-
Die
Erfindung betrifft ein Stützelement
mit einem ausfahrbaren und in einer Klemmbuchse fixierbaren Stützbolzen
zum Abstützen
eines oder mehrerer Werkstücke
in oder an Bearbeitungsmaschinen.
-
Das
Stützelement
ist hierbei insbesondere zur Vibrationsdämpfung und zur Lagefixierung
des Werkstücks
vorgesehen. Derartige Abstützelemente sollen
zudem ein Durchbiegen der Werkstücke
bei Bearbeitungsvorgängen
verhindern.
-
Stand der Technik
-
Abstützelemente
zur Unterstützung
eines zu bearbeitenden Werkstücks,
beispielsweise beim Aufspannen eines Gussstückes auf einer Fräs- und/oder Bohrmaschine,
sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Abstützelemente
haben eine Abstützfunktion,
sodass etwa ein Durchbiegen verhindert und ein von einer Bearbeitungsmaschine anderweitig
zu bearbeitendes Werkstück
in einer vorgegebenen Position und Lage sicher gehalten und fixiert
werden kann.
-
Derartige
Stützelemente
weisen einen in einer Klemmbuchse verschiebbaren Stützbolzen
auf, der an das abzustützende
bzw. zu haltende Werkstück
herangeführt
wird und mit diesem in eine Anlagestellung gelangt. In dieser Anlagestellung
wird der Stützbolzen
fixiert bzw. festgesetzt. Hierzu wird die den Bolzen umschließende Buchse
mit einem Druckmittel, etwa mit einer Hydraulikflüssigkeit,
beaufschlagt, sodass der Stützbolzen
durch eine vom eingeleiteten Druckmittel hervorgerufene mechanische Verformung
der Klemmbuchse in dieser unverrückbar
in seiner Lage gehalten wird.
-
Ein
derartiges Stützelement
ist beispielsweise in der
DE
19 01 283 A beschrieben.
-
Da
der in der Klemmbuchse gelagerte Bolzen in einer Lösestellung
leicht beweglich sein muss, sind die Außenwand des Bolzens und die
Innenwand der Klemmbuchse mit einer hohen Maß- und Formgenauigkeit aufeinander
abgestimmt. Für
ein problemloses und leichtes Verstellen oder Verschieben des Stützbolzens
innerhalb der Klemmbuchse ist es daher von Vorteil, wenn die beiden
für ein
reibungsloses Verschieben maßgeblichen
Gleitflächen,
nämlich die
Innenwand der Klemmbuchse und die daran entlang gleitende Außenwand
des Stützbolzens,
möglichst
reibungsfrei aneinander entlang gleiten.
-
Ein
für das
Verschieben des Bolzens vorteilhaftes reibungsarmes Gleiten ist
jedoch für
dessen Arretierung bzw. Klemmung innerhalb der Buchse von Nachteil.
Diese Klemmung des in Axialrichtung verschiebbaren Abstützbolzens
erfolgt durch eine von der Druckmittelbeaufschlagung hervorgerufene elastische
Deformierung der Klemmbuchse in Radialrichtung.
-
Damit
derartige Abstützelemente
die mitunter beträchtlichen
Haltekräfte
in Axialrichtung aufbringen können,
muss das Druckmittel oftmals mit einem Druck im Bereich von bis
zu 500 bar und darüber
hinaus beaufschlagt werden. Diesem Druck muss die Klemmbuchse problemlos
standhalten.
-
Die
Herstellung, Montage und Wartung von Abstützelementen, die diese Spezifikationen
erfüllen, ist
sowohl kosten- als auch arbeitsintensiv. Doch nicht nur das Abstützelement
selbst sondern auch die Druckmittelzuleitungen müssen, um diesen enormen Drücken standzuhalten,
entsprechend aufwändig ausgelegt
sein.
