Vergleichbare Werkzeugköpfe sind beispielsweise als Einspindel- Werkzeugköpfe ausgebildet zur Aufnahme von stillstehenden oder rotie- renden Werkzeugen für eine Dreh-bzw. Fräsbearbeitung mit Produktions- maschinen. Ferner erlauben dahingehende Werkzeugköpfe den automati-

schen Werkzeugwechsel. Insbesondere bei Dreharbeiten mit einem festste- henden Werkzeug kommt es dabei zu hohen Beanspruchungen der Spin- dellagerung, die eine Drehbearbeitung nur in vorgebbaren Betriebsgrenzen erlauben, um eine Schädigung der Spindellagerung auszuschließen. Des weiteren lassen sich Bearbeitungen meist nur in einer vorgebbaren Achse realisieren und Bearbeitungen entlang kompliziert aufbauender Bahngeo- metrien sind nicht möglich.

Durch die DE 39 13 139 C2 ist ein gattungsgemäßer Werkzeugkopf mit Spindellagerung bekannt, wobei für eine Bearbeitung mit einem feststehen- den Werkzeug die Spindel gegenüber dem Gehäuse über eine Hirthver- zahnung als Arretierung verriegelt ist. Als Antriebseinrichtung für die Ver- riegelung dienen außenumfangsseitig um die Spindel herum angeordnete Druckkolben, die einen Verzahnungsring gegen Stirnverzahnungsringe des Gehäuses und der Spindel drücken. Der hierbei entstehende Gegendruck wird an ein Verschiebestück weitergegeben, das sich an den inneren und äußeren Lagerschalen der Spindellagerung abstützt, um derart in der verrie- gelten oder arretierten Position ein axiales Spiel in den Lagern durch Druckkräfte zu beseitigen. Bei dieser bekannten Lösung werden also die Lager der Spindel für eine Bearbeitung mit einem feststehenden Werkzeug verspannt und die Lager sind derart belastet. Dies führt mikroskopisch gese- hen in der Art von einer Reib-oder Diffusionsschweißung zu einer Beschä- digung der Lager mit Reduzierung der Standzeit.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber universel einsetzbaren Werkzeugkopf zu schaffen, mit dem sowohl eine Fras-als auch eine Drehbearbeitung möglich ist mit gleichzeitiger Entlastung der Spindellagerung bei feststehendem

Werkzeug. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Werkzeugkopf mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die je- weils andere Lagerschale des einen Teils der Lager zumindest teilweise von dem Verschiebestück umfaßt ist und daß in der Verriegelungs-oder Freiga- bestellung das Verschiebestück mittels der Antriebseinrichtung mit einer vorgebbaren Anlagekraft die Arretierung herstellt bzw. bei gelöster Arretie- rung sich an das Gehäuse anlegt, läßt sich in der Verriegelungsstellung mit Arretierung der Spindel eine wirksame Lagerentlastung erreichen, so daß die Betriebsgrenzen bei der spanenden Bearbeitung, insbesondere mit fest- stehendem Werkzeug, weitergezogen werden können als bei den bekann- ten Bearbeitungssystemen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist bei einer Bearbeitung mit rotie- rendem Werkzeug das Verschiebestück, das den relevanten Teil der Lager für die Spindel umfaßt, durch die Kraft der Antriebseinrichtung gegen das Gehäuse verspannt und der Kraftfluß wird von der Spindel über die Spindel- lagerung mit Verschiebestück in das Gehäuse abgeleitet. Hierbei ist die Spindellagerung hoch belastet, was jedoch keine Rolle spielt, da sie für den dahingehenden umlaufenden Betrieb rechnerisch und konstruktiv ausgelegt ist. Wird mit einem feststehenden Werkzeug gearbeitet, beispielsweise für eine Drehbearbeitung, wird die Spindel mittels der Arretierung vorzugswei- se mit einer Hirthverzahnung versehen, mit dem Gehäuse fest verbunden und das Verschiebestück ist im wesentlichen kräftefrei und zwischen An- schlägen frei bewegbar im Gehäuse gelagert. Da das Verschiebestück die relevanten Lager an der zugeordneten Lagerschale umfaßt, sind die dahin- gehenden Lager und Lagerschalen gleichfalls kräftefrei gehalten und ein schädigender Kräfteeintrag in die Spindellagerung bei Bearbeitung mit ei-

