DE3632045C1 - Vorrichtung zur Verbindung zweier Werkzeugteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung zweier Werkzeugteile, insbesondere von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylindrischen Paßzapfen, der von einer senkrecht zur Paßzapfenachse verlaufenden Ringfläche umgeben ist, und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, die von einer ringförmigen Stirnfläche umgeben ist, wobei der Paßzapfen eine Querbohrung mit einem darin radial verschiebbaren Spannbolzen aufweist, der an seinen beiden Enden sich verjüngende, rotationssymmetrische Ansätze trägt, welche in kegelförmige Vertiefungen von zwei einander diametral gegenüberliegend im anderen Werkzeugteil angeordneten Spannstücken eingreifen, mit einer relativen Spannbewegung zwischen Spannbolzen und wenigstens einem der Spannstücke in Achsrichtung des Spannbolzens relativ zu diesem beweglich ist, und wobei ferner der Abstand der Achsen der kegelförmigen Vertiefungen von der Stirnfläche etwas größer ist als der Abstand der Achse der Querbohrung von der Ringfläche, so daß in Spannstellung die Mantelfläche jedes Ansatzes in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegelförmigen Vertiefungen ist.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung (DE-PS 31 08 439) sind die beiden Ansätze am Spannbolzen kegelförmig ausgebildet. Die Spannstücke sind als Schrauben ausgebildet und in entsprechenden Innengewinden des anderen Werkzeugteiles radial verschraubbar. Zum Lösen und Anspannen dieser Verbindungsvorrichtung müssen beide Schrauben relativ weit radial nach außen bzw. innen geschraubt werden, was eine entsprechend große Anzahl von Umdrehungen erfordert. Um die Handhabung zu vereinfachen, wird deshalb diese bekannte Vorrichtung zur Verbindung zweier Werkzeugteile so ausgeführt, daß der Spannbolzen nur an seinem einen Ende einen Kegel aufweist und an seinem anderen Ende eine kegelförmige Vertiefung. Mit dieser kegelförmigen Vertiefung wirkt eine Spannschraube zusammen, die mit einem Kegel in die kegelförmige Vertiefung des Spannbolzens eingreift. Eine zweite Spannschraube, die nur als Widerlager dient und in deren kegelförmige Vertiefung der kegelförmige Ansatz des Spannbolzens eingreift, ist so in das andere Werkzeugteil eingeschraubt, daß sie in die Querbohrung nicht hineinragt. Infolgedessen ist zum Lösen und Spannen dieser Vorrichtung nur die Betätigung der mit der kegelförmigen Spitze versehenen Spannschraube erforderlich. Da sich jedoch der Spannbolzen beim Spannen und Lösen der Verbindung mit seinem kegelförmigen Ansatz jeweils in die kegelförmige Vertiefung der gegenüberliegend angeordneten ruhenden Spannschraube hinein- bzw. herausverschieben muß, ist die zum Spannen und Lösen erforderliche radiale Verstellung der betätigten Spannschraube doppelt so groß als bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform und dementsprechend sind auch mehr Umdrehungen der Spannschraube erforderlich, was eine entsprechend lange Zeit in Anspruch nimmt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden zweier Werkzeugteile der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die zum Spannen und Lösen erforderliche Relativbewegung zwischen Spannstück und Spannbolzen verkürzt und damit auch eine kürzere Betätigungszeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ansätze des Spannbolzens eine halbkugelartige Mantelfläche aufweisen, deren Krümmungsradius sowie der Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefungen so bemessen sind, daß sich die halbkugelartige Mantelfläche und die kegelförmige Vertiefung an einem Kraftangriffspunkt berühren, der in radialem Abstand von den freien Enden der Ansätze und der Spannstücke liegt und daß die Wirkungslinien der in den beiden Kraftangriffspunkten angreifenden Kräfte unter einem Winkel von etwa 30-60°, vorzugsweise etwa 45° zur Achse der Querbohrung verlaufen.

