DE10141759A1

DE10141759A1 - Keilspannelement mit einem mit einem Spannrand eines Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers zusammenwirkenden Spannbolzen

Info

Publication number: DE10141759A1
Application number: DE10141759A
Authority: DE
Inventors: Thomas Willingshofer; Helmut Hochbein
Original assignee: HILMA ROEMHELD GmbH
Current assignee: HILMA ROEMHELD GmbH
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: DE10141759B4

Abstract

Keilspannelement mit einem mit einem Spannrad eines Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers zusammenwirkenden Spannbolzen. DOLLAR A Bekannte Keilspannelemente weisen eine mit einem Spannrad (12) eines Werkzeugs, Wekzeugträgers oder Werkstückträgers zusammenwirkenden Spannbolzen (14) auf, der entlang seiner Bolzenachse (16) zum Spannen des Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers aus- und einfahrbar ist und eine schräge Spannfläche (18) hat, die um einen ersten Winkel, von insbesondere 20 DEG , gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist. Bei diesen Keilspannelementen kann es bei einem Nachlassen der Spannkraft dazu kommen, daß der Spannbolzen (14) gegen die Restspannkraft zurückgedrückt wird. Dabei besteht die Gefahr, daß sich das Werkzeug von einer Unterlage ablöst oder bei einer Überkopfanordnung herunterfällt. Erfindungsgemäß wird die Gefahr dadurch beseitigt, daß der Spannbolzen (14) eine Wirkfläche (20) hat, die um einen zweiten, kleineren Winkel gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist. Der zweite, kleinere Winkel beträgt vorzugsweise 0 DEG .

