DE7532469U

DE7532469U - Schnellwechselvorrichtung fuer werkzeuge

Info

Publication number: DE7532469U
Application number: DE19757532469
Authority: DE
Original assignee: Schmid Kosta KG
Current assignee: Schmid Kosta KG
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-10-11
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IT1037803B; DE2560287C2; DE2545713A1; DE2545713C2

Description

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7OOO Stuttgart 1

Schnellwechselvprrichtung für Werkzeuge

Die Erfindung betrifft eine SohneUwechselvorrichtung für eine mit einer konischen Aufnahmebohrung versehene hohle Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, zum raschen Lösen und Spannen von einen konischen Schaft aufweisenden Werkzeugen oder Werkzeughaltern, der an dem dem Werkzeug abgewandten Schaftende eine Ringnut aufweist, in die radial bewegbare und verriegelbare Vorsprünge eingreifen, die an einem in der Spindellängs verschiebbaren Zugelement angebracht sind und die
durch, eine Relativbewegung längs zu einem Riegelglied
radial verriegelbar bzw. lösbar sind, wodurch eine Werkzeugwechselkupplung gebildet ist, die unter der Wirkung
von an dem Zugelement angreifenden Spannfedern den konischen Schaft in den Spindelkonus zieht, dabei verriegelt wird und durch Zusammenpressen der Spannfedern mittels
eines Kraftgliedes lösbar ist.

• ft · Ψ * *

Eine derartige Anordnung ist bekannt (GB-PS 12 46 967)· Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die radial bewegbaren und verriegelbaren Vorsprünge als Spannzangen ausgebildet, die mit dem Riegelglied, das als längsverschiebbare Hülse ausgebildet ist, über einen Stift und ein' in der Hülse vorgesehenes Langloch in der Spannlage verbunden sind. In dieser Spannlage übergreift das hülsenförmige Riegelglied die Spannzange und hält sie in der gespannten Lage; in der entriegelten Stellung stehen den Spannzangen V Aussparungen in der Riegelglied-Hülse gegenüber. Die Hülse ist an einer als längsverschiebbarem Zugelement vorgesehenen Zugstange befestigt, die durch Spannfedern die Verriegelung ebenso wie das Hereinziehen des konischen Schaftes in den Spindelkonus bewirkt. Durch Zusammenpressen der Spannfeder mittels eines Kraftgliedes ist die Verriegelung und danach das Werkzeug lösbar.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (Werkstatt und Betrieb 108, 1975, Seiten 339) ist in der Spindel eine Zugstange vorgesehen, an deren einem Ende das Spannelement in Form einer Spannzange mit radial nach innen vorstehenden VorSprüngen angebracht, die durch eine in der Spindel untergebrachte Außenhülse mit verschiedenen Innendurchmessern spannbar sind« Die Spannzange wird axial verschoben und es ist das Werkzeug, dessen im Spindelinneren befindliches Ende mit einem hinterschnittenen Kopf versehen ist, durch Einziehen der Spannzange in den engeren Bereich der Hülse festklemmbar. Die Spannbewegung wird durch ein Paket von Tellerfedern erzeugt, die die Zugstange umgebend angeordnet sind. Die Tellerfedern stützen sich einerseits

an einer Schulter der Längsbohrung der Spindel und andererseits an dem der Spannzange abgewandten Ende des Zugstabes ab. Zum Lösen der Spannzange wird durch ein Kraftglied die Zugstange entgegen der Kraft der Spannfedern verschoben. Zum Festhalten des Werkzeuges wird das Kraftglied entlastet oder abgeschaltet, worauf die Spannfedern das Festziehen des Y/erkzeuges und der Spannzange bewirken.

Von Nachteil ist bei diesen bekannten Anordnungen, daß zur Erzielung von ausreichenden Spannkräften ein sehr großes und damit aufwendiges und Platz beanspruchendes Tellerfedernpaket erforderlich ist. Das Kraftglied muß eine gegenüber der betrieblich ausgeübten Spannkraft wesentlich größere Kraft aufbringen können, da beim Entriegeln und Entspannen des Werkzeuges die Spannfedern zusätzlich zusammengepreßt werden. Der volle Verriegelungs- und Spannweg muß von dem Federpaket aufgenommen werden» Beträgt beispielsweise die erforderliche Spannkraft 8000 N, um das Werkzeug sicher zu halten, so beträgt die von dem Kraftglied zum Lösen des Werkzeuges aufzubringende Kraft beispielsweise 12000 bis 16000 Ή. Die hierfür erforderlichen großen Federpakete können zwar bei großen Maschinen untergebracht werden, doch läßt sich insbesondere bei Vorrichtungen zum nachträglichen Anbau an vorhandene Werkzeugmaschinen, wobei von der vorhandenen Spindel auszugehen ist, ein derart langes Tellerfederpaket kaum unterbringen, abgesehen von den durch die Tellerfedern bedingten zusätzlichen Kosten,

Aus den obigen Gründen ist auch bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 2? 60 337), Zugelement und Riegelglied mittels getrennter Spannfedern zu spannen und mittels getrennter Kraftglieder zum Lösen zu betätigen«, Dadurch läßt sich

zwar der Weg des Federpaketes zwischen Betriebslage und Werkzeugwechsellage auf den Spannweg reduzieren, doch ist eine zusätzliche Feder und ein zusätzliches Kraftglied zum Betätigen des Riegelgliedes erforderlich.

