DE10101095A1 - Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter oder dergleichen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter o. dgl. vorgeschlagen, mit einer rotierend antreibbaren Spindel, einer Betätigungsstange in der Spindel zur Betätigung einer Spannvorrichtung und einer Betätigungseinrichtung für die Betätigungsstange. Dabei läuft ein auf die Betätigungsstange zu deren Betätigung wirkender Baugruppenteil der Betätigungseinrichtung zusammen mit der Spindel und der Betätigungsstange synchron um, wobei dieser Baugruppenteil zur axialen Beaufschlagung der Betätigungsstange in einer Richtung oder dazu gegensinniger Richtung zumindest kurzfristig mit höherer bzw. niedrigerer Drehazhl als die Spindel antreibbar ist. Hierdurch wird die Spannkraft konstant gehalten, wobei eine Nachregulierung dieser während des Betriebes möglich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeug­ halter od. dgl. mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine Spanneinrichtung dieser Art bekannt, die zur Betätigung der Betätigungsstange und damit der Spannvorrichtung ein Federspannsystem aufweist, das aus einzelnen Tellerfedern gebildet ist, die innerhalb der Spindel zwischen letzterer und der Betätigungsstange wirksam sind, sich einerseits an der Spindel und andererseits an der Betätigungsstange abstützen und die Betätigungsstange in Spannrichtung mit einer dauernden Spannkraft beauf­ schlagen, die die Spannvorrichtung in Schließstellung hält. Die so gestaltete, im Inneren der Spindel und auf der Betätigungsstange angeordnete Betätigungs­ einrichtung rotiert mit der Spindel. Das gesamte System ist bei den heute verlangten großen Drehzahlen der Spindel z. B. in der Größenordnung von 30.000 U/min dementsprechend großen Beanspruchungen ausgesetzt. Das im Durchmesser relativ große und axial relativ lange Federpaket des Federspann­ systems kann eine Unwucht auf der Spindel bewirken, was bei den hohen Drehzahlen der Spindel zu ungenauen Bearbeitungsergebnissen führen kann. Ferner können die Federn nach einer bestimmten Beanspruchungsdauer ermüden. Die durch die Federn erzeugte Spannkraft verringert sich über die Laufzeit und muss in vorgeschriebenen Intervallen nachgemessen werden, mit zusätzlich einhergehendem dementsprechend großem Aufwand. Durch die große Anzahl benötigter Federn des Federspannsystems ergibt sich eine große axiale Länge, wodurch auch die Spindel entsprechend lang baut. Der Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine wird durch diese große Baulänge in nachteiliger Weise verringert. Wegen der benötigten Größe der Federn, die innerhalb der Spindel angeordnet sind, bedarf es einer relativ großen Bohrung in der Spindel, wodurch der Gesamtdurchmesser der Spindel entsprechend groß wird. Zusätzlich zu dem erheblichen Nachteil aufgrund großer rotierender Massen, die beschleunigt und verzögert werden müssen und dadurch entsprechend lange Zeiten dafür benötigen, ergibt sich bei derartigen Spannsystemen im Laufe des Betriebs auch ein Verschleiß, der nicht kompensierbar ist. Auch ergeben sich im Laufe des Betriebs Änderungen der durch Federkraft erzeugten Spannkraft, wobei diese Spannkraftänderungen in nachteiliger Weise nicht überwacht werden können und auch nicht korrigiert werden können. Auch besteht die Gefahr sich ergebener Fehlspannungen, die infolge von Verschmutzungen auftreten und die nicht erkannt werden. Nachteilig ist ferner, dass derartige Federspannsysteme durch die hohe unkontrollierte Spannkraft sehr stark verschleißen. Sie ermöglichen im übrigen keinen etwaigen gewünschten Wechsel des Werkzeuges bei laufender Spindel.

Bekannt sind ferner hydraulische Werkzeugspannsysteme. Diese weisen ein Hydraulikaggregat auf, das an der Werkzeugmaschine anzubringen ist, und ferner zu verlegende Hydraulikleitungen. Diese Bauteile und die Verlegung der Leitungen sind aufwendig und kostenträchtig. Hydraulische Spannsysteme haben ferner den Nachteil, dass aufgrund der mechanischen Verriegelung ein Nachspannen nicht möglich ist.

