Mittelloch 9 ausgenommen,
welches als Halter für das
Werkzeug 2 dient.
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Zusätzlich zu
einem Kopf 10 weist das Werkzeug 2 ein Teil 11 in
der Form eines kurzen Rohrstückes
auf, welches sich von dem Kopf nach hinten erstreckt und einen aufnahmeähnlichen,
sich nach rückwärts öffnenden
Anschluß 12 bestimmt.
In der Praxis können
die äußere Hülloberfläche der
Hülse 11 sowie
die innere Oberfläche
des Loches 9 eine querschnittsweise polygonale und axial
sich verjüngende
Form haben. Solche Werkzeuge sind im Handel unter der Marke COROMANT
CAPT® erhältlich. Wie
man in 1 sieht, ist das Werkzeug 2 mit mindestens
einem Schneideinsatz 13 ausgestattet.
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Zwei
axial rückwärts und
vorwärts
bewegbare Bestandteile sind innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet,
nämlich
eine Kolbenvorrichtung 14 und ein mit 15 bezeichnetes
Aufnahmeelement. Wie man in den 2 und 4 sieht,
weist die Kolbenvorrichtung 14 einen Kolben 16 selbst
auf sowie einen Vorsprung 17, der von seiner einen Seite
nach vorn hervorragt. Der Kolben 16 teilt einen innerhalb
des Gehäuses 1 angeordneten
Hohlraum in einerseits eine vordere oder äußere Kammer 19 und
andererseits eine hintere oder innere Kammer 20. Öl kann in
diese bzw. aus dieser Kammer über
einen ersten bzw. zweiten Kanal 21 bzw. 22 geleitet
werden.
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Das
Einsteckelement 15, das eine drehsymmetrische Form hat,
wirkt mit einer Anzahl von tangential im Abstand angeordneten Fingern 23 zusammen,
die in einem Ring angebracht sind und mittels verdickter, äußerer Abschnitte
mit einer Nut 25 auf der Innenseite des Teils 11 in
Eingriff kommen können.
Im Bereich eines Zwischenabschnittes ist das Einsteckelement 15 gegen
eine Buchse 26 abgedichtet, die in dem Gehäuse 1 angeordnet
ist, und zwar über
einen Dichtring 27. Hydraulisch wird die äußere Kammer 19 auf
der einen Seite durch den Dichtring 27 und auf der anderen
Seite einen analogen Dichtring 28 auf dem Umfang des Kolbens 16 begrenzt.
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An
ihrem rückwärtigen Ende
hat die Buchse 26 eine innere, konusförmige Fläche 29, die sich nach
hinten erweitert und gegen welche teilweise konusförmige äußere Oberflächen 30 auf
einer Anzahl tangential im Abstand angeordneter Keilkörper 31 in Widerlage
sind. Hintere, ebene Endflächen
auf diesen Keilkörpern 31 befinden
sich in Widerlage gegen einen Ring 32, der in dem Einsteckelement 15 eingeschlossen
ist. Die Anzahl von Keilkörpern
kann sich in vorteilhafter Weise auf vier belaufen. Der Ring 32 ist über axiale,
nicht sichtbare Materialabschnitte mit dem Einsteckelement 15 verbunden.
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Wie
man in den 2 und 4 sehen kann,
hat der Kolbenvorsprung 17 erste und zweite Konusflächen 33, 34,
deren letzterwähnte
einen merklich größeren oder
steileren Konuswinkel hat als deren ersterwähnte. In dem dargestellten
Beispiel beläuft
sich der Konuswinkel der Oberfläche 33 auf etwa
4° (was
bedeutet, daß der
Doppelkonuswinkel 8° beträgt), während der
Konuswinkel der Oberfläche 34 sich
auf 45° beläuft. In
der Praxis können
diese Winkel variieren, aber der Konuswinkel der Oberfläche 33 sollte
in allen Fällen
etwa 6° nicht überschreiten,
um die angestrebte Selbstklemmwirkung zu erhalten. Zwischen der
Konusfläche 34 und
dem Kolben 16 gibt es einen eingeschnürten Mittelabschnitt 35.
