Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur Werkzeugstückbearbeitung, insbesondere zur Fräs-, Bohr- und/oder Schleifbearbeitung mit einer eine oder mehrere Spannfedern, insbesondere Tellerfedern, umfassende Werkzeugspanneinheit zum Betätigen und/oder Verspannen einer Haltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Werkzeugmaschinen zur Fräs-, Bohr- oder Schleifbearbeitung sind im Regelfall so konstruiert, dass eine Spindel mit einer zur Bearbeitungsstelle gerichteten Werkzeugschnittstelle ausgerüstet ist. Im Spannsystem wird die Werkzeugeinzugskraft durch eine mechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch gespeicherte Energie aufgebracht. Die vom Energiespeicherelement erzeugte Kraft wird über eine Zugstange auf ein Spannelement übertragen, das im gespannten Zustand einen Form- und/oder Kraftschluss mit dem Werkzeug herstellt, und dieses dadurch mit der Welle verbindet. Während des Werkzeugswechsels wird über eine Löseeinheit eine gegen die Spannvorrichtung wirkende Kraft auf die Zugstange ausübt, die den Form-/Kraftschluss des Spannelementes löst, das Werkzeug ausstößt und gleichzeitig eine Gegenkraft auf den Energiespeicher erzeugt. Die Lebensdauer des Werkzeugspannsystems und hierbei besonders des Energiespeichers ist begrenzt und abhängig von der Anzahl der Werkzeugwechsel.

Ganz besonders bei Maschinen in der Serienproduktion können der Verschleiß des Werkzeugwechslers und die damit verbundene Notwendigkeit des Austausches des Werkzeugwechslers deutlich vor dem Verschleiß der Werkzeugmaschinenspindel bzw. der gesamten Werkzeugmaschine eintreten. Aus diesem Grund wäre es wünschenswert, den Werkzeugspanner im eingebauten Zustand der Spindel unter den in der Produktion üblicherweise herrschenden Randbedingungen austauschen zu können.

Derartige Spannsysteme für Werkzeugmaschinen sind beispielsweise aus der DE 196 36 701 A1 oder DE 35 29 181 A1 bekannt. Hierbei wird die Spanneinheit auf der dem Werkzeug gegenüberliegenden Seite montiert bzw. demontiert. Dies ist jedoch aufgrund entsprechender, erschwerter räumlicher Bedingungen bei zahlreichen Werkzeugmaschinen in der Praxis häufig nicht möglich, so dass eine weitergehende Zerlegung der Werkzeugmaschine zum Auswechseln des Werkzeugspanners notwendig ist.

Der Werkzeugspanner besteht aus mehreren Einzelteilen, so dass aufgrund der Toleranzen der Einzelteile der Wuchtzustand der Spindel verändert wird. Dies erfordert üblicherweise ein Nachwuchten der Spindel beim Austausch des Spanners

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Werkzeugmaschine zur Werkstückbearbeitung der einleitend genannten Art vorzuschlagen, wobei ein Auswechseln des Werkzeugspannsystems und/oder Teile von diesem auch unter den üblichen Bedingungen in der Praxis sicher gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Werkzeugmaschine der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dadurch aus, dass mindestens die Werkzeugspanneinheit wenigstens teilweise in Richtung des lösbaren Werkzeugs lösbar ist. Dies bedeutet, dass die Werkzeugspanneinheit nach vorne bzw. zur Werkstückseite hin auswechselbar ist. Dieser Bereich ist in der Praxis immer zugänglich, da in diesem Bereich das zu bearbeitende Werkstück anzuordnen ist und somit in einer Bearbeitungsphase ohne Werkstück dieser Bereich zwangsweise zugänglich bzw. zum Auswechseln der Werkzeugspanneinheit verwendbar ist bzw. Raum hierfür zur Verfügung steht.