Es ist auch eine Schnellwechselvorrichtung bekannt (OH-PS 43? 965), die wahlweise mit Spannzangen oder Sperrkugeln arbeitet, und die in der gleichen Weise wie die eingangs erwähnten Vorrichtungen ein Federpaket erfordert, das den vollen Spannweg zuzüglich dem vollen Verriegelungsweg aufzunehmen vermag und das in der (entspannten) Betriebslage dennoch eine ausreichende, auf den konischen Schaft wirkende Spannkraft ausübt«

Schließlich ist es auch bekannt (DE-PS 16 02 980), die Zugstange über ein kleines Tellerfedernpaket mit einem Kraftglied zu koppeln, wobei das Tellerfederpaket lediglich als elastisches Zwischenglied im Kraftfluß zwischen Kraftglied und Zugstange dient. Die Spannkraft und nahezu der vollständige Spannweg werden allein durch das Kraftglied aufgebracht. Da als Kraftglied im allgemeinen ein Pneumatik- oder Hydraulik-Arbeitszylinder verwendet wird, besteht bei Ausfall des Druckmittels die Gefahr, daß sich das Werkzeug löst. Es müssen dann besondere Vorkehrungen gegen plötzlichen Druckmittelabfall getroffen werden. Da das Kraftglied mit der Spindel rotiert ergeben sich zusätzliche Probleme für die Zuführung des Druckmittels<■ Zur Lösung des Problemes der Druckmittelzufuhr bei einem mit der Spindel mitrotierenden Kraftglied ist es bekannt (DE-OS 23 4-5 ©69) , ein Überleitungsgehäuse vorzusehen, in dem ein Verteilerschieber mit entsprechenden Nuten und

Längsbohrungen rotiert, der zusammen mit der Spindel umläuft. Eine solche Anordnung ist jedoch sehr aufwendig und baut relativ groß; außerdem sind ebenfalls Mittel zur Verhinderung unerwünschter Auswirkungen bed plötzlichem Abfall des Druckmitteldruckes vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere sol}, die Größe des Kraftgliedes vermindert werden. Außerdem wird noch angestrebt, den Raumbedarf der Spannfedern und die für die Spannfedern aufzuwendenden Kosten zu vermindern, ohne daß dadurch der Spannweg oder die an dem Werkzeug angreifende Spannkraft beeinträchtigt wird.

Gelöst wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß in dem Kraftfluß zwischen Spannfedern und Werkzeugwechselkupplung eine weitere, lösbare Kupplung angeordnet ist.

./■

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegt darin, daß der Raumbedarf für die Spannfedern erheblich vermindert werden kann, weil
die Spannfedern zum Werkzeugwechsel, also zum
Lösen des Spannelementes, nach dem Lösen der Kupplung nicht mehr durch das Kraftglied zusammenge- | pr8ßt werden müssen, sie also mit ihrer vollen :

Kraft und nicht nur mit einem Bruchteil ihrer Kraft
für die Werkzeugspannung zur Verfügung stehen,, Die
Spannfedern brauchen nicht den vollen Spannweg auf- , nehmen, sondern nur den für das Lösen der Kupplung ^ erforderlichen Weg. Dadurch ist es möglich geworden, | eine derartige Vorrichtung bei relativ kleiner Bau- ! weise als zusätzliches Ausrüstungsteil für vorhandene
Werkzeugmaschinen auszubilden. Ein weiterer Vorteil * liegt darin, daß bei einer Spannkraft von beispiels- ? weise 8000 N, das Kraftglied nicht 12000 bis 16000 N | zum Lösen des Werkzeuges aufbringen muß, sondern bei- | spielsweise nur noch etwa 8500 bis 9000 N, weil an- I schließend die Kupplung gelöst ist und die Federn f nicht zusätzlich den Spannweg des Werkzeuges auf- I nehmen müssen. Es kann daher auch das Kraftglied |

leichter und insbesondere kleiner ausgebildet werden.
Bei vorgegebenem Druckmitteldruck für das Kraftglied
kann die wirksame Kolbenfläche nahezu halbiert werden.
Auch alle anderen Kraftübertragungselemente können
entsprechend kleiner und leichter dimensioniert
werden. Bei der Verwendung feststehender Kraftglieder
können die in den Übertragungsweg einzuschaltenden \ Axiallager für entsprechend kleinere Kräfte dimen- | sioniert werden,, {

β« β » ΙΌ »Ο β

Als lösbare Kupplung können praktisch alle bekannten Kupplungskonstruktionen, eventuell entsprechend angepaßt, verwendet werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als lösbare Kupplung eine Gruppe von radial bewegbaren Kugeln vorgesehen. Eine derartige Kupplung ist mit wenig Aufwand zu realisieren und arbeitet sehr zuverlässig, da die Übertragung der Kraft der Spannfedern auf die Zugstange über eine Vielzahl von Kupplungselementen in Form der erwähnten Kugeln erfolgt.

Die Kraftübertragung von den Spannfedern auf die Zugstange über die Kugeln ermöglicht außerdem bei einer Schnellwechselvorrichtung der eingangs genannten Art noch eine zusätzliche Möglichkeit der Verminderung der von dem Kraftglied zu erzeugenden Kraft beim Werkzeugwechsel. Besonders günstig wird eine Lösung der Erfindungsaufgabe, den Raumbedarf der Spannfedern und die Größe des Kraftgliedes zu vermindern, unabhängig von dem Vorhandensein der zusätzlichen Kupplung bei Verwendung von Kugeln in dem Kraftfluß zwischen Spannfedern und Kraftglied dadurch, daß die Kugeln zur Erzielung einer KraftüberSetzung zwischen eineas sich gegen die Spannfedern abstützenden Sing und dem als Zugstange ausgebildeten Zugelement zwischen konischen Flächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln von Ring- bzw. Zugstange angeordnet sind. Es kann jedoch auch, wie bevorzugt vorgesehen, der Ring Keil der weiteren Kupplung sein, wobei die Kugeln in der eingekuppelten Stellung von dem Ring mit seinem Innenkonus durch die Spannfedern radial nach innen in eine Nut der Zugstange gedrückt sind. Bei einer solchen Kraftübersetzung ist der Kegelwinkel der konischen

