Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennstelle zwischen zwei Teilelementen
eines um eine Drehachse drehenden Werkzeugsystems für den Einsatz in Werkzeugmaschinen,
mit einer an einem ersten Teilelement angeordneten, zur Drehachse koaxialen, zumindest
partiell konischen Aufnahme, die von einer ringförmigen Stirnfläche begrenzt
ist, mit einer an einem zweiten Teilelement angeordneten Kupplungspartie, die einen
Kupplungszapfen mit einer zur konischen Aufnahme komplementäre Kegelfläche
und eine zur ringförmigen Stirnfläche weisende, in gekuppeltem Zustand
gegen diese anliegende ringförmige Planfläche aufweist, mit einem über
das freie Ende des Kupplungszapfens axial überstehenden Zugbolzen, der in gekuppeltem
Zustand in einen sich an die Aufnahme anschließenden Hohlraum eingreift, und
mit von der Außenseite her betätigbaren Spannmitteln zum gegenseitigen
Verspannen der Teilelemente, die zwei im ersten Teilelement radial geführte
Spannelemente aufweisen, die einander bezüglich der Drehachse gegenüberliegend
angeordnet sind und in einer Spannstellung eine zur Drehachse konzentrische Konuspartie
des Zugbolzens untergreifende Keilflächen tragen, und die in Wirkverbindung
mit gemeinsamen Betätigungsmitteln stehen, durch die sie zwischen einer Lösestellung
und einer Spannstellung verstellbar sind. Als erstes Teilelement mit einer Aufnahme
kommen dabei insbesondere Werkzeugspindeln, Werkzeugadapter oder auch Werkzeughalter
in Betracht, während als zweite Teilelemente vor allem Werkzeugköpfe,
Werkzeughalter oder Schneidenträger in Betracht kommen.
Trennstellen dieser Art sind bekannt (DE-C-37 11 808). Ihr Vorteil
besteht darin, dass trotz des für die Verspannung der Teilelemente vorgesehen
axial ausgerichteten Zugbolzens eine radiale Betätigung möglich ist. Es
hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund der kombinierten Kegel- und Planflächenverspannung
ein Lösen der Teilelemente im Bereich der Trennstelle nur mit einem gewissen
Kraftaufwand möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Trennstelle
der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass mit den gemeinsamen
Betätigungsmitteln eine radiale und dennoch radialkraftfreie Einspannung und
Lösung der Teilelemente möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen
1, 14 und 21 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht vor allem von dem
Gedanken aus, dass die Spannelemente mit zusätzlichen Auswurfpartien versehen
sind, die beim Lösen des Betätigungsmittels aus der Spannstellung unter
Ausübung einer in Auswurfrichtung des Kupplungsteils wirkenden Axialkraft gegen
eine des Spannelemente zugewandte Wirkfläche des Zugbolzens anschlagen, wobei
die zugbolzenseitige Wirkfläche und/oder die spannelementseitigen Auswurfpartien
mit mindestens einem drehend gelagerten Wälzkörper bestückt sein
kann. Die Wälzkörper sorgen dafür, dass die Kraftübertragung
auch beim Auswurfvorgang weitgehend reibungsfrei und damit radialkraftfrei erfolgen
kann. Die Wälzkörper können kugelförmig, tonnenförmig oder
zylindrisch ausgebildet sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zugbolzenseitige
Wirkfläche einen Innenkonus bildet und dass die Spannelemente eine beim Lösevorgang
gegen den Innenkonus anschlagende, auf diesem mit den Wälzelementen radial
auflaufende Auswurfpartie aufweisen. Die Auswurfpartien können in Form je eines
Vorsprungs, einer Schrägfläche an den Spannelementen angeformt oder durch
die Wälzelemente gebildet sein.