Gemäß der Erfindung kann wie häufig anzutreffen, eine entsprechende Werkzeugmaschine auch sehr nahe an eine Wand und/oder eine zweite Werkzeugmaschine z.B. mit deren Rückseite positioniert werden, ohne dass der zum Auswechseln gemäß der Erfindung notwendige Freiraum auf der Werkzeugseite der Werkzeugmaschine behindert bzw. beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise ist die Werkzeugspanneinheit wenigstens teilweise von/entgegen der Richtung des lösbaren Werkzeugs verbindbar. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird der Einbau der Werkzeugspanneinheit bzw. der einzuwechselnden Werkzeugspanneinheit, d.h. einer zweiten Werkzeugspanneinheit, wesentlich verbessert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Werkzeugspanneinheit im Wesentlichen in Richtung des lösbaren Werkzeug lösbar bzw. von/entgegen der Richtung des lösbaren Werkzeugs verbindbar. Hiermit kann beispielsweise die Werkzeugspanneinheit vollständig entsprechend gelöst bzw. verbunden und somit in vorteilhafter Weise ausgewechselt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein in Richtung des lösbaren Werkzeugs lösbares Anschlagelement zum axialen Anschlagen der Spannfeder im verbundenen Zustand vorgesehen. Hierbei ist in vorteilhafter Weise das Anschlagelement als von der Antriebswelle separates Teil ausgebildet oder als Teil der Welle, der in Richtung des lösbaren Werkzeuges lösbar/verbindbar ist. Bei letztgenannter Variante wird z.B. eine zweiteilige oder mehrteilige Welle in vorteilhafter Weise vorgesehen. Mit Hilfe eines Anschlagelementes gemäß der Erfindung kann die Kraft der Spannfeder und der Gegenkraft zum Lösen des Werkzeuges aufgenommen werden.

Vorzugsweise ist das Anschlagelement zwischen der Antriebswelle und der/den Spannfedern angeordnet. Hiermit wird ermöglicht, dass die beim Lösen erzeugte Gegenkraft von der Antriebswelle aufgenommen bzw. auf diese übertragen wird. Das bedeutet z.B., dass im gespannten Zustand der Kraftfluss von den Spannfedern über die Zugstange, das Spannelement und das Werkzeug über die Welle geschlossen wird. Im gelösten Zustand wird die Gegenkraft der Löseeinheit auf die Welle übertragen und erlaubt dadurch die zum Werkzeugwechsel erforderliche Verschiebung der Zugstange relativ zur Welle. Hierdurch wird gewährleistet, dass beispielsweise auf handelsübliche Löseeinheiten zurück gegriffen werden kann.

Generell ist von Vorteil, dass die Werkzeugspanneinheit gemäß der Erfindung eine Löseeinheit, insbesondere eine handelsübliche Löseinheit umfasst. Hierdurch wird das Halten bzw. Betätigen der Werkzeugspanneinheit vorteilhaft vereinfacht.

Vorteilhafterweise ist das Anschlagelement an der Antriebswelle mittels einer Fixiereinheit fixierbar. Hierdurch ist ein sicheres, insbesondere mechanisches Übertragen der aufzubringenden Gegenkraft der Spannfedern umsetzbar und es wird eine definitive axiale Position und damit eine definierte Spannkraft erzielt.

Vorzugsweise ist die Fixiereinheit als lösbare Fixiereinheit zum lösbaren Fixieren des Anschlagelementes an der Antriebswelle vorgesehen. Hiermit wird das Auswechseln der Spanneinheit weiter verbessert.

Beispielsweise weist die Fixiereinheit eine Schraubverbindung oder andere form- oder kraftschlüssige Verbindungselemente auf. Vorzugsweise umfasst die Fixiereinheit wenigstens einen Bajonettverschluss. Hierbei ist ganz besonders von Vorteil, wenn der Bajonettverschluss derart ausgebildet ist, dass das Anschlagelement im Wesentlichen axial entlang der Antriebswelle verstellt und durch eine Rotation sowie vorzugsweise einer Verrastung sicher an der Antriebswelle fixiert wird. Der Bajonettverschluss bzw. die Fixiereinheit ist vorzugsweise derart auszubilden, dass das Anschlagelement eine axial ausgerichtete Gegenkraft bezüglich der/den Spannfedern aufbringen kann.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann auf handelsübliche Zugstangen zurückgegriffen werden, die beispielsweise die Haltevorrichtung sowie eine entsprechende Löseeinheit in vorteilhafter Weise verbinden und wie bereits beim Stand der Technik üblich, innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das Anschlagelement als Hülse ausgebildet, wobei insbesondere die Haltevorrichtung wenigstens teilweise innerhalb der Hülse und/oder die Hülse wenigstens teilweise innerhalb der als Hohlwelle auszubildenden Antriebswelle angeordnet ist. Eine derartige Umsetzung der Erfindung ermöglicht ein vorteilhaftes ineinander Anordnen der entsprechenden Elemente, wodurch eine besonders kompakte Bauweise realisierbar ist. Darüber hinaus wird mit einer derartigen Anordnung erreicht, dass die Hohlwelle im Wesentlichen das äußere rotierbare Teil bildet und durch eine vorteilhafte, weitestgehend glatte bzw. zylinderförmige äußere Gestalt eine hohe Betriebssicherheit und eine vorteilhafte Lagerung ermöglicht. Die zum Teil komplex ausgeformten inneren Komponenten sind hierdurch auch mittels der Hohlwelle vor Beeinträchtigungen geschützt.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe kann in vorteilhafter Weise eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auch derart ausgebildet werden, dass wenigstens eine Winkelpositioniereinrichtung zum Festlegen der Winkelposition der Werkzeugspanneinheit vorgesehen ist. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die Werkzeugspanneinheit in einer klar definierten Position fixiert wird und beispielsweise bei bekannter Unwucht der entsprechenden Komponenten eine vorteilhafte ausgleichende Wirkung entsprechend der vorhandenen Unwuchten realisiert werden kann.