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Planke der Zugstange größer als der Kegelwinkel des Innenkonus des Ringes. Das hat den Vorteil, daß die auf die Zugstange wirkende Kraft etwa im Verhältnis der Kegelwinkel größer ist als die von den Spannfedern ausgeübte Kraft. Dadurch ist es möglich, die Spannfedern um den entsprechenden Paktor schwächer und damit kleiner auszubilden. Es wird dadurch der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter vermindert und es ist außerdem noch möglich, weil das Kraftglied in entgegengesetzter Eichtung auf die Spannfedern wirkt, auch das Kraftglied kleiner und leichter auszubilden, da es lediglich eine Kraft aufbringen muß, die etwaj

größer ist ala die um den durch das Verhältnis der Kegelwinkel gegebenen Faktor verkleinerte Kraft der Spannfedern» Beispielsweise beträgt bei bevorzugten Ausführungsformeη der Erfindung der Kegelwinkel der Nutflanke etwa 80° bis 100 und der Kegelwinkel des Innenkonus des Ringes etwa 20° bis 40°ο Es ist also eine Kraftubersetziung im Bereich von etwa 1:2 bis 1:5» vorzugsweise von etwa 1:3 erzielbar.

Bei bevorzugten Ausführungsformen kommt das Kraftglied bei seiner Betätigung nach dem Lösen der Kupplung an einem Anschlag zur Anlage. Dadurch lassen sich definierte Arbeitsverhältnisse bei Kraftgliedern erzielen, die keine fest vorgegebene Wegbegrenzung aufweisen. Beispielsweise kommt das Kraftglied nach dem Lösen der Kupplung an der Spindel bzw» einem an der Spindel sich in axialer Richtung abstützenden Teil zur Anlage.

Das Lösen des Werkzeuges durch Herausfahren aus dem Spindelkonus unter Mitnahme des Spannelementes und der Zugstange bis in die Lösestellung, in der sich das Spannelement aus der Hut des Werkzeuges oder Werkzeughalters löst, kann manuell oder maschinell vorgenommen werden. Es kann dabei, wie bevorzugt vorgesehen ist, die Lage des Anschlages so gewählt sein, daß das Kraftglied vor der Anlage an dem Anschlag bei bereits gelöster Kupplung an äer Stirnseite der Zugstange zur Anlage kommt und diese bis zur Anlage

an dem Anschlag so weit verschiebt, daß sich der konische Schaft des ?i/erkzeuges von dem Konus der Spindel gelöst hat„ Es genügt dazu, wenn die Zugstange so lang ausgebildet ist, daß sie über den Anschlag für das Kraftglied in axialer Richtung etwas hinausragt, das Betätigungsglied für das Schalten der Kupplung jedoch noch über die Stirnseite der Zugstange in Richtung auf das Kraftglied vorsteht. Dadurch läßt sich mit einem eine ebene

( Stirnfläche aufweisenden Betätigungsorgan des Kraft

gliedes die gewünschte, zuvor beschriebene Zuordnung der einzelnen Vorgänge in einfachster Weise erzielen. Selbstverständlich können auch der Anschlag, die Stirnseite der Zugstange und das Betätigungsorgan für die Kupplung in einer Ebene liegen, wenn das bewegbare Teil des Kraftgliedes, das an diesen Teilen zur Anlage kommt, entsprechend abgestufte Anlageflächen aufweist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Schaltglied vorgesehen, das nach dem Einrücken der Kugelkupplung kurz vor Erreichen ν-¹ der Spannendlage betätigbar ist, Insbesondere ist

das Schaltglied so angeordnet, daß es durch die Zugstange oder das Betätigungsorgan der Kugelkupplung schaltbar ist, wenn diese in ihre Endlage einlaufen. Dieses Schaltglied kann zum Anzeigen der Betriebsbereitschaft verwendet werden. Es kann auch dazu verwendet werden, um eine Sperre gegen das

vorzeitige Inbetriebsetzen der Maschine "bzw. der Spindel zu steuern. 12s. läßt sich dadurch die Sicherheit bei der Benutzung einer mit der erfindungagemäßen Vorrichtung ausgestatteten Werkzeugmaschine erhöhen,. Gleichzeitig kann dieses Schaltglied als Kontrolle dafür verwendet werden, ob das Werkzeug richtig gespannt ist,, ob es also seine Spannendlage eingenommen hat.

