-
Die
Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum axialen Spannen zweier
voneinander lösbarer Maschinenbauteile, beispielsweise
zum Spannen eines Aufnahmekörpers an einem Hohlschaftkegel (HSK)
eines Werkzeuges oder eines Werkzeugträgers.
-
Aus
der
DE 102 41 860
A1 ist ein Exzenterspanner zum Spannen von Hohlschaft-Kegelwerkzeugen
bekannt, bei welchen eine Spannung über einen drehbetätigbaren
Spannexzenter bewirkt wird. Der Exzenter ist drehbar in einer Querbohrung
in einer Aufnahme des Hohlschaft-Kegelwerkzeuges angeordnet. In
einer Längsachse der Aufnahme befindet sich eine Zugstange,
die von dem Exzenterteil des Exzenters durchsetzt ist. Ein Drehen
des Exzenters bewirkt eine Verschiebung der Zugstange, woraufhin
radial spreizbare Spannbacken des Exzenterspanners in den Hohlschaftkegel
eingreifen und eine Verbindung bewirken. Die Exzenterspannkraft
wird bei dieser Lösung nicht unmittelbar auf die Zugstange
oder die Spannbacken, sondern mittelbar über ein Pendelstück
auf die Zugstange übertragen. Hierdurch wirkt die Exzenterspannkraft
als Flächen- statt einer Linienkraft auf die Zugstange.
Das Pendelstück und der Exzenterspanner weisen Mittenbohrungen auf,
sodass in einer Spannstellung ein durchlaufender Kanal für
ein Kühl- oder Schmiermittel ausgebildet ist. Der aus dieser
Druckschrift bekannte Exzenterspanner weist den Nachteil auf, dass
das erforderliche Drehmoment zum Spannen des Exzenterspanners nur
umständlich auf diesen übertragen werden kann.
Hierfür benötigt der Bediener einen speziellen Drehmomentschlüssel.
Die eingestellten Spannkräfte sind in Folge von Fertigungstoleranzen
und Materialermüdungen nur bedingt konstant. Wird in der Praxis
aus Bequemlichkeitsgründen auf die Verwendung eines Drehmomentschlüssels
verzichtet, so besteht die Gefahr, dass entweder die aufgebrachten Momente
zu klein sind, was ein ungewolltes Lösen des Spanners zur
Folge haben kann, oder dass durch zu große eingeprägte
Momente der Exzenterspanner zerstört wird. Alternativ können
derartige Exzenterspanner unter Anwendung eines grundsätzlich hohen
Drehmomentes gespannt werden, wobei dadurch die dauerhafte Funktionssicherheit
ebenfalls eingeschränkt ist. Ein weiterer Nachteil dieser
Lösung besteht darin, dass der sich über mehrere
Bauteile erstreckende Kanal für das Schmier- oder Kühlmittel
nur bedingt dicht ausgeführt werden kann.
-
Die
DE 10 2005 015 787
A1 zeigt eine Exzenterspannvorrichtung zum axialen Spannen
zweier voneinander lösbarer Maschinenbauteile. Diese Spannvorrichtung
zeichnet sich gegenüber der in der
DE 102 41 860 A1 gezeigten
Lösung insbesondere dadurch aus, dass der Kanal für
das Schmier- oder Kühlmittel nicht durch den Exzenter geführt
ist, sondern beispielsweise sich in einem Fußbereich der Zugstange
in mindestens zwei Kanäle aufteilt, welche den Exzenter
umgehen und anschließend wieder zu einem gemeinsamen Versorgungskanal
zusammenlaufen. Hierdurch wird ein weitgehend dichter Kanal für
das Schmier- bzw. Kühlmittel ermöglicht. Auch
die aus der
DE
10 2005 015 787 A1 bekannte Lösung weist den Nachteil
auf, dass genau festgelegte Spannkräfte nur mit einem hohen
Aufwand über den Exzenter eingestellt werden können.
Zudem kann das die Spannung bewirkende Drehmoment durch den Bediener
nur sehr ungenau dosiert werden, da in dem relevanten Bereich des
Drehwinkels des Exzenters bereits kleine Drehwinkeländerungen große Änderungen
der Spannkraft bewirken.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der
DE 10 2005 015 787
A1 darin, eine Spannvorrichtung zum axialen Spannen zweier
voneinander lösbarer Maschinenbauteile bereitzustellen,
bei der eine genaue Einstellung der Spannkraft aufwandsarm möglich
ist. Eine Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, das selbsttätige Öffnen
der Spannverbindung auch unter extremer Vibrationsbeanspruchung,
wie beispielsweise während der Zerspannung mit hohen statischen
und dynamischen Kräften, weitgehend zu verhindern.
