DE69621761T2 - Werkzeug-Spannkraftsteigerungsmechanismus für eine Spindel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeug-Spannkraftsteigerungs-Mechanismus für eine Spindel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, um die Funktion von Werkzeugwechsel zu erreichen, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Spindeln im Zentrum der Maschine mit einem Werkzeug-Spannmechanismus in deren Wellen ausgerüstet. Der besagte Werkzeug-Spannmechanismus umfasst ein Werkzeug 1, eine Spindel 2, Kugeln 3, einen Zugstab 4 und Federn 5 etc. Die Werkzeug-Spannkraft wird bei dem besagten Werkzeug-Spannmechanismus im wesentlichen durch die in dem Mechanismus enthaltenen Federn erzeugt, und sie ist annähernd gleich der wirkenden Federkraft. Die Größe der besagten Werkzeug-Spannkraft kann in Abhängigkeit von der vorgesehenen Leistung des besagten Werkzeug- Spannmechanismus etwa 700 bis 2000 kg oder höher betragen.
• Jedoch muss der bekannte wie oben beschriebene Spannmechanismus eine vom Werkzeug-Freigabe- Hydraulikzylinder erzeugte größere Schubwirkung als die Werkzeug-Spannkraft haben, um die Federwirkung zu beherrschen, d. h. die Werkzeug-Freigabekraft muss größer sein als die Werkzeug-Spannkraft, so dass diese das Werkzeug von der Welle trennen kann. Durch diese Einschränkung kann die Freigabekraft des hydraulischen Zylinders und die Lagerbelastung sowie die Wellenfeder nicht verkleinert werden, welches unbequem bei der Teileauswahl ist.
• Deshalb ist es offensichtlich, dass der Spindelwerkzeug-Spannmechanismus gemäß dem Stand der Technik, wie oben dargestellt, offensichtlich unbequem ist und bei der praktischen Anwendung und bei der Herstellung Nachteile aufweist und es Möglichkeiten zum Verbessern gibt.
• Die Druckschrift DE-A-39 36 112 beschreibt einen Werkzeugspannkraft-Steigerungsmechanismus zur Anwendung an einer Spindel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein Nachteil bei diesem Werkzeugspannkraft- Steigerungsmechanismus besteht darin, dass die Kolbenzylindereinheit mit der Werkzeugspindel zusammengebaut werden muss. Deshalb sind Verbindungsmittel notwendig.
• Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkzeugspannkraft-Steigerungsmechanismus vorzuschlagen, welcher die Spindelspannkraft erhöhen kann, während die Werkzeug-Freigabekraft nicht erhöht werden muss, dabei kann der Bedarf an der Werkzeug-Freigabekraft gesenkt werden und in der Folge daraus kann der Hydraulikzylinder für die Freigabekraft kleiner ausgestaltet, die Freigabekraft gesenkt, die Lagerbelastung verringert sowie die Wellenfeder reduziert werden. Dies ist zweckmäßig für die Auswahl anderer Teile.
• Diese Aufgabe wird durch einen Mechanismus mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Die Merkmale der vorliegenden Erfindung liegen in dem Konfigurieren verschiedener Löcher und Schlitze, welche Kugeln aufnehmen, an dem hinteren Ende des Zugstabs des Spindelwerkzeug-Spannkraftmechanismus. Die Kugeln werden geklemmt oder freigegeben durch ein Gleitteil, welches in dem Zugstab enthalten ist. Die Klemmkraft des Gleitteils wird mittels einer Feder erzeugt, während die Freigabekraft mittels der Werkzeug-Freigabekraft an dem hinteren Ende der Spindel erzeugt wird. Die geklemmten Kugeln werden von dem äußeren Durchmesser des hinteren Endes der Zugstange herausragen, um den Werkzeug-Spannmechanismus beim Entfernen und die Zugstange mit der Werkzeug-Spannkraft zu halten; ferner wird durch das Freigeben der Kugeln, das Entfernen bzw. Freigeben des Werkzeugs des Werkzeug- · Spannmechanismus bewirkt, wodurch die Steigerung der Spannkraft erreicht wird.
• Eine Ausgestaltung dieser Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1 eine längsgeschnittene Ansicht des Spindelwerkzeug-Spannkraftmechanismus gemäß dem Stand der Technik ist;
