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Die
Erfindung betrifft eine Klemmeinrichtung zum Klemmen von Gegenständen mit
einem relativ zum Gegenstand bewegbaren Klemmkolben, welcher eine
Keilschräge
aufweist.
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Ein
Stützelement
mit einer solchen Klemmeinrichtung ist aus der
DE 100 38 760 A1 bekannt.
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Die
Erfindung befaßt
sich in erster Linie mit dem Klemmen stangenförmiger Elemente beliebigen Querschnitts.
Dieses können
stangenförmige
Halbzeuge, die für
eine weitere Bearbeitung gespannt werden, Kolben von Druckmittelzylindern,
Stützbolzen
von Stützelemten,
Kolben von (Werkstück-)Spannmitteln
oder ähnliches
sein.
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Bei
dem in der
DE 100
38 760 A1 gezeigten Stützelement
wird der Stützbolzen
mittels eines Klemmkolbens geklemmt und so in seiner Position fixiert.
Der Klemmkolben weist eine schräge
Rampe auf, so daß durch
Axialverschieben des Klemmkolbens mittels der Rampe eine Klemmkraft
auf den Stützbolzen
ausgeübt
wird. Der Winkel der schrägen Rampe
ist dabei so gewählt,
daß sich
eine selbsthemmende Klemmung ergibt, so daß auch bei einem Ausfall des
Hydraulikdrucks sicher gestellt ist, daß sich die Klemmung nicht löst.
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Nachteilig
bei dieser Art der Klemmung ist, daß der Klemmkolben direkt auf
den Stützbolzen wirkt.
Gleichzeitig muß aus
Funktionsgründen,
insbesondere zum Dichten des Stützbolzens,
rund sein oder zumindest eine angenäherte Form aufweisen. In Folge
dessen ergibt sich eine Linienberührung zwischen Klemmkolben
und Stützbolzen.
Relativ hohe Klemmkräfte
sind deshalb auf sehr geringer Fläche zu übertragen, wobei die maximale
Klemmkraft durch die Werkstoffestigkeit (Fließgrenze) des Klemmkolbens und/oder
des Stützbolzens
begrenzt ist. Modernen Werkzeugmaschinen arbeiten zum Teil mit hohen
Bearbeitungsgeschwindigkeit, welche entsprechende Vibrationen nach
sich ziehen. Gleichzeitig sind auch die Antriebsleistungen der Werkzeugmaschinen
erhöht
worden, so daß die
Bearbeitungskräfte
bei erhöhter
Bearbeitungsgeschwindigkeit zumindest kaum vermindert worden sind.
Aufgrund dessen sind so hohe Klemmkräfte erforderlich, daß sie mit der
bekannten Lösung
nicht mehr erreicht werden können,
ohne daß der
Stützbolzen
und/oder der Klemmkolben beschädigt
werden.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde eine Klemmeinrichtung
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit ihr
auch sehr hohe Klemmkräfte
aufgebracht werden können,
ohne daß eine
Gefahr der Beschädigung des
Klemmkolben und/oder des zu klemmenden Gegenstandes besteht.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist die erfindungsgemäße Klemmeinrichtung dadurch
gekennzeichnet, daß der
Klemmkolben den Gegenstand mittels eines Zwischenelementes klemmt,
welches einerseits mit einer zur Keilschräge des Klemmkolbens komplementären Schräge und andererseits
mit einer zu dem zu klemmenden Gegenstand komplementäre Kontur
versehen ist.
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Da
das Zwischenelement einerseits eine auf die Schräge des Klemmkolbens und andererseits
auf den zu klemmenden Gegenstand angepaßten Kontur aufweist, ergibt
sich zwischen Klemmkolben und Zwischenelement einerseits und Zwischenelement
und dem zu spannenden Gegenstand andererseits eine Flächenberührung, so
daß bei
durch die Werkstoffestigkeit vorgegebener maximaler Flächenpressung entsprechend
höhere
Klemmkräfte übertragen
werden können
als beim Stand der Technik.
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Weitere
Merkmale der Erfindung beziehen sich auf konstruktive Ausgestaltungen
der Zwischenelementes und des Klemmkolbens.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Stützelement
mit einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,
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2 das
Stützelement
gemäß 2 in
einem Querschnitt in der Ebene II-II,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für ein
Stützelement
mit den Erfindungsmerkmalen in Seitenansicht;
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4 das
Stützelement
gemäß 3 im Radialschnitt,
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5 eine
Variante des Stützelementes
gemäß 3 im
Radialschnitt,
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6 einen
Schwenkspanner mit einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen
in Längsschnitt,
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7 den
Schwenkspanner gemäß 6 in Radialschnitt
in der Ebene VII-VII,
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8 einer
Einzelheit (auf Ansicht VIII) des Schwenkspanners gemäß 6,
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9 eine
Variante des Schwenkspanners gemäß 6 im
Radialschnitt in der Ebene VII-VII,
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10 eine
weitere Variante des Schwenkspanner gemäß 6 im Radialschnitt
in der Ebene VII-VII,
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11 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen im Radialschnitt,
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12 die
Klemmeinrichtung gemäß 11 in
einem Längsschnitt
in der Ebene XII-XII.