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In 2 kann
man sehen, wie der einzelne Keilkörper 31 eine innere,
konkav gewölbte
Oberfläche 36 hat,
die für
die Widerlage gegen die erste Konusfläche 33 vorgesehen
ist. An ihrem vorderen Ende geht diese Fläche 36 in eine zweite, ähnlich konkav
gewölbte
Oberfläche 37 über, die
für das
Zusammenwirken mit der Konusfläche 34 vorgesehen ist.
In anderen Beziehungen wird der Keilkörper durch ebene vordere und
hintere Flächen
sowie ein Paar von gegenüberliegenden
ebenen Seitenflächen begrenzt.
Der Winkel zwischen imaginären
Erzeugenden, die längs
der Flächen 36 und 30 gezogen sind,
entspricht im wesentlichem dem Winkel zwischen den imaginären Erzeugenden,
die längs
der Konusfläche 33 und
der inneren Konusfläche 29 am hinteren
Ende der Buchse 26 gezogen sind.
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Das
Einsteckelement 15, die Finger 23, die Keilkörper 31 sowie
die Kolbenvorrichtung 14 bilden zusammen Hauptbestandteile
in einem Klemmmechanismus, mit dessen Hilfe das Werkzeug 2 entweder
festgeklemmt oder von dem Gehäuse 1 gelöst werden
kann. Genauer erfolgt das Klemmen in dem in der unteren Hälfte der 3 gezeigten
Zustand. In diesem Zustand wurde die Kolbenvorrichtung 14 über die
Zufuhr von Hydrauliköl
zu der äußeren Kammer 19 zu
einer inneren Endposition verlagert, in welcher die Konusflächen 33, 34 die
Keilkörper 31 mit sich
gezogen haben und diese in eine radiale äußere Endposition gedrückt haben.
Anfänglich
erfolgt die radiale Bewegung der Keilkörper 31 recht schnell, denn
die zweite Konusfläche 34,
die gegen die Fläche 37 auf
jedem Keilkörper
in Widerlage liegt, ist verhältnismäßig steil
(zum Beispiel 45°).
Wenn die Oberfläche 37 auf
dem Keilkörper
(siehe 2) an der Konusfläche 34 vorbeigelangt
ist und die Oberfläche 36 gegen
die erste Konusfläche 33 in
Widerlage kommt, wird die radiale Bewegung jedoch im Verhältnis zu
der radialen Bewegung der Kolbenvorrichtung mäßig. Der Ring 32 und
dadurch das Einsteckelement 15 werden in ihrer Gesamtheit
zur gleichen Zeit gestoßen,
wie sich die Keilkörper 31 axial
nach hinten bewegen. Wenn das Einsteckelement 15 sich seiner
hinteren Endposition nähert,
kommen die verdickten, freien Endabschnitte der Finger 23 mit
der Nut 25 auf der Innenseite des Teils 11 in
Eingriff und werden mittels eines verdickten, teilweise konusförmigen Endabschnittes 18 auf
dem Einsteckelement in die Nut an den Platz gedrückt. Auf diese Weise sperren
bzw. blockieren die Finger 23 das Werkzeug bezüglich des
Halters.
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Wenn
das Werkzeug abgenommen und aus diesem herausgedrückt ist,
wird Öl über den
Kanal 22 zur gleichen Zeit in die Kammer 20 zugeführt, wie Öl über den
Kanal 21 aus der Kammer 19 wieder zum Tank zurückgeführt wird.
Hierbei wird das Einsteckelement 15 zu einer vorderen Endposition
gebracht, die in der oberen Hälfte
der 3 gezeigt ist, genauer durch die Tatsache, daß die vordere,
ebene Endoberfläche 38 des
Kolbenvorsprungs 17 gegen eine analoge, hintere Endoberfläche 39 auf
dem Einsteckelement gedrückt
wird. Diese Endfläche 39 bildet
den Boden in einer zylindrischen Ausnehmung im hinteren Ende des
Einsteckelements. Hierbei bringt der Ring 32 die Keilkörper 31 in
axialer Richtung nach vorn, den Konusflächen 29, 30 unter
Garantie einer Verlagerung der Körper
auch in der radialen Richtung, genauer in der Richtung zur Mitte
hin. Wenn das Einsteckelement in seine vordere Endposition gebracht
wurde, springen die Finger 23 radial einwärts zur
Mitte hin, wobei die freien Enden der Finger vom Eingriff mit der
Nut 25 entfernt werden. Dies bedeutet, daß das Sperren
bzw. Blockieren des Werkzeugs bezüglich des Halters endet und
daß das Werkzeug
aus dem Halter um einen Abstand herausgedrückt wird, und dann kann dasselbe
von Hand aus dem Halter entfernt werden.