Bekannt sind auch sogenannte Elektrospanner, die einen elektrischen Antriebsmotor mit nachgeschaltetem Planetengetriebe aufweisen, dessen Ausgang auf die Betätigungsstange arbeitet, wobei der komplette Elektrospanner fest mit der Spindel der Maschine verbunden ist und zusammen mit dieser umläuft. Dies führt zu noch größeren rotierenden Massen, wodurch die maximal möglichen Drehzahlen für die Spindel der Werkzeugmaschine z. B. etwa auf 4.000 U/min begrenzt sind und somit wegen geringer Spindeldrehzahl längere Bearbeitungszeiten nötig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die die vorstehend aufgelisteten Nachteile beseitigt sind, wobei die Einrichtung bei allem einen nur geringen Aufwand benötigt und kompakt, klein und kostengünstig ist, insbesondere kein Federspannsystem benötigt und erheblich größere Drehzahlen der Spindel zulässt.

Die Aufgabe ist bei einer Spanneinrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere besondere Erfindungsmerkmale sowie Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die mit der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung erreichten Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen herausgestellt, ebenso wie weitere Einzelheiten der Erfindung, weswegen diesbezüglich auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen wird. Von besonderem, herauszuhebenden Vorteil ist die Tatsache, dass aufgrund der Erfindung die Spannkraft beim Spindelumlauf durch Drehzahlüberwachung und Drehzahlregelung konstant gehalten werden kann, was besonders einfach ist. Die Drehzahlüberwachung ermöglicht ein Nachspannen während des Betriebes. Ferner ist auch ein Werkzeugwechsel während des Spindelumlaufs möglich. Die Spanneinrichtung hat ferner den Vorteil, dass diese auch erheblich größere Drehzahlen, z. B. bis etwa 30.000 U/min. zulässt. Der zur Aufrechterhaltung der Spannkraft erfolgende Axialzug kann spindelseitig über deren Lager aufgenommen werden, wobei aber besonders vorteilhaft ist, statt dessen diesen Axialzug von der Spindel auf die Betätigungseinrichtung zu leiten und im Bereich letzterer aufzunehmen, so dass auf die Lager der Spindel keine permanente Zugbelastung wirkt.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen schematischen axialen Längsschnitt einer Werkzeugmaschinenspindel mit Spanneinrichtung, die nachfolgend im Detail erläutert ist.

In der Zeichnung ist eine für Werkzeugmaschinen übliche Spindel 13 gezeigt, die umfangsseitig und in Längsrichtung in Abständen voneinander mittels Lagern 9 in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Bei den Lagern 9 kann es sich zumindest teilweise um solche handeln, die zusätzlich zu radialen Kräften auch axiale Kräfte aufnehmen. Die Spindel 13 ist unmittelbar von einem darauf sitzenden Antriebs­ motor 6 nach Wahl in der einen oder anderen Drehrichtung antreibbar. Der Antriebsmotor 6 ist im Gehäuse 5 enthalten und weist einen gehäusefesten Stator 7 sowie einen Rotor 8 auf, der auf der Spindel 13 sitzt und mit dieser fest verbunden ist.

Ferner ist eine Spanneinrichtung 10 für Werkzeuge, Werkzeughalter od. dgl. vorgesehen, von denen nur beispielshalber und schematisch ein Zerspanungs­ werkzeug 11 dargestellt ist, das mittels einer Spannvorrichtung 12 axial fest und drehmomentübertragend mit der rotierend antreibbaren Spindel 13 verspannt werden kann. Die Spannvorrichtung 12 ist herkömmlicher Art und bedarf keiner weiteren Beschreibung. Spannvorrichtungen dieser oder ähnlicher Art sind beispielsweise bekannt aus DE-GM 91 04 377, DE 39 36 121 C1, DE-GM 89 12 833, DE 39 36 122 C1 oder auch DE 38 14 550 C1, die vielfältige Variationen und Einzelheiten einer solchen Spannvorrichtung 12 zeigen.

Generell ist Teil der Spannvorrichtung 12 eine schematisch angedeutete Spannzange 14, die zum Festspannen und Gespannthalten des Zerspanungs­ werkzeuges 11 am Ende mittels eines z. B. konischen Zugbolzens 15 gespreizt wird, der fest mit einer Betätigungsstange 16 verbunden ist. Die Betätigungs­ stange 16 ist innerhalb der Spindel 13 koaxial zu dieser angeordnet und läuft beim Antrieb der Spindel 13 zusammen mit dieser um, wobei sie in Bezug auf die Spindel 13 undrehbar gehalten ist. Je nach Bearbeitungsaufgabe rotiert die Spindel 13 und mit dieser die innere Betätigungsstange 16 mit einer Drehzahl z. B. in der Größenordnung von 30.000 U/min. Die Betätigungsstange 16 enthält im Inneren einen Kanal 17 für den Durchlass eines Schmier- und/oder Kühlmittels, das bis vorn zum Zerspanungswerkzeug 11 zum Zwecke der Schmierung und/oder Kühlung dieses beim Zerspanungsvorgang geleitet wird.