-
Die
genannte Aufgabe wird durch eine Spannvorrichtung gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung dient zum axialen
Spannen eines ersten Maschinenbauteiles und eines zweiten Maschinenbauteiles.
In einem Innenraum des ersten Maschinenbauteils ist eine axial verschiebbare
Zugstange angeordnet, welche zwischen einer Lösestellung
und einer Spannstellung axial verschiebbar ist. In einem Kopfbereich
der Zugstange wirkt diese auf mindestens zwei radial bewegliche
Spannbacken, die in eine in einem Hohlschaft des zweiten Maschinenbauteiles vorgesehene
Aufnehmung eingreifen und so eine Spannung zwischen den beiden Maschinenbauteilen ermöglichen.
Die Spannbacken können durch eine axiale Kraft der Zugstange
radial nach außen bewegt werden.
-
Die
Spannvorrichtung umfasst weiterhin einen Spannbolzen, der im ersten
Maschinenbauteil drehbar gelagert ist. Der Spannbolzen umfasst eine Spannscheibe,
die sich mit dem Spannbolzen gemeinsam dreht. Die Spannscheibe ist
derart angeordnet, dass sie in einem Durchbruch in einem Fußbereich
der Zugstange gegen die Zugstange anschlagbar ist. Hierdurch kann
die Spannkraft vom Spannbolzen auf die Zugstange übertragen
werden. Die Spannscheibe weist einen Radius zur Drehachse des Spannbolzens
auf, der sich in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Drehbolzens ändert.
Dieses Merkmal ist erforderlich, um durch eine Drehung des Spannbolzens
mit der Spannscheibe eine Verschiebung der Zugstange zu bewirken.
Würde der genannte Radius konstant sein, das heißt
die Spannscheibe wäre kreisförmig und konzentrisch
zum Spannbolzen, könnte durch eine Drehung des Spannbolzens
keine Verschiebung der Zugstange bewirkt werden. Erfindungsgemäß ist
der genannte Radius zumindest in einem Spannbereich des Umfanges
der Spannscheibe so bemessen, dass er dem Radius einer archimedischen
Spirale gleicht. Bei dem Spannbereich handelt es sich um einen oder
mehrere Teile des Umfanges der Spannscheibe, die zu einer Spannung
der Spannvorrichtung führen, wenn sie an die Zugstange anschlagen.
Der Spannbereich kann beispielsweise durch denjenigen Teil des Umfanges
der Spannscheibe gebildet sein, der während einer bestimmten Sechstel-
oder Vierteldrehung des Spannbolzens an der Zugstange anschlägt.
Der Spannbereich kann auch durch Abschnitte eines Teiles des Umfanges der
Spannscheibe gebildet sein, welche bevorzugt zum Anschlagen an die
Zugstange geeignet sind.
-
Die
Ausführung der Spannscheibe in Form einer archimedischen
Spirale liegt im Sinne der hier beschriebenen Erfindung dann vor,
wenn die tatsächlichen Radien der Spannscheibe im Spannbereich unter
Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen, Verschleiß und
funktionsspezifischer Abweichungen den Radien einer archimedischen
Spirale gleichen. Eine archimedische Spirale kann mathematisch in ebenen
Polarkoordinaten durch die Funktion r(φ)= a·φ beschrieben
werden. Folglich ist die Vergrößerung des Radius
proportional zum Drehwinkel. Somit kann der Bediener durch ein gleichmäßiges
Drehen am Spannbolzen einen gleichmäßigen linearen
Vorschub der Zugstange bewir ken. Eine derartige lineare Übertragung
ist mit den Lösungen gemäß dem Stand
der Technik nicht möglich, da die dort verwendeten Exzenter,
bei denen es sich um kreisförmige Bolzen bzw. Scheiben
handelt, die um einen Punkt außerhalb ihres Mittelpunktes
rotieren, keinen linearen Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Radienzunahme
zeigen. Die Spannkraft der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
kann mit einer geeigneten Wahl der Spiralensteigung a in Bezug auf
den Spiralenradius über den gesamten Spannbereich selbsthemmend
ausgelegt werden. Eine hohe Spannkraft führt zu einer hohen
Lösekraft und folglich zu einer hohen Spannsicherheit.