V- I

( J Bei bekannten Schnellwechselvorrichtungen ist die 1

- i

Zugstange im allgemeinen als massive Stange ausge- |

bildet und es sind an dem Ende der Stange Spannlclauen oder eine Spannzange vorgesehen, die radial nach innen gerichtete Vorsprünge aufweisen, die in eine Außenringnut eingreifen, die an dem Werkzeugschaft oder einem mit dem Werkzeugschaft starr ver- §' bundenen Teil vorgesehen isto Bei einer bevorzugten f Ausführungsform der Erfindung dagegen ist die Zug- | stange als Hülse ausgebildet und es stehen die Vor- | sprünge des an dem Ende der Hülse vorgesehenen Spann- f elementes radial nach außen vor; dabei drückt ein I gegenüber der Spindel feststehender Spreizstab, der 1 *-- sich durch die Zugstangenhülse erstreckt, die Vor

sprünge bei der Bewegung des Spannelementes in die gespannte Lage nach außen. Entsprechend ist der Werkzeugschaft oder ein daran befestigtes Halteteil mit einer Ausdrehung (Innenringnut) versehen, in die die Vorsprünge des Spannelementes in der gespannten Position eingreifen- Das Spannelement ist wie eine Spannfcange als längsgeschlitzte Hülse hergestellt, wobei

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h die Längsachlitze einzelne, ,federnde Klauen aus der Hülse herausgeschnitten sind, die an ihren Außenflächen konische und zylindrische Gleit- und Spannflächen aufweisen«

Bevorzugt ist der üpreizstab mittels eines Querstiftes, der Längsnuten der Zugstangenhülse durchdringt, gegenüber der Spindel axial festgehalten, Datei könnte der Querstift unmittelbar in eine Quer-(J "bohrung der Spindel eingesetzt sein. Bevorzugt ist

jedoch der Querstift in einer an der Spindel kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse fixiert. Dabei erstreckt sich bevorzugt ein Ende dieser Hülse in eine Bohrung der Spindel, wodurch gleichzeitig der Querstift durch die die Bohrung begrenzende Wand gegen Verschieben gesichert ist.

Bei bevorzugten Auaführungaformeη der Erfindung aind die Kugeln der Kupplung in radialen Bohrungen einer an der Spindel kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse geführt. Die Kugeln sind also in axialer Hich-_/ tung gegenüber der Spindel feststehend angeordnet

und können sich lediglich radial bewegen, abgesehen von einem vorgesehenen Bewegungsspiel der Kugeln in den Bohrungen, weil die Bohrungen einen deutlich größeren Durchmesser aufweisen als die Kugeln. Ferner sind bevorzugt die Spannfedern eine Hülse umgebend angeordnet und stützen sich einerseits an dem Ring,

der aowohl Teil der Kugelkupplung als auch Betätigungsorgan der Kugelkupplung ist, und andererseits an einem Bund der Hülse ab„

■j: Bei einer besonders einfach aufgebauten Ausführungs-

form der Erfindung ist die von den Spannfedern um-

i gebene Hülse, die die Kugeln in radialen Bohrungen

führende Hülse und die Hülse, an der der Querstift

'f fixiert ist, dieselbe, einstückig hergestellte Hülse»

I Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorlie-

I genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden

§. { Λ Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter

I Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den An-

I sprücheno Es zeigen im Längsschnitt:

f Fig„ 1 eine erfindungsgemäße Schnellwechselvorrichtung

I zum Befestigen an dem Spindelstock einer V/erk-

I zeugmaschine in gelöster und gespannter Stellung,

2 eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung für Werkzeugmaschinen mit beweglicher Pinole, bei der die Vorrichtung unmittelbar in die Spindel eingeschraubt wird , und

Fig. 3 in stark vergrößerter Darstellung ein Detail der Kugelkupplung.

Eine Spindel 1 ist drehbar in einem nicht dargestellten Spindelkopf einer Werkzeugmaschine gelagert. Die Spindel 1 weist einen von einer Stirnseite ausgehenden Aufnahmekonus 2 für einen konischen Schaft 6 eines Werkzeughalters 5 auf. Der Aufnahmekonus 2 geht an seinem inneren,

engen Ende in eine Bohrung 5 über, die anschließend
in eine Längsbohrung M- mit vermindertem Durchmesser

übergeht» In den konischen Schaft 6 des Werkzeug- |.

halters 5 ist, an der dem Werkzeug gegenüberliegenden f

Stirnseite eine zentrale Backbohrung 7 eingearbeitet, j

die mit einem Einschraubgewinde versehen ist, in das \ eine Spannhülse 8 eingedreht ist. In die Spannhülse 8
ist eine innere Ausdrehung 9 eingearbeitet, die eine
Ringnut bildet. Von der freien Stirnseite her führt