Zur Betätigung der Betätigungsstange 16 ist eine Betätigungseinrichtung 20 vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 20 bewirkt in einer Axialrichtung, dass die Betätigungsstange 16 bei eingespanntem Zerspanungswerkzeug 11 permanent in Spannrichtung, d. h. in der Zeichnung in Richtung des Pfeiles 21, mit ausreichend großer Zugkraft beaufschlagt ist, die sicherstellt, dass die Spannzange 14 gespannt gehalten wird und über diese das Zerspanungswerk­ zeug 11 fest und sicher mit der Spindel 13 gespannt bleibt. Durch gegensinnige Betätigung wird die Spannvorrichtung 12 geöffnet und das Zerspanungswerkzeug 11 freigegeben. Beides kann sowohl im Stillstand der Spindel 13 als auch beim Umlauf der Spindel 13 erfolgen.

Zunächst sind Einzelheiten der Betätigungseinrichtung 20 erläutert. Diese weist einen Antriebsmotor 23, insbesondere in Form eines Elektromotors mit Stator 24 und Rotor 25, und ein davon angetriebenes Untersetzungsgetriebe 26 auf, welches auf einen Abtriebsteil 27 arbeitet, der beim gezeigten Ausführungs­ beispiel koaxial zur Betätigungsstange 16 angeordnet ist und entweder ein eigenständiges Teil bildet und dann drehfest und axial fest mit der Betätigungs­ stange 16 verbunden ist, oder, wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel verwirk­ licht ist, mit der Betätigungsstange 16 einstückig ist und einen durchlaufenden Teil dieser bildet. Das Untersetzungsgetriebe 26 ist so gestaltet, dass es eine vom Antriebsmotor 23 erzeugte Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt. Hierfür gibt es eine Vielzahl von für sich bekannten Gestaltungsmög­ lichkeiten eines solchen Umwandlungsgetriebes, die jeweils im Rahmen der Erfindung liegen. Bei einem hier dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel ist dieses Untersetzungsgetriebe beispielsweise als solches mit Planeten-Wälz- Gewindespindel ausgebildet, das den Vorteil hat, eine schnelle Drehbewegung mit geringen Reibungsverlusten und somit reibungsarm in eine langsame Linearbewegung umsetzen zu können. So ist die Ausführung beim gezeigten Ausführungsbeispiel z. B. so gewählt, dass die Betätigungseinrichtung 20 eine Hohlwelle 28 aufweist, auf der der Rotor 25 des Antriebsmotors 23 drehfest gehalten ist und die im Gehäuse 29 der Betätigungseinrichtung 20 beidendig mittels Lagern 31 drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 28 ist mit einer dazu koaxialen, etwa hülsenförmigen Spindelmutter 32 fest verbunden, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel im Inneren der Hohlwelle 28 angeordnet ist. Diese hülsenförmige Spindelmutter 32 wird von der Hohlwelle 28 angetrieben. Die Spindelmutter 32 ist auf der inneren Umfangsfläche z. B. mit einem Rillenprofil aus parallel zueinander verlaufenden, nebeneinander angeordneten Rillen versehen. Der Abtriebsteil 27 durchsetzt den Antriebsmotor 23, insbesondere dessen Hohlwelle 28, und ferner die Spindelmutter 32 jeweils mit radialem Spiel und ist auf demjenigen Längenabschnitt, der sich über den Axialbereich der Spindelmutter 32 erstreckt, mit einem nicht besonders hervorgehobenen Außengewinde 33, z. B. einem Feingewinde, versehen. Zwischen der Spindelmutter 32 und dem Abschnitt mit dem Außengewinde 33 des Abtriebsteils 27 sind getriebliche Koppelglieder 34 vorgesehen, die nur schematisch angedeutet sind und z. B. aus mit Rillenprofil versehenen Rollen bestehen können. Bei eingeschaltetem Antriebsmotor 23 wird dessen Rotor 25 in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben und damit die Hohlwelle 28 und mit dieser die damit drehfest verbundene Spindelmutter 32. Die Drehung dieser wird über das Rillenprofil der Spindelmutter 32, die Koppelglieder 34 und das Außengewinde 33 auf dem Abtriebsteil 27 in eine langsame Linearbewegung in der Zeichnung entweder nach rechts oder, je nach Umlaufrichtung des Rotors 25, nach links umgesetzt.

