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Die
Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Verbindung eines Werkzeugkopfes
und eines Werkzeughalters an einer Werkzeugmaschine mit einem wechselbaren
Werkzeugkopf, der einen zylindrischen oder zumindest teilweise kegeligen
Aufnahmezapfen aufweist, der mit einer entsprechend ausgebildeten
Aufnahmebohrung des Werkzeughalters zusammenwirkt, wobei zum Spannen
mittels einer axial verschiebbaren Spannstange, Spannelemente radial
nach außen
in Ausnehmungen des Werkzeugkopfes bewegbar sind und die Spannstange
eine Querbohrung aufweist, in der eine drehbare Exzenterwelle entlang
des Mantels der Querbohrung geführt
ist und durch Drehung der Exzenterwelle die Axialbewegung der Spannstange
bewirkt wird.
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Eine
solche Spannvorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 0 754 101 B1 bekannt.
Die Exzenterwelle besitzt unterschiedlich ausgeformte Bereiche,
die die Spannstange je nach Bewegung der Exzenterwelle entweder
im Werkzeughalter nach hinten oder vorne treiben, d.h., eine längsaxiale
Bewegung der Spannstange bewirken. Die Spannstange, die im wesentlichen
zylindrisch ausgeführt
ist, besitzt im vorderen Bereich auf der Zylindermantelfläche muldenförmige Ausnehmungen,
in welchen als Kugeln ausgebildete Spannelemente "hineingleiten" können. Wird
die Spannstange durch Bewegung der Exzenterwelle nach hinten gezogen,
werden die Spannkugeln, welche die tieferen Bereiche der Mulde verlassen,
radial auswärts
getrieben, wonach sie in entsprechende Durchbrechungen des rohrförmig ausgebildeten
Aufnahmezapfens gelangen, wodurch der Werkzeugkopf und der Werkzeughalter
miteinander verspannt werden. Zum Lösen der Spannung wird die Spannstange
in entgegengesetzter Richtung längsaxial
nach vorne bewegt, wodurch die Kugeln als Spannelemente in umgekehrter
Weise radial nach innen bewegt werden, so daß der rohrförmige Aufnahmezapfen wieder
freigesetzt wird. Der Werkzeugkopf kann aus dem Werkzeughalter entnommen werden.
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Die
Spannstange wird rückseitig über eine Feder
vorgespannt, die auf ein Ringelement rückseitig mit der Federkraft
einwirkt, wobei die gegenüberliegende
Stirnseite des Ringelementes als Angriffsfläche für einen Teil der Exzenterwelle
dient.
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Zur
Begrenzung des Drehwinkels der Exzenterwelle dient eine Umfangsbegrenzungsanschlagnut
in dem Kopf der die Exzenterwelle aufweisenden Spannwelle. In diese
Nut greift ein Stift ein, so daß die
Spannwelle nur über
den Winkel drehbar ist, über den
sich die Umfangsnut erstreckt. Die Nachteile der in der
EP 0 754 101 B1 dargestellten
und beschriebenen Ausbildung bestehen darin, daß nicht zuletzt wegen des Anschlagstiftes
und des Ringes der gesamte Spannvorrichtungsaufbau aus einer Vielzahl
von Einzelteilen besteht, die gegeneinander verklemmen können, so
daß eine
saubere Spannbewegung nicht mehr durchführbar ist. Im übrigen läßt sich
mit der vorliegenden Ausführungsform
auch keine kompakte schlanke Bauweise realisieren.
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Ähnliche
Spannsysteme sind in der
DE
30 07 440 A1 und der
DE 36 02 247 C2 beschrieben, bei denen anstelle
der Spannkugeln Spannstifte (
DE 30 07 440 A1 ) oder Spannbacken (
DE 36 02 247 C2 ) verwendet
werden. Auch hier bedient man sich beim Spannen einer längsaxial
verschiebbaren Spannstange, die über
unterschiedliche konstruktive Mittel die Spannelemente radial nach
außen
treibt, wo sie in entsprechend vorhandene Ausnehmungen des komplementären zu verspannenden
Teiles eingreifen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung zu
schaffen, die eine schlanke kompakte Bauweise mit möglichst
wenig Teilen schafft, die funktionssicher und betriebsstörungsfrei zusammenwirken.
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Diese
Aufgabe wird durch die Spannvorrichtung nach Patentanpruch 1 gelöst, die
erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, daß die
Querbohrung einen länglich-runden
Querschnitt aufweist, der gleichzeitig als Drehbegrenzungsanschlag
den axialen Spannweg festlegt. Durch diese Maßnahme wird zunächst die
aufwendige Konstruktion der Drehbewegungs-Anschlagbegrenzung mit
einer Umfangsnut und einem hierein eingreifenden Stift im Spannwellenkopf
eingespart, was den Aufbau der Spannvorrichtung erheblich vereinfacht
und störungsunanfälliger macht.
