DE102006062295B4

DE102006062295B4 - Klemmvorrichtung mit mindestens einem umgreifenden Klemmelement

Info

Publication number: DE102006062295B4
Application number: DE102006062295A
Authority: DE
Inventors: Guenther Zimmer; Martin Zimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: DE102006062295A1

Abstract

Klemmvorrichtung zur Anbringung an einem parallel zu einer Schiene (9, 91, 92) geführten Schlitten,
– mit einem die Schiene (9, 91, 92) zumindest teilweise umgreifenden Gehäuse (10),
– mit mindestens einem im oder am Gehäuse (10) fremdangetriebenen Klemmelement (40),
– mit einer Rückhubvorrichtung (50) für das oder die Klemmelemente (40),
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Schiene (9, 91, 92) im Kontaktbereich zum Klemmelement (40) im Querschnitt jeweils eine abgewinkelte Kontur hat,
– dass das einzelne Klemmelement (40) zwei – beim Klemmen die Schiene (9, 91, 92) kontaktierende – ebene Reibflächen (43, 44) hat, wobei diese einen Winkel (47) zwischen 4 und 45 Winkelgraden einschließen,
– dass die auf die Schiene (9, 91, 92) wirkenden Bremskräfte eines Klemmelementes (40) eine Winkelhalbierende haben, deren Richtung mit der Richtung der auf das Klemmelement (40) wirkenden Antriebskraft übereinstimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur Anbringung an einem parallel zu einer Schiene geführten Schlitten mit einem die Schiene zumindest teilweise umgreifenden Gehäuse, mit mindestens einem im oder am Gehäuse angeordneten fremdangetriebenen Klemmelement und mit einer Rückhubvorrichtung für das oder die Klemmelemente.
Aus der DE 199 02 596 A1 ist eine derartige Klemmvorrichtung bekannt. In einem Gehäuse ist ein separates Klemmelement quer zur Schienenlängsrichtung beweglich gelagert. Das als Kolben ausgebildete Klemmelement wird direkt pneumatisch angetrieben. Der Rückhub erfolgt durch die elastische Rückverformung des Kolbens.
In der DE 100 33 128 A1 wird eine Feststelleinrichtung beschrieben, die eine zylindrische Achse gegenüber einem Gehäuse feststellen kann. Dazu wird die Achse zangenartig von zwei Klemmbacken umgriffen, die über ein Schiebekeilgetriebe aufeinander zubewegt werden können. Jeder Klemmbacken hat zwei kantenartige Klemmbereiche, die beim Klemmen an der Achse anliegen.
Ferner ist aus der WO 2004/073920 A1 eine Sicherheitsverriegelung bekannt, mit der ein Schlitten an einer zylindrischen Stange festgeklemmt werden kann. Dazu werden zwei plane Reibflächen, die einen Winkel von 120 Winkelgraden einschließen, gegen die Stange gepresst, indem die eine Reibfläche über ein Schraubgetriebe gegen die andere Reibfläche verschoben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Klemmvorrichtung zu entwickeln, die bei großen Klemmkräften einen einfachen und bauraumsparenden Aufbau hat und zudem dauerhaft wartungsfrei ist.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu hat die Schiene im Kontaktbereich zum Klemmelement im Querschnitt jeweils eine abgewinkelte Kontur. Das einzelne Klemmelement hat zwei – beim Klemmen die Schiene kontaktierende – ebene Reibflächen, wobei diese einen Winkel zwischen 4 und 45 Winkelgraden einschließen. Die auf die Schiene wirkenden Klemmkräfte eines Klemmelementes haben eine Winkelhalbierende, deren Richtung mit der Richtung der auf das Klemmelement direkt wirkenden Antriebskraft übereinstimmt.
Bei dieser Vorrichtung wird z. B. ein als Klemmelement gestalteter Pneumatik- bzw. Hydraulikkolben gegen eine Schiene gepresst, um den die Vorrichtung tragenden Schlitten an der Schiene zu halten bzw. festzuklemmen. Dabei besteht – je nach Ausführungsart – die Vorrichtung nur aus einem einteiligen Gehäuse, dem Reibflächen aufweisenden Klemmelement und einer Rückhubvorrichtung. Letztere umfasst z. B. ein mechanisches Federelement und ein oder zwei Halteelemente zur Festlegung und Führung des Federelements.