• Fig. 2 eine längsgeschnittene Ansicht der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 3 eine isometrische Ansicht des hinteren Endes der Zugstange und des Federkraft-Transmitters gemäß der Erfindung ist;
• Fig. 4 das Kraftdiagramm der Kugel ist, welches das Prinzip der Spannkraft-Steigerung gemäß der Erfindung zeigt;
• Fig. 5 eine schematische Ansicht des Gleitteils und des Federkraft-Transmitters gemäß der vorliegenden Erfindung ist, welcher mit einer Feder ausgestattet ist;
• Fig. 6 eine andere Ausgestaltung des Kraftdiagramms der Kugel gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
• Zur Erleichterung des weiteren Verständnisses und in Einklang mit den Aufgaben und den Merkmalen sowie zur Effektivität der vorliegenden Erfindung folgt eine detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen:
• Zunächst in Bezug auf Fig. 2, welche die längsgeschnittene Ansicht der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist ein Werkzeug-Spannmechanismus einer Spindel vorgesehen, welcher im allgemeinen ein Werkzeug 1, eine Spindel 2, Kugeln 3, eine Zugstange 4 und Federn 5 etc. umfasst. Zwischen diesen ist die Zugstange 4 im Inneren des hohlen Bereichs der Spindel 2 enthalten. Das vordere Ende der Zugstange 4 hat ein Außengewinde 41, welches mit dem Innengewinde 43 des Grundkörpers 42 einer Zugstange in Eingriff steht, wobei die gesamte Länge der Zugstange durch diesen Eingriff justiert werden kann. Es sind verschiedene Kugeln im Bereich des vorderen Endes der Zugstange des Grundkörpers 42 enthalten. Mittels dieser Kugeln 3 kann ein Befestigen bzw. Festschnallen des Zugknaufs 11 an dem hinteren Ende des Werkzeugs 1 bewirkt werden. Die Kugel 3 kann fest an dem Zugknauf 11 befestigt sein, wenn der Zugstab einer Zugkraft unterliegt; jedoch gleitet die Kugel zu dem Bereich mit größerem Innendurchmesser der Spindel 2, wenn die Zugstange einer geeigneten Druckkraft unterliegt, welche das Werkzeug von der Welle 2 löst. Es ist nicht notwendig, hierbei ins Detail zu gehen, da dieser Aufbau von Spindelspannkraft-Mechanismen meist der gleichen wie bei dem Stand der Technik ist.
• Im Verhältnis ist der äußere Durchmesser des mittleren Abschnitts des Zugstabs kleiner und der Außendurchmesser des hinteren Endes größer, wobei dieser hohlförmig ist. Dieser Teil zwischen dem mittleren Abschnitt und dem hinteren Ende des Zugstabs ist also in eine Form, wie in Fig. 3 gezeigt, gefräst bzw. gedreht. Das hintere Endteil der Zugstange 4 hat einen größeren Durchmesser und ist mit verschiedenen zueinander gleichwinkelig angeordneten Schlitzen 44 ausgestattet, welche in die Innenseite des hohlen Bereichs dringen. Ein Federkraft-Transmitter 6 wird mit seinem zentralen Loch 61 aufgeschoben, um den Außendurchmesser des mittleren Bereichs der Zugstange 4 zu befestigen, wobei sein hinteres Ende mit verschiedenen gleichschenklig angeordneten Fortsätzen 62 ausgestattet ist, um in die korrespondierenden Schlitze 44 eingepasst zu werden. Außerdem ist der Innendurchmesser dieser Fortsätze kleiner als der Innendurchmesser des hohlen Bereichs des hinteren Endes der Zugstange, so dass der Innendurchmesser der Fortsätze, wenn diese in die Schlitze eingepasst sind, den Innendurchmesser des hohlen Bereichs des hinteren Teils der Zugstange übersteigen, um das Gleitteil 7 zu berühren. Die Feder 5 ist eine Art abgeschrägte Kegelfeder, welche auf die Zugstange 4 aufgeschoben ist und gegen die vordere Endfläche des Federkraft-Transmitters 6 drückt, so dass der Federkraft-Transmitter 6 axial zu dem hinteren Endteil der Zugstange 4 geschoben werden kann. Ein zylindrisches Gleitteil 7 mit seinem vorderen Endteil wird in das hohle hintere Endteil der Zugstange 4 eingepasst, und durch die Verwendung der Stufenunterschiede zwischen dem inneren Durchmesser des hinteren Endteils der Zugstange 4 und dem Innendurchmesser des Federkraft-Transmitters 6 kann die vordere Endfläche des Gleitteils 7 mit seiner hinteren Endfläche