Weder ein Verklemmen des bisher erforderlichen Anschlagstiftes oder
dessen Bruch sind zu befürchten.
Die verwendete Spannwelle mit der Exzenterwelle kann erheblich kürzer gebaut
werden. Darüber
hinaus ist nur eine einzige Exzenterwelle mit einem konstanten Durchmesser über ihre
gesamte Längsachse
vorgesehen, die je nach Drehbewegung von Anschlag zu Anschlag einen
Vortrieb oder einen Rücktrieb
der Spannstange bewirkt. Durch diese Anschlagbegrenzung wird gleichzeitig
mit dem festliegenden Exzentrizitätsmaß der Spannweg eindeutig festgelegt.
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Auch
Zwischenglieder, wie der nach der Lehre nach der
EP 0 754 101 B1 verwendete
Ring, können
eingespart werden, da die Exzenterwelle unmittelbar auf die Spannstange
wirkt.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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So
ist vorzugsweise die Spannstange rückseitig gegen ein Tellerfederpaket
vorgespannt, das gegenüber
der nach dem Stand der Technik verwendeten Spiralfeder erheblich
robuster ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung ist die Spannstange in einen Spannstab
mit Spannmulden und einen Spannbolzen aufgeteilt, der die Querbohrung
zur Aufnahme der Exzenterwelle aufweist und dessen vordere teilkegelige
Stirnfläche
gegen eine hintere Stirnmulde des Spannstabes abliegt. Vorzugsweise
ist der Spannstab in einem mit dem Werkzeughaltergehäuse verbundenen
Kanister axial verschiebbar geführt.
Die vorbeschriebene Ausgestaltung hat den Vorteil, daß das gesamte
Spannsystem als gedämpfte
Spannpatrone ausgebildet werden kann.
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Weiterbildungen
der Erfindung sowie hiermit erzielbare Vorteile ergeben sich aus
dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
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1 den
schematischen Aufbau der Spannvorrichtung in einer geschnittenen
perspektivischen Darstellung,
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2 den
Grundkörper
des Werkzeughalters,
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3 einen
Kanister zur Einführung
in den Grundkörper,
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4 die
Spannstange,
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5 einen
Spannbolzen in einer perspektivischen Ansicht,
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6 denselben
Spannbolzen in einer Draufsicht und
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7a bis c denselben Spannbolzen in einer Draufsicht
mit drei verschiedenen Exzenterstellungen,
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8 die
Spannwelle mit Exzenterwelle in einer Seitenansicht,
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9 einen
Werkzeugkopf in einer Seitenansicht und
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10 die
zum Werkzeughalter gehörenden Teile
in einer Explosionsdarstellung.
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Kernstück der Spannvorrichtung
ist der Werkzeughalter mit einem Grundkörper 10, der eine Aufnahmebohrung 11 (siehe 2)
aufweist, in die ein Werkzeugkopf 12 gemäß 9 eingeführt werden
kann. Der Werkzeugkopf 12 besitzt einen Zapfen 13,
dessen Außenmantel
dem Innenmantel der Aufnahme 11 entspricht. Als Spannelemente
dienen Spannkugeln 14, welche über eine Spann stange 15 mit
Mulden 16 radial nach außen bewegbar sind, wo sie durch
eine Ausnehmung in einem Kanister 17, in dem die Spannstange 15 geführt ist,
radial nach außen
hervortreten und in Ausnehmungen 37 des als Hohlkörper ausgebildeten
Zapfens eingreifen. Zur längsaxialen
Bewegung dient eine Exzenterwelle 18 einer Spannwelle 19,
die über
eine formschlüssige Betätigung verdreht
wird. Diese Exzenterwelle 18 beaufschlagt (direkt oder
indirekt) die Spannstange 15 gegen die Kraft eines Tellerfederpaketes 20.
Der Bolzen 21 dient zur Drehmomentübertragung. Der Vollständigkeit
halber ist noch eine Kühlmittelzuführung 22,
allerdings um 90° versetzt,
eingezeichnet.