Die Anordnung ist hierbei so getroffen, dass ein auf die Betätigungsstange 16 zu deren Betätigung wirkender Baugruppenteil 60 der Betätigungseinrichtung 20 mit der Spindel 13 mit Betätigungsstange 16 synchron umläuft und zur axialen Beaufschlagung der Betätigungsstange 16 in einer Richtung oder dazu gegensinniger Richtung, zumindest kurzfristig, mit höherer bzw. niedrigerer Drehzahl als die Spindel 13 antreibbar ist. Der wellenförmige Abtriebsteil 27 arbeitet auf die Betätigungsstange 16 zu deren axialer Beaufschlagung und ist als damit fester, hier einstückiger, Teil ein Bestandteil der Baugruppe 60, die mit der Spindel 13 und der Betätigungsstange 16 umläuft. Ferner ist auch der angetriebene Teil des Antriebsmotors 23, hier somit der Rotor 25, und außerdem das Untersetzungsgetriebe 26 Teil des mit der Spindel 13 und der Betätigungs­ stange 16 umlaufenden Baugruppenteils 60, die somit alle mit der Spindel 13 und Betätigungsstange 16 drehbar sind und umlaufen. Nicht umlaufender Teil der Betätigungseinrichtung 20 ist somit allein der Stator 24 und das Gehäuse 29, das am Gehäuse 5 befestigt ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abtriebsteil 27 nicht einstückig mit der Betätigungsstange 16, sondern mit dieser drehfest und axial verschiebefest verbunden, jedoch ein eigenes Bauteil.

Die Spindel 13 ist axial an dem umlaufenden Baugruppenteil 60 abgestützt, insbesondere gelagert. Dies hat den Vorteil, dass die die Spindel 13 lagernden Lager 9 keine permanente Zugbelastung in Axialrichtung haben. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Axiallagerung in der Weise, dass zwischen der Spindel 13 am in der Zeichnung rechten Stirnende und einem Teil der umlaufenden Baugruppe 60 ein Axiallager 50 angeordnet ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spindelmutter 32 an dem Ende, das dem Axiallager 50 zugewandt ist, mit einem Bund 39 versehen, an dem das Axiallager 50 abgestützt ist.

Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Anordnung auch so getroffen sein, dass zumindest eines der Lager 9 und/oder 31 als Radial- und Axiallager ausgebildet ist und damit der Axialabstützung der Spindel 13 dienen kann.

Bei eingeschaltetem Antriebsmotor 6 und dadurch angetriebener Spindel 13, mit der die Betätigungsstange 16 umläuft, ist auch der Antriebsmotor 23 eingeschaltet und derart geregelt, dass der Rotor 25 und der Teil des Untersetzungsgetriebes 26, der die Drehbewegung in eine Axialbewegung umwandelt, synchron mit der Spindel 13 umlaufen. Über die Drehzahl des Antriebsmotors 23 kann die auf die Betätigungsstange 16 in Pfeilrichtung 21 wirkende axiale Spannkraft konstant gehalten werden. Ist ein Nachspannen dieser Spannkraft während des Umlaufs der Spindel 13 erforderlich, so wird der Synchronismus zwischen dem Antriebsmotor 6 und dem Antriebsmotor 23 zumindest kurzzeitig aufgehoben, insbesondere in der Weise, dass der Antriebsmotor 23 in der entsprechenden Drehrichtung zumindest kurzzeitig mit höherer Drehzahl läuft. Es ergibt sich gegenüber dem Antriebsmotor 6 beim Antriebsmotor 23 dadurch ein Winkelversatz, wodurch eine Axialbewegung der Betätigungsstange 16 in Pfeilrichtung 21 mit einhergehendem Nachspannen geschieht.

In vorteilhafter Weise ist die Stellkraft, insbesondere die Spannkraft, mit der die Betätigungsstange 16 beaufschlagt wird bzw. beaufschlagbar ist, geregelt oder regelbar, vorzugsweise direkt oder unmittelbar. Hierzu ist der Betätigungseinrich­ tung 20 eine schematisch angedeutete Regeleinrichtung 40 zugeordnet. Die Regeleinrichtung 40 arbeitet auf den Antriebsmotor 23 und weist mit Vorzug mehrere Sensoren auf, die den Ist-Wert bestimmter Größen ermitteln, der der Regeleinrichtung 40 zugeführt wird und dort mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird, woraufhin eine etwaige Regelabweichung durch Aktivieren der Betätigungseinrichtung 20 ausgeglichen wird. Als Beispiele für derartige Sensoren dienen z. B. ein Sensor 52 auf der Spindel 13 zur Erfassung der Spindeldrehzahl. Der Sensor 52 kann kontaktlos arbeiten oder statt dessen in gezeigter Weise mittels einer angedeuteten Signalleitung 52a mit der Regelein­ richtung 40 verbunden sein.