Diese Konstruktion benötigt nur wenige, unkomplizierte Bauteile, die zudem auf einfachste Weise montierbar sind.
Der den Klemmhub bewirkende Fremdantrieb des oder der Klemmelemente sowie der Antrieb für den Lösehub kann u. a. auch nach einem elektrischen, piezoelektrischen, elektromechanischen, oder mechanischen Prinzip funktionieren. Ggf können das oder die Klemmelemente direkt oder indirekt über ein oder mehrere Getriebe mittels mindestens einem wärme- bzw. stromgesteuerten Formgedächtniselement angetrieben werden. Es ist auch denkbar verschiedenartige Antriebe für den Klemm- und/oder Schließhub miteinander zu kombinieren.
Der Querschnitt der Schiene kann beliebig geformt sein, sofern er mindestens eine Kante zur Anlage einer klemmenden Reibfläche hat.
Selbstverständlich kann die Klemmvorrichtung auch vollständig in einen Führungsschuh oder in den Schlitten integriert werden.
Die Vorrichtung ist nicht auf lineare Führungen beschränkt. Sie kann – bei einer entsprechenden Anpassung der Reibflächen – auch auf Kreisbahnen oder anderen z. B. in einer Ebene liegenden gekrümmten Bahnen verwendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
1: Dimetrische Ansicht einer Klemmvorrichtung mit einem Klemmelement;
2: Querschnitt zu 1 in der Höhe der Rückhubfedern;
3: Querschnitt einer Klemmvorrichtung mit einer profilierten Schiene;
4: Klemmelementanlage an einem Rautenprofil;
5: Klemmelementanlage im unteren Bereich einer doppelprismatischen Profilschiene.
Die 1 zeigt eine dimetrisch dargestellte Klemmvorrichtung im Maßstab 1:1. Die Vorrichtung hat z. B. ein quaderförmiges Gehäuse (10) mit einer in Gehäuselängsrichtung bzw. Führungslängsrichtung (5) zentral angeordneten Führungsausnehmung (15). In der zur Gehäuseoberseite offenen umgriffartigen Führungsausnehmung (15) ist z. B. eine im Querschnitt T-förmige Schiene (9) angeordnet. Letztere ist in der Regel an dem den Schlitten tragenden Maschinenbett befestigt, vgl. 2. Von der Gehäuseoberseite (11) her hat das Gehäuse (10) eine zumindest annähernd rechteckige Ausnehmung (21), in der ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Klemmelement (40) gelagert ist. Das Klemmelement (40) stützt sich mittels zweier Rückholfedern (55) über Stützschrauben (51) am Gehäuse (10) ab.
Aus Stabilitätsgründen wird das Gehäuse (10) – bei einer freihängenden Schiene (9) – in der Regel so am tragenden Schlitten befestigt, dass die Gehäuseoberseite (11) an der Schlittenwandung anliegt, an der es befestigt ist.
2 zeigt das z. B. einteilige Gehäuse (10) und die Schiene (9) im Querschnitt. Die Schiene (9) ist am Maschinenbett über an der Schienenlängsseite angeordnete Schienenträger (8) befestigt. Um die Schiene (9) umgreifen zu können, hat das Gehäuse (10) hierzu der Länge nach z. B. eine v-förmige Nut (18), die sich mit einer beispielsweise zumindest annähernd rechteckigen Durchgangsausnehmung (16) überschneidet. Zusammen bilden die Durchgangsausnehmung (16) und die Nut (18) die Führungsausnehmung (15). Im Gehäuse (10) ist die Durchgangsausnehmung (16) mit Führungselementen (19) zumindest bereichsweise ausgekleidet, vgl. auch 1. Die Führungselemente (19), die sehr gute Gleiteigenschaften besitzen und mehrteilig sein können, umgreifen die Schiene (9) beispielsweise auf 300 Winkelgraden. In der Regel liegt der Umgriffswinkel (27) bei offenen Umgriffen, vgl. 2, zwischen 270 und 320 Winkelgraden.