Die halbkugelartig ausgebildeten Ansätze haben, insbesondere, wenn in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung jeder Ansatz an seinem äußeren Ende eine senkrecht zur Spannbolzenachse verlaufende Abflachung aufweist, eine verhältnismäßig geringe Höhe in axialer Richtung des Spannbolzens. Infolge dieser geringen Höhe ist der relative Verstellweg zwischen Spannbolzen und Spannstück, der zum Spannen und Lösen der Verbindungsvorrichtung erforderlich ist, stark verkürzt. Es konnte erreicht werden, daß dieser relative Verstellweg gegenüber der eingangs beschriebenen praktischen Ausführungsform der bekannten Vorrichtung auf die Hälfte verkürzt wird. Hierdurch wird auch die zum Spannen und Lösen erforderliche Betätigungszeit auf die Hälfte verkürzt. Dies hat besonders große Auswirkungen bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Kombination mit automatischen Werkzeugwechseleinrichtungen. Hinzu kommt der weitere Vorteil, daß der Kraftangriffspunkt, an welchem sich die halbkugelartige Mantelfläche und die Kegelfläche berühren, in Abstand sowohl vom freien Ende des halbkugelartigen Ansatzes als auch vom freien Ende des jeweiligen Spannstückes liegt. Es werden auf diese Weise Druckbelastungen am radial inneren Ende des Spannstückes und damit Kantendrücke vermieden, die zu Verformungen des Spannstückes führen könnten. Außerdem kann auch noch die Länge des zylindrischen Teiles des Spannbolzens etwas vergrößert werden, was bei hohen Reaktionskräften von Vorteil ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Spannbolzen aus zwei voneinander getrennten Spannbolzenteilen besteht, die an ihren einanderzugekehrten inneren Enden entgegengesetzt geneigte Schrägflächen aufweisen und daß zwischen den inneren Enden ein mit seinen Keilflächen an den Schrägflächen anliegender Spannkeil vorgesehen ist, der in Richtung der Achse der Paßbohrung verstellbar ist.

Bei dieser Ausführungsform wirken sich die kurzen relativen Verstellwege zwischen den Spannbolzenteilen und den außenliegenden, ruhend angeordneten Spannstücken besonders vorteilhaft aus, denn der zwischen beiden Spannbolzenteilen liegende Spannkeil kann verhältnismäßig klein ausgebildet werden und damit haben die Spannbolzenteile eine größere Führungslänge.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 einen Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles.

Das eine Werkzeugteil 1 weist einen zylindrischen Paßzapfen 2 auf, der von einer senkrecht zur Zapfenachse A verlaufenden Ringfläche 3 umgeben ist. In dem anderen Werkzeugteil 4 ist zur Aufnahme des Paßzapfens 2 eine Paßbohrung 5 vorgesehen. Bei dem Werkzeugteil 4 kann es sich auch um einen mit der Werkzeugmaschinenspindel fest verbundenen bzw. verbindbaren Flansch handeln. Der Paßzapfen 2 weist eine Querbohrung 6 auf, in welcher ein Spannbolzen 7 radial verschiebbar ist. Der Spannbolzen 7 ist an seinen beiden Enden mit Ansätzen 8 versehen, die jeweils eine halbkugelartige Mantelfläche 8 a aufweisen. Vorzugsweise ist jeder Ansatz 8 an seinem äußeren Ende mit einer senkrecht zur Spannbolzenachse A 2 verlaufenden Abflachung 8 b versehen.

In dem anderen Werkzeugteil 4 sind zwei Spannstücke 9, 10 angeordnet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Spannschrauben ausgebildet sind. Hierbei dient die Spannschraube 9 als Betätigungsschraube zum Lösen und Spannen der Verbindungsvorrichtung, während die Spannschraube 10 fest in das andere Werkzeugteil 4 eingeschraubt ist. Die radiale Verstellung des Spannstückes 9 könnte auch dadurch erfolgen, daß das Spannstück 9 in einer Radialbohrung des Werkzeugteiles 4 verschiebbar gelagert ist und von außen ein Betätigungsglied auf das Spannstück 9 einwirkt. Das andere Spannstück 10 könnte dann ebenfalls verschiebbar im Werkzeugteil 4 gelagert sein oder auch stationär, beispielsweise in einer Sackbohrung des Werkzeugteiles 4 angeordnet sein.