nem feststehenden Werkzeug findet nicht statt. Dies führt zu einer deutli- chen Standzeiterhöhung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes ist das Verschiebestück aus zwei getrennten Verschiebe- kolben gebildet, die als Antriebseinrichtung mittels Fluiddruck in eine der beiden Verschieberichtungen verschiebbar und mittels eines Kraftspeichers in die jeweils andere Verschieberichtung rückstellbar sind. Durch die Funk- tionsaufteilung für das Verschiebestück in zwei Komponenten in Form der Verschiebekolben lafßt sich platzsparend die beschriebene Entlastungsein- richtung innerhalb des Werkzeugkopfes unmittelbar im Bereich der Spindel unterbringen.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Werkzeugkopfes ist der eine Teil der Lager zwischen der Werkzeugaufnahme und der Arretierung angeordnet. Bei den bekannten Lösungen (DE 39 13 139 C2) ist die Anordnung dahingehend gewähft, daß die Arretierung in Form der Hirthverzahnung zwischen Werkzeugaufnahme und Spindellagerung angeordnet ist. Demgegenüber ist mit der erfindungs- gemäßen Anordnung eine steifere Auslegung des Werkzeugsystems mög- lich, was den Bearbeitungsqualitäten insbesondere bei einer Bearbeitung mit stehendem Werkzeug zugute kommt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes ist die Spindel im Bereich ihrer jeweiligen Enden in La- gern drehbar geführt, wobei die jeweiligen Lager am der Werkzeugaufnah- me gegenüberliegenden Ende der Spindel mit ihrer anderen Lagerschale längsverschiebbar entlang des Gehäuses angeordnet sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß zum Verriegeln der Spindel mit dem Gehäuse als

Arretierung eine Verzahnung dient und zum Entriegeln der Spindel das Ver- schiebestück in eine Zentrierung des Gehäuses verfahrbar ist. Hierdurch ist zum einen eine sichere Verriegelung erreicht und zum anderen über die Zentrierung eine sichere Verfahrbewegung des Verschiebestückes zwischen seinen Endanschlägen.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Werkzeugkopfes bringt in der Verriegelungsstellung das Verschiebestück die Spindel derart mit einer Antriebswelle in einer Verra- stungsstellung in Eingriff, daß bei ihrer Drehbewegung das Gehäuse mit der Spindel in vorgebbaren Stellungen verschwenkbar ist. Vorzugsweise ist da- bei für den Antrieb der Spindel mit ihrem Werkzeug die Antriebswelle vor- gesehen, die mit der Spindel über eine Verzahnung verbunden ist, die dia- metral einander gegenüberliegend abwechselnd die Verrastung und den Antrieb der Spindel ermöglicht.

Der erfindungsgemäße Werkzeugkopf ist in der Art konzipiert, daß er senk- recht zur Rotationsachse der Werkzeugaufnahme geschwenkt werden kann, um derart in beliebigen linearen Bahnrichtungen eine Bearbeitung mit dem Werkzeug zu ermöglichen.

Sofern bei einer bevorzugten Ausführungsform für die Aufnahme der ange- sprochenen Antriebswelle ein eigenständiger Antrieb vorgesehen ist, kön- nen sowohl die Schwenkbewegung als auch die Rotation der Werk- zeugaufnahme unabhängig voneinander ausgeführt werden, um derart äu- ßerst komplexe dreidimensionale Bahngeometrien bei der Bearbeitung zu erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Werkzeugkopfes sind Gegen- stand der sonstigen Unteransprüche.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Werkzeugkopf anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die Fig. 1 die Gesamtanordnung des Werkzeugkopfes ; Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Spindellagerung nach Fig. 1.

Eine Werkzeugaufnahme 1 ist in der Spindel 2 integriert. Das Spannen des nur teilweise dargestellten Werkzeuges 3 erfolgt über eine Schubstange 4, die entlang der Längs-oder Drehachse der Spindel 2 längsverschiebbar ge- führt ist und von einem nur teilweise dargestellten Tellerfederpaket 5 radial umfaßt ist, wobei es sich mit seinem einen der Werkzeugaufnahme 1 zu- gewandten Ende an einer Innenausnehmung der Spindel 2 abstützt und an seinem anderen gegenüberliegenden Ende an einer flanschartigen Verbrei- terung der Schubstange 4. Das Lösen des Werkzeuges 3 erfolgt hydraulisch wiederum über die Schubstange 4 mit Hilfe des Hydraulikkolbens 6, der mittels eines Fluiddruckes im Arbeitsraum 7 beaufschlagt entgegen der Wir- kung des Kraftspeichers in Form des Tellerfederpaketes 5 die Schubstange 4 zusammen mit der Werkzeugaufnahme 1 in Blickrichtung auf die Figuren gesehen nach links verschiebt. Der angesprochene Arbeitsraum 7 ist zum einen stirnseitig von dem Hydraulikkolben 6 begrenzt und ansonsten von