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Das
in 1 und 2 gezeigte Stützelement 10 dient
zum Abstützen
bereits anderweitig gespannter Werkstücke 11 während deren
Bearbeitung. Zum Abstützen
des jeweiligen Werkstücks 11 dient
ein Stützbolzen 12,
welcher in einem im vorliegenden Fall zweiteilig ausgebildetem Gehäuse 13 längsverschieblich
angeordnet ist. An seinem vom Werkstück 11 abgewandeten
Ende weist der Stützbolzen 12 einen
Teller 14 auf, welcher dichtend in einer Zylinderbohrung 15 im Gehäuseunterteil 16 geführt ist.
Eine Dichtbuchse 17 schließt die Zylinderbohrung 15 am Übergang
vom Gehäuseunterteil 16 zum
Gehäuseoberteil 18 derart
ab, daß ein
zwischen dem Teller 14 und der Dichtbuchse 17 liegender Druckraum 19 sowohl
gegen das Gehäuse 13 als auch
gegen den Stützbolzen 12 gedichtet
ist. Ein weiterer Druckraum 20 ist auf der dem Druckraum 19 gegenüber liegenden
Seite des Teller 14 angeordnet. Die Druckräume 19, 20 können mittels
Hydraulikanschlüssen 21, 22 mit
Druckmittel beaufschlagt und so der Stützbolzen 12 ein- und
ausgefahren werden.
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Um
den Stützbolzen 12 auch
bei einem Ausfall der Druckmittelversorgung für die Druckräume 19, 20 sicher
in seiner Position zu halten, ist im Gehäuseoberteil 18 eine
Klemmeinrichtung vorgesehen. Die Klemmeinrichtung weist einen Klemmkolben 23 auf,
welcher in einer quer zur Längsmittelachse
des Stützbolzens 12 gerichteten
Zylinderbohrung 24 geführt
ist. Die Zylinderbohrung 24 ist im vorliegenden Fall als
Sackbohrung ausgeführt
und an Ihrem offenen Ende durch einen Deckel 25 verschlossen.
Zu beiden Stirnseiten des Klemmkolbens 23 ist je ein Druckraum 26, 27 angeordnet,
welche über Druckmittelbohrungen 28, 29 mit
Druckmittel beaufschlagbar sind. In seinem mittleren Bereich weist
der Klemmkolben 23 eine Keilschräge 31 auf.
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Im
Gehäuseoberteil 18 ist
weiterhin eine zur Zylinderbohrung 15 im Gehäuseunterteil 16 fluchtende
Bohrung 30 vorgesehen, durch welche der Stutzbolzen 12 hindurch
geführt
ist und die an ihrer zum Werkstück 11 weisenden
Seiten in einer Bohrung 32 kleineren Durchmessers übergeht.
Der Durchmesser der Bohrung 32, wie auch der Durchmesser
einer Durchgangsbohrung 33 in der Dichtbuchse 17 sind so
bemessen, daß sie
geringfügig
größer sind
als der Durchmesser des Stützbolzens 12,
so daß zwischen der
Durchgangsbohrung 32 und der Bohrung 33 einerseits
und dem Stützbolzen 12 andererseits
ein schmaler Spalt entsteht. Der Stützbolzen 12 ist also weder
in der Durchgangsbohrung 32 noch in der Bohrung 33 geführt.
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Im
Bereich der Bohrung 30 ist um den Stützbolzen 12 eine Buchse 34 herumgelegt,
so daß der Stützbolzen 12 mittels
der Buchse 34 in der Bohrung 30 gleitend geführt ist.
Die Buchse 34 ist an ihrer zum Klemmkolben 23 weisenden
Seite abgeflacht, so daß eine
zur Keilschräge 31 des
Klemmkolbens 23 komplementäre Schräge 35 entsteht.
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An
der der Schräge 35 gegenüberliegenden Seite
ist die Buchse 34 ebenfalls mit einer Abflachung 36 versehen,
so daß hier
zwischen der Bohrung 30 und der Abflachung 36 ein
Spalt 37 in der Form eines Kreisabschnittes ergibt. In
diesem Bereich ist die Buchse 34 mit einem Schlitz 38 versehen.
Konkret ist die Richtung des Schlitzes senkrecht zur Keilschräge 31 orientiert.
Auf diese Weise kann die Buchse 34 auf- und zugebogen werden.