Die beiden Spannstücke 9, 10 weisen je eine kegelförmige Vertiefung 11 auf, wobei der Spitzenwinkel der kegelförmigen Vertiefung zwischen 60 und 120° liegen kann und vorzugsweise etwa 90° beträgt.

Die Paßbohrung 5 ist von einer ringförmigen Stirnfläche 12 konzentrisch umgeben, wobei auch diese ringförmige Stirnfläche 12 senkrecht zur Achse A der Paßbohrung 5 bzw. des Paßzapfens 2 angeordnet ist. Weiterhin ist aus Fig. 1 zu entnehmen, daß die Achsen A 1 der beiden Spannstücke 9, 10 einen Abstand a 1 von der Stirnfläche 12 aufweisen, der etwas größer ist als der Abstand a 2 der Achse A 2 der Querbohrung 6 bzw. des Spannbolzens 7. Auf diese Weise wird erreicht, daß in der in Fig. 1 dargestellten Spannstellung die Mantelfläche 8 a jedes Ansatzes 8 in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegelförmigen Vertiefung 11 ist. Der Berührungspunkt P oder das Berührungsfeld sind in folgendem mit Kraftangriffspunkt P bezeichnet, da an diesem Punkt die Spannkräfte von den Spannstücken 9, 10 auf die Ansätze 8 des Spannbolzens 7 übertragen werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Kraftangriffspunkte P in radialem Abstand r 1 von den freien Enden (Abflachungen) 8 b der Ansätze und auch in radialem Abstand r 2 von inneren freien Enden 9 a bzw. 10 a der Spannstücke 9 bzw. 10 angeordnet sind. Hierdurch wird eine Berührung und Kraftübertragung an der Kante zwischen der kegelförmigen Vertiefung 11 und der Endfläche 9 a genauso vermieden, wie eine Kraftübertragung an der Kante zwischen der Mantelfläche 8 a und der Abflachung 8 b. Es werden damit unzulässige Flächenpressungen und Kantendrücke an den genannten Kanten vermieden. Die Kraftübertragung erfolgt dort, wo die Spannstücke 9, 10 bereits eine verhältnismäßig große Wandstärke aufweisen. Ferner soll der Krümmungsradius R der halbkugelartigen Mantelfläche 8 a und auch der Spitzenwinkel α der kegelförmigen Vertiefung 11 so bemessen sein, daß die Wirkungslinien W der in den beiden Kraftangriffspunkten P angreifenden Kräfte K, unter einem Winkel β von etwa 30-60°, vorzugsweise etwa 45° zur Achse A 2 der Querbohrung 6 verlaufen.

Prinzipiell könnte die halbkugelartige Mantelfläche 8 a der Ansätze 8 durch eine exakte Halbkugel gebildet werden, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Achse A 2 des Spannbolzens 7 liegt. Um jedoch den Krümmungsradius R der halbkugelartigen Mantelfläche 8 a zu vergrößern und damit die Flächenpressung zwischen der Mantelfläche 8 a und der Vertiefung 11 zu verringern, ist es zweckmäßig, wenn der Krümmungsradius R etwa 0,8 mal so groß ist, wie der Durchmesser D des Spannbolzens 7, wobei sich der Krümmungsmittelpunkt M der halbkugelartigen Mantelfläche 8 a von der Spannbolzenachse A 2 in einem Abstand a 3 von etwa 1/3 des Durchmessers D des Spannbolzens befindet. Der Krümmungsradius R kann jedoch auch etwas größer ausgeführt werden, so daß er etwa so groß ist wie der Durchmesser D des Spannbolzens 7.

