BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung nach dem Oberbegnff des Patentanspruches 1.
Beim Verbinden eines Werkstückes mit einer Bearbeitungseinrichtung, zum Beispiel einer Drehbank, einer Fräsmaschine, einer Schleifeinrichtung oder dgl., stellt sich die Forderung, dass das zu bearbeitende Werkstück in bezug auf eine Achse der Bearbei tungseinrichtung genau definiert eingespannt werden kann. Bei einer Drehbank zum Beispiel ist dies die Rotationsachse des Spannfutters, wobei die Winkellage des Werkstücks gegenüber dieser Rotationsachse keine Bedeutung besitzt. An die Zentrizität hingegen werden hohe Anforderungen gestellt. Im Falle einer Schleif- oder Fräseinrichtung spielt nicht nur die Zentrizität eine Rolle, sondern es muss auch auf eine winkelgerechte Lage des Werkstückes bezüglich der Bearbeitungseinrichtung geachtet werden.
Im Präzisionswerkzeugbau werden ausserordentlich hohe Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstückes gestellt. Insbesondere muss gewährleistet sein, dass ein zu bearbeitendes Werkstück in genau definierter Lage in eine Bearbei tungseinrichtung eingespannt werden kann.
Kleine Toleranzen in bezug auf Exzentrizität lassen sich mit den bekannten Konussitzen erzielen. Diese gewährleisten eine zwangsläufige Zentrierung mit sehr hoher Genauigkeit, sind andererseits jedoch anfällig gegen Verschmutzung. Ein verunreinigter Konus sitz ist entweder in seiner Genauigkeit beeinträchtigt oder er lässt sich infolge übermässiger Selbsthemmung nicht oder fast nicht mehr lösen. Ausserdem ist die Forderung nach einer winkelgerechten Einspannung des Werkzeuges bei einem Konus sitz nicht erfüllt.
Entsprechendes lässt sich für die gebräuchlichen Spannfutter sagen; auch diese sind anfällig gegen Verschmutzung und bieten keine Lösung für eine winkelgerechte Einspannung eines Werkstückes.
Bei hohen Anforderungen an die Zentrizität der Einspannung ist es ausserdem erforderlich, die Einspannmittel - sei es ein Konussitz, sei es ein Spannfutter -, rnit ausserordentlich hoher Präzision zu fertigen. Dies ist natürlich mit einem hohe Aufwand verbunden und treibt die Kosten in die Höhe, besonders wenn eine grosse Anzahl solcher Einspannvorrichtungen benötigt werden.
Ein Problem schliesslich, das bisher noch kaum zufriedenstellend gelöst werden konnte, besteht darin, ein Werkstück nacheinander in eine Anzahl verschiedener Bearbeitungseinrichtungen einzuspannen, um eine Mehrzahl von Bearbeitungsvorgängen am selben Werkstück auszuführen, wobei eine absolut zentrische und winkelgenaue Einspannung des Werkstückes in jeder der Bearbei tungseinrichtungen gewährleistet ist. Diese Forderung tritt beispielsweise bei der Herstellung von Elektrodenkörpern für Erodiermaschinen auf die im allgemeinen eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen auf verschiedenen Bearbeitungseinrichtungen erfordert. Die Anforderungen an die Massgenauigkeit liegen dabei in der Grössenordnung von wenigen 1000stel Millimetern, und die Werkstücke sollen möglichst schnell und einfach von einer Bearbeitungsstation zur nächsten verlegt werden können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupp lungsvorrichtung insbesondere zur Verbindung eines zu bearbeitenden Werkstückes mit einer Bearbeitungseinrichtung zu schaffen, welche einerseits die vorstehend geschilderten Nachteile nicht mehr aufweist und andererseits zusätzlich zu einer hochpräzisen zentrischen Einspannung eine genau definierte Winkellage des Werkstückes in bezug auf die Bearbeitungseinrichtung gewährleistet. Ferner soll auch erreicht werden, dass ein eingespanntes Werkstück rasch von einer Bearbeitungseinrichtung gelöst und an eine nachfolgende Bearbeitungseinrichtung angeschlossen werden kann, wobei eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung gewahrt werden soll.