Description

Die Erfindung betrifft ein Keilspannelement mit einem mit einem Spannrand eines Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers zusammenwirkenden Spannbolzen, der entlang seiner Bolzenachse zum Spannen des Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers aus- und einfahrbar ist und eine schräge Spannfläche hat, die um einen ersten Winkel, von insbesondere 20°, gegen die Bolzenachse geneigt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Keilspannsystem mit einem solchen Keilspannelement.
Derartige Keilspannelemente werden zum Spannen von Werkzeugen, Werkzeugträgern oder Werkstückträgern verwendet. Diese weisen zu diesem Zweck einen schrägen Spannrand auf. Das Keilspannelement ist dabei auf der als Unterlage dienenden Basis befestigt. Beim Spannen des Werkzeugs, Werkzeug- oder Werkstückträgers mittels des Spannbolzens korrespondiert der Spannbolzen mit dem Spannrand, wobei die jeweiligen Spannflächen aufeinandergepreßt werden und dabei eine Spannkraft erzeugen. Es können auf diese Weise beispielsweise Werkzeuge, Werkzeug- oder Werkstückträger in Kunststoffspritzgießmaschinen, (Schmiede-)Pressen, Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren sicher gespannt werden. Die Kraft des Keilspannelements wird mittels der schrägen Spannfläche zerlegt in eine Querkraft, die den Spannbolzen zurückdrücken will, und eine Kraft, mit der das Werkzeug gegen die Basis gepreßt wird. Um ein selbsttätiges Lösen des Spannbolzens trotz der Querkraft zu verhindern, wird der Winkel der Spannfläche so gewählt, daß sich ein Kraftschluß zwischen dem Spannbolzen und dem Spannrand sowie dem Spannbolzen und dem Gehäuse ergibt. Dabei wird ein Winkel der Spannflächen von 20° angestrebt, da bei diesem Winkel die zum Spannen und die zum Lösen des Spannbolzens erforderliche Kraft etwa gleich groß ist und eine große Kraftverstärkung vorliegt. Kleinere Winkel als 20° erfordern eine größere Kraft zum Lösen als zum Spannen, so daß zum Lösen ein besonderer Aufwand betrieben werden muß.
Wie vorstehend bereits dargelegt, gewährleistet der Kraftschluß, daß der Spannbolzen selbsttätig in der Spannposition bleibt. Aus Gründen der Werkzeugmaschinensicherheit ist dennoch der Hydraulikdruck zum Spannen des Keilspannelementes während der Bearbeitung eines Werkstückes ständig aufrechtzuerhalten. Für den Fall, daß der Hydraulikdruck dennoch abfällt, sind Maßnahmen zu treffen, die auch bei einem Abfallen des Hydraulikdruckes und Versagen des Kraftschlusses sicher gewährleisten, daß das Werkzeug, der Werkzeugträger oder der Werkstückträger sich nicht lösen. Dieses könnte nämlich, insbesondere bei schnellaufenden Pressen, zu einer Beschädigung des Werkzeuges oder des Werkstückes führen. Im schlimmsten Fall besteht sogar ein Verletzungsrisiko für umstehende Personen durch herumfliegende Bruchstücke. Als derartige Sicherungen werden zum Teil besondere mechanische Sicherungsmittel verwendet, die aber einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand bedeuten und auch den Materialaufwand und den Montageaufwand zur Herstellung des Keilspannelementes erhöhen und somit das Keilspannelement verteuern. Auch sind in der Vergangenheit bereits Keilspannelemente in der Praxis eingesetzt worden, deren Spannfläche einen Winkel von weniger als 20° zur Bolzenachse aufweist. Wie bereits weiter oben erläutert, wird hierdurch die Selbsthemmung verstärkt, so daß größere Kräfte zum Lösen des Keilspannelementes erforderlich sind. Dies bietet aber nicht nur eine größere Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Lösen des Keilspannelementes, sondern erhöht auch die erforderlichen Kräfte zum beabsichtigten Lösen des Keilspannelementes, so daß zum Lösen des Keilspannelementes eine größere wirksame Fläche für den Kolben und/oder ein größerer Hydraulikdruck erforderlich ist, als zum Spannen. Auch diese Maßnahme bedeutet somit einen zusätzlichen Aufwand.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist es, ein Keilspannelement und ein Keilspannsystem anzugeben, das nur einen geringen Fertigungsaufwand erfordert und mit dem sich ein Werkzeug auch bei nachlassendem Vorspanndruck sicher spannen läßt.
Das Problem wird dadurch gelöst, daß bei einem Keilspannelement der eingangs genannten Art der Spannbolzen eine Wirkfläche hat, die um einen zweiten, kleineren Winkel gegen die Bolzenachse geneigt ist.