Wenn die beiden Werkzeugteile 1, 4 voneinander gelöst werden sollen, dann wird die Spannschraube 9 so weit nach links aus dem Werkzeugteil 4 herausgedreht, daß sie mit ihrem inneren Ende 9 a nicht mehr in die Paßbohrung 5 hineinragt. Zieht man den Paßzapfen 2 des Werkzeugteiles 1 aus der Paßbohrung 5 heraus, dann wird der Spannbolzen durch die kegelförmige Vertiefung 11 der rechten Spannschraube 10 in der Querbohrung 6 nach links verschoben, bis er die strichpunktierte Lage einnimmt. Nach dem Einsetzen eines anderen Werkzeugteiles 1 wird die linke Spannschraube 9 in das Werkzeugteil 4 hineingeschraubt, wobei sich zunächst ihre Vertiefung 11 an den in strichpunktierter Stellung befindlichen linken Ansatz 8 des Spannbolzens 7 anlegt und diesen dann beim weiteren Hineinschrauben der Spannschraube 9 nach rechts verschiebt, bis der rechte Ansatz 8 an der kegelförmigen Vertiefung 11 der rechte Spannschraube 10 am Kraftangriffspunkt P zur Anlage kommt. Durch den axialen Versatz der beiden Achsen A 1 und A 2 ist die oben erwähnte einseitige Anlage der halbkugelartigen Mantelflächen 8 a an den Vertiefungen 11 gewährleistet. Durch die in Richtung der Paßzapfenachse A wirkenden Kraftkomponenten der Kräfte P wird die Ringfläche 3 des ersten Werkzeugteiles 1 fest an die Stirnfläche 12 des zweiten Werkzeugteiles 4 angepreßt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Teile gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Obige Beschreibung trifft insofern auf das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel sinngemäß zu. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Spannen und Lösen der Verbindung radial von außen erfolgt, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine zentrale Betätigungseinrichtung vorgesehen. Der Spannbolzen besteht in diesem Fall aus zwei identischen Spannbolzenteilen 7′, von denen jedes an seinem äußeren Ende den Ansatz 8 trägt, der in seiner Ausgestaltung dem Ansatz 8 des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels entspricht. Die Spannstücke 10 sind in diesem Fall als fest in das zweite Werkzeugteil 4 eingeschraubte Schrauben ausgebildet.