Die Führungselemente (19) stellen i. d. R. jeweils eine Gruppe aus mehreren Gleitlagerplatten dar. Ggf. können stattdessen auch Kugelumlaufschuhe verwendet werden.
Alternativ hierzu kann auf die Führungselemente (19) verzichtet werden, wenn z. B. ein aus einer Aluminiumlegierung gefertigtes Gehäuse (10, 110) im Bereich der Durchgangsbohrung hartcoatiert – z. B. anodisch oxidiert – wird.
Die verschiedenen, besonders flach bauenden Gehäuse (10, 110) der Vorrichtung, vgl. 2 und 3, haben in den beiden Ausführungsbeispielen eine Höhe, die dem 2,1-fachen des Schienendurchmessers entspricht.
Die Ausnehmung (21) zur Aufnahme des Pneumatikkolbens (40) bzw. des Klemmelements hat eine Quaderform, wobei die normal zur Rückseite (48) orientierten Quaderformkanten mittels relativ großer Radien abgerundet sind. Im Bereich des planen Bodens (22) der Ausnehmung (21) münden Zu- bzw. Ablaufbohrungen (24) mit Gewindeanschlüssen (25) zur Zu- bzw. Abführung des Druckgases in den Druckraum (23).
Zur Befestigung am – in 2 nicht dargestellten – Schlitten hat das Gehäuse (10) mehrere Befestigungsbohrungen (29), vgl. 1.
Das den Pneumatikkolben darstellende Klemmelement (40) ist in erster Näherung ein Quader mit einer Quernut (41), der über einen in einer Nut sitzenden Dichtring (45) in der Ausnehmung (21) dichtend angeordnet ist. Die in der Rückseite (48) des Klemmelements (40) angeordnete Quernut (41) hat zwei ein ander gegenüberliegende Planflächen, die der Vorrichtung als Reibflächen (43, 44) dienen und zumindest annähernd eben sind. Beide Reibflächen (43, 44) schließen nach den 2-5 einen 16°-Reibflächenwinkel (47) ein, vgl. 4. Jede Reibfläche (43, 44) ist gegenüber der vertikalen Mittenlängsebene (6) um den halben Reibflächenwinkel (47) geneigt. Die Quernut (41) verbreitert sich in Richtung des pneumatischen Hubs. Die theoretische Schnittlinie zwischen den Ebenen der Reibflächen (43, 44) verläuft parallel zur Führungslängsrichtung (5). Der Nutgrund der Quernut (41) ist zur Minderung der Kerbwirkung und zur Erhöhung der Formsteifigkeit mit großen Radien ausgerundet.
Das Klemmelement (40) ist z. B. aus einem Einsatzstahl hergestellt. Die Reibflächenzonen sind beispielsweise einsatzgehärtet. Ggf. werden die Reibflächenzonen durch eingesetzte, austauschbare Klemmbeläge (39) ersetzt, vgl. 3. Die Klemmbeläge (39) sind dann z. B. aus einem entsprechenden Sinterwerkstoff gefertigt. Die Klemmbeläge (39) sind z. B. wendbar ausgelegt, so dass sie nach einem bestimmten Verschleiß um 180 Winkelgrade gewendet wieder mit dem Klemmelement (40) verschraubt werden.
Alternativ hierzu kann auch das gesamte Klemmelement (40) aus einem Sinterwerkstoff gefertigt sein.
Beidseits der Quernut (41) sind in der Rückseite (48) zwei Sacklochbohrungen (46) zur Aufnahme der Rückhubfeder (55) angeordnet. Beide Bohrungen haben als Federauflage jeweils einen planen Bohrungsgrund.