-
Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Abstützelement zur Verfügung zu
stellen, welches ein besseres Verhältnis von aufzubringendem Druck
zu axialer Haltekraft aufweist. So soll entweder bei gleichbleibender Druckbeaufschlagung
eine höhere
axiale Haltekraft, oder umgekehrt, eine gleichbleibende axiale Haltekraft
bereits bei geringerer Druckbeaufschlagung zur Verfügung gestellt
werden.
-
Erfindung und vorteilhafte
Wirkungen
-
Das
erfindungsgemäße Stützelement
ist zum Abstützen
oder Stützen
eines zu bearbeitenden Werkstücks,
beispielsweise im Bereich einer Bearbeitungsmaschine vorgesehen
und mit einem, in einer Klemmbuchse gelagerten und axial verschiebbaren
Bolzen ausgestattet. Der Bolzen ist zum Abstützen des Werkstücks in eine
Anlagestellung mit dem Werkstück
bringbar.
-
So
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Bolzen infolge einer
Druckbeaufschlagung des Stützelements
mit geringer Kraft gegen das abzustützende oder einzuspannende
Werkstück
fährt. Der
in eine Anlagestellung ausgefahrene Bolzen ist durch Beaufschlagung
der Klemmbuchse mit einem Druckmittel in der Klemmbuchse fixierbar.
Durch die Druckbeaufschlagung erfährt die den Bolzen umgebende
Innenwand der Klemmbuchse eine mechanische Deformierung in auf die
Buchsengeometrie bezogen radialer Richtung, der zufolge eine Klemmwirkung
zwischen Klemmbuchse und Stützbolzen
erreicht wird. Die letztlich auf den Stützbolzen einwirkende Kraft
kann hydraulisch, pneumatisch oder gar mechanisch aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird die Klemmbuchse mit einer Hydraulikflüssigkeit
beaufschlagt.
-
Nach
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haft- und/oder Gleitreibung
von Stützbolzen
und Klemmbuchse gegenüber
vorbekannten Stützelementen
erhöht
wird. Zur Erhöhung
eines Reibungskoeffizienten zwischen den Gleitflächen, d. h. zwischen Bolzenaußenwand
und der Innenwand der Klemmbuchse ist an zumindest einer der Gleitflächen wenigstens
bereichsweise eine reibungserhöhende Oberfläche vorgesehen.
Hierdurch soll vor allem die Haftreibung zwischen Stützbolzen
und Klemmbuchse erhöht
werden, sodass bereits mit einer geringeren Druckbeaufschlagung
auf das Druckmittel eine erforderliche axiale Halte- oder Abstützkraft
aufgebracht werden kann.
-
Durch
die reibungserhöhende
Oberflächenbeschaffenheit
zumindest einer Gleitfläche
kann das Verhältnis
von auf die Klemmbuchse aufzubringendem Druck zu axialer Haltekraft
verbessert werden.
-
So
kann unter Reduzierung des auf das Druckmittel einwirkenden Drucks
eine vergleichbare axiale Haltekraft aufgebracht werden. Infolge
einer solchen Druckminimierung bei gleich bleibender Halte- oder
Stützwirkung
kann schließlich
die Klemmbuchse den verringerten Druckanforderungen entsprechend
ausgelegt und dimensioniert werden. Des Weiteren kommt aufgrund
des geringeren Druckmitteldrucks auch eine Miniaturisierung der
Buchse und/oder des Stützbolzens
in Frage. Dies geht zudem mit einer Kosten minimierenden Materialeinsparung
einher.
-
Alternativ
hierzu kann durch die reibungserhöhende Oberfläche an zumindest
einer der beiden Gleitflächen
die maximal aufzubringende Haltekraft des Stützelements in vorteilhafter
Weise erhöht
werden.