Eine weitere Verbesserung der radialkraftfreien Kraftübertragung
beim Spann- und Lösevorgang wird dadurch erzielt, dass die Spannelemente in
einer Radialführung des Grundkörpers schwimmend geführt sind. Die
Betätigungsmittel sind dabei zweckmäßig als Differentialschraube
ausgebildet, die je einen in die beiden Spannelemente eingreifenden, mit gegenläufigen
Steigungen versehenen Gewindeabschnitt aufweisen. Vorteilhafterweise sind im ersten
Teilelement Anschläge angeordnet, die den Bewegungsweg der Spannelemente beim
Lösevorgang begrenzen. Die Anschläge können dabei durch mit ihrem
Kopf in den Bewegungsweg der Spannelemente eingreifende Kopfschrauben ausgebildet
sein.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
in einem Zwischenbereich zwischen der Stirnfläche bzw. der Planfläche
einerseits und der konischen Aufnahme- oder Zapfenfläche andererseits je eine
Drehmitnahmepartie angeordnet ist, die als zueinander komplementäre Mehrkantflächen
ausgebildet sein können.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die als Differentialschraube ausgebildeten Betätigungsmittel außerhalb
des den Zugbolzen aufnehmenden Teils die Spannelemente durchdringt und dass die
Querabmessung der Spannelemente im Bereich der Betätigungsmittel größer
als im Bereich der den Zugbolzen umfassenden Teile ist.
Gemäß einer vorteilhaften oder alternativen Ausgestaltung
der Erfindung weisen die Teilelemente miteinander kommunizierende Kühlkanäle
auf, wobei im ersten Teilelement mindestens ein um die Spannelemente
herum zu einer Übergangsstelle geführter Zulaufkanal und im zweiten Teilelement
mindestens ein an die Übergangsstelle angeschlossener Versorgungskanal für
eine Mehrzahl von Schneidelementen angeordnet ist. Dabei kann nach einer ersten
Ausführungsvariante die Übergangsstelle als mit dem mindestens einen Zulaufkanal
und dem mindestens einen Versorgungskanal kommunizierender Ringkanal ausgebildet
sein. Der Ringkanal kann dabei durch eine umlaufende Nut in einem der Teilelemente
sowie durch eine die Nut übergreifende Trennfläche im anderen Teilelement
begrenzt sein. Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante ist die Übergangsstelle
durch deckungsgleiche Übergangsöffnungen in den beiden Teilelementen gebildet,
wobei die von den Übergangsöffnungen abgezweigten Versorgungskanäle
im zweiten Teilelement im Bereich von Schneidelementen austreten können.
Gemäß einer dritten Ausführungsvariante ist ein in
den Versorgungskanal eingreifendes Verteilerstück vorgesehen, das zu den einzelnen
Schneidelementen führende, mit dem Versorgungskanal kommunizierende Verteilernuten
enthält. Das Verteilerstück kann dabei einen in das zweite Teilelement
drehorientiert eingreifenden Steckzapfen aufweisen.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein drehendes Werkzeugsystem
für den Einsatz in Werkzeugmaschinen, das aus zwei Teilelementen besteht, die
an einer Trennstelle der vorstehend beschriebenen Art miteinander verbunden sind.
Das erste Teilelement kann dabei als Maschinenspindel, Adapterstück oder Werkzeughalter
ausgebildet sein, während das zweite Teilelement zweckmäßig als Werkzeugkopf
ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer
Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1a bis c eine Seitenansicht und zwei Längsschnitte
einer Trennstelle eines Werkzeugsystems mit axialem Zugbolzen und radial betätigbarem
Betätigungsmechanismus;
1d bis f zwei Seitenansichten und eine schaubildliche
Darstellung der Spannelemente des Betätigungsmechanismus nach 1a
bis c;
2a bis c Darstellungen entsprechend 1a
bis c für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trennstelle eines Werkzeugsystems
mit axialem Zugbolzen;
2d bis f zwei Seitenansichten und eine schaubildliche
Darstellung der Spannelemente des Betätigungsmechanismus gemäß
2a bis c;
3a und b eine Seitenansicht und eine schaubildliche
Darstellung des Werkzeugkopfs nach 1a bis c;