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So
weit der bislang beschriebene Werkzeughalter hier veranschaulicht
ist, ist derselbe in allen wesentlichen Teilen von früher her
bekannt. Bei früher
bekannten Werkzeughaltern war die Konusfläche 33 auf der Kolbenvorrichtung 14 jedoch
ganz glatt. Wie anfänglich
ausgeführt
wurde, hatte dies die Bedeutung, daß die gewünschte, selbstbremsende Blockierung
der Keilkörper
nicht erreicht wurde. Genauer ging die Zugkraft der Kobenvorrichtung
verloren, sobald der Öldruck
in der Kammer 19 abgeschnitten bzw. unterbrochen war.
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Kennzeichnend
für die
vorliegende Erfindung ist es, daß eine oder mehrere Quernuten 40 in der
Konusfläche 33 mit
dem Zweck gebildet wurden, vorhandenes Öl aus der Grenzfläche zwischen
den Flächen 33, 36 auszuleeren.
Es ist vorteilhaft, wenn zahlreiche Nuten im Abstand voneinander
angeordnet sind, wobei die einzelne Nut ringförmig ist und sich in einer
Ebene senkrecht zu der geometrischen Mittelachse des Kolbenvorsprungs 17 erstreckt.
In 4 ist eine Ausführungsform beispielsweise dargestellt,
gemäß welcher
die Anzahl der Nuten 40 sich auf sieben beläuft. Diese
Nuten bedecken den größeren Teil
der Länge
der Konusfläche.
Es sei jedoch bemerkt, daß die
hintere Nut in einem gewissen Abstand von der Übergangslinie oder der Übergangsfläche 41 zwischen
den zwei Konusflächen 33 und 34 angeordnet
ist. Auf diese Weise ist garantiert, daß der einzelne Keilkörper von
der Konusfläche 34 ohne störende Beeinflussung
der Nuten zu der Konusfläche 33 aufsteigen
kann. Somit kann die Oberfläche 36 auf
der Konusfläche 33 hinaufsteigen
und sich im wesentlichen axial längs
dem mit 42 bezeichneten Oberflächenabschnitt bewegen, bevor
die hintere Nut erreicht ist. In diesem Zusammenhang sei festgestellt,
daß der Übergang 41 zwischen
den Konusflächen 33, 34 in
der Praxis aus einem gerundeten Oberflächenabschnitt besteht, statt
einer abrupten Unterbrechungslinie.
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Wenn
der einzelne Keilkörper
in Verbindung mit der Verlagerung der Kolbenvorrichtung 14 in
die Rückwärtsrichtung
auf der Konusfläche 33 hinaufsteigt
und sich bezüglich
dieser nach hinten bewegt, wird das Öl in der Grenzfläche zwischen
den Oberflächen 33 und 36 in
die Nuten gedrückt
und seitlich zu den freien Räumen
ausgeleert bzw. abgesaugt, die man zwischen jedem Paar von tangential
im Abstand angeordneten Keilkörpern
findet. Dies bedeutet, daß metallische,
im Grunde ölfreie
Oberflächen
während des
Erreichens einer radikal erhöhten
Reibung zwischen den Oberflächen
miteinander in Kontakt kommen. Wenn deshalb der Öldruck in der Kammer 19 auf
null reduziert wird, wird eine ausgeprägte Keilverbindung der Keilkörper und
dadurch ihre Selbstblockierung aufrechterhalten. Auf diese Weise
gibt es kein Risiko, daß die
Zugkraft der Kolbenvorrichtung und dadurch das Festklemmen des Werkzeuges
in dem Halter verloren ginge.
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Es
sei bemerkt, daß die
Nuten 40 aus Gründen
der Größe bzw.
des Umfangs in den 1 und 3 nicht gezeigt
wurden.
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In
der Praxis kann die einzelne Nut 40 eine Tiefe von 0,2
bis 0,5 mm und eine maximale Breite im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm
haben. Diese Werte sind jedoch keineswegs kritisch und können sowohl
nach oben wie auch nach unten verändert werden.