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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
Spannfäche
hat, die um einen ersten Winkel, von insbesondere 20°, gegen die
Bolzenachse geneigt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Keilspannsystem
mit einem solchen Keilspannelement.
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Derartige
Keilspannelemente sind aus einem Prospekt der Anmelderin „Hydraulische
Spannelemente",
Ausgabe 07/2001, Seiten 34 bis 37, bekannt. Sie 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
der Erfindung zugrundeliegende Probleme wird auch gelöst durch
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.
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Eine
Weiterbildung dieses Keilspannsystemes ist gekennzeichnet durch
einen Spannrand mit einer schrägen
Spannfäche,
die um den ersten Winkel gegen die Bolzenachse geneigt ist, und
mit einer Wirkfläche,
die an der dem Werkzeug zugewandten Seite der Spannfäche angeordnet
ist und um den zweiten Winkel gegen die Bolzenachse geneigt ist. Auf
diese Weise stehen in einem Betriebszustand die Spannfäche des
Spannbolzens und die Spannfäche des
Spannrandes miteinander in Eingriff. Bei einem Nachlassen der Vorspannkraftstehen
dann die Wirkfläche
des Spannbolzens und die Wirkfläche
des Spannrandes miteinander in Eingriff. Auf diese Weise wird das
Werkzeug in beiden Fällen
sicher gehalten.
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Vorzugsweise
stehen in einem gespannten Zustand die Spannfäche des Spannbolzens und die Spannfäche 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 Nachlassender Spannkraft das Werkzeug sicher gehalten
wird.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
schematischen Vertikalschnitt eines Keilspannelementes und eines
Spannrandes mit den Erfindungsmerkmalen,
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2 das
Keilspannelement und den Spannrand von 1 in einem
Spannzustand.
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3 das
Keilspannelement und den Spannrand von 2 in. einem
Nothaltezustand.
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4 eine
erste alternative Ausführungsform
des Keilspannelements gemäß 1 bis 3 in
schematischer perspektivischer Ansicht,
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5 eine
zweite alternative Ausführungsform
des Keilspannelements gemäß 1 bis 3 im
Vertikalschnitt, und
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6 eine
weitere alternative Ausführungsform
des Keilspannelementes gemäß 1 bis 3 im
Vertikalschnitt.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Keilspannsystems 10 mit
einem Keilspannelement 11 und einem Spannrand 12 eines
Werkzeugs, Werkzeug- oder Werkstücksträgers 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.
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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.
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Der
Spannbolzen 14 weist an seinem dem Antriebselement abgewandten,
freien Ende eine Spannfäche 18,
die mit einer Spannfäche 19 am Spannrand 12 korrespondiert,
auf. Die Spannfächen 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.
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In
Ausfahrrichtung des Spannbolzens 14 gesehen vor der Spannfäche 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 Spannfächen 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.
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2 zeigt
das Keilspannsystem im normalen Spannzustand für die Bearbeitung eines Werkstückes. Dieser
Zustand kann deshalb auch als Arbeitsstellung bezeichnet werden.
Die Spannfächen 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 1 und 2 übertrieben dargestellt ist,
beabstandet. Hierdurch wird sichergestellt, daß beim Spannen des Spannbolzens 14 die
Spannfäche 20 desselben
sicher über
die Wirkfläche 21 des Spannrandes
gleiten kann, ohne daß es
hier zu zusätzlichen
Reibkräften
kommt.
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Fällt der
Hydraulikdruck, aus welchen Gründen
auch immer, ab und reichen die Kräfte zwischen den Spannfächen 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 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.
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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.
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Eine
erste alternative Ausführungsform
des oben beschriebenen Keilspannelementes ist in 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 Spannfäche 19 des
Spannrandes 12 erstreckt sich demzufolge links und rechts neben
der Tasche 26.
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Eine
zweite alternative Ausführungsform zeigt 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.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform
ist 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.
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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.
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- 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