4a und b zwei an einer Trennstelle miteinander verbindbare
Teilelemente eines Werkzeugsystems mit integrierter Kühlmittelübergabe;
4c und d eine Seitenansicht der gekuppelten Teilelemente
sowie eine Seitenansicht des ersten Teilelements des Werkzeugsystems nach
4a und b mit angedeuteten Kühlmittelkanälen;
4e eine Untenansicht des zweiten Teilelements nach
4a;
4f eine Darstellung entsprechend 4e
mit eingezeichneten Kühlmittelkanälen;
5a und b zwei an einer Trennstelle miteinander verbindbare
Teilelemente eines Werkzeugsystems mit gegenüber 4 abgewandelter
Kühlmittelübergabe;
5c und d eine Seitenansicht des gekuppelten Werkzeugsystems
und des ersten Teilelements des Werkzeugsystems mit eingezeichneten Kühlmittelkanälen;
5e eine Untenansicht des zweiten Teilelements nach
5a;
5f eine Darstellung entsprechend 5e
mit eingezeichneten Kühlmittelkanälen;
5g und h Schnitte nach den Schnittlinien A-A und B-B
der 5e;
6a und b zwei Teilelemente eines Werkzeugsystems mit
gegenüber 4 und 5 abgewandelter Kühlmittelführung;
6c und d Seitenansichten der gekuppelten Teilelemente
und des ersten Teilelements nach 6a und b mit eingezeichneten
Kühlmittelkanälen;
6e eine Untenansicht des zweiten Teilelements gemäß
6a;
6f eine Darstellung entsprechend 6e
mit eingezeichneten Kühlmittelkanälen;
6g einen Schnitt entlang der Schnittlinien A-A der
6e;
6h eine schaubildliche Stirnseitenansicht der miteinander
gekuppelten Teilelemente nach 6a und b.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Werkzeugsystemen
handelt es sich um Rundlaufwerkzeuge für den Einsatz in Werkzeugmaschinen,
die beispielhaft als Reibwerkzeuge ausgebildet sind. Die Werkzeugsysteme bestehen
im Wesentlichen aus einem ersten Teilelement 10, das bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel als Werkzeughalter oder Maschinenspindel ausgebildet ist,
einem zweiten Teilelement 12, das beispielhaft als Werkzeugkopf ausgebildet
ist. Die beiden Teilelemente 10, 12 sind an einer Trennstelle
14lösbar miteinander verbunden. Außerdem findet an der Trennstelle
14 eine Kühlmittelübergabe vom ersten zum zweiten Teilelement
10, 12 statt.
Die Trennstelle 14 weist eine am ersten Teilelement
10 angeordnete, zur Drehachse 16 des Werkzeugsystems koaxiale
Aufnahme 18 auf, die nach außen hin von einer ringförmigen Stirnfläche
20 begrenzt ist. Zur Trennstelle 14 gehört ferner die am
zweiten Teilelement 12 angeordnete Kupplungspartie 22, die einen
Kupplungszapfen 24 sowie eine zur ringförmigen Stirnfläche
20 des ersten Teilelements 10 weisende, in gekuppeltem Zustand
gegen diese anliegende ringförmige Planfläche 26 aufweist. Die
Aufnahme 18 weist in ihrem Inneren eine konische Aufnahmepartie
28 und eine zwischen der konischen Aufnahmepartie 28 und der Stirnfläche
20 angeordnete, als Mehrkantfläche ausgebildete Drehmitnahmepartie
30 auf, während der Kupplungszapfen eine zur konischen Aufnahmepartie
28 komplementäre Kegelfläche 32 sowie eine zwischen
der Kegelfläche 32 und der Planfläche 26 angeordnete,
zur Drehmitnahmepartie 30 komplementäre, mehrkantige Drehmitnehmerpartie
34 aufweist. Am freien Ende des Kupplungszapfens 24 steht ein
Zugbolzen 36 axial über und greift im montierten Zustand in einen
sich an die Aufnahme 18 anschließenden Hohlraum 38 des ersten
Teilelements ein. Der Zugbolzen 36 ist mit einem axial überstehenden
Gewindeschaft 40 in eine Gewindebohrung 42 des zweiten Teilelements
eingedreht und dort starr befestigt. Die Trennstelle 14 weist außerdem
Spannmittel 44 zum gegenseitigen Verspannen der Teilelemente
10, 12 auf, die zwei im Bereich des Hohlraums 38 im ersten
Teilelement 10 radial geführte Spannelemente 44',
44'' aufweist, die einander bezüglich der Drehachse 16 gegenüberliegend
angeordnet sind und in der in 1b und c gezeigten Spannstellung
eine zur Drehachse 16 konzentrische Konuspartie 46 des Zugbolzens
36 untergreifende Keilflächen 48', 48'' tragen.