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Der
Grundkörper 10 besitzt
eine stirnseitige Ringanlage 23, gegen die die ringförmige Stirnfläche 24 des
Werkzeugkopfes im verspannten Zustand plan anliegt. Im hinteren
Gehäusebereich
erstreckt sich ein Schaft, der eine Bohrung 25 aufweist,
in der die Spannwelle drehbar geführt ist. Die Spannwelle 19 steht
senkrecht zur Spannstange 15. Wie aus 3 ersichtlich
ist in dem Grundkörper 10 ein
Kanister 11 eingesetzt, dessen vorderes Ende Bohrungen 26 aufweist,
durch welche die Spannkugeln 14 radial nach außen hervortreten
können.
Der Kanister weist eine weitere Bohrung 27 auf, welche
mit der Bohrung 25 koinzidiert und in der die Spannwelle 19 ebenfalls
geführt
wird.
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Die
gesamte Spannwelle ist im vorliegenden Fall zweiteilig ausgeführt und
besteht aus einem Spannstab 28, der stirnseitig eine Abstoßfläche 29 zum
Abdrücken
(Lösen)
des Werkzeugkopfes aufweist. Am Zylindermantel des Spannstabes befinden sich
mantelseitig Mulden 30 auf gegenüberliegenden Seiten, die als
Führungen
dienen und deren Größe der Größe der Spannkugeln 14 angepaßt ist.
Wie aus der strichlinierten Darstellung in 4 ersichtlich
ist, können
die Spannkugeln 14 auf gegenüberliegenden Seiten in die
dort vorgesehene Mulde hineingleiten, wenn die Spannstange bzw.
der Spannstab 28 eine erste, längsaxial nach vorne bewegte
Position einnimmt. Wird die Spannstange bezogen auf den Kanister 17 nach
hinten längsaxial
verschoben, werden die Kugel, bedingt durch die Bohrung 26,
am Ort festgehalten, wobei sie entlang der nach vorne hin schmaler
und seichter werdenden Mulde radial nach außen getrieben werden, so daß sie in
die Durchbrechungen 18 des Werkzeugkopfes 12 greifen.
Der hintere Teil des Spannstabes ist als Hohlkörper 31 ausgebildet,
der zur Aufnahme des Spannbolzens 33 (siehe 5)
dient. Der Spannbolzen besitzt eine länglich-runde Durchbrechung 34 in
seinem Kopf 35, dessen Vorderseite 36 kegelstumpfförmig ausgebildet
ist und gegen die Rückseite
des Spannstabes 28 drückt.
Die im Querschnitt länglich-runde
Bohrung 34 wird von der Exzenterwelle 18 durchgriffen,
die gleichzeitig in dem Langloch 34 geführt wird. Durch Drehung der
Spannwelle 19 und bedingt durch die Exzentrizität der Exzenterwelle 18 wird
eine längsaxiale
Bewegung des Spannbolzens 33 bewirkt, dessen rückseitige
Fläche 37 gegen
das Federpaket 20 anliegt bzw. hierdurch vorgespannt wird.
Während die
Breite der Bohrung 34 etwa dem Durchmesser der Exzenterwelle 18 entspricht,
ist die Länge
dieser Bohrung größer ausgebildet,
wobei die Exzenterwelle 18 je nach Drehung der Spannwelle
die in 7a bis c dargestellten Stellungen
durchläuft.
Am Anfang befindet sich die Exzenterwelle im dargestellten unteren
Bereich der Bohrung 34. Durch eine 90°-Drehung in die in 7b dargestellte Stellung "wandert" die Exzenterwelle 18 in
dem Langloch 34, wobei der Spannbolzen 33 den
durch die Längendifferenz
L1 zu L2 erkennbaren Schub erfährt.
Bei weiterer Drehung der Spannwelle 19 bis zu einem Drehwinkel
von 180° setzt
sich die Schubbewegung zu dem dargestellten Längen-Axialmaß L3 fort;
in dieser Stellung hat die Exzenterwelle wieder die untere Position
im Langloch 34 erreicht. Ein Weiterdrehen der Spannwelle über 180° hinaus ist
nicht möglich,
da die Spannwelle 18 infolge ihrer Festsetzung durch Bohrungen 25 bzw. 27 und
die Exzenterwelle 18 infolge der Führung für den Spannbolzen 33 in
dem Zylinderteil 31 keine über 180° Drehwinkel möglichen
Ausweichbewegungen erlauben. Zum Lösen der Spannvorrichtung wird die
Spannwelle 19 bzw. die Exzenterwelle 18 um 180° zurückgedreht.
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Der
besondere Vorteil der vorliegenden Spannvorrichtung besteht in der
Verwendung einer geringstmöglichen
Anzahl von Teilen, wobei der Spannbolzen selbst über seine länglich-runde Durchbrechung 34 als
Drehbegrenzungsanschlag für
die Spannwelle 19 bzw. die Exzenterwelle 18 dient.