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Auch
der Klemmkolben 23 ist auf seiner dem Stützbolzen 12 abgewandten
Längsseite
mit einer Abflachung 39 versehen, so daß auch hier ein Spalt 40 in
Form eines Kreisabschnittes entsteht.
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Wird
nun der Druckraum 27 für
den Klemmkolben 23 mit Druckmittel beaufschlagt, wird der Klemmkolben 23 in
der Darstellung gemäß 2 nach
oben verschoben, wobei die Keilschräge 31 auf der Schräge 35 der
Buchse 34 gleitet. Die Buchse 34 wird dadurch
in die Bohrung 30 gedrückt.
Hierdurch biegt sich die Buchse 34 zu und klemmt den Stützbolzen 12.
Da die Keilschräge 31 so
ausgelegt ist, daß sie
mit einem selbsthemmenden Keilwinkel versehen ist, bleibt die Klemmung
auch erhalten, falls kein Hydraulikdruck mehr am Druckraum 27 anliegt.
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Aufgrund
der Abflachung 36 und des sich dadurch ergebenen Spaltes 37 ergibt
sich bei der Krafteinleitung in die Buchse 34 ein „prismatischer" Effekt. Wie durch
die in 2 eingezeichneten Pfeile angedeutet, ergeben sich
drei derartig zur Mittelachse des Stützbolzens 12 gerichtete
Kräfte,
welche in ihrer Summe höher
sind als bei einer Buchse ohne Abflachung, bei der lediglich zwei
aufeinander zugerichtete Kräfte,
nämlich
von dem Klemmkolben 23 auf die Buchse 34 ausgeübten Kraft
einerseits und einer genau diametral gegenüberliegenden Gegenkraft von der
Bohrung 30 auf die Buchse 34. Es ergibt sich somit
ein kraftverstärkender
Effekt und, in dessen Folge, eine erhöhte Klemmkraft.
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In
den 4 und 5 ist eine Abwandlung der Klemmeinrichtung
für das
Stützelement 10 gemäß 1 bis 3 gezeigt.
Konkret ist an Stelle der Buchse 34 in 4 eine
Buchse 41 mit einem parallel zur Keilschräge 31 verlaufendem
Schlitz 42 gezeigt. Der Schlitz 42 erstreckt sich
zu beiden Seiten des Stützbolzens 12,
ohne jedoch an der einen, in 4 rechten,
Seite das Material vollständig
zu durchdringen.
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In 5 ist
eine Klemmeinrichtung mit zweiteiliger Buchse 43 aus zwei
Halbschalen 44, 45 gezeigt. Auf diese Weise ergibt
sich ein durchgehender Schlitz 46, der im vorliegenden
Fall wiederum parallel zur Keilschräge 31 gerichtet ist.
Selbstverständlich kann
der Schlitz 46 auch jede andere, beliebige Orientierung
haben. Insbesondere kann er auch senkrecht zur Keilschräge 31 orientiert
sein, wie in 2 gezeigt.
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Bei
dem Schwenkspanner 47 gemäß 6 bis 8 wird
ein Spanneisen 48 zum Klemmen eines Werkstücks 49 um
einen Achsbolzen 50 verschwenkt. Hierzu dient ein Betätigungskolben 51. Dieser
Betätigungskolben 51 wird
analog zum Stützbolzen 12 des
Stützelementes 10 gemäß 1 bis 5 betätigt, so
daß hier
analoge Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Jedoch
ist die Zylinderbohrung 15 bei dem Schwenkspanner 47 als nach
unten offene Bohrung ausgeführt
und durch einen Deckel 52 verschlossen.
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Der
Betätigungskolben 51 ist
bei diesem Schwenkspanner 47 direkt in der Bohrung 30 geführt und
wird in der Stellung, in der das Werkstück 49 gespannt ist,
durch eine nachfolgend näher
beschriebene Klemmeinrichtung geklemmt.
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Im
Gehäuse
ist wiederum eine quer zur Längserstreckung
des Betätigungskolben 51 verlaufende
Zylinderbohrung 53 vorgesehen, welche durch einen Deckel 54 verschlossen
ist. In der Zylinderbohrung 53 ist ein Klemmkolben 55 gleitend
geführt. Druckkammern 56, 57 zu
beiden Seiten des Klemmkolbens 55 können über Druckmittelanschlüsse 58, 59 mit
Druckmittel beaufschlagt werden. Der Klemmkolben 55 weist
wiederum eine Keilschräge 60 mit selbsthemmendem
Keilwinkel auf.