dem Gehäuse 8 des Werkzeugkopfes. Die Schubstange 4 kann ebenso wie der Hydraulikkolben 6 mit Versorgungskanälen (nicht dargestellt) ausgeführt sein, um beispielsweise Kühischmierstoff vom Gehäuse 8 kommend an das Werkzeug 3 weiterzuleiten. Die möglichen Verfahrrichtungen des Hydrau- likkolbens 6 zusammen mit der Schubstange 4 und der Werkzeugaufnahme 1 sind mit einem Doppelpfeil angegeben.

Die Spindel 2 kann zur Übertragung von Hilfsenergien od. dgl. ebenfalls in Längsrichtung durchbohrt (nicht dargestellt) sein. Die Spindel 2 ist ferner drehbar innerhalb des Gehäuses 8 gelagert, und zwar über die Lager 9 und 10. Die Lager 9 sind translatorisch über ihre äußere Lagerschale längsver- schiebbar in der Ausnehmung des Gehäuses 8 geführt, in dem auch der Hydraulikkolben 6 translatorisch verschiebbar angeordnet ist. Die innere Lagerschale des jeweiligen Lagers 9 stützt sich an der Spindel 2 ab und ist von der Spindel 2 randseitig begrenzt (vgl. Fig. 2). Die im Bereich der Werkzeugaufnahme 1 angeordneten beiden Lager 10 stützen sich wieder- um mit ihrer inneren Lagerschale an der Spindel 2 ab und sind von dieser randseitig begrenzt und die jeweils äußeren Lagerschalen sind in einem als Ganzes mit 11 bezeichneten Verschiebestück aufgenommen.

Das als Ganzes mit 11 bezeichnete Verschiebestück besteht im wesentli- chen aus zwei voneinander räumlich getrennten Verschiebekolben 11 a, 11 b, wobei der der Werkzeugaufnahme 1 zugewandte Verschiebekol- ben 11 a in der Art einer Pinole ausgebildet ist, in der die Spindel 2 über die Lager 10 drehbar geführt ist. Der vordere Verschiebekolben 11 a-weist als Verschiebestück 11 außenumfangsseitig einen Konus 12 auf, der mit einem korrespondierend ausgebildeten Innenkonus 12'des Gehäuses 8 zusam- menwirkt. Um den Konus 12 gemäß der Darstellung in der Fig. 2 in pres- sende Anlage mit dem Innenkonus 12'des Gehäuses 8 longs der strichli-

nierten Verschieberichtung zu verfahren, wird der Verschiebekolben 11 a auf seiner der Werkzeugaufnahme 1 abgekehrten Seite mit einem Fluid- oder Hydraulikdruck in der Fluidkammer 13 als Antriebseinrichtung beauf- schlagt. Parallel hierzu und gleichzeitig wird der weitere Verschiebekolben 11 b über einen korrespondierenden Fluiddruck in der Kammer 14 in der strichlinierten Verschieberichtung verfahren, und zwar entgegen der Wir- kung eines weiteren Kraftspeichers als Teil der Antriebseinrichtung in Form des Tellerfederpaketes 15, das sich mit seinem einen Ende an dem Gehäuse 8 abstützt und an seinem anderen Ende an der der Kammer 14 gegenüber- liegenden Stirnseite des Verschiebekolbens 11 b. Aufgrund des derart aufge- brachten Fluiddruckes kommt der Konus 12 in Anlage mit dem Innenkonus 12'und der Verschiebekolben 11 a als Teil des Verschiebestückes 11 nimmt über die Lager 10 die Spindel 2 gleichfalls in der strichlinierten Verschiebe- richtung um eine vorgebbare Wegstrecke mit. Bei der dahingehenden Ver- schiebebewegung nimmt die Spindel 2 auch die Lager 9 translatorisch in der Verschieberichtung mit und damit auch gleichzeitig die Schubstange 4.

Die Lagerstelle betreffend die Lager 10 sowie der Konus 12 sind nach au- ßen in üblicher Weise abgedichtet.

