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Werkzeughalter für ein rotierendes Werkzeug - Dokument DE3042939C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3042939C2 16.12.1993
Titel Werkzeughalter für ein rotierendes Werkzeug
Anmelder Wiederkehr, Hans, Rümlang, CH
Erfinder Wiederkehr, Hans, Rümlang, CH
Vertreter Weiß, P., Dipl.-Forstwirt Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 78234 Engen
DE-Anmeldedatum 14.11.1980
DE-Aktenzeichen 3042939
Offenlegungstag 11.06.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.12.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.12.1993
IPC-Hauptklasse B23B 31/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für ein rotierendes Werkzeug mit einem, ein Gehäuse bildenden treibenden Teil, in welchem ein getriebener Teil mit einem kugeligen Körper über eine Gelenkkupplung schwenkbar und seitlich verschiebbar gelagert ist, wobei der getriebene Teil in dem kugeligen Körper senkrecht zur Werkzeugachse verschiebbar geführt ist und in diesem eine Lagerebene senkrecht zur Werkzeugachse angeordnet ist, an welcher sich der getriebene Teil über ein, die auftretenden Axialkräfte und das Antriebsdrehmoment übertragendes Wälzlager abstützt.

Werkzeughalter zum Einspannen von Werkzeugen, die von einer Maschinenspindel in Drehung gesetzt werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Mit einem solchen Werkzeughalter vorzunehmende spanende Bearbeitungen sind beispielsweise das Ausbohren einer vorgebohrten Bohrung oder das Bohren einer Bohrung mittels einer Bohrbüchse oder das Schneiden eines Gewindes in einer vorgebohrten Bohrung. In all diesen Fällen ist es erforderlich, daß das Werkzeug sich der vorgebohrten Bohrung oder der Bohrbüchse anpassen kann. Aus diesem Grunde sind Werkzeughalter bekannt, bei denen der treibende Teil über eine Gelenkkupplung den getriebenen Teil in Drehung versetzt. Die Gelenkkupplung gestattet eine Schiefstellung der Achse des getriebenen Teils gegenüber der Achse des treibenden Teils. Damit ist es zwar möglich, daß die Achse des getriebenen Teils sich der Bohrungsachse anpassen kann. Da sich jedoch die Lage der Schwenkachse der Gelenkkupplung gegenüber der zu bearbeitenden Bohrung ändert, gewöhnlich kleiner wird, ist trotz der Schwenkmöglichkeit des getriebenen Teils eine exakte Anpassung an die jeweilige Bohrung nicht möglich, so daß entweder die Achse der Bohrung geändert wird oder ein Klemmen in der Bohrbüchse auftritt. Beide Erscheinungen sind unerwünscht und bedingen eine Nachbearbeitung oder einen höheren Verschleiß des Werkzeugs. Zwar kann, wenn die Maschinenspindel, die den Werkzeughalter antreibt, schwenkbar ist, der erwähnte Übelstand verringert werden, jedoch bedingt dies eine entsprechende Verteuerung der die Spindel antreibenden Maschine.

Bei einem bekannten Werkzeughalter (US 19 07 447) sind treibender und getriebener Teil durch zwei Kugelkupplungen miteinander verbunden, deren eine in bogenförmigen Nuten durch einen sphärischen Käfig geführte Kugeln das Schwenken und deren andere in geraden Nuten durch einen weiteren, ebenen Käfig geführte Kugeln das Verschieben des getriebenen Teils ermöglicht. Die übereinanderliegenden Kugelkupplungen benötigen mit ihren Käfigen eine große Bauhöhe, setzen sich aus verhältnismäßig vielen Teilen zusammen und weisen bei abgewinkeltem getriebenem Teil störende Drehungsschwankungen auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Werkzeughalter der eingangs beschriebenen Art so weiter auszugestalten, daß die erwähnten Eigenschaften verbessert werden, indem die Bauhöhe und die Zahl der Bauteile verkleinert, die Stabilität der Lagerung der Kupplungen verbessert und Drehungsschwankungen bei Schrägstellung des getriebenen Teils weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der kugelige Körper in einer kugeligen Begrenzungsfläche des Gehäuses konzentrisch gelagert und zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes durch in der Begrenzungsfläche des kugeligen Körpers und des Gehäuses angeordnete Umfangsnuten und Kugeln schwenkbar gekuppelt ist, wobei die Nuten jeweils auf einem Großkreis und die Kugeln in einer Äquatorebene der kugeligen Lagerfläche liegen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Vertikalschnitte in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines zweiten erfindungsgemäßen Werkzeughalters.