Die Erfindung geht von einer Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art aus, die in bekannter Weise zwei koaxial angeordnete Kupplungsorgane aufweist. Diese Vorrichtung zeichnet sich gemäss der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 aus.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 definiert.
Im folgenden soll näher auf ein Ausführungsbeispiel der Kupplungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung eingegangen werden, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Kupplungsvorrichtung in entspanntem Zustand,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Kupplungsvorrichtung in gespanntem Zustand,
Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2,
Fig. 5 eine Ansicht des einen Kupplungsorganes mit aufgesetzter Mitnehmerscheibe,
Fig. 6 eine Ansicht des anderen Kupplungsorganes,
Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 6, und
Fig. 8 einen Teilschnitt entlang der Linie D-D in Fig. 6.
In Fig. list die erfindungsgemässe Kupplungsvorrichtung in entspanntem Zustand im Schnitt dargestellt. Sie umfasst ein erstes Kupplungsorgan 1, welches im wesentlichen tellerförmige Gestalt besitzt und mit einer zentralen Gewindebohrung 2 versehen ist.
Ferner ist ein zweites Kupplungsorgan 3 vorgesehen, welches ebenfalls im wesentlichen telleriörmige Gestalt aufweist und mit einer zentralen Durchgangsbohrung 4 versehen ist. Diese wird von einer Schraube 5 durchgriffen, deren freies Ende in das Gewinde der Bohrung 2 eingreift. Durch Anziehen der Schraube 5 werden die beiden Kupplungsorgane 1 und 3 in axialer Richtung zusammengezogen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zustand ist die Schraube 5 nicht angezogen, und die beiden Kupplungsorgane 1 und 3 liegen nur lose aufeinander auf
Das Kupplungsorgan 3 weist eine Mitnehmerscheibe 6 auf die im Abstand von der Kupplungsfläche dieses Kupplungsorgans 3 drehfest mit diesem verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Kupplungsorgan 1 durch nicht näher dargestellte Mittel an eine Bearbeitungseinrichtung angekoppelt, zum Beispiel an die Spindel einer Drehbank, einer Schleifmaschine oder dgl. Das andere Kupplungsorgan 3 hingegen trägt, unter Zuhilfenahme von ebenfalls nicht dargestellten Hilfsmitteln, das zu bearbeitende Werkstück. Bei gespannter Kupplungsvorrichtung wirkt somit das Kupplungsorgan 1 als Antriebsglied, das Kupplungsorgan 3 hingegen als Abtriebsglied.
Wie weiter aus Fig. 1 und insbesondere auch aus Fig. 6 bis 8 zu entnehmen ist, ist das Kupplungsorgan 1 einerseits mit einem zentrisch angeordneten Mitnehmerzapfen 7 sowie einem exzentrisch angeordnetem Mitnehmerzapfen 8 versehen. Der zentrische Zapfen 7, wie auch der exzentrische Mitnehmerzapfen 8, ragt über die Kupplungsfläche 9 des Kupplungsorganes 1 hinaus. Die Aussenfläche des zentrisch angeordneten Zapfens 7 ist konisch ausgebildet und gliedert sich in zwei Abschnitte, nämlich einen ersten kegelstumpfmantelförmigen Abschnitt 10, der dem Kupplungsorgan 1 zugewandt ist, und einen zweiten kegelstumpfmantelförmigen Abschnitt 11, der der Stirnfläche 12 des Zapfens 7 zugewandt ist. Im Schnitt gemäss Fig. 7 gesehen beträgt die Neigung des ersten Abschittes 10 weniger als diejenige des zweiten Abschnittes 11.
Mit anderen Worten heisst dies, dass der an die Stirnfläche 12 anschliessende Abschnitt 11 eine grössere Konizität aufweist als der nachfolgende, an die Oberfläche 9 des Kupplungsorganes 1 anschliessende Abschnitt 10. Der Zweck dieser Unterteilung wird im folgenden noch näher erläutert werden.