gedrückt werden. Das Gleitteil 7 ist in seinem Zentrumsabschnitt mit einem Ringschlitz 72 mit einer Kegelform 71 im Querschnitt ausgerüstet. Die an dem hinteren Endteil der Zugstange 4 vorgesehenen Löcher 45 enthalten Kugeln 8. Mittels einer an dem hinteren Ende der Welle bzw. Spindel 2 festgeschraubten Schraubenmutter 9 werden an der Zugstange 4 verschiedene Teile im Inneren der Welle in Position gehalten. Folglich stellen die Elemente, umfassend das hintere Ende der Zugstange 4 und das Gleitteil 7 zusammen mit der Kugel 8 etc., ein Werkzeug- Spannkraft-Steigerungsmechanismus dar.
• Während des Bearbeitungsprozesses ist das Werkzeug 1 des vorliegenden erfindungsgemäßen Mechanismus fest im Inneren des Kegellochs 21 der Spindel 2 eingesetzt. Der Werkzeugzugknauf 11 ist mittels der Kugeln 3 befestigt, welcher der Zug- bzw. Spannkraft der Zugstange unterliegt. In diesem Moment wird die abgeschrägte Kegelfeder 5 zusammengepresst und deren auftretende Kraft wirkt durch den Federkraft-Transmitter 6 auf das zylindrische Gleitteil 7; danach klemmt die kegelig verlaufende Fläche 71 in dem Schlitz 72 des zylindrischen Gleitteils 7 die Kugeln 8, bis diese aus dem äußeren Durchmesser des hinteren Endes der Zugstange herausstehen, um den Werkzeug-Spannmechanismus beim Freigeben zu halten und infolge der Wirkung der Kraftkomponente des Kegels, wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Zugkraft der Zugstange 4 die Federkraft beherrschen, welche an dem Gleitteil 7 wirkt.
• Während des Freigebens des Werkzeugs bzw. der Entfernung des Werkzeugs wirkt die Werkzeug-Freigabekraft (erzeugt durch hydraulische oder pneumatische Zylinder) des vorliegenden erfindungsgemäßen Mechanismus in entgegengesetzter Richtung an dem Gleitteil 7, um die Feder 5 zusammenzupressen, wodurch das zylindrische Gleitteil 7 vorwärts gleiten kann, wobei die Kugeln sofort freigegeben werden und in den Schlitz 72 an dem zylindrischen Gleitteil 7 gleiten können; danach kann die Zugstange vorwärts gedrückt werden, um den Werkzeug-Freigabeprozess fertigzustellen.
• Wie in Fig. 4 gezeigt, liegt der entscheidende Punkt der vorliegenden Erfindung, um das Ziel zu erreichen, dass die Werkzeug-Freigabekraft geringer als die Werkzeug- Spannkraft ist, in dem Kraftsteigerungs-Mechanismus an dem hinteren Endteil des Werkzeug-Spannmechanismus, wie in der Figur gezeigt, wobei das Prinzip wie folgt ist:
• Fx&sub2; sei die Kompressionskraft der Feder 5, welche an dem zylindrischen Gleitteil 7 durch den Federkraft-Transmitter 6 wirkt. Fx&sub2; wirkt an der Kugel 8. Aufgrund der Wirkung der Kraftkomponenten ist Fxt = Fx&sub1; + Fx&sub2;, wobei Fxt die Zugkraft bzw. Spannkraft der Zugstange 4 ist. Es ist selbstverständlich, dass die Spannkraft Fxt der Zugstange größer als die Kraft ist, welche durch die Feder 5 erzeugt wird. Auf der anderen Seite braucht man nur Fx&sub2; zu beherrschen, wenn es zum Werkzeugwechsel kommt, deshalb kann man schnell das Ziel erreichen, dass die Werkzeug- Entfernungskraft geringer als die Werkzeug-Spannkraft ist.
• Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch eine zusätzliche Feder 73 zwischen dem zylindrischen Gleitteil 7 und dem Federkraft-Transmitter 6, wie in Fig. 5 gezeigt, aufweisen. Wie in Fig. 6 gezeigt, klemmt das zylindrische Gleitteil 7 bei der vorliegenden Erfindung die Kugeln 8 ein. Dabei kann die wirkende Kraft einen Druck auf die kegelig verlaufende Fläche 22 und die Kugel 8 ausüben oder können die Kugeln 8 in einem geringen Abstand δ zu der kegelig verlaufenden Fläche 71 des Gleitteils 7 gehalten werden. Insofern kann das effektive feste Verspannen des Werkzeugs erreicht werden.
• Um die vorgenannten Ausführungen zusammenzufassen, hat die vorliegende Erfindung die bekannte Spindelwerkzeugspannstruktur und schlägt als effektive Lösung vor, dass die Werkzeug-Entfernungskraft größer als die Werkzeug-Spannkraft sein muss.

