DE3824580A1 - Axialgetriebe, insbesondere zum spannen von kupplungen an einer werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Axialgetriebe zur Erteilung eines Spannvorschubs an ein Spannelement, umfassend eine das Spannelement in einer Achsrichtung führende Führungs­ einheit, eine den Spannvorschub des Spannelements bewirken­ de Federung, ein von dieser Federung beaufschlagtes Über­ tragungselement, welches einen ihm durch die Federung ver­ mittelten Vorhub in Achsrichtung entweder in direkter Kraftübertragung oder mit Kraftübersetzung in einen Spann­ vorschub des Spannelements umsetzt, wobei die Umschaltung von der direkten Kraftübertragung auf die Kraftübersetzung in zwangsläufiger Abhängigkeit von dem Vorhub des Über­ tragungselements erfolgt und wobei ein den Vorhub des Übertragungselements und den Vorschub des Spannelements rückgängig machender Rückstellantrieb vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Axialgetriebe ist insbesondere zur Erteilung eines Spannvorschubs an ein Spannelement be­ stimmt, das einer Kupplung zwischen zwei Teilbaugruppen an einer Werkzeugmaschine zugeordnet ist.

Bei bekannten Ausführungsformen solcher Axialgetriebe werden mechanische, hydraulische und pneumatische Druckübersetzer ange­ wandt. Die bekannten Ausführungsformen liefern aber relativ geringe Einzugs- und Spannkräfte, haben einen geringen Hub und große Reibungsverluste durch die Übersetzung. Die Übersetzungsverhältnisse sind begrenzt; die bekannten Axial­ getriebe sind auch nicht universell einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axialgetriebe der eingangs bezeichneten Bauart dahin zu verbessern, daß die Nachteile bekannter Axialgetriebe vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, daß zwischen dem Übertragungselement und dem Spannele­ ment ein eingeschlossenes, hydraulisches oder quasi-hydrau­ lisches Übertragungsvolumen zwischengeschaltet ist, welches vom Übertragungselement her durch zwei Teilflächen beauf­ schlagbar ist, daß die eine dieser Teilflächen in ständiger fester Verbindung mit dem Übertragungselement steht und die andere dieser Teilflächen über mindestens ein umstellbares Abstützelement entweder an dem Übertragungselement oder an der Führungseinheit abstützbar ist, daß das Abstützele­ ment beim Vorschub des Spannelements gegen einen zunehmen­ den Vorschubwiderstand durch den in dem hydraulischen Über­ tragungsvolumen herrschenden, entsprechend zunehmenden Druck bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckwerts von der Abstützung an dem Übertragungselement auf die Abstützung an der Führungseinheit umstellbar ist und daß der Rück­ stellantrieb an dem Übertragungselement und - mit axial­ spielbedingter Verzögerung - auch an dem Spannelement an­ greift und bei einer vorbestimmten Relativstellung des Übertragungselements zum Spannelement die Abstützung des Abstützelements an der Führungseinheit wieder aufhebt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform steigt die Spann­ kraft bis zum Erreichen des maximalen Spannvorschubs praktisch kontinuierlich an. Die Übersetzung wird kraft­ abhängig aktiviert und nicht wegabhängig. Die kraftab­ hängige Aktivierbarkeit der Übersetzung bietet gegenüber der wegabhängigen Aktivierung der Übersetzung den Vorteil, daß sie größere Toleranzen innerhalb des Axialgetriebes und insbesondere an den von dem Axialgetriebe beaufschlag­ ten Maschinenteilen, also beispielsweise einer Konuskupp­ lung zwischen einem Werkzeug und einer Werkzeugmaschinen­ spindel erlaubt.

Es hat sich gezeigt, daß die Verlustleistung bei einge­ schalteter Übersetzung sehr gering ist. Das Übersetzungs­ verhältnis ist durch das Größenverhältnis der Teilflächen bestimmt und besteht über den gesamten Vorschubweg, der nach Einschaltung der Kraftübersetzung noch durchlaufen wird.

Da das Verhältnis der Teilflächen in weiten Grenzen vari­ ierbarer ist, lassen sich sehr viel größere Übersetzungs­ verhältnisse einstellen als bisher und damit größere Spann­ kräfte erzielen.

Das erfindungsgemäße Axialgetriebe baut klein und läßt sich überall dort einsetzen, wo die bisher bekannten Axialge­ triebe einsetzbar waren.

Nach erfolgter Spannung ist das Spannelement selbsttätig verriegelt und kann nur durch Betätigung des Rückstellan­ griffs zurückgestellt werden. Angewandt auf das Beispiel einer Kupplung zwischen Werkzeug und Spindel einer Werk­ zeugmaschine bedeutet dies, daß das Werkzeug nur nach Akti­ vierung des Rückstellantriebs gelöst werden kann. Dabei kann man dafür sorgen, daß bei umlaufender Spindel der Rück­ stellantrieb nicht aktivierbar ist, so daß das Werkzeug bei umlaufender Spindel nicht von der Spindel gelöst werden kann.

Die Erfindung ist grundsätzlich mit hydraulischem Übertra­ gungsvolumen ausführbar. Bevorzugt wird jedoch die Aus­ führung mit einem quasi-hydraulischen Übertragungsvolumen, da dieses keine Dichtprobleme auftreten läßt. Als quasi­ hydraulisches Übertragungsvolumen kommt insbesondere gummi­ elastisches Material in Frage, das mehr oder weniger volu­ menkompressibel sein kann. Bevorzugt wird man ein gummi­ elastisches Material verwenden, das wenig kompressibel und hoch reißfest ist, beispielsweise Naturkautschuk oder Kautschukmischungen.