Die Spindel 2 weist außenumfangsseitig ein Kegelrad 16 auf, das mit seiner Verzahnung 16'in Eingriff steht mit einer entsprechenden Verzahnung 17' einer Antriebswelle 17, die über entsprechende Lager in üblicher und daher nicht näher beschriebener Weise drehbar im Gehäuse 8 geführt ist. Diame- tral gegenüberliegend zur Eingriffsstelle der beiden Verzahnungen von Spindel 2 und Antriebswelle 17 ist an der Spindel 2 eine Rastverzahnung 18 vorhanden, die ebenso mit ihren Zahnflanken eine korrespondierende Neigung aufweist wie die Kegelradverzahnung 16'. Der mögliche Ver- schiebeweg der Spindel 2 ist dabei derart bemessen, daß in Richtung der strichlinierten Verschiebeposition die Verzahnungen 17'und 18 in Eingriff

sind oder umgekehrt in der mit einer durchgezogenen Linie dargestellten Verschiebeposition die Verzahnungen 17'und 16'in Eingriff sind und die Verzahnungen 17'und 18 außer Eingriff sind. Kegelrad 16 und Rastverzah- nung 18 sind dabei fest mit der eigentlichen Spindel 2 verbunden.

Die Spindel 2 weist des weiteren außenumfangsseitig einen Verzahnungs- ring 2'auf, der fest mit der Spindel 2 verbunden ist. Der Verzahnungsring 2' weist als Teil eine Hirth-Verzahnung 19 als Arretierung auf, deren andere Zahnreihe durch einen Verzahnungsring 8'gebildet ist, wobei der Verzah- nungsring 8'wiederum fest mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. In Richtung der strichliniert dargestellten Verschieberichtung am Verschiebestück 11 kommt die dahingehende Hirth-Verzahnung 19 zusammen mit der Rastver- zahnung 18 außer Eingriff und in der mit einer durchgezogenen Linie dar- gestellten entgegengesetzt verlaufenden Verschieberichtung jeweils in Ein- griff, wobei die Antriebs-oder Kegelradverzahnung 16'außer Eingriff kommt.

Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, wird die Antriebswelle 17 mit der ihr zu- geordneten Kegelradverzahnung über einen Riementrieb 20 sowie einen regelbaren Elektromotor 21 angetrieben, der mit einem Drehgeber 22 ver- sehen ist. Eine Schalteinrichtung 23 dient der Drehlageerkennung der An- triebswelle 17, falls die Übersetzung des angesprochenen Riementriebes 20 eine andere sein sollte als 1 : 1. Ferner ist die Antriebswelle 17 über ent- sprechende übliche Lagerstellen im Gehäuse 8 sowie in einem weiteren Gehäuse 24 drehbar gelagert. Die Gehäuse 8 und 24 sind zueinander über die Lagerstellen 25,26 und 27 zueinander verdrehbar gelagert. In vorgebba- ren Verdrehlagen der Gehäuse 8 und 24 zueinander werden diese über die dreigeteilte Hirth-Verzahnung 28,29,30 zueinander fixiert, indem die Fluid- kammer 31 mit Druck beaufschlagt wird und derart der Verzahnungsring 30

in die Verzahnungen 28,29 eingreifen kann. Sollen die angesprochenen Gehäuse 8 und 24 in korrespondierenden Verdrehlagen fixiert werden, in denen die Verzahnungen der Hirth-Verzahnung 28,39,30 nicht überein- stimmen, laft sich im Sinne einer Feinabstimmung der Fluidraum 32 mit hydraulischem Druck beaufschlagen, wobei dann der Verzahnungsring 30 der Hirth-Verzahnung als Hydraulikkolben die Klemmbuchse 33 betätigt, indem er diese radial aufweitet zwischen den Gehäusen 8 und 24. Die mögliche Schwenkbewegung der Gehäuse 8 und 24 zueinander wird über einen Winkelpositionsgeber 34 registriert, wobei der auf der Unterseite des Gehäuses 24 befestigte Näherungsschalter 35 mit zur Hub-und Verdrehla- gekontrolle der Spindel 2 dient. Um eine definierte Fixierung des Verschie- bestückes 11 zum Gehäuse 8 zu erhalten, kann anstelle des Konus 12,12' eine entsprechende, nicht näher dargestellte Hirth-Verzahnung in diesem Bereich zwischen dem vorderen Verschiebestück 11 und dem zugehörigen Gehäuse 8 vorgesehen sein.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes wird dieser nunmehr anhand verschiedener Funktionsabläufe näher erklärt.

Für einen Werkzeugwechsel, vorzugsweise automatisch ausgeführt, ist zu- nächst das Gehäuse 8 zum Gehäuse 24 mit einer bestimmten Schwenklage zu fixieren. Die Spindel 2 ist dann über die Fluidkammern 13,14 und die zugeordneten Verschiebekolben 1 1 a, b in den Innenkonus 12'des Gehäu- ses 8 geschoben und über den Motor 21 in einer bestimmten Verdrehlage gehalten.