V eine Kegelfläche 10 zu dem durch die Ringnut 9 be- |

grenzten Kaum. |

Auf den Spindelkopf, in dem die Spindel 1 gelagert

ist, ist ein zylinderförmiges Gehäuse 11, das an A

seinen beiden Stirnseiten mit je einem Flansch 12

bzw. 13 versehen ist, mit dem Flansch 12 flach an- ■

liegend, befestigte Die Zylinderachse des Gehäuses 11 ,_t

fluchtet dabei mit der Achse der Bohrungen 2, 3 und M-. |

An dem Flansch 13 ist mittels Schrauben 14 ein Zylinder |

15 befestigt, in dem ein mittels einer Dichtung 16 §

abgedichteter Kolben 17 in Achsrichtung geführt ist. |

Y j Auf der der Spindel 1 abgewandten Seite ist der KoI- |

ben 17 mit einer zentralen, starr an ihm befestigten |

Kolbenstange 18 versehen, die durch eine Bohrung in f

einem den Zylinder 15 abschließenden Boden 19 mittels §

einer Dichtung 20 abgedichtet nach außen geführt ist. |

Die Kolbenstange 18 ist längs durchbohrt und es ist |

in dieser Bohrung ein Schaltglied 21 in Gestalt eines f

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Schaltventiles oder eines Schalters eingebaut, der durch Verschieben eines axial vorstehenden Stößels schaltbar ist. In den Kolben 17 ist an der der Spindel 1 zugewandten Seite ein Axialkugellager 25 eingebaut, das sich einerseits gegen den Kolben 17 und andererseits gegen einen Ring 24 axial abstützt. Der Ring liegt mit einer Stirnfläche an einer Stirnfläche einer Kupplungshülse 25 an, deren gegenüberliegendes Ende in eine an die Längsbohrung 4 anschließende Bohrung mit gegenüber der Längsbohrung 4 vergrößertem Durchmesser eingesetzt ist, Die Kupplungshülse 25 ist mit einem Bund 27 versehen, der an der Stirnfläche der Spindel 1 anliegt und dort befestigt, beispielsweise angeschraubt ist. An der der Spindel 1 abgewandten Seite des Bundes 27 liegt ein Paket Tellerfedern 28 an, die sich andererseits gegen einen Kupplungsring abstützen, der die Kupplungshulse 25 in dem dem Kolben zugewandten Bereich umgibt. Der Kupplungsring 29 ist relativ zur Kupplungshülse 25 axial verschiebbar. Kr ist mit einer inneren Ausdrehung 30 versehen, die in einen in Richtung zu den Tellerfedern hin sich verjüngenden Innenkonus 31 übergeht. Der Innenkonus 31 schließt einen Kegelwinkel von etwa 30 ein, so daß die Oberfläche des Innenkonus 31 zur Längsachse einen Winkel von etwa 15 einschließt. Im Bereich der Ausdrehung ist die Kupplungshülse 25 mit einem Kranz entlang dem Umfang verteilter radialer Bohrungen 32 versehen in denen jeweils eine Kugel 33 mit gegenüber der radialen Bohrung 32 kleineren Durchmesser angeordnet ist. Der

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Durchmesser der Kugeln 33 ist etwa so groß wie die Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser der Kupplungshülse 25* also etwa doppelt so groß wie die Wanddicke der Kupplungshülse 25.

In der Kupplungshülse 25 ist eine zweiteilige Zugstange axial verschiebbar geführt, die einen Bolzen 54- und eine daran starr befestigte Zughülse 35 umfaßt. An dem dem Bolzen 3^ abgewandten Ende ist die Zug-(J hülse 35 längs geschlitzt, wodurch einzelne Spannbacken 36 gebildet sind, die nach außen weisende Vorsprünge 37 niit sich zum Werkzeughalter 5 bin verjüngender Kegelfläche 38 aufweisen. Die Querschnittsform der Vorsprünge 37 ist so gewählt, daß sie zumindest in dem dem Bolzen 3^ zugewandten Bereich der entsprechenden Fläche der Ringnut 9 konturengleich ist. In einer Längsbohrung der Zughülse 35 ist ein Spreizstab 39 angeordnet, der relativ zu der Spindel 1 axial unverschiebbar ist. Zu diesem Zweck ist an dem dem Bolzen 34- zugewandten Ende des Spreizstabes 39 ein Querstift 40 vorgesehen, der sich durch zwei einander ι ,, gegenüberliegende Langlöcher 41 hindurch erstreckt,

?' ^' die in die Zughülse 35 eingearbeitet sind. Mit seinen

Enden steckt der Querstift 40 in Radialbohrungen des in der Bohrung 26 befindlichen Bereiches der Kupplungshülse 25» Das freie, dem Werkzeughalter 5 zugewandte Ende des Spreizstabes 39 ist mit einer Konusflache 42 versehen, der eine entsprechende Konusfläche 43 an der Innenseite der Spannbacken 36 gegenübersteht.

Wird die Zughülse 35 vom Werkzeughalter 6 weggefahren, so werden die Spannbacken 36 nach außen gespreizt, sobald die Konusflächen 42 und 43 aneinander zur Anlage kominen. Bei der V/exterbewegung dringt das freie Ende des Spr-eizstabes 39 in den Bereich der Bohrung zwischen den Spannbacken 36 ein und hält diese formschlüssig nach außen gespannte In dieser Lage liegen die Vorsprünge 37 an der Ringnut 9 der Spannhülse 8 an.

Der mit der Zughülse 35 starr verbundene Bolzen 34 ist mit einer Außenringnut 44 versehen deren der Zughülse 3!? abgewandte Flanke 45 als Kegelmantelfläche ausgebildet ist, die einen Kegelwinkel von etwa 90° einschließt. Die Planke 45 schließt also einen Winkel von etwa 45° zur Achse ein. Die Tiefe der Hingnut 44 ist etwa gleich der¹ Tiefe der Ausdrehung 30 und etwa gleich der Wanddicke der Kupplungshülse 25.

In dem Hing ?A bzw. der Längsbohrung der Kolbenstange 18 ist ein Schaltstift 46 axial verschiebbar geführt«

Ausspannen eines \Jex\Lc2euges wixxl durch eine Anschlußbohx'ung 47 Dx-uckmedium in den Zylindex"· 15 ein geführt, wodurch der Kolben 17 über das Axialkugellager 23 und den Hing 24 der, Kupplungsring 29 axial verschiebt, wodurch die zuvor¹ unter der Wirkung der¹

-β& is

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fedörn 28 zwischen dem Innenkonus 31 und der

Flanke 45 eingeklemmten Kugeln 33 frei werden und "

in die Ausdrehung 30 eintreten können» Sobald sich b

die Auadrehung 30 in der Ebene der Ringnut 44 befindet, jf

trifft der Ring 24 auf die Stirnseite des Bolzens 34 f

auf und verschiebt diesen in Richtung auf die Spindel 1, 1

wobei die Kugeln 33 radial nach außen gedrückt werden i in die Ausdrehung 30. Gleichzeitig wird über die Sup₃·-
hülse 35 und die Spannhülse 8 der Werkzeughalter 5

^ ^! nach außen bewegt, wodurch sich der konische Schaft 6 ·;

von der Oberfläche des Aufnahmekonus 2 löst. In der }

Endstellung, die in der einen Hälfte von Fig. 1 dar- i

gestellt ist, sind die Spannbacken 36 freij da der /

Spreizstab 39 außer Eingriff kommt und es können die %

Vorsprünge 37 axial aus der Spannhülse 8 austreten. *

Es kann dann der Werkzeughalter 5 mit dem Werkzeug \ entnommen werden.