Der in Fig. 1-3 dargestellte Werkzeughalter weist einen treibenden Teil 1 und einen getriebenen Teil 2 auf. Der treibende Teil 1 weist einen Mitnehmerkonus 3 auf, mit dem der Werkzeughalter in einer nicht dargestellten Antriebsspindel gelagert ist. Am Mitnehmerkonus 3 schließt ein Gehäuseteil 4 an, das mit einem Gehäusedeckel 5 zusammen ein Kupplungsgehäuse bildet. Der Gehäusedeckel 5 ist in beliebiger Weise mit dem Gehäuseteil 4 verbunden, beispielsweise mittels Senkschrauben 6, die im Gehäusedeckel 5 eingeschraubt sind und in kleine Vertiefungen 7 des Gehäuseteils 4 ragen. Der Gehäuseteil 4 und der Gehäusedeckel 5 bilden eine Ausnehmung 8 mit einer kugeligen Begrenzungsfläche 9.

In der kugeligen Begrenzungsfläche 9 ist ein kugelförmiger bzw. kugeliger Körper 10 spielfrei gelagert, der gegenüber dem Gehäuseteil 4 allseitig verschwenkbar ist. Der Körper 10 wird vom Gehäuseteil 4 mittels Kugeln 12 mitgenommen, die einerseits in Nuten 13 des Körpers 10 und andererseits in Bohrungen 14 des Gehäuseteils 4 ragen. Es können zweckmäßig etwa vier solcher Kugeln 12 angeordnet sein, jedoch könnte auch eine andere Zahl von 1 bis n solcher Kugeln 12verwendet werden. Je mehr Kugeln 12 verwendet werden, desto kleiner ist die Drehungsungleichförmigkeit des kugelförmigen bzw. kugeligen Körpers 10.

Im Scheitel des Körpers 10 ist eine Vertiefung 15 angeordnet, in die eine durch eine Feder 17 belastete Rasterkugel 16 einrastet. Bei eingerastetem Körper 10 liegt eine Lagerebene 18 genau senkrecht zur Achse des treibenden Teils 1, siehe Fig. 1. In Fig. 2 dagegen ist die Lagerebene 18 etwas geneigt dargestellt. An der Lagerebene 18 ist der getriebene Teil 2 über ein Wälzlager 20 abgestützt.

Der getriebene Teil 2 ist ein hülsenförmiger Körper 21, der zur Aufnahme des Werkzeugs ausgebildet ist und einen Lagerflansch 22 aufweist. Auf der dem Wälzlager 20 abgewandten Seite des Lagerflansches 22 ist ein weiteres Wälzlager 23 angeordnet, das seinerseits an einer Kugelkalotte 24 gelagert ist, die sich an der kugeligen Begrenzungsfläche 9 abstützt. Die beiden Kugelkalotten 10 und 24 bilden eine Kugel und weisen einen Zwischenraum 25 auf, in dem das Wälzlager 20, der Lagerflansch 22 und das Wälzlager 23 liegen.

Das Wälzlager 20 ist aus Fig. 3 ersichtlich; es weist einen Lagerring 26 auf, der eine Anzahl durchgehender Bohrungen 27 sowie eine Anzahl Rillen 28 aufweist, die um 90° versetzt auf beiden Seiten des Lagerrings 26 angeordnet sind. In den Bohrungen 27 sind Kugeln 29 geführt, die die Überleitung der auftretenden Axialkräfte übernehmen. In den Rillen 28 sind Kugeln 30 eingelegt, die das Drehmoment vom treibenden Teil 1 auf den getriebenen Teil 2 übertragen. Die Kugeln 30 stützen sich hierbei einerseits in radial verlaufende Rillen 31 des Lagerflansches 22 und in Rillen 28 des Lagerrings 26, siehe Fig. 1, und andererseits in die Rillen 28 auf der entgegengesetzten Seite des Lagerrings 26 und in Radialrillen 32 der Lagerebene 18 ab, siehe Fig. 2. Das Wälzlager 20 überträgt somit sowohl die auftretenden Axial- als auch die Umfangskräfte bzw. Drehmomente. Durch die Ausbildung des Wälzlagers 20 wird erreicht, daß der getriebene Teil 2 parallel zur Lagerebene 18 verschiebbar ist. Das im hülsenförmigen Körper 21 befestigte Werkzeug kann somit entsprechend dem im Körper 10 vorgesehenen Raum 35 radial verschoben werden, so daß das Werkzeug sowohl eine Schwenkung wie auch eine Verschiebung ausführen kann. Erst durch diese Ausführung ist es möglich, Bohrungen zu bearbeiten bzw. Bohrungen herzustellen, die nicht mit der Achse des treibenden Teils 1 fluchten, d. h. entweder versetzt oder schräg zu dieser Achse liegen.

In Fig. 4 ist ein weiterer Werkzeughalter dargestellt, der ebenfalls dieselben Bewegungsmöglichkeiten für das im getriebenen Teil 2 befestigte Werkzeug aufweist. Gleiche Teile sind hierbei mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1-3 bezeichnet. Der Gehäuseteil 4 und der Gehäusedeckel 5 sind in nicht dargestellter Weise miteinander verbunden, z. B. durch Schraubenbolzen.