Die Spannelemente 44', 44'' stehen in Wirkverbindung mit gemeinsamen
Betätigungsmitteln 50, die zwischen einer Lösestellung und einer
Spannstellung verstellbar sind. Die Betätigungsmittel 50 sind als
Differentialschraube ausgebildet, die je einen in die beiden Spannelemente
44', 44'' eingreifenden, mit gegenläufigen Steigungen versehenen
Gewindeabschnitt 52', 52'' aufweisen. Im ersten Teilelement
10 sind außerdem Anschläge 54 angeordnet, die den Bewegungsweg
der Spannelemente 44', 44'' beim Lösevorgang begrenzen. Die
Anschläge 54 sind dabei durch den Kopf jeweils einer in den Bewegungsweg
der Spannelemente 44', 44'' eingreifenden Kopfschraube
56 gebildet.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die Spannelemente
44', 44'' mit Auswurfpartien 58 versehen sind, die beim
Lösen der Spannelemente aus ihrer Spannstellung mit Hilfe der Differentialschraube
50 unter Ausübung einer in Auswurfrichtung des Kupplungsteils
22 wirkenden Axialkraft gegen eine den Spannelementen zugewandte Wirkfläche
58 des Zugbolzens 36 anschlagen. Die zugbolzenseitige Wirkfläche
ist bei beiden Ausführungsformen nach 1a bis c
und 2a bis c als Innenkonus ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1a bis c sind im Bereich der spannelementseitigen
Auswurfpartien 60 kugelförmige Wälzkörper 62 drehbar
gelagert. Beim Lösevorgang laufen die Wälzkörper 62 auf
der konischen Wirkfläche 58 des Zugbolzens 36 auf, so dass
das Kupplungsteil 22 zusammen mit dem zweiten Teilelement 12 aus
der Aufnahme 18 herausgedrückt wird. Sobald die Spannelemente
44', 44'' weit genug auseinander stehen, kann das zweite Teilelement
12 mit seinem Zugbolzen 36 durch die Lücke zwischen den Spannelementen
44', 44'' aus der Aufnahme 18 herausgezogen werden. Zum
Einführen müssen die beiden Spannelemente 44, 44' ebenfalls
weit genug auseinander stehen, damit der Zugbolzen 36 durch die Lücke
hindurch passt und beim anschließenden Spannvorgang von den Keilflächen
48', 48'' an der Konuspartie 46 erfasst werden kann.
Die mit den Wälzkörpern 62 bestückten Spannelemente
44', 44'' sind in den 1d bis f separat
herausgezeichnet.
Das in 2a bis c gezeigte Ausführungsbeispiel
ist für kleinere Durchmesser des Werkzeugsystems bestimmt. Je kleiner die Abmessungen
sind, um so schwieriger ist es, die Wälzkörper 62 in den Spannelementen
44', 44'' unterzubringen. Deshalb sind dort als Auswurfpartien
anstelle der Wälzkörper Schrägflächen 64 vorgesehen,
die auf der konischen Wirkfläche 98 beim Lösevorgang auflaufen
und das Kupplungsteil 22 aus der Aufnahme 18 auswerten. Die schlankere
Bauweise der Spannelemente erlaubt es dort, dass die Querabmessung der Spannelemente
44', 44'' im Bereich der sie durchdringenden Differentialschraube
50 größer ist als im Bereich der den Zugbolzen 36 umfassenden
Teile (vgl. insbesondere 2a und e).