In die Ausnehmung (21) mündet von jeder Längsseite des Gehäuses her eine Gewindebohrung (28), deren Mittellinie parallel zur Oberseite (11) und senkrecht zur vertikalen Mittenlängsebene (6) orientiert ist. Die Gewindebohrungen (28), die z. B. an den Gehäuselängsseiten mit Schraubensenkungen ausgestattet sind, liegen oberhalb des Führungsbereichs des Klemmelements (40). In den Gewindebohrungen (28) sitzen Stützschrauben (51), die in den Hohlraum der Ausnehmung (21) hineinragen. Dort liegt im Bereich des Schraubenendes der einzelnen Stützschraube (51) ein Federführungsbolzen (52) an. Letzterer hat einen Kopf- und einen Zylinderabschnitt. Der Zylinderabschnitt steckt im Innenraum der jeweiligen Rückholfeder (55). Die Rückholfeder (55) stützt sich am verbreiterten Kopfabschnitt ab. Der Kopfabschnitt hat im Ausführungsbeispiel eine Querkerbe (53) mit z. B. einem halbkreisförmigen Querschnitt. Über die Querkerbe (53) liegt der Federführungsbolzen (52) an der jeweiligen Stützschraube (51) an, vgl. auch 1.
Nach den 1 bis 3 werden pro Klemmvorrichtung als Klemmelementrückholvorrichtung (50) u. a. zwei Rückholfedern (55) benutzt. Selbstverständlich können auch mehrere Federn oder auch ganze Gruppen von Federn benutzt werden, z. B. Tellerfederpakete. Auch andere Federtypen oder andere mechanische, elektromechanische, piezoelektrische, pneumatische oder hydraulische Rückholsysteme können eingesetzt werden.
Die 3 zeigt eine andere Lösungsvariante für die Vorrichtung. Hier wird ein Schlitten (1) über eine sog. doppelprismatische Führungsschiene (91) an einem Maschinenbett (2) geführt. In den 3 und 4 ist ein Abschnitt dieser Führungsschiene (91) dargestellt. Sie besteht aus einem Stab mit einem annähernd quaderförmigen Hüllquerschnitt, in den beidseitig je eine im Wesentlichen v-förmige Nut eingearbeitet ist. Die Führungsschiene (91) kontaktiert über ihre Bodenfläche (97) z. B. das sie tragende Maschinenbett (2).
Die Führungsschiene (91) wird von dem Gehäuse (10) beidseitig umgriffen. Das Klemmelement (40) drückt beim Klemmen von oben her auf die Führungsschiene (91). Dabei berührt es die Führungsschiene (91) an den im oberen Bereich der Schiene (91) gelegenen Profilkanten (31, 32). Das Betätigungsprinzip und die Art der Reibflächenanordnung entspricht der Lösungsvariante nach den 1 bzw. 2.
In der 5 wird die Führungsschiene (91) von einem mindestens zweiteiligen Klemmelement (40) umgriffen. Die Kontaktzonen des Klemmelements (40) kontaktieren beim Klemmen die Führungsschiene (91) im unteren Bereich an den dort gelegenen Profilkanten (31, 32).
In 4 wird ein Schienentyp (92) gezeigt, der einen rautenförmigen Querschnitt hat. Beispielsweise seine rechte Profilkante (32) wird gebildet durch zwei ebene Flanken (35) und (36). Beide Flanken (35, 36) schließen hier einen Winkel (37) ein. Der Winkel (37) beträgt z. B. 90 Winkelgrade. Vergleichbares gilt auch für den Schienentyp nach den 1 und 2, da dort der im Prinzip rechteckige Schienenquerschnitt nur beispielhaft angefast ausgeführt ist.
Die die Profilkanten (31, 32) bildenden Flanken der Variante nach 3 schließen einen Winkel von 135 Winkelgraden ein. Hierbei liegt eine Flanke in einer zur Mittenlängsebene (6) parallelen Ebene.
Alle Konturen, also die jeweiligen Umrisse der entsprechenden Querschnitte, liegen über eine Kante (31, 32) an den Reibflächen (43, 44) des Klemmelements (40) an. Diese Kanten haben i. d. R. einen Krümmungsradius, der kleiner als 0,5 Millimeter ist. Diese Kanten können auch eine vergleichbare Fase haben.
Durch diese Kanten ergibt sich in der Kontaktzone der Reibfläche zumindest theoretisch ein Linienkontakt.