Der Mitnehmerzapfen 8, der exzentrisch zur Drehachse X des Kupplungsorganes 1 angeordnet ist, besitzt zwei Seitenflächen 13, die parallel zum Radius durch das Zentrum des Mitnehmerzapfens 8 verlaufen und die gegenüber der Drehachse X des Kupplungsorganes 1 geneigt verlaufen. Im Bereich der Stirnfläche 14 des Mitnehmerzapfens 8 gehen diese geneigten Flächen 13 in zwei weitere, gegenüber der Drehachse X stärker geneigte Flächen 15 über, die ebenfalls im oben definierten Sinn radiusparallel verlaufen.
Das zweite Kupplungsorgan 3 besitzt einen ringförmigen, konzentrisch zur Bohrung 4 angeordneten, über die Kupplungsfläche 16 vorstehenden, ringförmigen Wulst 17, auf dessen Stirnfläche die Mitnehmerscheibe 6 aufliegt. Sie ist mit Schrauben 18 drehfest mit dem Wulst 17 verbunden und befindet sich in einem gewissen Abstand zur Oberfläche 16 des Kupplungsorganes 3.
Wie insbesondere aus der Fig. 5 ersichtlich ist, besitzt die Mitnehmerscheibe 6 einerseits eine zentrale, kreisrunde Öffnung 19 und andererseits eine exzentrisch angeordnete, im wesentlichen ovale Öffnung 20. Letztere weist zwei parallele Seitenkanten 21 auf die parallel zum Radius durch das Zentrum der Öffnung und durch die Drehachse X der Kupplungsvorrichtung verlaufen. Aus der Fig. 1 kann entnommen werden, dass der Durchmesser der zentralen Öffnung 19 so bemessen ist, dass deren Kante den kegelstumpfmantelförmigen Bereich 10 des Kupplungsorganes 1 teilweise umgreift. Die beiden parallelen Kanten 21 der Öffnung 20 hingegen sind in einem solchen Abstand zueinander angeordnet, dass sie die geneigten, ebenen Seitenflächen 13 des Mitnehmerzapfens 8 teilweise übergreifen, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Es ist leicht einzusehen, dass auf diese Weise der Zapfen 7 in Zusammenwirkung mit der Öffnung 19 für eine Zentrierung des Kupplungsorganes 3 gegenüber dem Kupplungsorgan 1 sorgt, währenddem der Zapfen 8 in Zusammenarbeit mit der Öffnung 20 für die Winkellage des Kupplungsorganes 1 gegenüber dem Kupplungsorgan 3 verantwortlich ist.
Das Kupplungsorgan 3 ist mit Abstandszapfen 22 ausgerüstet, deren Oberfläche 23 über die Kupplungsfläche 16 des Kupplungsorganes 3 vorstehen und die bei gespannter Kupplungsvorrichtung auf die Oberfläche 9 des Kupplungsorganes 1 zur Auflage kommen. Dies gewährleistet dass die beiden Kupplungsor gane 1 und 3 bei gespannter Kupplungsvorrichtung exakt parallel zueinander liegen.
Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Die angestrebte dreidimensionale Positionierung der beiden Kupplungsorgane 1 und 3 zueinander wird dabei wie folgt erreicht:
Der gegenseitige Abstand der beiden Kupplungsorgane 1 und 3 sowie deren Parallelität wird durch das Aufliegen der Oberflächen 23 der Abstandszapfen 22 auf der Kupplungsfläche 9 des Kupplungsorganes 1 definiert;
Die Konzentrizität der beiden Kupplungsorgane 1 und 3 wird durch den Eingriff des Zapfens 7 in die Öffnung 19 der Mitnehmerscheibe 6 sichergestellt. Wie schon erwähnt, übergreifen die Kanten der Öffnung 19 die konische Mantelfläche 10 des Zapfens 7 in lose aufgesetzter Position zum Teil.