Die kraftabhängige Umschaltung kann auf einfache Weise da­ durch realisiert werden, daß das Abstützelement in Richtung auf Abstützung an dem Übertragungselement vorgespannt ist und daß zwischen dem Abstützelement und dem Übertragungs­ element gegen die Achsrichtung geneigte Stützflächen vor­ gesehen sind, welche bei Überschreiten des vorbestimmten Druckwerts voneinander abheben unter Aufhebung der Ab­ stützung des Abstützelements an dem Übertragungselement und unter gleichzeitiger Herstellung der Abstützung des Abstützelements an der Führungseinheit. Dabei können zur Abstützung des Abstützelements an der Führungseinheit in­ einandergreifende Eingriffsflächen an dem Abstützelement und an der Führungseinheit vorgesehen sein. Man hat dabei dafür zu sorgen, daß die Abstützelemente immer entweder an dem Übertragungselement oder an der Führungseinheit abge­ stützt sind und keine abstützlose Zwischenstellung ein­ nehmen können. Dies läßt sich leicht dadurch erreichen, daß die Abstützung an der Führungseinheit bereits beginnt, bevor die Abstützung an dem Übertragungselement vollstän­ dig aufgehoben wird.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Axialgetriebe zur besonderen Eignung für den Einsatz bei Werkzeugmaschinen­ spindeln in der Weise aufgebaut, daß das Spannelement von einer Spannstange gebildet ist, daß die Führungseinheit ein die Spannstange konzentrisch umgebendes Führungsge­ häuse umfaßt, daß das Übertragungselement eine die Spann­ stange innerhalb des Führungsgehäuses konzentrisch um­ schließende Übertragungshülse umfaßt, daß die Federung an einem Ende der Übertragungshülse angreift, daß an der Übertragungshülse eine erste, radial innere, im wesent­ lichen axial gerichtete Teilfläche ausgebildet ist, daß radial zwischen der Übertragungshülse und dem Führungs­ gehäuse ein Schubring mit einer zweiten, im wesentlichen axial gerichteten, radial äußeren Teilfläche angeordnet ist, daß die Teilflächen das Übertragungsvolumen an seinem einen axialen Ende gemeinsam begrenzen, daß das andere axiale Ende des Übertragungsvolumens an einer Schulterbau­ gruppe der Spannstange anliegt, daß als Abstützelement eine Mehrzahl von in axialer Richtung länglichen Abstütz­ segmenten vorgesehen ist, welche mit einem Ende an dem Schubring anliegen und wahlweise an der Übertragungshülse oder an dem Führungsgehäuse abstützbar sind, daß diese Ab­ stützsegmente an ihrem vom Schubring entfernten Ende durch eine Ringfeder in Richtung auf die Übertragungshülse radial einwärts vorgespannt sind, daß an der Übertragungshülse eine gegen die Achse geneigte, ringförmige Stützfläche für die Abstützung der Abstützsegmente angeformt ist, daß an den Abstützsegmenten und an dem Führungsgehäuse zusammenwir­ kende Engriffsflächen für die Abstützung der Abstützseg­ mente an dem Führungsgehäuse angeformt sind, daß in dem Führungsgehäuse an der von dem Übertragungsvolumen abge­ legenen Seite der Schulterbaugruppe ein Rückstellkolben untergebracht ist, welcher auf seiner von der Schulterbau­ gruppe abgelegenen Seite durch ein Druckfluid beaufschlag­ bar ist, und daß dieser Rückstellkolben dazu ausgebildet ist, um einerseits über die Schulterbaugruppe durchsetzende und gegenüber der Schulterbaugruppe verschiebbare, achs­ parallele Druckstifte auf das von der Federung abgelegene Ende der Übertragungshülse einzuwirken und andererseits mit der spielbedingten Verzögerung auf die Schulterbau­ gruppe.

Um einen definierten Übersetzungsumschaltpunkt zu erhalten, d. h. also eine Übersetzungsumschaltung, die allein von dem vorbestimmten Druckwert abhängig ist und nicht durch Reibkräfte verfälscht werden kann, empfiehlt es sich, daß die Abstützsegmente jeweils an ihrer radial inneren Seite eine Kugelaufnahmepfanne zur Aufnahme einer Kugel aufweisen, welche sich gegen die ringförmige Stützfläche der Über­ tragungshülse anlegt. Es sei aber an dieser Stelle vermerkt, daß die Abstützsegmente auch mit einem Gegenkonus ausgeführt sein können, welcher sich unmittelbar an die ringförmige Stützfläche der Übertragungshülse anlegt.