Auch dem Antriebsmotor 23 ist ein Sensor 53 zugeordnet, der z. B. auf der Hohlwelle 28 angeordnet ist und beispielsweise als Drehzahlgeber ausgebildet ist, der die Drehzahl des Antriebsmotors 23 erfasst. Der Sensor 53 kann kontaktlos arbeiten oder er ist statt dessen, wie gezeigt, über die Signalleitung 53a mit der Regeleinrichtung 40 verbunden. Aufgrund der beiden Sensoren 52 und 53 ist eine Drehzahlerfassung der Drehzahlen der Spindel 13 einerseits und der Hohlwelle 28 andererseits möglich. Aufgrund dieser Drehzahlerfassung wird über die Regeleinrichtung 40 der Synchronismus eingestellt und aufrecht erhalten. Die Regeleinrichtung 40 ist über eine Steuerleitung 35 mit dem Antriebsmotor 23 zu dessen jeweiliger Ansteuerung verbunden.

Angedeutet ist im Bereich zwischen dem Bund 39 der Spindelmutter 32 und dem benachbarten Lager 31 ein weiterer Sensor 41, der über eine zugeordnete Signalleitung 41a ebenfalls mit der Regeleinrichtung 40 verbunden ist. Bei diesem Sensor 41 kann es sich z. B. um einen solchen handeln, der den Hubweg erfasst. Auch dieser Sensor 41 kann kontaktlos arbeiten oder er ist statt dessen in gezeigter Weise über die Signalleitung 41a mit der Regeleinrichtung 40 verbunden.

Außerdem ist ein weiterer Sensor 42 vorgesehen, der zwischen der Spindel 13 und dem Zerspanungswerkzeug 11 angeordnet ist. Der Sensor 42 besteht z. B. aus einem Kraftgeber, der die Größe der axialen Kraft misst, mit der das Zerspanungswerkzeug 11 an der Spindel 13 gespannt gehalten ist. Auch dieser Sensor 42 kann kontaktlos arbeiten oder er ist in gezeigter Weise über die Signalleitung 42a mit der Regeleinrichtung 40 verbunden. Dadurch kann die Größe der Spannkraft auch während des Spindelumlaufs geregelt und auch werkzeugbezogen auf unterschiedlich hohe Werte eingestellt werden.

Für die Gestaltung der Sensoren 52, 53, 41, 42 und auch für die Positionierung dieser und dafür, welche Größe der jeweilige Sensor ermittelt, bestehen vielfältige Möglichkeiten, die im Rahmen der Erfindung liegen. Als Sensoren können statt dessen oder zusätzlich auch ein Positionsgeber, der die jeweilige Drehstellung erfasst, oder ein Drehmomentgeber, der ein jeweils herrschendes Drehmoment misst, oder ein Kraftgeber, der eine jeweils in der einen und/oder anderen Axialrichtung herrschende Kraft misst, oder ein sonstiges geeignetes Messglied vorgesehen sein. Die einzelnen Sensoren können in Abwandlung der gezeigten Anordnung auch an anderer Stelle des Systems platziert sein.

Da der Regeleinrichtung 40 die vom Sensor 52 ermittelte Drehzahl der Spindel 13 und die vom Sensor 53 ermittelte Drehzahl des Rotors 25 bzw. der Hohlwelle 28 zugeführt wird, ist die Regeleinrichtung 40 in der Lage, beim Umlauf der Spindel 13 und des Antriebsmotors 23 den Synchronismus zu regeln, der für die Konstanthaltung der Spannkraft in Pfeilrichtung 21 notwendig ist. Mittels der Regeleinrichtung ist der Drehsinn und/oder die Drehzahldifferenz zwischen der Spindeldrehzahl und der Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors 23 für die Axialbeaufschlagung der Betätigungsstange 16 regelbar.

Der Abtriebsteil 27 ist im Inneren vom Kanal 17 durchzogen, der mit demjenigen der Betätigungsstange 16 zur Führung des Schmier und/oder Kühlmittels in Verbindung steht. Über diesen Kanal 17 wird von einer geeigneten, nur schematisch mit 37 angedeuteten Einrichtung zugeführtes Schmier- und/oder Kühlmittel geleitet.

Bei einem nicht gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiel kann im Kraftfluss von der Betätigungseinrichtung 20 zur Betätigungsstange 16 eine axial wirkende, geeignete Federeinrichtung, z. B. mindestens eine Feder, angeordnet sein. Diese kann so gestaltet sein, dass diese eine Axialkraft in Pfeilrichtung 21 auf die Betätigungsstange 16 ausübt. Die Federeinrichtung kann aber auch an anderer Stelle sitzen. Statt dessen oder zusätzlich dazu kann z. B. eine zwischen der Betätigungseinrichtung 20, insbesondere dem Abtriebsteil 27, und der Spindel 13 angeordnete Federeinrichtung, insbesondere mindestens eine Feder, von Vorteil sein.