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Im
Gegensatz zum Stützelement 10 gemäß 1 bis 5 ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
lediglich ein Zwischenstück 61 vorgesehen,
das einerseits zwei zur Keilschräge 60 komplementäre Schrägen 62 und
andererseits eine zum Betätigungskolben 51 komplementäre, kreisabschnittartige
Nut 63 aufweist (7). Wie
in 6 und insbesondere 8 gut zu
erkennen ist, sind im Bereich beider Stirnseiten des Zwischenstücks 61 zu
beiden Längsseiten
des Klemmkolbens 55 verlaufende Stege 64 vorgesehen,
die das Zwischenstück 61 führen. Der Radius
des Mantels des Zwischenstücks 61 ist
etwas kleiner als der Radius der Bohrung 53 für den Klemmkolben 55,
so daß sich
wischen dem Zwischenstück 61 und
der Bohrung 53 für
den Klemmkolben 55 ein Spalt 69 in Form eines
Kreisbogenabschnittes ergibt. Auf diese Weise ist das Zwischenstück 61 ausschließlich durch
den Klemmkolben 55 geführt.
Gleichzeitig ist das Zwischenstück 61 in
Radialrichtung des Betätigungskolbens 51 beweglich.
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Im
Bereich zwischen den Stegen 64 weist das Zwischenstück 61 eine
Ausnehmung 65 auf, welche beim Klemmen eine gewisse Durchbiegung
des Zwischenstücks 61 erlaubt.
Hierdurch ergibt sich wiederum die bereits weiter oben beschriebene „prismatische" Effekt, jedoch mit
dem Unterschied, daß die auf
den Betätigungskolben 51 drückenden
Längskanten 66 jeweils
für sich
auf den Betätigungskolben 51 drücken. Der
Betätigungskolben 51 stützt sich
dabei in der Bohrung 30 des Gehäuses 13 ab. Die Summe
aus den Anpreßkräften an
den Längskanten 66 und
der Abstützkraft
in der Bohrung 30 halten über die Reibung den Betätigungskolben 51.
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In
den 9 und 10 sind Abwandlungen in der,
anhand der 6 bis 8 gezeigt.
Der Unterschied besteht darin, daß kein kreiszylindrischer Betätigungskolben 51,
sondern ein Betätigungskolben 51 mit
anderen Querschnitten vorgesehen ist.
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Eine
weitere Abwandlung für
ein Klemmstück 67 ist
in 11 und 12 gezeigt.
An seiner dem Betätigungskolben 51 zugewandten
Längsseite weist
das Zwischenstück 67 einen
kreiszylindrischen Mantel mit dem Radius R; auf, welcher zur Mitte
der Bohrung 53 um einen Betrag x versetzt ist. Hierdurch entsteht
ein sichelartiger Spalt 68 zwischen der Bohrung 53 und
dem Zwischenstück 67.
Hierdurch ist eine Bewegung des Klemmstückes 67 quer zur Bohrung 53 in
Richtungen auf dem Betätigungskolben 51 möglich. Gleichzeitig
das Klemmstück 67 aber
in Längsrichtung
des Betätigungskolben 51 in
der Bohrung 53 geführt.
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- 10
- Stützelement
- 11
- Werkstück
- 12
- Stützbolzen
- 13
- Gehäuse
- 14
- Teller
- 15
- Zylinderbohrung
- 16
- Gehäuseunterteil
- 17
- Dichtbuchse
- 18
- Gehäuseoberteil
- 19
- Druckraum
- 20
- Druckraum
- 21
- Hydraulikanschluß
- 22
- Hydraulikanschluß
- 23
- Klemmkolben
- 24
- Zylinderbohrung
- 25
- Deckel
- 26
- Druckraum
- 27
- Druckraum
- 28
- Druckmittelbohrung
- 29
- Druckmittelbohrung
- 30
- Bohrung
- 31
- Keilschräge
- 32
- Bohrung
- 33
- Durchgangsbohrung
- 34
- Buchse
- 35
- Schräge
- 36
- Abflachung
- 37
- Spalt
- 38
- Schlitz
- 39
- Abflachung
- 40
- Spalt
- 41
- Buchse
- 42
- Schlitz
- 43
- Buchse
- 44
- Schale
- 45
- Schale
- 46
- Schlitz
- 47
- Schwenkspanner
- 48
- Spanneisen
- 49
- Werkstück
- 50
- Achsbolzen
- 51
- Betätigungskolben
- 52
- Deckel
- 53
- Zylinderbohrung
- 54
- Deckel
- 55
- Klemmkolben
- 56
- Druckkammer
- 57
- Druckkammer
- 58
- Druckmittelanschluß
- 59
- Druckmittelanschluß
- 60
- Keilschräge
- 61
- Zwischenstück
- 62
- Schräge
- 63
- Nut
- 64
- Steg
- 65
- Ausnehmung
- 66
- Längskanten
- 67
- Zwischenstück
- 68
- Spalt
- 69
- Spalt
- R
- Radius
- x
- Versatz