Der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 liegt darin, daß der kugelförmige Körper aus zwei Teilen 10&min;, 10&min;&min; besteht, die in nicht dargestellter Weise, z. B. durch Schraubenbolzen, zusammengeschraubt sind und im Innern eine dem Zwischenraum 25 entsprechende Ausnehmung 25&min; bilden, in welcher der getriebene Teil 2 zusammen mit dem Wälzlager 20 radial verschiebbar ist. Das Wälzlager 20 ist in genau gleicher Weise wie in Fig. 3 ausgebildet, wobei in Fig. 4 die die Axialkräfte aufnehmenden Kugeln 29 nicht ersichtlich sind. Anstelle des Wälzlagers 23, das bekanntlich praktisch keine Kräfte überträgt und nur eine Führungsfunktion aufweist, sind bei der Ausführung nach Fig. 4 eine Anzahl Kugeln 23&min; angeordnet, die sich einerseits am Körperteil 10&min;&min; und andererseits am Lagerflansch 22 abstützen.

Beim Werkzeughalter nach Fig. 1 und 2 ist für die Befestigung des Werkzeugs eine Spannzange 36 vorgesehen, die durch Drehen einer Überwurfmutter 37 entweder gespannt oder gelöst werden kann. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist für die Werkzeugbefestigung im hülsenförmigen Körper 21 ein Mitnehmerkonus 38 vorgesehen. Ein im Gehäuseteil 4 angeordneter Schlitz 39 ermöglicht das Lösen des Werkzeugs mittels eines in den Schlitz 39 einzuschiebenden Dorns.

Wesentlich für die beiden beschriebenen Werkzeughalter ist es, daß er sowohl Schwenk- wie auch Schiebebewegungen erlaubt. Dies wird in verhältnismäßig einfacher Weise durch einen kugeligen Körper erreicht, der in der kugeligen Begrenzungsfläche 9 des Gehäuseteils 4 und des Gehäusedeckels 5 spielfrei gelagert ist und einen Zwischenraum 25 bzw. eine Ausnehmung 25&min; für die radiale Verschiebung des getriebenen Teils 2 aufweist. Die Verwendung eines einzigen kugelförmigen Körpers 10 bzw. 10&min;, 10&min;&min; vereinfacht die Konstruktion des Werkzeughalters.

Anstelle der gefederten Rasterkugel 16, siehe Fig. 1 und 2, kann auch eine einschraubbare Raste vorgesehen werden, durch die der Körper 10 gehalten wird und der getriebene Teil 2 mit der Achse des treibenden Teils 1 fluchtet. Damit erhält man einen Werkzeughalter, dessen Werkzeugachse parallel zur Achse des treibenden Teils 1 verschiebbar ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Werkzeughalter für ein rotierendes Werkzeug mit einem, ein Gehäuse (4) bildenden treibenden Teil (1), in welchem ein getriebener Teil (2) mit einem kugeligen Körper über eine Gelenkkupplung schwenkbar und seitlich verschiebbar gelagert ist, wobei der getriebene Teil (2) in dem kugeligen Körper senkrecht zur Werkzeugachse verschiebbar geführt ist und in diesem eine Lagerebene (18) senkrecht zur Werkzeugachse angeordnet ist, an welcher sich der getriebene Teil (2) über ein, die auftretenden Axialkräfte und das Antriebsdrehmoment übertragendes Wälzlager (20) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelige Körper (10, 24; 10&min;, 10&min;&min;) in einer kugeligen Begrenzungsfläche (9) des Gehäuses (4, 5) konzentrisch gelagert und zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes durch in der Begrenzungsfläche des kugeligen Körpers und des Gehäuses angeordnete Umfangsnuten (13) und Kugeln (12) schwenkbar gekuppelt ist, wobei die Nuten (13) jeweils auf einem Großkreis und die Kugeln (12) in einer Äquatorebene der kugeligen Lagerfläche liegen.
  2. 2. Werkzeughalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (20) einen Lagerring (26) mit Bohrungen (27) zur Aufnahme von die Axialkräfte übertragenden Kugeln (29) und beidseits in Radialrillen (28) liegende, in Rillen (31, 32) des kugeligen Körpers (10; 10&min;, 10&min;&min;) und eines Lagerflansches (22) des getriebenen Teils (2) ragende weitere Kugeln (30) zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes vom kugeligen Körper (10; 10&min;, 10&min;&min;) auf den getriebenen Teil (2) aufweist.
  3. 3. Werkzeughalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerflansch (22) des getriebenen Teils (2) sich an der, dem Wälzlager (20) abgewandten Seite über ein weiteres Wälzlager (23, 23&min;) gegen einen Teil (24, 10&min;&min;) des kugeligen Körpers abstützt.






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