Bei stillstehender Spindel 13 mit Betätigungsstange 16 wird ein Lösen der Spannkraft dadurch erreicht, dass der Antriebsmotor 23 mit entsprechendem Drehsinn eingeschaltet wird, wobei der Abtriebsteil 27 gegensinnig zum Pfeil 21 die Betätigungsstange 16 axial so weit verschiebt, dass die Spannkraft im Bereich der Spannvorrichtung 12 aufgehoben wird und die Spannvorrichtung 12 öffnet. Soll hiernach ebenfalls bei Stillstand der Spindel 13 das Zerspanungs­ werkzeug 12 festgespannt werden, so wird wiederum der Antriebsmotor 23 eingeschaltet, nunmehr mit entgegengesetztem Drehsinn, so dass über die Axialbetätigung des Abtriebsteils 27 die Betätigungsstange 16 in Pfeilrichtung 21 beaufschlagt und die Spannvorrichtung 12 gespannt wird. Bei Umlauf der Spindel 13 mit Betätigungsstange 16 laufen auch alle Bestandteile der Betätigungsein­ richtung 20, ausgenommen aber der Stator 24 und das Gehäuse 29, ebenfalls um, wobei zur Konstanthaltung der Spannkraft der Antriebsmotor 23 synchron mit dem Antriebsmotor 6 läuft. Während des Umlaufs der Spindel 13 ist eine Nachregulierung der Werkzeugspannkraft in bereits beschriebener Weise möglich, wobei bei Spindelumlauf bedarfsweise auch ein Werkzeugwechsel möglich ist.

Durch die Erfindung werden vielfältige Vorteile gegenüber bekannten Betätigungseinrichtungen erzielt, die mittels eines Federspannsystems, insbesondere z. B. mittels Tellerfedern, den Axialzug gemäß Pfeil 21 erzeugen, wobei bei bekannten Spanneinrichtungen diese Federspannsysteme Teil der Spindel 13 und Betätigungsstange 16 sind und deswegen mit diesen zusammen umlaufen. Diese Federspannsysteme haben den Nachteil, dass die Federn eine Unwucht bei der Spindel 13 bewirken. Dies führt zu ungenauen Bearbeitungser­ gebnissen der Werkzeugmaschine besonders bei hohen Drehzahlen der Spindel 13. Bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung hingegen sind derartige Federn, die mit umlaufen, nicht vorhanden. Dadurch verringert sich die Unwucht der Spindel 13. Es lassen sich bessere Bearbeitungsergebnisse erzielen. Bei bekannten Federspannsystemen ermüden die einzelnen Federn nach bestimmter Beanspruchungsdauer. Sie sind nicht dauerfest. Dies hat zur Folge, dass sich über die Laufzeit die axiale Spannkraft verringert und deswegen laufend nachgemessen werden muss, was nur durch Ausbau der Spanneinrichtung verwirklichbar ist. Dieser wiederum bedeutet Maschinenstillstand und damit Produktionsausfall. Im Vergleich dazu sind bei der erfindungsgemäßen Spann­ einrichtung derartige Ermüdungen ausgeschaltet, da keine Federn vorhanden sind. Dies hat den Vorteil größerer Wartungsintervalle, wobei die Maschinen­ stillstandszeiten reduziert werden und damit die Wirtschaftlichkeit der Werkzeugmaschine verbessert wird.

Bei bekannten Werkzeugspannsystemen mit Betätigung hydraulisch oder mit Federspannung ist es erforderlich, an der Maschine ein Hydraulikaggregat einzubauen und Hydraulikleitungen zu verlegen. Die erfindungsgemäße, nicht hydraulisch arbeitende Spanneinrichtung hat demgegenüber den Vorteil, dass derartige Aggregate, Leitungen und Verlegearbeiten völlig entfallen. Es ergibt sich eine einfachere Montage der Werkzeugmaschine mit einhergehenden Kosteneinsparungen für den Maschinenhersteller.

Bei bekannten Spanneinrichtungen nach dem Prinzip der Federspannsysteme ist eine große Anzahl von Federn, insbesondere Tellerfedern, erforderlich, um die notwendigen Spannkräfte aufzubringen. Dies bedingt eine große Gesamtlänge. Diese hat nachteilig eine Verringerung des Bearbeitungsraumes der Werkzeug­ maschine zur Folge. Es sind auch Werkzeugspannsysteme bekannt, die ohne Federn auskommen und auf hydraulischem Wege eine Spannung bewirken. Diese erlauben aufgrund der mechanischen Verriegelung kein Nachspannen. Außerdem können Leckagen an Dichtungsstellen entstehen. Hydrauliköl kann in den Antriebsmotor der Spindel gelangen und diesen schädigen. Im Vergleich dazu bestehen bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung diese Probleme nicht. Da keine Federn vorhanden sind, kann die Länge der Spindel 13 und damit die Gesamtlänge wesentlich verkürzt werden, so dass eine sehr kurze Bauweise erreichbar ist. Ferner hat die erfindungsgemäße Spanneinrichtung den Vorzug, ein Nachspannen zu ermöglichen, und diese beim Umlauf der Spindel 13.