Die Eingriffsflächen zur Abstützung der Abstützsegmente an dem Führungsgehäuse können in der Weise bereitgestellt werden, daß an der Innenseite des Führungsgehäuses, ge­ gebenenfalls an einer dort eingesetzten Auskleidungshülse, ein Innengewinde und an radial äußeren Flächen der Ab­ stützsegmente Außengewindeabschnitte angebracht sind. Diese Konzeption läßt eine Weiterbildung zu, die für das Rückumschalten besonders vorteilhaft ist, daß nämlich das Innengewinde und das Außengewinde - in einem die Achse enthaltenden Längsschnitt betrachtet - jeweils eine Profil­ form besitzen, welche den Übergang der Abstützung der Ab­ stützsegmente auf die Übertragungshülse begünstigt, wenn von dem Übertragungsvolumen her eine Restkraft auf die Abstützsegmente in Rückstellrichtung einwirkt. Durch Ge­ windeflanken, welche einen spitzen Winkel mit der Achse einschließen, kann erreicht werden, daß durch eine von dem Übertragungsvolumen her auf die Abstützsegmente ausge­ übte Restkraft ein wiederum exakt definierter Umschalt­ punkt für den Übergang von der Abstützung an dem Führungs­ gehäuse zu der Abstützung an der Übertragungshülse erhalten wird.

Die Schulterbaugruppe könnte grundsätzlich insgesamt starr an der Spannstange angeordnet sein. Aus Gründen der ein­ fachen Herstellung und der Vermeidung von Doppelpassungen empfiehlt es sich aber, daß die Schulterbaugruppe von einem an der Spannstange starr angeordneten Ringflansch und einem an diesem Ringflansch abgestützten, dem Übertragungsvolumen anliegenden Zwischenring gebildet ist.

Um die Gefahr eines Ausquetschens des quasi-hydraulischen Übertragungsvolumens aus dem es aufnehmenden Raum zu ver­ meiden, empfiehlt es sich, daß die Übertragungshülse einen den Zwischenring untergreifenden, verjüngten Fortsatz be­ sitzt, welche dem Übertragungsvolumen an seiner radial inneren Seite anliegt.

Um einerseits das Axialgetriebe bei Bedarf möglichst klein ausführen zu können und andererseits dem Rückstellkolben dennoch eine ausreichende Führungs- und Dichtungslänge zu­ billigen zu können, wird vorgeschlagen, daß der Zwischen­ ring und der Rückstellkolben komplementär stufenförmig ausgebildet sind und zwischen sich den Ringflansch auf­ nehmen.

Um bei geringer radialer Wandstärke des verjüngten Fort­ satzes die Druckstifte auch im Bereich des Zwischenrings exakt führen zu können, empfiehlt es sich, daß die Druck­ stifte in Bohrungen oder Rinnen der Innenumfangsfläche des Zwischenrings eintauchen.

Die Federung kann von einem Tellerfederpaket, einer Schraubendruckfeder oder einem Druckgasvolumen gebildet sein. Mit jeder dieser Lösungen läßt sich eine annähernd horizontale Federcharakteristik erzielen, d. h. die Rückstellkraft der Feder steigt innerhalb des auftretenden Hubs des Über­ tragungselements nicht wesentlich an. Besonders günstig für die Erzielung einer horizontalen Kennlinie ist die Verwendung eines Druckgasvolumens.

Im Falle der Verwendung eines Druckgasvolumens als Federung ist vorgesehen, daß die Übertragungshülse an ihrem von dem Druckgasvolumen beaufschlagten Ende als Ringkolben ausge­ bildet ist. Dabei kann zur leichten Beherrschung des Ab­ dichtproblems vorgesehen sein, daß der Ringkolben mit seinem radial inneren Umfang auf einer Führungshülse geführt ist, welche fest an dem Führungsgehäuse angebracht ist und die Spannstange führend umschließt.

Das Übersetzungsverhältnis kann dadurch variiert werden, daß das Flächenverhältnis der beiden Teilflächen variabel gemacht wird. Dies kann durch Austausch bestimmter Teile, also im Falle des bevorzugten Ausführungsbeipiels durch Aus­ tausch der Übertragungshülse, des Schubrings und ggf. des Übertragungsvolumens geschehen. Alle übrigen Teile können unverändert beibehalten werden. Dies bedeutet eine Er­ leichterung in dem Herstellerwerk, da Getriebe mit unter­ schiedlichem Übersetzungsverhältnis unter weitgehender Verwendung identischer Bauteile aufgebaut werden können.

Für die Anwendung an Werkzeugmaschinenspindeln bietet sich die an sich bekannte Lösung an, daß die Führungseinheit an dem werkzeugfernen Ende einer Werkzeugmaschinenspindel an­ gebracht ist und das Spannelement zum Eingriff mit einem Spannkopf eines in das andere Ende der Werkzeugmaschinen­ spindel einführbaren Werkzeugfußes ausgebildet ist. Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Axialgetriebe ohne weiteres als Ersatz für herkömmliche Axialgetriebe verwen­ det werden kann.

Die Ankopplung des Axialgetriebes an einem zu spannenden Teil, beispielsweise Werkzeugteil, kann in der Weise be­ werkstelligt werden, daß an dem werkzeugseitigen Ende des Spannelements eine Spannzange angeordnet ist, welche durch Steuerflächen am Innenumfang der Werkzeugmaschinenspindel in Abhängigkeit von der Axialstellung des Spannelements steuerbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung eines Axialgetriebes ist ins­ besondere anwendbar, wenn der Werkzeugfuß mit einem Außen­ konus ausgebildet ist, welcher durch das Spannelement in einen Innenkonus der Werkzeugmaschinenspindel einziehbar ist. Dank der Möglichkeit, große Übersetzungsverhältnisse zu er­ zeugen, eignet sich die erfindungsgemäße Lösung eines Axial­ getriebes insbesondere für die Festsetzung eines Werkzeug­ fußes mit Außenkonus in einer Werkzeugmaschinenspindel mit Innenkonus, d. h. eine Lösung, bei der große Spannkräfte benötigt werden.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form eines Axialgetriebes;

Fig. 1a ein Detail bei Ia der Fig. 1;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Aus­ führungsform des Axialgetriebes und

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Axialgetriebe als Teil einer Werkzeugmaschinenspindel.