Darüber hinaus kann beispielsweise die Unwucht der zweiten, einzubauenden Werkzeugspanneinheit in gleicher Weise positioniert werden, wie die Unwucht der ersten, auszuwechselnden Spanneinheit positioniert war. Hierdurch ist es möglich, auch mit einer ausgewechselten Werkzeugspanneinheit den Gesamtwuchtzustand des rotierenden Systems bzw. des Spindelsystems nicht zu verändern. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass bei bekannten Wuchtzuständen der entsprechenden Komponenten diese ohne großen Aufwand und langen Maschinenstillstandzeiten ausgewechselt werden können.

Gleichzeitig ist die Lage entsprechender Mitnehmer genau positioniert.

Vorzugsweise umfasst die Positioniereinrichtung wenigstens das Anschlagelement. Hierdurch ist es möglich, dass das Fixieren des Anschlagelements an der Antriebswelle bzw. in der Hohlwelle in einer vorgegebenen Position erfolgt, die zu einem vorteilhaften Wuchtzustand des rotierenden Systems führt.

Vorteilhafterweise umfasst die Positioniereinrichtung wenigstens ein Positionierelement zum Festlegen der Winkelposition zwischen dem Anschlagelement und der Antriebswelle. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass vor allem das Antriebswellensystem eine relevante Unwucht und das Werkzeugspannsystem eine zweite, relevante Unwucht aufweist, die mit der zuvor genannten Maßnahme in vorteilhafter Weise in Ausgleich bringbar sind. Hierbei ist die Verwendung eines entsprechenden vorteilhaften Positionierelementes zwischen den entsprechenden Komponenten einerseits einfach zu realisieren und andererseits eine wirkungsvolle Festlegung der Winkelposition zwischen diesen umsetzbar.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist das Positionierelement als Kugel ausgebildet. Mittels einer derartigen Kugel kann eine punktgenaue Festlegung der Winkelposition zwischen den entsprechenden Komponenten realisiert werden, wodurch die Genauigkeit der festzulegenden Position erhöht wird. Alternativ hierzu sind insbesondere auch kegelförmige, kegelstumpfförmige oder sonstige, verjüngende Elemente ebenfalls vorteilhaft zu verwenden.

Vorteilhafterweise wird die spielfreie Positionierung insbesondere durch selbständig nachsetzende Positionierung realisiert. Dies erhöht die Betriebssicherheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigt:

1: ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im montierten Zustand,

2: ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im teilweise demontierten Zustand,

3: ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im teilweise demontierten Zustand,

4: ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im teilweise demontierten Zustand,

5: ein schematischer, zum Teil geschnittener Ausschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im teilweise demontierten Zustand,

6: eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine von vorne im teilweise demontierten Zustand,

7: ein schematischer Spanner im Schnitt für eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine im vormontierten Zustand und

8: eine schematische, zum Teil geschnittene Verdrehsicherung für eine Antriebswelle in Seitenansicht und Draufsicht der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine.

In 1 ist schematisch ein Ausschnitt aus einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeughalter 1 zum lösbaren Halten eines nicht näher dargestellten Werkzeugs für die Werkstückbearbeitung dargestellt. Der Werkzeughalter 1 bzw. ein Spanner 2 ist oberhalb einer Drehachse 3 in der „Werkzeug gelöst" Stellung und unterhalb der Drehachse 3 in der „Werkzeug gespannt" Stellung abgebildet.

Der Werkzeughalter 1 ist im Wesentlichen entsprechend dem Stand der Technik ausgebildet und umfasst insbesondere einen Spannkegel 4, Spannsegmente 5, eine Konterschraube 6 zum Fixieren an einer Zugstange 7, einen Zugstangenabstandshalter 8 und einen Seegerring 9.

In 2 ist ein teilweise demontierter Zustand der Werkzeugmaschine dargestellt, wobei der Werkzeughalter 1 bereits gelöst bzw. vollständig demontiert ist. Zudem ist ein Hilfswerkzeug 11 dargestellt, mit dem eine Rückschlagbuchse 10 in Demontagerichtung R gelöst bzw. demontiert wird.