Zum Lösen des eingesetzten Werkzeuges wird mit Hilfe des Hydraulik- druckes im Arbeitsraum 7 die Schubstange 4 über den Hydraulikkolben 6 in Richtung des Innenkonus 12'bewegt, wobei dabei das Tellerfederpaket 5

gespannt wird. Das Werkzeug kann dann durch einen externen, nicht näher dargestellten Wechsler in üblicher Weise entnommen und gegen ein ande- res Werkzeug ausgetauscht werden. Zum Spannen dieses Werkzeuges wird dann der Arbeitsraum 7 drucklos geschaltet, so daß sich das Tellerfederpa- ket 5 entspannen kann, wobei die Schubstange 4 das Werkzeug 3 in die Werkzeugaufnahme 1 zieht. Die Vorspannkraft des Tellerfederpaketes 5 hält dann das Werkzeug 3 in der Aufnahme 1.

Für eine Schwenkbewegung der Spindel 2 mit ihrer Spindellagerung wer- den die Fluidkammern 13,14 drucklos geschaltet, so daß über das Tellerfe- derpaket 15 bedingt die Hirth-Verzahnung 19 verriegelt und die Rastver- bindung über die Rastverzahnung 18 zwischen Antriebswelle 17 und Spin- del 2 hergestellt ist. Durch anschließendes Drehen der Antriebswelle 17 mittels des Motors 21 wird das Gehäuse 8 verschwenkt, da die Spindel 2 über die Hirth-Verzahnung 19 mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. Die da- hingehende Drehbewegung äßt sich mit dem Winkelpositionsgeber 34 von der Steuerungsseite her überwachen. Nach Erreichen der vorgegebenen Schwenkposition wird dann das Gehäuse 8 mit Hilfe der weiteren Hirth- Verzahnung 28 bis 30 sowie des Fluidkammersystems 31,32 und der Klemmbuchse 33 gegenüber dem Gehäuse 24 festgelegt.

Für ein Arbeiten mit feststehendem Werkzeug im Sinne einer Drehbearbei- tung sind die Gehäuse 8 und 24 gegeneinander in ihrer Lage fixiert. Die Fluidkammern 13 und 14 sind wiederum drucklos geschaltet, so daß die Hirth-Verzahnung 19 in ihrer wirksamen verriegelten Position ist. Die Spin- del 2 ist dann dahingehend über die Verzahnungsringe 2'und 8'form- schlüssig mit dem Gehäuse 8 verbunden. Unter dem Einfluß des Tellerfe- derpaketes 15 ist in der als durchgezogener Pfeil dargestellten Verschiebe- richtung der vordere Verschiebekolben 11 a mit seinem Konus 12 aus dem

Innenkonus 12'des Gehäuses 8 ausgeschoben und die Lager 10 sind dem- gemäß entlastet. Die Bearbeitungskraft wird nunmehr vom Werkzeug 3 di- rekt über die Spindel 2 auf das Gehäuse 8 übertragen.

Für ein Arbeiten mit rotierendem Werkzeug, also für eine Fräsbearbeitung, sind die Gehäuse 8 und 24 wiederum gegeneinander in ihrer Lage fixiert.

Unter dem Fluiddruck in den Kammern 13,14 ist nunmehr die Spindel 2 in Richtung des strichlinierten Pfeiles über den Konus 12 in den Innenkonus 12'geschoben, wobei der Kraftfluß vom Werkzeug 3 nunmehr über die Spindel 2, die Lager 10 sowie über den vorderen Verschiebekolben 1 1 a in das Gehäuse 8 hergestellt ist. Die Hirth-Verzahnung 19 ist dann entriegelt und ebenso die Rastverzahnung 18. Die Spindel 2 kann dann mittels der Kegelradverzahnung 16'über die Antriebswelle 17 sowie den Riementrieb 20 und den Motor 21 angetrieben werden. Als Verdrehsicherung können die Konusteile 12 und 12'gleichfalls eine Verzahnung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung, aufwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf täßt sich also alternativ sowohl eine Drehbearbeitung als auch eine Fräsbearbeitung realisieren, wobei es bei der Drehbearbeitung zu einer wirksamen Lagerentlastung kommt. Des weiteren lassen sich die Gehäuseteile des Werkzeugkopfes zueinander ver- schwenken.