In Fig. 1 ist eine Spannstange mit 10 bezeichnet. Diese Spannstange durchläuft ein Führungsgehäuse 12 mit einer Bohrung 14. An der Außenumfangsfläche 16 der Spannstange 10 liegt eine Übertragungshülse 18 an. Das Führungsgehäuse 12 ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen, mit dem rechten Ende einer Werkzeugmaschinenspindel 20 verschraubt. In dieser Werkzeugmaschinenspindel 20 ist ein Tellerfederpaket 22 aufgenommen, das an einer Stützfläche 24 innerhalb der Werkzeugmaschinenspindel 20 abgestützt ist und auf eine Endfläche 26 der Übertragungshülse 18 einwirkt. Die Über­ tragungshülse 18 weist in ihrem Endbereich eine Teilring­ fläche 28 und einen verjüngten Fortsatz 30 auf. Ein Schub­ ring 32 umgibt die Übertragungshülse 18 und weist eine zweite Teilringfläche 34 auf. Die beiden Teilringflächen 28 und 34 bilden eine Anlage für ein gummielastisches Volumen 36. Dieses gummielastische Volumen liegt anderer­ seits einer Endfläche 38 eines Zwischenrings 40 an. Damit ist das gummielastische Volumen 36 vollständig einge­ schlossen. Der Fortsatz 30 untergreift die radial innere Umfangsfläche 42 des Zwischenrings 40. Der Zwischenring 40 weist eine weitere Endfläche 44 auf, die zur Anlage an einem Ringflansch 46 der Spannstange 10 bestimmt ist. Der Ringflansch 46 weist axiale Bohrungen 48 auf, welche von axialen Druckübertragungsstiften 50 durchsetzt sind. Die Druckübertragungsstifte 50 stoßen mit ihren in der Fig. 1 linken Enden gegen die Endfläche 52 des Fortsatzes 30 und sind von Rinnen 54 der Innenumfangsfläche des Zwischen­ rings 40 aufnehmbar. In der Bohrung 14 des Führungsgehäuses 12 ist ein Rückstellkolben 56 abdichtend geführt, der von einer Hydraulikflüssigkeit auf seiner rechten Endfläche 58 beaufschlagt werden kann. Der Rückstellkolben 56 ist kom­ plementar stufenförmig zu dem Zwischenring 40 ausgebildet, so daß der Ringflansch 46, wie in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellt, zwischen den zusammengefahrenen Teilen Zwischenring 40 und Rückstellkolben 56 aufgenommen werden kann. Eine axial gerichtete Stiftangriffsfläche 60 des Rück­ stellkolbens 56 ist zur Einwirkung auf die Druckstifte 50 bestimmt.

An der Bohrung 14 des Führungsgehäuses 12 ist eine Aus­ kleidungshülse 62 durch einen Sprengring 64 und eine Schulter 66 festgelegt. Im radialen Zwischenraum 68 zwi­ schen dem Führungsgehäuse 12 und der Übertragungshülse 18 sind Abstützsegmente 70 angeordnet. Jedes dieser Abstütz­ segmente greift mit einer gerundeten Spitze 72 in eine Lagerpfanne 74 des Schubrings 32 ein. An der radial inneren Seite 76 des Abstützsegments 70 ist eine Lagerpfanne 78 für eine Kugel 80 vorgesehen. Diese Kugel 88 ist zur Anlage an einer ringförmigen Stützfläche 82 bestimmt, die durch eine Ausdrehung 84 an der Übertragungshülse 18 gebildet ist. Man erkennt aus der unteren Hälfte der Fig. 1, daß die ring­ förmige Stützfläche 82 mit einer achsnormalen Fläche einen spitzen Winkel einschließt, also konisch ist, und zum rechten Ende der Fig. 1 hin konvergiert. Die Kugel 80 ist zur Anlage an der ringförmigen Stützfläche 82 bestimmt.

An der Innenseite der Auskleidungshülse 62 ist ein Innen­ gewinde 86 angebracht. Entsprechende Gewindeabschnitte 88 sind an der Außenseite 90 der Abstützsegmente 70 angebracht. An den linken Enden der Abstützsegmente 70 greift eine ringförmige Wurmfeder 92 an, welche die linken Enden der Segmente nach radial innen in Richtung auf die Übertra­ gungshülse 18 vorspannt.

Die Spannstange 10 trägt an ihrem in Fig. 3 linken Ende eine Spannzange 94, welche zum Zusammenwirken mit einem Spannkopf 96 am Ende eines Werkzeugfußes 98 ausgebildet ist. Der Werkzeugfuß weist einen Außenkonus 99 auf, der in einen Innenkonus 97 der Gewindespindel 20 hineingezo­ gen werden soll, um den Werkzeugfuß 98 mit der Spindel 20 axial fest und drehmomentfest zu verbinden. Wenn der Außen­ konus 99 vollständig in den Innenkonus 97 eingefahren ist, befindet sich die Spannzange 94 in radialer Gegenüberstel­ lung zu dem Spannkopf 96. Wenn dann die Spannstange 10 nach rechts bewegt wird (Vorschub), dann werden die Spann­ zangenelemente 94 a durch das Zusammenwirken mit einer Steuerfläche 95 an der Spindel 20 radial einwärts bewegt, so daß die Spannzangenelemente 94 a in Eingriff mit der Hin­ terschneidung des Spannkopfes 96 gelangen. Wenn dann die Spannstange 10 weiter nach rechts bewegt wird, so wird der Außenkonus 99 in den Innenkonus 97 hineingezogen.

