DE19818148A1

DE19818148A1 - Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE19818148A1
Application number: DE1998118148
Authority: DE
Inventors: Helmut Storch
Original assignee: Widia GmbH
Current assignee: Widia GmbH
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-10-28
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: DE19818148B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Verbindung eines Werkzeugkopfes (12) und eines Werkzeughalters (10) an Werkzeugmaschinen mit einem wechselbaren Werkzeugkopf (12), der einen zylindrischen oder zumindest teilweise kegeligen Aufnahmezapfen (13) aufweist, der mit einer entsprechend ausgebildeten Aufnahmebohrung (11) des Werkzeughalters (10) zusammenwirkt, wobei zum Spannen mittels einer axial verschiebbaren Spannstange (15) Spannelemente (14) radial nach außen in Ausnehmungen (37) des Werkzeugkopfes (12) bewegbar sind und die Spannstange (15) eine Querbohrung (32) aufweist, in der eine drehbare Exzenterwelle (18) entlang des Mantels der Querbohrung (32) geführt ist und durch Drehung der Exzenterwelle (18) die Axialbewegung der Spannstange (15) bewirkt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist die Querbohrung (32) einen länglich-runden Querschnitt auf, der gleichzeitig als Drehbegrenzungsanschlag den axialen Spannweg festlegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Verbindung eines Werkzeugkopfes und eines Werkzeughalters an Werkzeugma schinen mit einem wechselbaren Werkzeugkopf, der einen zylin drischen oder zumindest teilweise kegeligen Aufnahmezapfen auf weist, 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.

Eine solche Spannvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 754 101 B1 bekannt. Die Exzenterwelle besitzt unterschied lich 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 Spannele mente in umgekehrter Weise radial nach innen bewegt werden, so daß der rohrförmige Aufnahmezapfen wieder freigesetzt wird. Der Werkzeugkopf kann aus dem Werkzeughalter entnommen werden.

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.

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 Viel zahl von Einzelteilen besteht, die gegeneinander verklemmen können, so daß eine saubere Spannbewegung nicht mehr durchführ bar ist. Im übrigen läßt sich mit der vorliegenden Ausführungs form auch keine kompakte schlanke Bauweise realisieren.

Ähnliche Spannsysteme sind in der DE 30 07 440 A1 und der DE 36 02 247 A1 beschrieben, bei denen anstelle der Spannkugeln Spannstifte (DE 30 07 440 A1) oder Spannbacken (DE 36 02 247 A1) 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 ein greifen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrich tung zu schaffen, die eine schlanke kompakte Bauweise mit mög lichst wenig Teilen schafft, die funktionssicher und betriebs störungsfrei zusammenwirken.

Diese Aufgabe wird durch die Spannvorrichtung nach Anspruch 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 Spannwel lenkopf eingespart, was den Aufbau der Spannvorrichtung erheb lich vereinfacht und störungsunanfälliger macht. Weder ein Ver klemmen des bisher erforderlichen Anschlagstiftes oder dessen Bruch sind zu befürchten. Die verwendete Spannwelle mit der Exzenterwelle kann erheblich kürzer gebaut werden. Darüber hin aus 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 Anschlag begrenzung wird gleichzeitig mit dem festliegenden Exzentrizi tätsmaß der Spannweg eindeutig festgelegt.

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.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen auf geführt.

So ist vorzugsweise die Spannstange rückseitig gegen ein Tel lerfederpaket vorgespannt, das gegenüber der nach dem Stand der Technik verwendeten Spiralfeder erheblich robuster ist.

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 Spann stab in einem mit dem Werkzeughaltergehäuse verbundenen Kani ster axial verschiebbar geführt. Die vorbeschriebene Ausgestal tung hat den Vorteil, daß das gesamte Spannsystem als gedämpfte Spannpatrone ausgebildet werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sowie hiermit erzielbare Vorteile ergeben sich aus dem in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispiel. Es zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau der Spannvorrichtung in einer geschnittenen perspektivischen Dar stellung,

Fig. 2 den Grundkörper des Werkzeughalters,

Fig. 3 einen Kanister zur Einführung in den Grundkör per,

Fig. 4 die Spannstange,

Fig. 5 einen Spannbolzen in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 6 denselben Spannbolzen in einer Draufsicht und

Fig. 7a bis c denselben Spannbolzen in einer Draufsicht mit drei verschiedenen Exzenterstellungen,

Fig. 8 die Spannwelle mit Exzenterwelle in einer Sei tenansicht,

Fig. 9 einen Werkzeugkopf in einer Seitenansicht und

Fig. 10 die zum Werkzeughalter gehörenden Teile in einer Explosionsdarstellung.