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht in der Führung
der Kühlmittelkanäle im Bereich der Trennstelle 14. Drei Ausführungsvarianten
für die Kühlmittelführung finden sich in den Figurengruppen
4, 5 und 6. Auf der Seite des ersten Teilelements
10 stimmen die drei Ausführungsvarianten überein. Der zuführseitig
zentral angeordnete Zuführkanal 64 wird zur Umfahrung der Spannelemente
44', 44'' in vier Teilkanäle 66 aufgeteilt, die
an einer Übergangsstelle im Bereich der Stirnfläche
20 über vier Öffnungen 68 aus dem zweiten Teilelement
austreten. Die drei Ausführungsvarianten nach 4,
5 und 6 unterscheiden sich lediglich in der Kanalführung
auf der Seite des zweiten Teilelements.
Im Falle der 4a bis f wird die Übergangsstelle
im Bereich der Planfläche 26 durch eine umlaufende Nut 70
gebildet, von der insgesamt acht schräg verlaufende Versorgungskanäle
72 von ihren Eintrittsöffnungen 74 im Bereich der Nut
70 zu ihren Austrittsöffnungen 76 im Bereich der Spannuten
78 in Richtung Schneiden 80 verlaufen. Aus 4f
ist zu ersehen, dass die Versorgungskanäle in Umfangsrichtung im Abstand voneinander
angeordnet sind und den gleichen Verlauf im Werkzeugkopf haben.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 5a
bis h sind auf der Seite der Planfläche 26 vier Eintrittsöffnungen
84 vorgesehen, die mit den Austrittsöffnungen 68 des ersten
Teilelements 10 deckungsgleich sind und die jeweils in zwei Versorgungskanäle
72 innerhalb des zweiten Teilelements 12 münden und von dort
aus zu den Austrittsöffnungen 86 im Bereich der Spannuten
88 führen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6a
bis h sind an der Übergangsstelle wiederum vier zu den Austrittsöffnungen
68 deckungsgleiche Eintrittsöffnungen 94 vorgesehen, die
über Versorgungskanäle zu zentralen Austrittsöffnungen
96 im zweiten Teilelement 12 geführt sind und dort über
ein stirnseitig eingesetztes Verteilerstück 100 und dort eingeformte
Radialkanäle nach außen zu den Schneiden 80 geführt werden.
Das Verteilerstück 100 das vorzugsweise aus Kunststoff besteht, weist
einen Rastzapfen 102 auf, mit der es in eine stirnseitige Montageöffnung
104 des zweiten Teilelements 12 mit vorgegebener Drehorientierung
eingesetzt ist.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht
sich auf eine Trennstelle 14 zwischen zwei Teilelementen 10,
12 eines um eine Drehachse 16 drehenden Werkzeugsystems, insbesondere
für den Einsatz in Werkzeugmaschinen. Die Trennstelle 14 umfasst eine
an einem ersten Teilelement 10 angeordnete, zur Drehachse 16 koaxiale,
zumindest teilweise konische Aufnahme 18, die von einer ringförmigen
Stirnfläche 20 begrenzt ist. Das zweite Teilelement 12 trägt
ein Kupplungsteil 22, das einen Kupplungszapfen 24 mit einer zur
konischen Aufnahme 18 komplementäre Kegelfläche 32 und
eine zur ringförmigen Stirnfläche 20 weisende, in gekuppeltem
Zustand gegen diese anliegende ringförmige Planfläche 26 aufweist.
Über das freie Ende des Kupplungszapfens 24 steht ein Zugbolzen
36 axial über, der in gekuppeltem Zustand in einen sich an die Aufnahme
18 anschließenden Hohlraum 38 eingreift. Weiter sind von
der Außenseite her betätigbare Spannmittel zum gegenseitigen Verspannen
der Teilelemente 10, 12 vorgesehen, die zwei in im ersten Teilelement
10 radial geführte, am Zugbolzen 36 angreifende Spannelemente
44', 44'' aufweisen und die in Wirkverbindung mit gemeinsamen
Betätigungsmitteln 50 stehen, durch die sie zwischen einer Lösestellung
und einer Spannstellung verstellbar sind. Erfindungsgemäß sind die Spannelemente
mit Auswurfpartien 60 versehen, die mit mindestens einem drehend gelagerten
Wälzkörper 62 bestückt sein können.