Die obere Hälfte der Fig. 1 entspricht der in Fig. 3 ge­ zeichneten Stellung. Das Tellerfederpaket 22 ist maximal komprimiert. Dieser Zustand ist dadurch herbeigeführt, daß der Rückstellkolben 56 auf seiner Endfläche 58 von Druck­ flüssigkeit beaufschlagt ist. Wenn die Druckflüssigkeit an der Endfläche des Rückstellkolbens 56 durch eine nicht dargestellte Abflußöffnung des Gehäuses 12 abgelassen wird, so kann sich das Tellerfederpaket 22 entspannen. Es schiebt dann die Übertragungshülse 18 nach rechts (Vorhub). Die Übertragungshülse 18 nimmt über die teilringförmige und konische Stützfläche 82 und über die Kugeln 80 die Abstützelemente 70 nach rechts mit, wobei die Abstützseg­ mente 70 durch die ringförmige Wurmfeder 92 in der Stellung nach der oberen Hälfte der Fig. 1 gehalten werden. Dabei wirken gleichzeitig die Teilringfläche 28 und die Teil­ ringfläche 34 auf das gummielastische Volumen 36 ein, so daß dieses unter Druck gesetzt wird und den Zwischenring 40 nach rechts vor sich her schiebt. Durch den Zwischenring 40 wird auch der Ringflansch 46 und damit die Spannstange 10 nach rechts mitgenommen. Auf diesem Weg (Vorschub der Spannstange) treten die Zangenelemente 94 a in Eingriff mit der Hinterschneidung des Spannkopfes 96 und nehmen an­ schließend den Außenkonus 99 nach rechts mit in den Innen­ konus 97 hinein. Sobald der Außenkonus 99 an dem Innenkonus 97 zur Anlage gelangt, leistet die Spannstange 10 dem weiteren Vorhub nach rechts einen zunehmenden Widerstand. Wegen dieses zunehmenden Widerstandes steigt der Druck des gummielastischen Volumens 36 an. Dieser erhöhte Druck über­ trägt sich über den Schubring 32 auf die Abstützsegmente 70 und über die Kugeln 80 auf die ringförmige Stützfläche 82 der Übertragungshülse 18. Wegen der Konizität der ring­ förmigen Stützfläche 82 tritt an den Kugeln 80 eine radiale Kraftkomponente auf, welche die Abstützsegmente 70 nach radial auswärts zu bewegen sucht. Sobald diese radiale Kraft­ komponente die von der Wurmfeder 92 nach radial innen auf die Abstützsegmente 70 ausgeübte Vorspannung übersteigt, bewegen sich die Abstützsegmente 70 nach radial auswärts.

Der bis hierher beschriebene Vorgang entspricht der direkten Kraftübersetzung. Die von den Tellerfedern 22 ausgeübte Kraft hat sich mit im wesentlichen unveränderter Größe über den Zwischenring 40 und den Ringflansch 46 auf die Spannstange 10 übertragen. Der Vorhub der Übertragungs­ hülse 18 entsprach annähernd dem Vorschub der Spannstange 10. Wenn nun, wie erwähnt, die Abstützelemente 70 nach radial auswärts bewegt werden, so gelangen sie in die Stellung, wel­ che in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist. Da­ bei treten die Gewindeabschnitte 88 der Abstützsegmente 70 in das Innengewinde 86 der Auskleidungshülse 62 hinein. Damit werden die Abstützsegmente 70 an der Auskleidungshülse 62 und damit an dem Führungsgehäuse 12 axial festgelegt. die Kugeln 80 überspringen die konische Stützfläche 82 und kommen an der Außenumfangsfläche 18 a der Übertragungshülse 18 zur Anlage. Dabei ist zu beachten, daß die Gewindeab­ schnitte 88 bereits teilweise in Eingriff mit dem Innenge­ winde 86 stehen, bevor die Kugel 80 die ringförmige Stütz­ fläche 82 vollständig verlassen hat.