Beim Spannen der Kupplungsvorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, liegen die Kanten der Öffnung 19 der Mitnehmerscheibe 6 an der Mantelfläche 10 auf so dass sich die Mitnehmerscheibe 6 im Bereich ihrer Öffnung 19 deformiert. Gleichzeitig ergibt sich ein Selbstreinigungseffekt der Oberfläche des Zapfens 7.
Die Winkellage des Kupplungsorganes 3 gegenüber dem Kupplungsorgan 1 wird durch das Anliegen der Kanten 21 der Öffnung 20 in der Mitnehmerscheibe an den konischen Seitenflä- chen 13 des Zapfens 8 definiert. Auch hier ergibt sich bei gespanntem Zustand der Kupplungsvorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Deformation der Mitnehmerscheibe 6 und damit ein zwangsläufiges Anpressen der Kanten 21 an die Flächen 13 mit Selbstreinigungseffekt.
Die stärker abgeschrägten Randbereiche, das heisst die Bereiche 11 des zentrischen Zapfens 7 sowie die Bereiche 15 des Zapfens 8, erleichtern das Aufsetzen des mit dem zu bearbeitenden Werkstück versehenen Kupplungsorganes 3 auf das Kupplungsorgan 1. Für die Funktion der Kupplungsvorrichtung an sich haben sie keine Bedeutung, es sei denn, dass die Grössentoleranz der Öffnungen 19 und 20 an der alleruntersten Grenze liegen, so dass die Kanten dieser Öffnungen auf die besagten Randbereiche 11 und 15 der beiden Zapfen zu liegen kommen.
Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, besitzt die Mitnehmerscheibe 6 einen Schlitz 24, der senkrecht zur Verbindungslinie zwischen zentraler Öffnung 19 und exzentrischer Öffnung 20 verläuft. Dieser Schlitz 24 gewährleistet, dass sich der zentrale Bereich der Mitnehmerscheibe 6, um die zentrale Öffnung 19 herum, unabhängig vom Randbereich um die Öffnung 20 herum elastisch verformen kann. Damit ist eine hochpräzise, genau definierte Lage des Kupplungsorganes 3 gegenüber dem Kupplungsorgan 1 sowohl in bezug auf die Zentrizität als auch in bezug auf die Winkelgenauigkeit erreicht.
Der Vorteil der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Kupp lungsvorrichtung ist insbesondere darin zu sehen, dass nur das Kupplungsorgan 1 mit den vorstehenden Zapfen 7 und 8 präzise bearbeitet werden muss. Das andere Kupplungsorgan 3 mit aufgesetzter Mitnehmerscheibe kann relativ grosse Fertigungstoleranzen aufweisen, ohne dass Abstriche in der Zentrier- und Winkelgenauigkeit in Kauf zu nehmen wären, solange die zentrale Öffnung 19 genau rund ist und die beiden Kanten 21 der exzentrischen Öffnung 20 genau parallel sind. Dies lässt sich jedoch mit kleinem Aufwand erreichen, um so mehr, als das absolute Mass des Durchmessers der zentralen Offnung 19 wie auch dasjenige des Abstands der beiden Kanten 21 von untergeordneter Bedeutung sind.
Gemäss der Erfindung sind zur Fixierung der gegenseitigen Lage der beiden Kupplungsorgane in bezug auf die Kupplungsebene wenigstens zwei Mitnehmerzapfen vorgesehen, die mit korrespondierenden Öffnungen in der Mitnehmerscheibe zusammenarbeiten. Bei dem vorbeschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel genügen zwei Mitnehmerzapfen als Fixpunkte, die im Sinne eines Polarkoordinatensystems mit einem Mitnehmerzapfen das Zentrum und mit einem exzentrischen Mitnehmerzapfen zusätzlich die Wmkellage der Kupplungsorgane festlegen.
Eine Erhöhung der Anzahl Fixpunkte würde in diesem System zu einer Überbestimmung der Lage führen. Mehr als zwei Fixpunkte sind hingegen bei der Lagefixierung auf der Basis eines karthesischen Koordinatensystems vorzusehen, wobei in diesem Fall je zwei exzentrischen Mitnehmerzapfen die beiden sich kreuzenden Koordinatenachsen festlegen.