Anschließend wird ein neuer Werkzeughalter eingesetzt ,;

und es wird der konische Schaft 6 in den Aufnahme- '

konus 2 eingeführt, wobei die Spannbacken 36 wit I

ihren Vorsprüngen 37 in die l^bene der Ringnut 9 ί ζ I gelangen. Durch Anlage der freien Stirnfläche der

'"" Spannbacken 36 an einer Schulterflache der Ausdrehung 9 |

wird die Zughülse 35 in Richtung auf dc3n Kolben 17 ver- \

schoben, wobei das freie .feinde des Lpreizütabes 39 in '

den Bereich zwischen den Spannbacken 36 eindringt und |

diese nach außen spreizt. Ehe der konische Schuft 6 |

an dem Aufnahmekonus 2 satt zur Anlage kommt befindet % sich die Ringnut 44 wieder etwa in der Ebene der Ausdrehung 30, worauf bei Abschalten des Drucks des

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Druckmediums die Tellerfedern 28 den Kupplungsring 29 in dichtung auf den Zylinder 15 bewegen, wodurch die Kugeln 33 durch Anlage an dem Innenkonus 31 radial nach innen bewegt werden, "bis sie an der Planke 45 anliegen. In dieser Endlage der Zugstange 34, 35 liegt die Stirnfläche des Bolzens 34 an dem Schaltstift 46 an und bewegt diesen gegen den Stößel 22 des Schaltgliedes 21, das dadurch betätigt wird. Der Schaltstift 46 kann so bemessen sein, daß '--( * er das Schaltglied 21 dann schaltet, wenn sich die

Flanke 45 etwa im Bereich der Ausdrehung 30 befindet. Dabei schaltet das Schaltglied 21 die Druckmittelzufuhr zur Anschlußbohrung 47 ab, worauf selbsttätig die Kugelkupplung eingekuppelt und der Spannvorgang durch die Tellerfedern 28 beendet wird, wobei der konische Schaft 6 satt an dem Aufnahmekonus 2 zur Anlage kommt_o Es kann aher auch die Länge des Schaltstiftes 46 so bemessen sein, daß das Schaltglied 21 erst bei Erreichen dieser Endstellung geschaltet wird. Das Schaltglied 21 dient dann dazu, das Erreichen der Spannendlage zu signalisieren und/oder r . dazu, eine Sperrung des Spindelantriebes aufzuheben.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die gegenüber Fig. 1 unverändert gebliebenen Teile iait denselben Bezugszeichen versehen. Ein-ander in ihrer Funktion entsprechende, jedoch anders gestaltete Teile sind mit einem um eine vorgesetzte 1 veränderten Bezugszeichen versehen. Bei der in Fig. 2 dargestellten

Ausführung form, die für l/erkaeugmaschinen mit axial beweglicher Pinole vorgesehen ist, ist die ganze Anordnung unmittelbar auf die nicht dargestellte Spindel montiert. Duau ist die Kupplungshülse 125 mit einem Gewindeansatz versehen, der in eine Gewindebohrung der Spindel eingedreht wird, bis die Spindelstirnfläche an einem Bund 51 d^e^ Kupplungshülse 125 zur Anlage kommt. Die Anordnung ist von , einem zylindrischen Gehäxise 111 umschlossen, das

an seiner der Spindel zugewandten Stirnfläche mit einem aufgeschraubten Deckel 52 abgeschlossen ist. An dem Deckel 52 stützt sich ein Axialkugellager ab, das andererseits an einem Bund 127 der Kupplungshülse 125 anliegt. An der gegenüberliegenden Seite des Bundes 127 liegen die Tellerfedern 28 an. In dem zylindrischen Gehäuse 111 ist ein Ring-Stufenkolben 5^ geführt, der mit einer Stirnfläche 55 *ui dem Kupplungsring 129 anliegt. Die Druckmittelzufuhr erfolgt über eine Anschlußbohrung 147 ^an der dem Deckel 52 abgewandten Stirnseite. Der Druck des Druckmediums wirkt dabei auf eine Hingfläche des

( ) ßttufenkolbens 54, der durch eine die Tellerfedern

umgebende Schraubendruckfeder 56 bei fehlendem Druck-

'■ ■ medium in seiner einen Endlage gehalten ist, in der

die Schulter 55 nicht an dem Kupplungsring 129 anliegt. Die Schraubenuruckfeder stützt sicli hierau mit ihrem anderen -tSnde an dem Deckel 5<·· radial außerhalb des Axialkugellagers 53 ab. An der dem Band abgewandten Stirnfläche der Kupplungahülse 125 liegt

o/

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's ' ein Stützring 57 an, der über ein Axialkugellager 58

gegen den dem Deckel 52 gegenüberliegenden Boden des Gehäuses 111 abgestützt ist. Dieser Boden ist zentral

* durchbohrt und es ist durch diese Bohrung ein Schalt-

<£ stiftfortsatz 146 nach außen geführt, der an der

■'■; Stirnfläche des Bolzens 34 befestigt ist»