In diesem Fall wird bei einem Nachlassen der Vorspannkraft der Spannbolzen gerade soweit zurückgeschoben, bis die Wirkfläche in Eingriff mit dem Spannrand tritt. Weil die Wirkfläche um den kleineren zweiten Winkel gegen die Basis geneigt ist, tritt eine größere Reibung zwischen der Wirkfläche und dem Spannrand auf. Dadurch wird das Werkzeug sicher in seiner Position gehalten, ein Lösen von der Unterlage oder ein Herabfallen von dem Stößel bei Überkopfmontage wird vermieden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der zweite Winkel 0°. Bei diesem Winkel tritt keine Kraftkomponente auf, die den Spannbolzen zurückschieben kann, da die auf die Spannfläche wirkende Normalkraft dann genau rechtwinklig zur Bolzenachse und damit zur Ein- und Ausfahrrichtung des Spannbolzens gerichtet ist. Es ergibt sich somit bei diesem Winkel von 0° keine Querkraftkomponente, die den Spannbolzen zurückdrücken und damit das Keilspannelement lösen könnte. Auf diese Weise wird auch bei einem vollständigen Ausfall der Vorspannkraft ein Lösen des Werkzeugs von der Basis zuverlässig vermieden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Keilspannsystem mit einem Keilspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Ein derartiges Keilspannsystem vergrößert die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Kunststoffspritzmaschine oder der Presse, bei der es verwendet wird.
Eine Weiterbildung dieses Keilspannsystemes ist gekennzeichnet durch einen Spannrand mit einer schrägen Spannfläche, die um den ersten Winkel gegen die Bolzenachse geneigt ist, und mit einer Wirkfläche, die an der dem Werkzeug zugewandten Seite der Spannfläche angeordnet ist und um den zweiten Winkel gegen die Bolzenachse geneigt ist. Auf diese Weise stehen in einem Betriebszustand die Spannfläche des Spannbolzens und die Spannfläche des Spannrandes miteinander in Eingriff. Bei einem Nachlassen der Vorspannkraft stehen dann die Wirkfläche des Spannbolzens und die Wirkfläche des Spannrandes miteinander in Eingriff. Auf diese Weise wird das Werkzeug in beiden Fällen sicher gehalten.
Vorzugsweise stehen in einem gespannten Zustand die Spannfläche des Spannbolzens und die Spannfläche des Spannrandes miteinander in Eingriff. Zwischen der Wirkfläche des Spannbolzens und der Wirkfläche des Spannrandes ist ein Spalt angeordnet. Vorzugsweise beträgt der Spalt 0,5 mm. Mittels dieses Spaltes wird vermieden, daß beim Spannen die Wirkflächen miteinander in Eingriff treten. Dies würde zu unerwünscht hohen Reibungskräften beim Spannen führen. Andererseits ist der Spalt aber hinreichend klein dimensioniert, damit bei einem Nachlassen der Spannkraft das Werkzeug sicher gehalten wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt eines Keilspannelementes und eines Spannrandes mit den Erfindungsmerkmalen,
Fig. 2 das Keilspannelement und den Spannrand von Fig. 1 in einem Spannzustand,
Fig. 3 das Keilspannelement und den Spannrand von Fig. 2 in einem Nothaltezustand,
Fig. 4 eine erste alternative Ausführungsform des Keilspannelements gemäß Fig. 1 bis 3 in schematischer perspektivischer Ansicht,
Fig. 5 eine zweite alternative Ausführungsform des Keilspannelements gemäß Fig. 1 bis 3 im Vertikalschnitt, und
Fig. 6 eine weitere alternative Ausführungsform des Keilspannelementes gemäß Fig. 1 bis 3 im Vertikalschnitt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Keilspannsystems 10 mit einem Keilspannelement 11 und einem Spannrand 12 eines Werkzeugs, Werkzeug- oder Werkstückträgers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Keilspannelement 11 weist ein Antriebselement 13 und einen durch das Antriebselement betätigbaren Spannbolzen 14 auf, der in einem als Führung 15 dienenden Gehäuse angeordnet ist. Als Antriebselement 13 dient bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein doppelt wirkender hydraulischer Blockzylinder. Durch das Antriebselement 13 wird der Spannbolzen 14 entlang seiner Bolzenachse 16 ausgefahren und gegen den korrespondierenden Spannrand 12 gedrückt. Ebenso wird zum Lösen der Spannbolzen 14 entlang seiner Bolzenachse 16 wieder eingefahren. Die Bewegung des Spannbolzens 14 erfolgt dabei jeweils geradlinig entlang der Bolzenachse 16.
Das Gehäuse 15 weist eine Basis 17 auf, mit der das Keilspannelement 11 in montiertem Zustand einer nicht in der Figur dargestellten Unterlage zugewandt ist. In dem montierten Zustand liegt das Gehäuse 15 mit der Basis 17 auf der Unterlage auf und wird mittels nicht in der Figur dargestellter Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, auf dieser Unterlage befestigt. Zur Aufnahme von beim Spannen entstehenden Querkräften können separate Kraftübertragungselemente, wie beispielsweise Bohrbuchsen, vorgesehen sein.
Der Spannbolzen 14 weist an seinem dem Antriebselement abgewandten, freien Ende eine Spannfläche 18, die mit einer Spannfläche 19 am Spannrand 12 korrespondiert, auf. Die Spannflächen 18 und 19 sind gegenüber der Bolzenachse 16, und damit gegenüber der Bewegungsrichtung des Spannbolzens 14, beim Spannen und Lösen desselben um 20° geneigt, so daß sich ein Kraftschluß beim Aufeinanderpressen der Spannflächen 18 und 19 aufeinander ergibt.