Nunmehr steht mit den Abstützsegmenten 70 auch der Schub­ ring 32 axial fest. Die Übertragungshülse 18 erfährt aber durch die Tellerfedern 22 einen weiteren Vorhub nach rechts, der sich über die Teilringfläche 28 auf das gummielastische Volumen 36 überträgt. Der Druck in dem gummielastischen Volumen 36 steigt nun nach dem Prinzip der hydraulischen Presse weiter an. Der Zwischenring 40 wird weiter nach rechts bewegt. Da aber nun der Zwischenring 40 nach wie vor mit der großen Endfläche 38 an dem gummielastischen Volumen 36 anliegt und bei stillstehendem Schubring 32 nur noch die Teilringfläche 28 der Übertragungshülse 18 nach rechts vorrückt, tritt eine Kraftübersetzung und Weguntersetzung ein: Das gummielastische Volumen übt auf den Zwischenring und damit auf den Ringflansch 46 eine größere Kraft aus, als sie von den Tellerfedern 22 an die Übertragungshülse 18 angelegt wird (Kraftübersetzung); gleichzeitig bewirkt ein Vorhub der Übertragungshülse 18 um das Maß x nur noch einen Vorschub des Zwischenrings 40 und damit der Spann­ stange 10 um das Maß a · x, wobei a < 1 und bestimmt ist durch das Verhältnis der Teilringfläche 28 zur Summe der Teilringflächen 28 und 34. Dementsprechend ist auch die Kraftübersetzung. Wenn das Tellerfederpaket 22 auf die Über­ tragungshülse 18 eine Kraft p ausübt, so übt der Zwischen­ ring 40 auf die Spannstange 10 eine Kraft · p aus, wobei < 1, und zwar gleich dem Verhältnis der Summe der Teil ringflächen 28 und 34 zur Teilringfläche 28. Auf diese Weise wird durch die Spannstange 10 der Außenkonus 99 mit übersetzter Kraft in den Innenkonus 97 hineingezogen. In diesem Zustand ist der Rückstellkolben 56 von dem Flansch 46 und dem Zwischenring 40 abgehoben, wie dies in der un­ teren Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist. Dies bedeutet, daß die Verspannung des Außenkonus 99 mit dem Innenkonus 97 unabhängig von äußeren Anschlüssen allein durch das Tellerfederpaket 22 bewirkt wird. Die Werkzeugmaschinen­ spindel 20 kann also im Arbeitsbetrieb ohne Anschluß an äußere Versorgungen umlaufen. Eine Lösung des Außenkonus 99 vom Innenkonus 97 ist nur durch Rückstellbewegung der Spannstange 10 möglich; diese ist aber unmöglich ohne Zer­ störung irgendwelcher Getriebeteile.

Soll bei stillstehender Werkzeugmaschinenspindel 20 der Außenkonus 99 von dem Innenkonus 97 gelöst werden, so wird auf die Endfläche 58 des Rückstellkolbens 56 Druck gegeben. Ausgehend von der Position in der unteren Hälfte der Fig. 1 bewegt sich dann der Rückstellkolben 56 nach links und schiebt die Druckstifte 50 nach links vor sich her. Diese Druckstifte liegen an der Endfläche 52 der Über­ tragungshülse 18 an und bewirken eine Verschiebung der Übertragungshülse 18 ebenfalls nach links. Es sei angenommen, daß der Außenkonus 99 noch in dem Innenkonus 97 festgeklemmt ist; dann bleibt die Spannstange 10 bei Beginn der Links­ bewegung des Rückstellkolbens 56 zunächst einmal stehen. Bei der Linksbewegung der Übertragungshülse 18 entspannt sich das gummielastische Volumen 36. Die Abstützsegmente 70 und der Schubring 32 behalten zunächst ihre Stellung ent­ sprechend der unteren Hälfte der Fig. 1 bei. Erst wenn die Ringausnehmung 84 in den Bereich der Kugeln 80 kommt, können die Kugeln 80 über die konische Stützfläche 82 hinweg in die Ringausnehmung 84 hineinfallen, so daß die Abstützsegmente 70 wieder in die Stellung entsprechend der oberen Hälfte der Fig. 1 übergehen. Dieser Übergang wird zum einen ausge­ löst durch die ringförmige Wurmfeder 92, welche die Abstütz­ segmente 70 in Richtung auf die Stellung nach der oberen Hälfte der Fig. 1 vorspannt und zum anderen durch die Form der Gewindeflanken des Innengewindes 86 und der Gewindeab­ schnitte 88, die in Fig. 1a dargestellt ist. Herrscht nämlich in dem gummielastischen Volumen 36 noch ein Restdruck, so versucht dieser über den Schubring 32 die Abstützsegmente 70 in der unteren Hälfte der Fig. 1 nach links zu schieben und dabei bewirken die schrägen Flanken der Gewinde eine radiale Einwärtsbewegung der Abstützsegmente 70. Wenn der Übergang der Abstützsegmente 70 von dem Führungsgehäuse 12 auf die Übertragungshülse 18 vollzogen ist, ist auch die Stiftangriffsfläche 60 gegen den Ring 46 herangetreten, so daß bei weiterer Druckgabe auf den Rückstellkolben 56 nunmehr die Spannstange 10 gemeinsam mit dem Zwischenring 40 nach links verschoben wird und damit auch die Teile 30, 32, 70, 82 und 18 in der in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten relativen Lage gemeinsam nach links verscho­ ben werden. Dabei wird zwangsläufig die Spannstange 10 nach links verschoben und der Außenkonus 99 aus dem Innen­ konus 97 ausgestoßen, bis der Zustand entsprechend der oberen Hälfte der Fig. 1 und entsprechend der Fig. 3 wieder hergestellt ist.

Am linken Ende des Führungsgehäuses 12 gemäß Fig. 1 ist ein Außengewinde 93 erkennbar, welches zur Verbindung mit dem rechten Ende der Werkzeugmaschinenspindel 20 dient.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der­ jenigen nach Fig. 1 ausschließlich dadurch, daß die Teller­ federn 22 durch ein komprimiertes Gasvolumen 122 ersetzt sind. Dieses komprimierte Gasvolumen wirkt auf einen Ring­ kolben 118 b,der am linken Ende der Übertragungshülse 118 angeordnet ist und zwischen der Bohrungsinnenfläche 114 des Führungsgehäuses 112 einerseits und einer Führungs­ hülse 112 a des Führungsgehäuses 112 andererseits gleitend aufgenommen ist. Zur Einstellung des Drucks in dem Gas­ volumen 122 ist ein Ventilanschluß 122 a an dem Führungsge­ häuse 112 vorgesehen.