Die Wirkungsweise der Anordnung ist ebenso wie die der in 5¹Ig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, daß das Werkzeug oder der Werkzeughalter einen konischen Schaft aufweisen. Vielmehr ist es auch möglich, bei entsprechender Ausbildung der Spindel 1, auch Werkzeuge und Werkzeughalter zu verwenden, die einen zylindrischen Schaft und eine an diesem Schaft radial nach außen anschließende plane Ringfläche aufweisen. Derartige Werkzeuge und Werkzeughalter mit zylindrischem Schaft und zusätzlicher, ringförmiger Planfläche können auch bei KJ Spindeln mit Innenkonus verwendet werden, wenn ein ent-

sprechendes Zwischenstück eingesetzt wird, das beispielsweise als zentriert an der Spindel befestigter Sing mit einer zylindrischen Paß-Bohrung und einer stirnseitig daran anschließenden Planfläche ausgebildet sein kann. Die Spannzange kann dabei dem Spindelkonus entsprechend sich zum Werkzeug hin erweitern. Statt mit einer Konusfläche 42 ist der Spreizstab an seinem vorderen Ende mit einem der Innenform der Spannzange angepaßten Ansatz versehen. Das Spannprinzip und die erfindungswesentlichen Teile der Spannvorrichtung bleiben davon unberührt.

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Bei der in Mg. 3 dargestellten Aus fülirungs form der \ Kugelkupplung sind die radialen Bohrungen 32 in dem den Tellerfedern 28 angewandten Bereich mit einer An- ; schrägung 48 versehen. Der Innenkonus 31 des Kupplungs- j ringes 29 ist dabei abgesetzt und weist einen Konus 31' auf, der den erwähnten Winkel von etwa 15° zur Längsachse der Anordnung einschließt. Bei der in Fig. 3 ■ dargestellten Modifizierung schließt an den Innenko- | nus 31' ein weiterer, sich bis zum Grund der Ausdrehung 30 erstreckender Innenkonus 31" an, der einen Ko- | nuswinkel von etwa 90° und damit einen Winkel von et- \ wa 45° zur Längsachse aufweist., Die Anschrägung 48 schließt einen Winkel von etwa 60 ?u.r Längsachse der | Anordnung ein, so daß die Flächen der Anschrägung 48 f

und des Innenkonus 31" miteinander einen Winkel von |

etwa 15 einschließen, der gemäß der nachfolgenden |

Schilderung auch etwas größer oder kleiner sein kann. 8

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung der Kugelkupplung eignet sich besonders dann, wenn, beispielsweise aus Raummangel bei nachträglichem Einbau oder auch aus Kostengründen, kein Schaltglied 21 vorhanden ist. In diesen Fällen muß beim Werkzeugwechsel das Lösen der Kugelkupplung durch Spannen der Tellerfedern 28 manuell ausgelöst oder vorgenommen werden. Eine manueile Auslösung bedeutet, daß ein der Anschlußbohrung 47 für Druckmedium vorgeschaltetes Ventil oder Magnetventil manuell betätigt wird. Dabei muß entweder ein Ven-

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til mit Selbsthaltung verwendet werden oder es muß das Ventil manuell ständig in geöffneter Lage gehalten werden, um die Tellerfedern 28 zu spannen. Wird nämlich der Druck von dem Kolben 17 genommen, dann pressen die Tellerfedern über den Innenkonus 31 (mit der Neigung gemäß der Fläche 31') die Kugeln 33 so fest gegen den Bolzen 34» daß dieser zum Pestziehen eines Werkzeuges nicht in axialer Richtung soweit bewegt werden kann, daß die Kugeln 33 in die Ringnut 44 einfallen. Dasselbe gilt auch dann, wenn statt einer pneumatischen oder hydraulischen Betätigung eine mechanische Betätigung vorgesehen ist, beispielsweise über einen Exzenter oder den Pinolenvorschub. Der Benutzer ist in diesem Fall gezwungen, zum Einsetzen des Werkzeuges die mechanische Vorspannung aufrecht zu erhalten, um den Bolzen 34 in axialer Richtung verschieben zu können, der bei auf den Kupplungsring 29 wirkenden Seilerfedern 28 durch die Kugeln 33 festgeklemmt ist.

Ist jedoch zusätzlich die Anschrägung 4-8 vorgesehen und geht der Innenkonus 31 io. den einen stumpferen Konuswinkel aufweisenden Konus 31" über, so beträgt bei einem resultierenden Winkel von ca.15° zwischen den Flächen 48 und 31' die von den Kugeln 33 auf den Bolzen übertragene Kraft auch dann nur einige N, wenn die Tellex'federn 28 ihre volle Kraft auf den Kupplungs-

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ring 29 und damit auf die Kugeln 33 übertragen. Durch Wahl des Winkels zwischen den Flächen 48 und 31' kann diese resultierende Kraft in gewünschter Weise einge

stellt werden. Der Innenkonus 31" sowie die Anschrägung 48 wirken sich nur bei der in Fig. 3 dargestellten, ausgerückten Lage der Kugelkupplung aus, weil bei gespanntem Werkzeug die Kugeln 33 in die Singnut 44

ί ) eingefallen sind und dann allein der Innenkonus 31'

und die Fläche 45 für die von den Tellerfedern 28 über den Kupplungsring 29 und die Kugeln 33 auf den Bolzen 34 übertragene Kraft maßgebend sind.