-
Nach
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die reibungserhöhende
Oberfläche
als Beschichtung ausgebildet ist. So kann entweder die Innenwand
der Klemmbuchse und/oder die Bolzenaußenwand wenigstens bereichsweise
mit einer reibungserhöhenden
Beschichtung versehen werden, sodass sich insgesamt der Reibungskoeffizient
zwischen den beiden Gleitflächen,
nämlich
Bolzenaußenwand
und Innenwand der Klemmbuchse, in erfindungsgemäßer Weise erhöht.
-
Es
können
sowohl die Bolzenaußenwand
als auch die Innenwand der Klemmbuchse vollständig oder auch nur bereichsweise
mit einer Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung kann hierbei
flächenausfüllend, aber
auch ring- oder streifenartig an den miteinander korrespondierenden
Gleitflächen ausgebildet sein.
So ist es denkbar, dass an der Bolzenaußenwand bzw. an der korrespondierenden
Innenwand der Klemmbuchse in Umfangsrichtung verlaufende, axial
voneinander beabstandete Beschichtungsringe vorgesehen sind. In
Axialrichtung verlaufende Längsstreifen
kommen hierbei ebenso infrage.
-
Des
Weiteren ist denkbar, lediglich einen Teilbereich der Gleitflächen flächendeckend
mit einer reibungserhöhenden
Oberfläche
bzw. Beschichtung zu versehen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen werden,
die Außenwand
des Bolzens in einem dem ausfahrbaren Teil des Bolzens gegenüberliegenden Endabschnitt
mit einer reibungserhöhenden
Oberfläche
zu versehen und entsprechend die Innenwand der Klemmbuchse im Bereich
ihres offenen, dem Werkstück
zugewandten Endabschnitts mit der reibungserhöhenden Oberfläche zu versehen.
-
Hierdurch
kann erreicht werden, dass die miteinander korrespondierenden reibungserhöhenden Oberflächen von
Bolzen und Klemmbuchse erst dann gegenüber bzw. bereichsweise überlappend zueinander
zu liegen kommen, wenn der Bolzen eine ausgefahrene Stellung, wie
etwa die Anlagestellung mit dem Werkstück erreicht.
-
Dies
hat den Vorteil, dass der Bolzen bei einem anfänglichen Verfahren aus der
Grundstellung relativ leicht verschiebbar ist und sich eine größere Haftreibung
zwischen Klemmbuchse und Stützbolzen
erst bei Erreichen des Bolzens in der Anlagestellung mit dem Werkstück einstellt.
-
Weiterhin
ist vorgesehen, dass als Beschichtungsmaterial diamantartiger Kohlenstoff
vorgesehen ist. Eine solche Diamantbeschichtung ist besonders hart,
weist einen geringen Verschleiß auf
und hält den
im Bereich der Schnittstelle zwischen Stützbolzen und Klemmbuchse auftretenden
Belastungen problemlos stand.
-
Weiterhin
kann als Beschichtungsmaterial Aluminiumoxid oder ein keramisches
Material vorgesehen werden. Dementsprechend kann die reibungserhöhende Oberfläche der
zumindest einen Gleitfläche
als keramische Beschichtung oder Aluminiumoxidbeschichtung ausgebildet
werden.
-
Nach
einer optionalen Ausführungsform
ist vorgesehen, dass zur Beschichtung der zumindest einen Gleitfläche ein
Aufbringen des Beschichtungsmaterials in Pulverform und ein anschließendes Sintern
vorgesehen ist. Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt vorzugsweise
beim Einhonen der beiden Gleitpaare, Bolzen und Hülse. Die
Kombination von Beschichten und Honen bei der Herstellung des Stützelements
ermöglicht
eine passgenaue Fertigung unter Einhaltung der erforderlichen Maßhaltigkeit
beziehungsweise -toleranzen.
-
Nach
einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Beschichtungsdicke 1 μm bis 20 μm beträgt, vorzugsweise im Bereich
um 10 μm liegt.