Claims (4)

1. Werkzeug-Spannkraftsteigerungsmechanismus für eine Spindel (2), wobei die Spindel (2) einen hohlen Bereich besitzt und der Werkzeug- Spannkraftsteigerungsmechanismus aufweist:

einen Zugstab (4), der in dem hohlen Bereich der Spindel (2) enthalten ist, wobei der Zugstab (4) ein vorderes Ende und ein hinteres Ende in Bezug auf ein einzuspannendes Werkzeug (1) aufweist,

eine erste Feder (5), die auf den Zugstab (4) am hinteren Ende desselben aufgeschoben ist, und

ein Gleitteil (7), das am hinteren Ende des Zugstabes (4) hinter der Feder (5) angeordnet ist, um von dieser eine Presskraft aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitteil (7) einen ersten ringförmigen Schlitz (72) mit einer ersten nach vorne kegelig verlaufenden Fläche (71) an einer Außenfläche aufweist, dass

ein zweiter ringförmiger Schlitz (22) mit einer zweiten nach vorne kegelig verlaufenden Fläche an einer externen Fläche des hohlen Bereiches der Spindel (2) in der Nähe des ersten nach vorne kegelig verlaufenden ringförmigen Schlitzes (71) ausgebildet ist, und dass

ein eine Endfläche aufweisendes Loch (45) am hinteren Ende des Zugstabes (4) angeordnet ist, wobei der erste nach vorne kegelig verlaufende ringförmige Schlitz (72), der zweite nach vorne kegelig verlaufende ringförmige Schlitz (22) und das Loch (45) so aufgebaut sind, dass

a) die von der Feder (5) auf eine Kugel (8) an der Endfläche ausgeübte Federkraft plus eine von der Spindel (2) auf die Kugel (8) an der zweiten nach vorne kegelig verlaufenden Fläche ausgeübte Kompressionskraft erzeugt werden, und dass

b) während einer Freigabeaktion die erste nach vorne kegelig verlaufende Fläche (71) nicht länger auf die Kugel (8) einwirkt, so dass nur eine Freigabekraft erforderlich ist, die die Federkraft überwinden kann.

2. Werkzeug-Spannkraftsteigerungsmechanismus für eine Spindel (2) nach Anspruch 1, wobei ferner eine Federkraft von der Feder (5) auf das Gleitteil (7) ausgeübt wird.

3. Werkzeug-Spannkraftsteigerungsmechanismus für eine Spindel (2) nach Anspruch 2, wobei ferner eine zweite Feder (73) vorgesehen und zwischen dem Gleitteil (7) und einem die Federkraft übertragenden Teil (6) angeordnet ist.

4. Werkzeug-Spannkraftsteigerungsmechanismus für eine Spindel (2) nach Anspruch 3, wobei die zweite Feder (73) so aufgebaut ist, dass während der Zugaktion die zweite Feder (73) bewirkt, dass die Kugel (8) sich eine kleine Strecke von einem vorderen Ende der ersten nach schräg verlaufenden Oberfläche wegbewegt.