Kernstück der Spannvorrichtung ist der Werkzeughalter mit einem Grundkörper 10, der eine Aufnahmebohrung 11 (siehe Fig. 2) auf weist, in die ein Werkzeugkopf 12 gemäß Fig. 9 eingeführt wer den 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 Spann stange 15 geführt ist, radial nach außen hervortreten und in Ausnehmungen 37 des als Hohlkörper ausgebildeten Zapfens ein greifen. 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 Teller federpaketes 20. Der Bolzen 21 dient zur Drehmomentübertragung. Der Vollständigkeit halber ist noch eine Kühlmittelzufüh rung 22, allerdings um 90° versetzt, eingezeichnet.

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 Fig. 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.

Die gesamte Spannwelle ist im vorliegenden Fall zweiteilig aus geführt und besteht aus einem Spannstab 28, der stirnseitig eine Abstoßfläche 29 zum Abdrücken (Lösen) des Werkzeugkopfes aufweist. Am Zylindermantel des Spannstabes befinden sich man telseitig Mulden 30 auf gegenüberliegenden Seiten, die als Füh rungen dienen und deren Größe der Größe der Spannkugeln 14 angepaßt ist. Wie aus der strichlinierten Darstellung in Fig. 4 ersichtlich ist, können die Spannkugeln 14 auf gegenüberliegen den 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 festge halten, 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 grei fen. Der hintere Teil des Spannstabes ist als Hohlkörper 31 ausgebildet, der zur Aufnahme des Spannbolzens 33 (siehe Fig. 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 Boh rung 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 Exzenter welle 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 ent spricht, ist die Länge dieser Bohrung größer ausgebildet, wobei die Exzenterwelle 18 je nach Drehung der Spannwelle die in Fig. 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 Fig. 7b dargestellte Stellung "wandert" die Exzenterwelle 18 in dem Langloch 34, wobei der Spannbolzen 33 den durch die Län gendifferenz 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-Axial maß 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 Spann bolzen 33 in dem Zylinderteil 31 keine über 180° Drehwinkel möglichen Ausweichbewegungen erlauben. Zum Lösen der Spannvor richtung wird die Spannwelle 19 bzw. die Exzenterwelle 18 um 180° zurückgedreht.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Spannvorrichtung besteht in der Verwendung einer geringstmöglichen Anzahl von Teilen, wobei der Spannbolzen selbst über seine länglich-runde Durch brechung 34 als Drehbegrenzungsanschlag für die Spannwelle 19 bzw. die Exzenterwelle 18 dient.

Claims

1. Spannvorrichtung zur Verbindung eines Werkzeugkopfes (12) und eines Werkzeughalters (10) an Werkzeugmaschinen mit einem wechselbaren Werkzeugkopf (12), der einen zylindri schen oder zumindest teilweise kegeligen Aufnahmezap fen (13) aufweist, der mit einer entsprechend ausgebilde ten Aufnahmebohrung (11) des Werkzeughalters (10) zusam menwirkt, wobei zum Spannen mittels einer axial verschieb baren Spannstange (15) Spannelemente (14) radial nach außen in Ausnehmungen (37) des Werkzeugkopfes (12) beweg bar sind und die Spannstange (15) eine Querbohrung (32) aufweist, in der eine drehbare Exzenterwelle (18) entlang des Mantels der Querbohrung (32) geführt ist und durch Drehung der Exzenterwelle (18) die Axialbewegung der Spannstange (15) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (32) einen länglich-runden Querschnitt aufweist, der gleichzeitig als Drehbegrenzungsanschlag den axialen Spannweg festlegt.

2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannstange (15) rückseitig gegen ein Tellerfeder paket (20) vorgespannt ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannstange aus einem Spannstab (28) mit Spannmulden (30) und einem Spannbolzen (33) besteht, der die Querbohrung (32) zur Aufnahme der Exzenterwelle (18) aufweist und dessen vordere teilkegelige Stirnfläche (36) gegen eine hintere Stirnmulde des Spannstabes (28) anliegt.

4. Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannstab (28) in einem mit dem Werkzeughalterge häuse (10) verbundenen Kanister (17) axial verschiebbar geführt wird.