Bei bekannten Federspannsystemen ergibt sich wegen der benötigten Größe der Federn ein großer Bohrungsdurchmesser in der Spindel 13. Da die erfindungs­ gemäße Spanneinrichtung keine derartigen Federn benötigt, kann der Durchmesser der Innenbohrung der Spindel 13 verkleinert werden und dadurch der Durchmesser der Spindel 13 deutlich reduziert werden. Während ferner bekannte Federspannsysteme auftretenden Verschleiß an den Kraftübertragungsflächen nicht kompensieren können, ist die Spanneinrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, auftretenden Verschleiß an den Kraftüber­ tragungsflächen zu kompensieren. Von erheblichem Vorteil ist ferner, dass wegen nicht erforderlicher Federn die mit umlaufenden rotierenden Massen reduziert sind. Dadurch werden schnellere Beschleunigungen der Spindel 13 und Verzögerungen dieser möglich. Während bei bekannten Federspannsystemen die Spannkraft während des Betriebes nicht überwacht werden kann und dabei während des Betriebes erforderlichenfalls nicht korrigierend eingegriffen werden kann, ermöglicht die erfindungsgemäße Spanneinrichtung eine ständige Überprüfung und erforderlichenfalls ein Nachspannen der Spannkraft auch während des Betriebes und damit eine Verbesserung der Betriebssicherheit der Werkzeugmaschine. Während bei bekannten Federspannsystemen Fehlspannungen, die infolge Verschmutzungen auftreten, nicht erkannt werden, werden bei der Spanneinrichtung gemäß der Erfindung solche Fehlspannungen erkannt, so dass dann erforderlichenfalls ein Anlauf der Spindel 13 verhindert werden kann. Während bekannte Federspannsysteme durch hohe unkontrollierte Spannkraft sehr stark verschleißen können, ist bei der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung durch die mögliche Spannkraftregelung der Verschleiß minimiert. Ferner werden die Werkzeugwechselzeiten verkürzt. Von Vorteil ist ferner, dass bei Bedarf ein Werkzeugwechsel auch bei laufender Spindel 13 möglich ist, und dabei mit geringem durch das sonst erforderliche Abbremsen und Beschleunigen der Spindel bedingtem Verschleiß.

Es versteht sich, dass bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel die Betätigungseinrichtung 20 so gestaltet sein kann, dass eine kinematische Umkehr vorliegt und somit vom Rotor 25 eine Welle angetrieben wird, auf deren Umfang in einem entsprechenden Rillenprofil die Koppelglieder 34 sitzen und arbeiten, die ferner mit einer diese umgebenden, mit Innengewinde versehenen Hülse in Verbindung stehen, die dann den mit dem gezeigten Abtriebsteil 27 vergleichbaren Abtriebsteil darstellt und mit der Betätigungsstange 16 drehfest und axial verschiebefest verbunden ist.

Claims (24)

1. Spanneinrichtung für Werkzeuge, Werkzeughalter od. dgl., mit einer rotierend antreibbaren Spindel (13), einer Betätigungsstange (16) in der Spindel (13) zur Betätigung einer Spannvorrichtung (12) und einer Betätigungseinrichtung (20) für die Betätigungsstange (16), dadurch gekennzeichnet, dass ein auf die Betätigungsstange (16) zu deren Betätigung wirkender Baugruppenteil (60) der Betätigungseinrichtung (20) mit der Spindel (13) mit Betätigungsstange (16) umläuft, vorzugsweise in Synchronismus, und zur axialen Beaufschlagung der Betätigungsstange (16) in einer Richtung oder dazu gegensinnigen Richtung zumindest kurzfristig mit höherer bzw. niedrigerer Drehzahl als die Spindel (13) antreibbar ist.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) einen Antriebsmotor (23), insbesondere Elektromotor, und ein davon angetriebenes, eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umwandelndes Untersetzungsgetriebe (26) aufweist, dessen Abtriebsteil (27) auf die Betätigungsstange (16) zu deren axialer Beaufschlagung arbeitet, und dass der angetriebene Teil des Antriebsmotors (23), insbesondere dessen Rotor (25), und das Untersetzungsgetriebe (26) als Baugruppenteil (60) der Betätigungseinrichtung (20) zusammen mit der Spindel (13) mit Betätigungsstange (16) drehbar sind.

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (27) des Untersetzungsgetriebes (26) mit der Betätigungsstange (16) drehfest und axial verschiebefest verbunden ist oder damit einstückig ist.

4. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange (16) relativ zur Spindel (13) undrehbar ist.

5. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Teil des Antriebsmotors (23), insbesondere dessen Rotor (25), auf einer Hohlwelle (28) gehalten ist, die mittels Lagern (31) in einem feststehenden Gehäuse (29) drehbar gelagert ist.

6. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (13) axial an dem mit dieser umlaufenden Baugruppenteil (60) abgestützt ist, insbesondere gelagert ist.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Axiallager (50) zwischen der Spindel (13) einerseits und dem umlaufender Baugruppenteil (60) andererseits, z. B. einem Bund (39) der Hohlwelle (28) oder eines anderen Bauteils des Untersetzungsgetriebes (26).

8. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lager (31) der Hohlwelle (28) als Radial- und Axiallager ausgebildet ist und der Axialabstützung der Spindel (13) dient.

9. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht angetriebene Teil des Antriebsmotors (23), insbesondere dessen Stator (24), nicht umlaufend und in dem feststehenden Gehäuse (29) angeordnet ist.

10. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft, insbesondere die Spannkraft, mit der die Betätigungsstange (16) beaufschlagt bzw. beaufschlagbar ist, geregelt bzw. regelbar ist, vorzugsweise direkt.

11. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungseinrichtung (20) eine Regeleinrichtung (40) zur Regelung der Spannkraft zugeordnet ist.

12. Spanneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (40) auf den Antriebsmotor (23) arbeitet und zumindest einen Sensor (41, 42, 52, 53) aufweist, der eine Größe ermittelt, die ein Maß für die Stellkraft, insbesondere die Spannkraft, ist, die mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird.

13. Spanneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (41, 42, 52, 53) aus einem Drehzahlgeber, Kraftgeber od. dgl. Messglied gebildet ist.

14. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindel (13) zumindest ein Sensor (52), insbesondere Drehzahlgeber, zugeordnet ist, mittels dessen die jeweilige Spindeldrehzahl erfasst wird.

15. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindel (13) und/oder dem Abtriebsteil (27) des Untersetzungsgetriebes (26) ein den Axialhub erfassender Wegsensor (41) zugeordnet ist.

16. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsmotor (23), z. B. dessen antreibenden Teil, insbesondere Rotor (25), oder dem davon angetriebenen Teil, z. B. der Hohlwelle (28) oder dergleichen Antriebsteil (32) des Untersetzungsgetriebes (26), mindestens ein Sensor (53), insbesondere ein Drehzahlgeber, zugeordnet ist, mittels dessen die jeweilige Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors (23) erfasst wird.

17. Spanneinrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleinrichtung (40) die vom jeweiligen Sensor (52, 53) erfasste Größe für die Spindeldrehzahl und die Antriebsdrehzahl zugeführt wird.

18. Spanneinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regeleinrichtung (40) der Synchronismus des Antriebsmotor (23) in Bezug auf die Spindeldrehzahl geregelt wird.

19. Spanneinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regeleinrichtung (40) der Drehsinn und/oder die Drehzahldifferenz zwischen der Spindeldrehzahl und der Antriebsdrehzahl zul Axialbeaufschlagung der Betätigungsstange (16) geregelt wird.

20. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (27) des Untersetzungsgetriebes (26) eine Abtriebsstange oder Abtriebshülse aufweist.

21. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (26) eine etwa hülsenförmige Spindelmutter (32) aufweist, die innerhalb der Hohlwelle (28) koaxial zu dieser angeordnet und damit drehfest verbunden ist oder mit dieser ein einstückiges Bauteil bildet.

22. Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (27) des Untersetzungsgetriebes (26), insbesondere die Abtriebsstange, koaxial zur Betätigungsstange (16) angeordnet und damit axial und drehfest verbunden ist bzw. ein damit einstückiges Bauteil bildet.

23. Spanneinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (27), insbesondere die Abtriebsstange, die Spindelmutter (32) mit radialem Abstand durchsetzt und dazu etwa koaxial verläuft.

24. Spanneinrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsteil (27), insbesondere die Abtriebsstange, auf einem Längenabschnitt, der sich zumindest über den Axialbereich der Spindelmutter (32) erstreckt, mit einem Außengewinde (33) versehen ist und dass zwischen der Spindelmutter (32) und dem Längenabschnitt mit dem Außengewinde (33) getriebliche Koppelglieder (34), insbesondere mit Rillenprofil versehene Rollen, derart angeordnet sind, dass ein mittels des Antriebsmotors (23) erfolgender Drehantrieb der Spindelmutter (32) in eine Translationsbewegung des Abtriebsteils (27), insbesondere der Abtriebsstange, umgewandelt wird.