In Ausfahrrichtung des Spannbolzens 14 gesehen vor der Spannfläche 18 ist an dem Spannbolzen 14 eine Wirkfläche 20 vorgesehen, die mit einer Wirkfläche 21 am Spannrand 12 korrespondiert. Die Wirkflächen 20, 21 weisen gegenüber der Bolzenachse 16 einen kleineren Neigungswinkel auf, als die Spannflächen 18, 19. Konkret ist ein Winkel von 0° vorgesehen. Die Spannflächen 20, 21 erstrecken sich somit genau parallel zur Bolzenachse 16 und damit zur Ein- und Ausfahrrichtung des Spannbolzens 14.
Fig. 2 zeigt das Keilspannsystem im normalen Spannzustand für die Bearbeitung eines Werkstückes. Dieser Zustand kann deshalb auch als Arbeitsstellung bezeichnet werden. Die Spannflächen 18 und 19 des Spannbolzens 14 bzw. des Spannrandes 12 sind hier aufeinandergepreßt, so daß über den Spannrand 12 das Werkzeug, der Werkstückträger oder der Werkzeugträger unter normalen Betriebsbedingungen sicher gehalten sind. Die Wirkflächen 20 und 21 des Spannbolzens 14 bzw. des Spannrandes 12 sind um einen vorbestimmten Abstand A, nämlich um 0,5 mm, der aus Gründen der größeren Übersichtlichkeit in Fig. 1 und 2 übertrieben dargestellt ist, beabstandet. Hierdurch wird sichergestellt, daß beim Spannen des Spannbolzens 14 die Spannfläche 20 desselben sicher über die Wirkfläche 21 des Spannrandes gleiten kann, ohne daß es hier zu zusätzlichen Reibkräften kommt.
Fällt der Hydraulikdruck, aus welchen Gründen auch immer, ab und reichen die Kräfte zwischen den Spannflächen 18 und 19 des Spannbolzens 14 und des Spannrandes 12 aufgrund ungewöhnlicher Betriebskräfte nicht aus, den Spannzustand aufrechtzuerhalten, wird der Spannbolzen 14 zurückgedrückt und dadurch ungewollt gelöst. Nun wird der in Fig. 3 gezeigte Nothaltezustand wirksam. In diesem Nothaltezustand werden die Wirkflächen 20 und 21 des Spannbolzens 14 und des Spannrandes 12 wirksam und gegeneinandergedrückt. Dies kann beispielsweise durch Auswerfer, Federkräfte oder Reibung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug geschehen, die den Spannrand 12 anheben. Bei Überkopfanordnungen fällt der Spannrand 12 durch Eigengewicht des Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers von allein in den Nothaltezustand. Die dabei zwischen den Wirkflächen 20 und 21 wirkende Normalkraft reicht aus, um die Werkzeugmaschine kontrolliert "herunterzufahren", ohne daß es dabei zu Beschädigungen am Werkzeug oder Werkstück kommt. Weiterhin ist aufgrund des Neigungswinkels von 0° der Wirkflächen 20 und 21 gegenüber der Bolzenachse 16 und damit der Bewegungsrichtung beim Ein- und Ausfahren des Spannbolzens 14 die Normalkraft genau senkrecht zur Bolzenachse 16 gerichtet, so daß keine Querkraftkomponente aufgrund der Normalkraft in Richtung der Bolzenachse 16 vorhanden ist. Mithin sind auch keine zusätzlichen Kräfte zum Öffnen des Spannbolzens 14 erforderlich. Der Spannbolzen 14 kann mit seinem normalen Betriebshydraulikdruck zurückgefahren werden. Weiterhin ist hierdurch sicher vermieden, daß aufgrund der fehlenden Querkraftkomponente der Spannbolzen 14 weiter unbeabsichtigt zurückgedrückt wird.
Um den Spannbolzen 14 beim Ein- und Ausfahren gegenüber dem Gehäuse 15 zu schmieren, ist in an sich bekannter Weise eine Schmiernut 22 vorgesehen, die über einen Schmiernippel 23 in an sich bekannter Weise gespeist wird. Betätigt wird der Spannbolzen 14 durch das Antriebsmittel 13 über einen Stempel 24, der gleichzeitig den doppelt wirkenden Kolben des Antriebsmittels 13 bildet.
Eine erste alternative Ausführungsform des oben beschriebenen Keilspannelementes ist in Fig. 4 gezeigt. Die Wirkflächen 20, 21 sind hier nicht vor den Spannflächen 18, 19 angeordnet, sondern zwischen diesen. Der Spannbolzen 14 ist mit einem gegenüber seiner Spannfläche 18 vorstehenden Steg 25 versehen, der mit einer Tasche 26 im Spannrand 12 zusammenwirkt. Die Spannfläche 19 des Spannrandes 12 erstreckt sich demzufolge links und rechts neben der Tasche 26.
Eine zweite alternative Ausführungsform zeigt Fig. 5. Hier sind die Wirkflächen 20, 21 unter den Spannflächen 18, 19 angeordnet. In dem Spannbolzen 14 ist ein Stift 27 angebracht, der in eine Tasche 28 im Spannrand 12 zusammenwirkt. Die Unterseite des Stiftes 27 bzw. der Tasche 28 bilden dabei die Wirkflächen 20 bzw. 21.
Eine weitere alternative Ausführungsform ist Fig. 6 zu entnehmen, in der die Wirkflächen 20, 21 hinter den Spannflächen 18, 19 angeordnet sind. Hier bildet also die Unterseite des Spannbolzens 14 selbst die Wirkfläche 20, während die Wirkfläche 21 des Spannrandes 12 durch die Oberseite eines Absatzes 29 am Spannrand 12 gebildet ist.
Auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist zwischen den Wirkflächen 20, 21 wieder ein Spalt von 0,5 mm angeordnet, solange sich das Keilspannsystem im normalen Spannzustand befindet. Bezugszeichenliste 10 Keilspannsystem
11 Keilspannelement
12 Spannrand
13 Antriebselement
14 Spannbolzen
15 Führung
16 Bolzenachse
17 Basis
18 Spannfläche
19 Spannfläche
20 Wirkfläche
21 Wirkfläche
22 Schmiernut
23 Schmiernippel
24 Stempel
25 Steg
26 Tasche
27 Stift
28 Tasche
29 Absatz