Gemäß 3 wird ein weiteres Hilfswerkzeug 12 auf die Zugstange 7 bis zum Anschlagen aufgeschraubt und 2–3 Umdrehungen zurückgedreht. Anschließend wird der Einbauspanner in Stellung „gespannt" (ohne Werkzeug) verstellt, wodurch eine Anschlaghülse 13 zum Halten von Tellerfedern 14 entlastet wird.

Weiterhin werden insgesamt vier Gewindebolzen 15 (vgl. auch entsprechende Bohrungen in Draufsicht gemäß 6 oder 8) gelöst. Zur Sicherheit bzw. zur Festlegung der exakten und einzig möglichen Winkelposition der Anschlaghülse 13 sind die Gewindebolzen 15 unsymmetrisch um die Drehachse herum verteilt. Hierbei ist auch die Verriegelung dieser Anschlaghülse 13 in Umfangsrichtung mit einer Welle 19 durch die vier Druckbolzen 17 umgesetzt. Diese stellen sicher, dass die Anschlaghülse 13 durch Bearbeitungskräfte im Betrieb nicht verdreht werden kann und dass sie nur in genau einer definierter Winkellage montierbar ist, was hinsichtlich eines definierten Wuchtzustandes wesentlich ist.

Die Gewindebolzen 15 werden bei der Montage mit einer Verliersicherung wie z.B. mit einem Kleber oder ergleichen vor unbeabsichtigtem Verlieren gesichert.

Bei der Demontage werden anschließend Spiralfedern 16 aus den Bohrungen für die Bolzen 15 ggf. mittels einem Haken oder dergleichen entfernt. Daraufhin werden entsprechende Druckbolzen 17 gemäß 4 gelöst bzw. in Richtung R heraus genommen werden. Auch hierbei kann ggf. ein nicht näher dargestellter Haken, eine Schraube oder dergleichen zu Hilfe genommen werden. Die Druckbolzen 17 fixieren in der Montagestellung Positionierkugeln 18, die in einigen Figuren leider etwas oval verzerrt dargestellt sind. Diese Verriegelungselemente bzw. Positionierkugeln 18 stellen auch eine spielfreie Fixierung der Anschlaghülse 13 sicher, da sie durch Federn 16 automatisch nachstellen. Andersherum sind sie in Gegenrichtung durch die abgeschrägten Druckbolzen 17 selbsthemmend.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Abstützung des Tellerfederpaketes 14 nicht direkt an der Welle 19, sondern an einem von vorne austauschbarem Element, der Anschlaghülse 13, das/die in diesem Fall durch ein Bajonett 20 axial mit der Welle 19 verriegelt ist. Durch die Austauschbarkeit dieses Elementes bzw. der Anschlaghülse 13 kann auch die Zugstange 7 und das Tellerfederpaket 14 von vorne bzw. entgegen der Richtung R montiert und in Richtung R demontiert werden.

In 5 wird deutlich, dass mittels einem weiteren Hilfswerkzeug 21 die Anschlaghülse 13 gelöst wird. Hierbei kann ggf. eine Verdrehsicherung 22 gemäß der 8 zur Fixierung der Welle 19 eingesetzt werden.

Die Anschlaghülse 13 wird mittels einer Fixierung bzw. in der dargestellten Variante mittels einem Bajonettverschluss 20 fixiert. Das Bajonett 20 legt die Anschlaghülse 13 axial zur Welle 19 fest und überträgt die Kräfte des Federpaketes 14 von der Anschlaghülse 13 auf die Welle 19. Die vier Kugeln 18 an den Enden der vier Druckbolzen 17 legen die Winkellage der Anschlaghülse 13 zur Welle 19 fest.

Das Lösen der Anschlaghülse 13 mittels dem Bajonettverschluss 20 wird in 6 deutlich. Hierbei wird entgegen der dargestellten Pfeilrichtung das Hilfswerkzeug 21 bzw. die Anschlaghülse 13 gedreht, bis Markierungen 23 an Welle 19 und Anschlaghülse 13 fluchten. Anschließend kann die Anschlaghülse 13 in Richtung R nach vorne gemäß der Erfindung entnommen werden.

Die Montage eines zweiten Spanners 2 bzw. des ausgetauschten Spanners 2 erfolgt in umgekehrter Weise. In 7 ist ein neuer Spanner 2 im vormontierten Zustand abgebildet. Dieser umfasst einen Einspannkopf 31, einen Zugstangenanschluss 32, ein Montagewerkzeug 30 sowie die Tellerfedern 14.