Die auf die Schiene (9, 91, 92) wirkenden Bremskräfte eines Klemmelementes (40) haben eine Winkelhalbierende, deren Richtung mit der Richtung der auf das Klemmelement (40) wirkenden Antriebskraft zumindest annähernd übereinstimmt.

1: Schlitten
2: Maschinenbett
5: Führungslängsrichtung, Schlittenbewegung
6: vertikale Mittenlängsebene
8: Schienenträger
9: Schiene, Führungsschiene, T-förmig
10: Gehäuse
11: Gehäuseoberseite
12: Gehäuseunterseite
13, 14: Gehäusestirnseiten
15: Ausnehmung, umgriffartig
16: Durchgangsausnehmung
17: Mittellinie
18: Nut, v-förmig
19: Führungselemente, Gleitlager
21: Ausnehmung für (40)
22: Boden
23: Druckraum
24: Zu- und Ablaufbohrungen
25: Gewindeanschlüsse
27: Umgriffswinkel, vgl. 2
28: Gewindebohrungen
29: Befestigungsbohrungen
31, 32: Profilkanten
35, 36: Flanken einer Profilkante
37: Flankenwinkel
39: Klemmbeläge
40: Klemmelement, Pneumatikkolben
41: Quernut
43, 44: Reibflächen
45: Dichtring
46: Sacklochbohrungen
47: Reibflächenwinkel, vgl. 4
48: Rückseite
50: Klemmelementrückholvorrichtung
51: Stützschrauben, Senkkopf- oder Zylinderkopfschrauben
52: Federführungsbolzen
53: Querkerbe
55: Rückholfedern
91: Schiene mit rautenförmigem Querschnitt
92: Schiene mit doppelprismatischem Querschnitt
97: Bodenfläche der Schiene (91)

Claims

Klemmvorrichtung zur Anbringung an einem parallel zu einer Schiene (9, 91, 92) geführten Schlitten, – mit einem die Schiene (9, 91, 92) zumindest teilweise umgreifenden Gehäuse (10), – mit mindestens einem im oder am Gehäuse (10) fremdangetriebenen Klemmelement (40), – mit einer Rückhubvorrichtung (50) für das oder die Klemmelemente (40), dadurch gekennzeichnet, – dass die Schiene (9, 91, 92) im Kontaktbereich zum Klemmelement (40) im Querschnitt jeweils eine abgewinkelte Kontur hat, – dass das einzelne Klemmelement (40) zwei – beim Klemmen die Schiene (9, 91, 92) kontaktierende – ebene Reibflächen (43, 44) hat, wobei diese einen Winkel (47) zwischen 4 und 45 Winkelgraden einschließen, – dass die auf die Schiene (9, 91, 92) wirkenden Bremskräfte eines Klemmelementes (40) eine Winkelhalbierende haben, deren Richtung mit der Richtung der auf das Klemmelement (40) wirkenden Antriebskraft übereinstimmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgewinkelten Konturen der Schiene (9, 91, 92) Schnitte der Flanken (35, 36) von in Führungslängsrichtung (5) ausgerichteten Profilkanten (31, 32) sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (35, 36) einen Winkel (37) von 40 bis 178 Winkelgraden einschließen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (40) pneumatisch, hydraulisch, elektrisch, piezoelektrisch, elektromechanisch, mechanisch, oder über mindestens ein wärmegesteuertes Formgedächtniselement angetrieben ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Klemmelement (40) ein pneumatisch oder hydraulisch direkt angetriebener Kolben einer Zylinder-Kolbeneinheit ist, wobei der Zylinder eine Ausnehmung (21) des Gehäuses (10) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (21) eine rechteckige Querschnittsfläche mit abgerundeten Ecken ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhubvorrichtung (50) einen pneumatischen, hydraulischen, elektrischen, piezoelektrischen, elektromechanischen oder mechanischen Antrieb hat oder über mindestens ein wärmegesteuertes Formgedächtniselement bewegt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Gehäuses (10, 110) kleiner ist als das 2,2-fache der Schienenhöhe (95).