Eine derart dünne
Beschichtung ist einerseits für
die Herstellung der rauen Oberflächen
ausreichend. Zum anderen kann eine solch dünne Beschichtung nahezu problemlos
an der Schnittstelle zwischen Bolzen und Klemmbuchse angebracht
werden, ohne dass die geometrischen Abmessungen dieser Komponenten
grundlegend verändert
werden müssen.
-
Weiterhin
ist vorgesehen, dass die reibungserhöhende Oberfläche der
zumindest einen Gleitfläche
mittels zerspanender, fräsender
und/oder abtragender Bearbeitungsverfahren erzeugbar ist. Ein Aufrauen
der Oberfläche
des Stützbolzens
und/oder der Innenwand der Klemmbuchse kann beispielsweise durch
grobes Schleifen oder eine chemische Ätzbehandlung, womöglich gar
durch ein lasergestütztes Ätzen erfolgen.
-
Insofern
kann ein für
die Erfindung vorgesehenes Aufrauen der aneinander gleitenden Oberflächen prinzipiell
auch ohne Aufbringen einer reibungserhöhenden Beschichtung erfolgen.
-
Ausführungsbeispiel
-
Weitere
Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich
anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels anhand der
Zeichnung. Dabei bilden sämtliche
beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer
sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung;
auch unabhängig
von den Patentansprüchen
und deren Rückbeziehung.
-
Die
einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des Stützelements
im Querschnitt.
-
Das
Stützelement 10 weist
eine zylindrische Klemmbuchse 12 mit einem in der zylindrischen
Aufnahme verschiebbaren bzw. verfahrbaren Stützbolzen 14 auf. Dieser
kann beispielsweise durch geringe Druckbeaufschlagung mit lediglich
geringer Kraft nach oben gegen ein abzustützendes Werkstück verfahren
werden.
-
Alternativ
oder ergänzend
hierzu kann diese Verfahrbewegung auch von der axial gelagerten
Spiralfeder 18 unterstützt
oder gar gänzlich
von dieser ausgeführt
werden.
-
Am
unteren Sockel der Klemmbuchse 12 ist ein Hydraulikanschluss 16 vorgesehen, über welchen
ein Druckmittel, vornehmlich eine Hydraulikflüssigkeit, der Klemmbuchse 12 zugeführt werden
kann. Durch eine Druckbeaufschlagung der Klemmbuchse 12 unterliegt
deren Innenwand 20 einer elastischen Deformierung, der
zufolge der Bolzen 14 in Radialrichtung eingeklemmt wird
bzw. in der Buchse 12 eingespannt wird.
-
Die
Innenwand 20 der Klemmbuchse 12 und die Bolzenaußenwand 22 bilden
dabei eine reibschlüssige
Verbindung, der zufolge das Abstützelement 10 die
zum Abstützen
des (nicht dargestellten) Werkstücks
erforderliche Haltekraft in Axialrichtung aufbringen kann. Zur Erhöhung des
Reibungskoeffizienten, insbesondere des Haftreibungs-Koeffizienten,
sind bei dem hier gewählten
Ausführungsbeispiel
die beiden miteinander korrespondierenden Gleitflächen 20, 22 von
Stützbolzen
und Klemmbuchse mit einer reibungserhöhenden Oberfläche versehen.
-
Hierzu
kommt insbesondere eine reibungserhöhende bzw. raue Beschichtung,
etwa eine Diamantbeschichtung infrage. Durch die Aufrauung der Gleitflächen kann
die Effizienz des Stützelements 10 in
vorteilhafter Weise gesteigert werden. Zumindest kann das Verhältnis von
aufzubringendem Druck auf das Druckmittel und der daraus resultierenden,
vom Stützbolzen
aufzubringenden axialen Stützkraft
erheblich verbessert werden.
-
- 10
- Stützelement
- 12
- Klemmbuchse
- 14
- Stützbolzen
- 16
- Hydraulikanschluss
- 18
- Spiralfeder
- 20
- Buchseninnenwand
- 22
- Bolzenaußenwand