Vorstehend wurde im Rahmen der Ausführungsbeispiele ledig­ lich die Erteilung eines Spannvorschubs an ein Spannelement beschrieben. Es ist aber auch denkbar, daß das Axialge­ triebe umgekehrt eingebaut wird, so daß es zur Erzeugung einer Lösebewegung dient. Diese Möglichkeit kommt bei­ spielsweise dann in Frage, wenn zum Lösen einer Kupplung der Lösedruck zu niedrig ist, beispielsweise dann, wenn der Lösedruck mittels eines pneumatischen Kolbens aufge­ bracht wird. Schließlich ist es auch möglich, zwei Axial­ getriebe gegenläufig einzubauen, so daß das eine Axial­ getriebe zur Erzeugung einer hohen Spannkraft dient und das andere Axialgetriebe zur Erzeugung einer hohen Lösekraft.

Claims (20)

1. Axialgetriebe zur Erteilung eines Vorschubs an ein Spann­ element oder Löseelement (10), im folgenden durchwegs ge­ nannt Spannelement, insbesondere an ein Spannelement oder Löseelement für eine Kupplung (99, 97) zwischen zwei Teil­ baugruppen (18, 20) an einer Werkzeugmaschine, umfassend eine das Spannelement (10) in einer Achsrichtung führende Führungseinheit (12), eine den Spannvorschub des Spannelements (10) bewirkende Federung (22), ein von dieser Federung (22) beaufschlagtes Übertragungselement (18), welches einen ihm durch die Federung (22) vermittelten Vorhub in Achsrichtung entweder in direkter Kraftübertragung oder mit Kraftübersetzung in einen Spannvorschub des Spannelements (10) umsetzt, wobei die Umschal­ tung von der direkten Kraftübertragung auf die Kraftüber­ setzung in zwangsläufiger Abhängigkeit von dem Vorhub des Übertragungselements (18) erfolgt und wobei ein den Vorhub des Übertragungselements (18) und den Vorschub des Spannelements (10) rückgängig machender Rückstell­ antrieb (56) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Übertragungs­ element (18) und dem Spannelement (10) ein eingeschlos­ senes hydraulisches oder quasi-hydraulisches Übertra­ gungsvolumen (36) zwischengeschaltet ist, welches vom Übertragungselement (18) her durch zwei Teilflächen (28, 34) beaufschlagbar ist, daß die eine (28) dieser Teil­ flächen in ständiger fester Verbindung mit dem Über­ tragungselement (18) steht und die andere (34) dieser Teilflächen über mindestens ein umstellbares Abstütz­ element (70) entweder an dem Übertragungselement (18) oder an der Führungseinheit (12) abstützbar ist, daß das Abstützelement (70) beim Vorschub des Spannelements (70) gegen einen zunehmenden Vorschubwiderstand durch den in dem hydraulischen Übertragungsvolumen (36) herr­ schenden, entsprechend zunehmenden Druck bei Überschrei­ tung eines vorbestimmten Druckwerts von der Abstützung an dem Übertragungselement (18) auf die Abstützung an der Führungseinheit (12) umstellbar ist und daß der Rück­ stellantrieb (56) an dem Übertragungselement (18) und - mit axialspielbedingter Verzögerung - auch an dem Spann­ element (10) angreift und bei einer vorbestimmten Rela­ tivstellung des Übertragungselements (18) zum Spannelement (10) die Abstützung des Abstützelements (70) an der Führungseinheit (12) wieder aufhebt.

2. Axialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quasi-hydraulische Übertragungsvolumen (36) von einem volumeninkompressiblen oder volumenkompressiblen, gummielastischen Material gebildet ist.

3. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (70) in Richtung auf Abstützung an dem Übertragungselement (18) vorge­ spannt ist und daß zwischen dem Abstützelement (70) und dem Übertragungselement (18) gegen die Achsrichtung ge­ neigte Stützflächen (82) vorgesehen sind, welche bei Überschreiten des vorbestimmten Druckwerts voneinander abheben unter Aufhebung der Abstützung des Abstützele­ ments (70) an dem Übertragungselement (18) und unter gleichzeitiger Herstellung der Abstützung des Abstütz­ elements (70) an der Führungseinheit (12).

4. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung des Abstützelements (70) an der Führungseinheit (12) ineinandergreifende Eingriffsflächen (88, 86) an dem Abstützelement (70) und an der Führungseinheit (12) vorgesehen sind.

5. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (10) von einer Spann­ stange (10) gebildet ist, daß die Führungseinheit (12) ein die Spannstange (10) konzentrisch umgebendes Führungs­ gehäuse (12) umfaßt, daß das Übertragungselement (18) eine die Spannstange (10) innerhalb des Führungsgehäuses (12) konzentrisch umschließende Übertragungshülse (18) umfaßt, daß die Federung (22) an einem Ende (26) der Übertragungshülse (18) angreift, daß an der Übertragungs­ hülse (18) eine erste, radial innere, im wesentlichen axial gerichtete Teilfläche (28) ausgebildet ist, daß radial zwischen der Übertragungshülse (18) und dem Führungsgehäuse (12) ein Schubring (32) mit einer zweiten, im wesentlichen axial gerichteten, radial äußeren Teil­ fläche (34) angeordnet ist, daß die Teilflächen (28, 34) das Übertragungsvolumen (36) an seinem einen axialen Ende gemeinsam begrenzen, daß das andere axiale Ende des Übertragungsvolumens (36) an einer Schulterbaugruppe (40, 46) der Spannstange (10) anliegt, daß als Abstützelement (70) eine Mehrzahl von in axialer Richtung länglichen Abstützsegmenten (70) vorgesehen sind, welche mit einem Ende an dem Schubring (32) anliegen und wahlweise an der Übertragungshülse (18) oder an dem Führungsgehäuse (12) abstützbar sind, daß diese Abstützsegmente (70) an ihrem vom Schubring (32) entfernten Ende durch eine Ring­ feder (12) in Richtung auf die Übertragungshülse (18) radial einwärts vorgespannt sind, daß an der Übertra­ gungshülse (18) eine gegen die Achse geneigte, ringför­ mige Stützfläche (82) für die Abstützung der Abstütz­ segmente (70) angeformt ist, daß an den Abstützsegmenten (70) und an dem Führungsgehäuse (12) zusammenwirkende Eingriffsflächen (88, 86) für die Abstützung der Abstütz­ segmente (70) an dem Führungsgehäuse (12) angeformt sind, daß in dem Führungsgehäuse (12) an der von dem Übertra­ gungsvolumen (36) abgelegenen Seite der Schulterbaugruppe (40, 46) ein Rückstellkolben (56) untergebracht ist, welcher auf seiner von der Schulterbaugruppe (40, 46) abgelegenen Seite (58) durch ein Druckfluid beaufschlag­ bar ist, und daß dieser Rückstellkolben (56) dazu ausge­ bildet ist, um einerseits über die Schulterbaugruppe (40, 46) durchsetzende und gegenüber der Schulterbaugruppe (40, 46) verschiebbare, achsparallele Druckstifte (50) auf das von der Federung (22) abgelegene Ende (52) der Übertragungshülse (18) einzuwirken und andererseits mit der spielbedingten Verzögerung auf die Schulterbaugruppe (40, 46).

6. Axialgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützsegmente (70) jeweils an ihrer radial inneren Seite (76) eine Kugelaufnahmepfanne (78) zur Auf­ nahme einer Kugel (80) aufweisen, welche sich gegen die ringförmige Stützfläche (82) der Übertragungshülse (18) anlegt.

7. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Führungsge­ häuses (12), gegebenenfalls an einer dort eingesetzten Auskleidungshülse (62), ein Innengewinde (86) und an radial äußeren Flächen (90) der Abstützsegmente (70) Außengewindeabschnitte (88) angebracht sind.

8. Axialgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde (86) und das Außengewinde (88) - in einem die Achse enthaltenden Längsschnitt betrachtet - jeweils eine Profilform (Fig. 1a) besitzen, welche den Übergang der Abstützung der Abstützsegmente (70) auf die Übertragungshülse (18) begünstigt, wenn von dem Über­ tragungsvolumen (36) her eine Restkraft auf die Abstütz­ segmente (70) in Rückstellrichtung einwirkt.

9. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterbaugruppe (40, 46) von einem an der Spannstange (10) starr angeordneten Ring­ flansch (46) und einem an diesem Ringflansch (46) abge­ stützten, dem Übertragungsvolumen (36) anliegenden Zwi­ schenring (40) gebildet ist.

10. Axialgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungshülse (18) einen den Zwischenring (40) untergreifenden, verjüngten Fortsatz (30) besitzt, welche dem Übertragungsvolumen (36) an seiner radial inneren Seite (42) anliegt.

11. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (40) und der Rück­ stellkolben (56) komplementär stufenförmig ausgebildet sind und zwischen sich den Ringflansch (46) aufnehmen.

12. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstifte (50) in Bohrungen oder Rinnen (54) der Innenumfangsfläche des Zwischenrings (40) eintauchen.

13. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung von einem Tellerfeder­ paket (22) oder einer Schraubendruckfeder gebildet ist.

14. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung von einem Druckgas­ volumen (122) gebildet ist.

15. Axialgetriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungshülse (118) an ihrem von dem Druck­ gasvolumen (122) beaufschlagten Ende als Ringkolben (118 b) ausgebildet ist.

16. Axialgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (118 b) mit seinem radial inneren Um­ fang auf einer Führungshülse (112 a) geführt ist, welche fest an dem Führungsgehäuse (112) angebracht ist und die Spannstange (110) führend umschließt.

17. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der beiden Teil­ flächen (28, 34) variabel ist.

18. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinheit (12) an dem werk­ zeugfernen Ende einer Werkzeugmaschinenspindel (20) an­ gebracht ist und das Spannelement (10) zum Eingriff mit einem Spannkopf (96) eines in das andere Ende der Werk­ zeugmaschinenspindel (20) einführbaren Werkzeugfußes (98) ausgebildet ist.

19. Axialgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem werkzeugseitigen Ende des Spannelements (10) eine Spannzange (94) angeordnet ist, welche durch Steuer­ flächen (95) am Innenumfang der Werkzeugmaschinenspindel (20) in Abhängigkeit von der Axialstellung des Spann­ elements (10) steuerbar ist.

20. Axialgetriebe nach einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugfuß (98) mit einem Außen­ konus (91) ausgebildet ist, welcher durch das Spannelement (10) in einen Innenkonus (97) der Werkzeugmaschinenspindel (20) einziehbar ist.