Claims

Schutzansprüche

1. Schnellwechselvorrichtung für eine mit einer konischen Aufnahmebohrung versehene hohle Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, zum raschen Lösen und Spannen von einen konischen Schaft aufweisenden Werkzeugen oder Werkzeughaltern, der an dem dem Werkzeug abgewandten Schaftende eine Singnut aufweist, in die radial bewegbare und verriegelbare Vorsprünge eingreifen, die an einem in der Spindel längsverschiebbaren Zugelement angebracht sind und die durch eine Relativbewegung längs zu einem Riegelglied radial verriegelbar bzw. lösbar sind, wodurch eine Werkzeugwechselkupplung gebildet ist, die unter der Wirkung von an dem Zugelement angreifenden Spannfedern den konischen Schaft in den Spindelkonus zieht, dabei verriegelt wird und durch Zusammenpressen der Spannfedern mittels eines Kraftgliedes lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kraftfluß zwischen Spannfedern (28) und Werkzeugwechselkupplung (8, 35, 36, 39) eine weitere, lösbare Kupplung (29, 30, 33, 34» 44) angeordnet ist.

2. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere lösbare Kupplung eine Gruppe von radial bewegbaren Kugeln (33) vorgesehen ist.

3» Schnellwechselvorrichtung für eine mit einer konischen Aufnahmebohrung versehene hohle Spindel einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, zum raschen Lösen und Spannen von einen konischen Schaft aufweisenden Werkzeugen oder Werkzeughaltern, der an dem dem Werkzeug abgewandten Schaftende eine t ' Ringnut aufweist, in die radial "bewegbare und ver-

riegelbare Vorspränge eingreifen, die an einem in der *-' Spindel längsverschiebbaren Zugelement angebracht

§ sind und die durch eine Relativbewegung längs zu

\ einem Riegelglied radial verriegelbar bzw. lösbar

* sind, wodurch eine Werkzeugwechselkupplung gebildet

ist, die unter der Wirkung von an dem Zugelement angreifenden Spannfedern den konischen Schaft in den Spindelkonus zieht, dabei verriegelt wird und durch Zusammenpressen der Spannfedern mittels eines

; Kraftgliedes lösbar ist, mit in den Kraftfluß zwi-

\ sehen Kraftglied und Spannfedern angeordneten Kugeln,

insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (33) zur Erzielung einer Kraftüber-

_:i\ setzung zwischen einem sich gegen die Spannfedern (28)

abstützenden Ring (29) und dem als Zugstange (34, 35) ausgebildeten Zugelement zwischen konischen Flächen

; von Ring bzw. Zugelement mit unterschiedlichen Kegel

winkeln angeordnet sind.

■ 4. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet,daß der Ring (29) Teil der weiteren Kupplung (29, 30, 33, 34, 44) ist und die Kugeln (33) in der eingekuppelten Stellung von dem Ring (29) mit seinem Innenkonus (31) durch die Spannfedern (28) radial nach innen in eine Nut (44) der Zugstange (34, 35) gedruckt sind«

5· Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der konischen Flanke (45) größer ist als der Kegelwinkel des Innenkonus (31) des Ringes (29)·

6. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 5> dadurch

gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der Nutflanke (4-5) etwa 80° bis 100° und der Kegelwinkel des Innenkonus (31) des Hinges (29) etwa 20° bis 40° beträgt.

7· Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftglied (15, 17) nach dem Lösen der Kupplung (29, 33, an einem Anschlag (25) zur Anlage kommt.

8. Schnei!wechselvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Anschlages so gewählt ist, daß das Kraftglied (15, 17) vor der Anlage an dem Anschlag (25) bei bereits gelöster Kupplung an der Stirnseite der Zugstange (34) zur Anlage kommt

ν und diese bis zur Anlage an dem Anschlag so weit ver-

schiebt, daß sich der konische Schaft (6) des Werk-ζeughalters (5) von dem Aufnahmekonus (2) der Spindel (1) gelöst hat.

9· Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltglied (21) vorgesehen ist, das nach dem Einrücken der Kugelkupplung kurz vor Erreichen der Spannendlage betätigbar ist.

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10. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange (34-, 35) als Hülse (35) ausgebildet ist, daß die Vorsprünge (37) des am Ende der Hülse (35) vorgesehenen Spannelementes (36) radial nach außen vorstehen, und daß ein gegenüber der Spindel (1) feststehender Spreizstab (39) die Vorsprünge (37) bei der Bewegung des Spannelementes in die gespannte

Q Lage nach außen drückt.

11. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spsizstab (39) mittels eines Querstiftes (40), der Langlöcher (41) der Zugstange (35) durchdringt, gegenüber der Spindel (1) axial festgehalten ist.

12. Schnellwechselvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querstift (40) in einer an der Spindel (1) kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse (25) fixiert ist.

^v 13· Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorher

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (33) der Kupplung in radialen Bohrungen (32) einer an der Spindel (1) kraft- oder formschlüssig befestigten Hülse (25) geführt sind.

14. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannfedern (28) eine Hülse (25) umgehend angeordnet sind und sich einerseits an dem Ring (29) und andererseits an einem Bund (27) der Hülse (25) abstützen.

15· Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Spannfedern (28) umgebene Hülse, die die Kugeln (33) in radialen Bohrungen (32) führende Hülse und die Hülse, an der der Querstift (40) fixiert ist, dieselbe, einstückige Hülse (25) ist.

16. Schnellwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (32) mit einer Anschrägung ''(48) an der den Tellerfedern (28) abgewandten Seite versehen sind, und daß in dem den Tellerfedern (28) abgewandten Bereich der Innenkonus (31) in einen Konusring (31'') mit einem stumpferen Konuswinkel übergeht, wobei die Fläche des Innenkonus (31'') und die Fläche der Anschrägung (48) einen spitzen Winkel zwischen etwa 10 und 20 miteinander einschließen, der sich in Richtung auf den Bolzen (34) hin öffnet.