Jedes der beiden Spannbolzenteile 7′ weist an seinem inneren Ende 7 a eine Schrägfläche 14 auf, wobei die beiden Schrägflächen entgegengesetzt zueinander geneigt sind. Der Neigungswinkel γ jeder Schrägfläche 14 gegenüber der Paßzapfenachse A beträgt zweckmäßig etwa 30°. Jede Schrägfläche bildet eine Begrenzungsfläche einer am inneren Ende jedes Spannbolzenteiles 7′ eingearbeiteten Quernut 15. Zwischen den inneren Enden 7 a der Spannbolzenteile 7′ ist ein Spannkeil 16 angeordnet, der mittels der Betätigungsstange 17 in Richtung der Achse A der Paßbohrung 5 bzw. des Paßzapfens 2 verstellbar ist. Die mit den Schrägflächen 14 zusammenwirkenden Keilflächen 16 a des Spannkeiles 16 sind im gleichen Winkel γ gegenüber der Achse A geneigt. Wird auf die Betätigungsstange 17 eine in Richtung B wirkende Zugkraft ausgeübt, was beispielsweise durch eine in einer Werkzeugmaschinenspindel angeordnete Zugstange erfolgen kann, dann werden die Spannbolzenteile 7′ unter Wirkung der Keilflächen 16 a und der Schrägflächen 14 radial nach außen gedrückt. Bei Berührung der Ansätze 8 an den Vertiefungen 11 wird wiederum die Ringfläche 3 des Werkzeugteiles 1 an die Stirnfläche 12 des Werkzeugteiles 4 angepreßt. Die Querstifte 17, welche in Nuten 18 der Spannbolzenteile 7′ eingreifen, begrenzen den Verschiebeweg der Spannbolzenteile 7′ nach außen, so daß die Spannbolzenteile 7′ nicht aus der Querbohrung 6 herausfallen können, wenn das Werkzeugteil 1 von dem Werkzeugteil 4 entfernt wird. Außerdem verhindern die Querstifte 17′ eine Verdrehung der Spannbolzenteile 7′.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Verbindung zweier Werkzeugteile insbesondere von Werkzeugmaschinen, mit einem an dem einen Werkzeugteil vorgesehenen, zylindrischen Paßzapfen, der von einer senkrecht zur Zapfenachse verlaufenden Ringfläche umgeben ist und mit einer im anderen Werkzeugteil zur Aufnahme des Paßzapfens vorgesehenen Paßbohrung, die von einer ringförmigen Stirnfläche umgeben ist, wobei der Paßzapfen eine Querbohrung mit einem darin radial verschiebbaren Spannbolzen aufweist, der an seinen beiden Enden sich verjüngende, rotationssymmetrische Ansätze trägt, welche in kegelförmige Vertiefungen von zwei aneinander diametral gegenüberliegend im anderen Werkzeugteil angeordneten Spannstücken eingreifen, mit einer relativen Spannbewegung zwischen Spannbolzen und wenigstens einem der Spannstücke in Achsrichtung des Spannbolzens, und wobei ferner der Abstand (a 1) der Achsen (A 1) der kegelförmigen Vertiefungen von der Stirnfläche etwas größer ist als der Abstand (a 2) der Achse (A 2) der Querbohrung von der Ringfläche, so daß in Spannstellung die Mantelfläche jedes Ansatzes in einseitiger Anlage an der zugehörigen kegelförmigen Vertiefung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (8) des Spannbolzens (7, 7′) eine halbkugelartige Mantelfläche (8 a) aufweisen, deren Krümmungsradius (R) sowie der Spitzenwinkel (α) der kegelförmigen Vertiefungen (11) so bemessen sind, daß sich die halbkugelartige Mantelfläche (8 a) und die kegelförmige Vertiefung (11) an einem Kraftangriffspunkt (P) berühren, der in radialem Abstand (r 1, r 2) von den freien Enden (8 b, 9 a, 10 a) der Ansätze (8) und der Spannstücke (9, 10) liegt, und daß die Wirkungslinien (W) der in den beiden Kraftangriffspunkten (P) angreifenden Kräfte (K) unter einem Winkel (β ) von etwa 30-60°, vorzugsweise etwa 45°, zur Achse (A 2) der Querbohrung (6) verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ansatz (8) an seinem Ende eine senkrecht zur Spannbolzenachse (A 2) verlaufende Abflachung (8 b) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Mantellinie der Mantelfläche (8 a) etwa so groß ist wie der Durchmesser (D) des Spannbolzens (7, 7′) und der Krümmungsmittelpunkt (M) der Mantellinie in Abstand (a 3) von der Spannbolzenachse (A 2) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) etwa 0,8 mal so groß ist wie der Durchmesser (D) des Spannbolzens (7, 7′) und der Abstand (a 3) des Krümmungsmittelpunktes (M) von der Spannbolzenachse (A 2) etwa 1/3 des Durchmessers (D) des Spannbolzens (7, 7′) beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel (α) der kegelförmigen Vertiefung (11) etwa 90° beträgt.

6. Anwendung der Ausbildung des Spannbolzens und der Spannstücke nach mindestens einem der Ansprüche 1-5 bei einer bekannten Vorrichtung, bei der der Spannbolzen aus zwei voneinander getrennten Spannbolzenteilen (7′) besteht, die an ihren einander zugekehrten inneren Enden (7 a) entgegengesetzt geneigte Schrägflächen (14) aufweisen, wobei zwischen den inneren Enden (7 a) ein mit seinen Keilfläche (16 a) an den Schrägflächen (14) anliegender Spannkeil (16) vorgesehen ist, der in Richtung der Achse (A) der Paßbohrung (5) verstellbar ist.