Claims

1. Keilspannelement mit einem mit einem Spannrand (12) eines Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers zusammenwirkenden Spannbolzen (14), der entlang seiner Bolzenachse (16) zum Spannen des Werkzeugs, Werkzeugträgers oder Werkstückträgers aus- und einfahrbar ist und eine schräge Spannfläche (18) hat, die um einen ersten Winkel, von insbesondere 20°, gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (14) eine Wirkfläche (20) hat, die um einen zweiten, kleineren Winkel gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist.

2. Keilspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkel 0° beträgt.

3. Keilspannelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkfläche (20) in Spannrichtung vor der Spannfläche (18) angeordnet ist.

4. Keilspannsystem mit einem Keilspannelement (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

5. Keilspannsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Spannrand (12) mit einer schrägen Spannfläche (19), die um den ersten Winkel gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist, und mit einer Wirkfläche (21), die an der dem Werkzeug, Werkzeugträger oder Werkstückträger zugewandten Seite der Spannfläche (19) angeordnet und um den zweiten Winkel gegen die Bolzenachse (16) geneigt ist.

6. Keilspannsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in gespanntem Zustand die Spannfläche (18) des Spannbolzens (14) und die Spannfläche (19) des Spannrandes (12) miteinander in Eingriff stehen und zwischen der Wirkfläche (20) des Spannbolzens (14) und der Wirkfläche (21) des Spannrandes (12) ein Spalt (A) angeordnet ist.

7. Keilspannsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (A) 0,5 mm beträgt.