-
Die
oben genannte Teilaufgabe der Erfindung wird durch eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung gelöst, bei welcher
der Spannbereich des Umfanges der Spannscheibe Rastmulden aufweist,
in die ein Rastvorsprung an der Zugstange einrastbar ist. Diese
Rastmulden führen dazu, dass ein öffnen der Spannverbindung
höhere Momente erforderlich macht, wodurch die Spannsicherheit
nochmals erhöht ist. Gleichzeitig erlauben die Rastmulden eine
einfache Bedienung der Spannvorrichtung, da der Bediener durch eine
Auswahl einer Rastmulde eine definierte Spannkraft erzielen kann
und hierfür keine weiteren Hilfsmittel benötigt.
Der Spannbereich der Spannscheibe. kann beispielsweise drei oder fünf
oder auch mehr Rastmulden aufweisen. Diejenige Rastmulde, welche
an der Position des kleinsten Radius auf der archimedischen Spirale
liegt, bewirkt die kleinste Spannkraft, während diejenige
Rastmulde, welche an der Position des größten
Radius auf der archimedischen Spirale liegt, die größte
Spannkraft bewirkt, wenn der Rastvorsprung in die jeweilige Rastmulde
eingerastet ist. Die Spannscheibe kann derart ausgeführt
werden, dass die mittlere Rastmulde einer Normspannkraft entspricht.
Die Rastmulden führen dazu, dass der Radius der Spannscheibe
im Bereich der Rastmulden geringfügig verkleinert ist und
dadurch vom Maß der mathematisch idealen archimedischen
Spirale abweicht. Es handelt sich dabei um funktionsspezifische
Abweichungen, die im Ausführungsbereich der Erfindung liegen
und die erfindungsgemäßen Vorteile hinsichtlich
des gleichmäßigen Vorschubes der Zugstange nur
unwesentlich beeinträchtigen. Der Umfang der Spannscheibe
im Spannbereich kann alternativ auch derart ausgeführt werden,
dass insbesondere die Radien in den Rastmulden ihrerseits den Radien
einer archimedischen Spirale gleichen.
-
Der
Rastvorsprung ist vorzugsweise durch eine zylinderförmige
Erhöhung an der Zugstange oder durch einen in die Zugstange
eingesetzten Stift gebildet. Die Zylinderform der Erhöhung
bzw. des Stiftes ermöglicht ein gleitendes Ein- und Ausrasten in
die Rastmulden der Spannscheibe. Der Stift kann auch gefedert in
die Zugstange eingebracht sein, um mit einer konstanten Kraft gegen
die Spannscheibe zu wirken. Bei alternativen Ausführungsformen
können der Rastvorsprung und die Rastmulden abgewandelte
Formgebungen aufweisen. Beispielsweise lässt sich eine
Rastkugel verwenden. Die Rastmulden können auch elliptische,
dreieckige oder ähnliche Querschnittsgestaltungen besitzen.
-
Die
erfindungsgemäße Spannvorrichtung umfasst vorzugsweise
einen Versorgungskanal, welcher durch das zweite Maschinenbauteil
und die Zugstange geführt ist. Der Versorgungskanal kann
beispielsweise zur Weiterleitung einer Schmier- oder Kühlflüssigkeit
genutzt werden. Der Versorgungskanal mündet vorzugsweise
in den Fußbereich der Zugstange ein und teilt sich dort
zur Umgehung des Durchbruches in mindestens zwei Kanäle
auf, um anschließend wieder zu einem einzigen Versorgungskanal
zusammen zu laufen. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass der
Versorgungskanal beispielsweise durch den Spannbolzen geleitet werden
muss, wodurch die Dichtigkeit des Versorgungskanals beeinträchtigt
wäre. Der Versorgungskanal kann auch zusätzlich
durch das erste Maschinenbauteil geführt werden.
-
Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen,
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Spannvorrichtung in einer Spannstellung;
-
2 ein
Detail der in 1 gezeigten Spannvorrichtung;
-
3 eine
modifizierte Ausführungsform des in 2 gezeigten
Details der Spannvorrichtung;
-
4 einen
Spannbolzen der in 1 gezeigten Spannvorrichtung
in drei Ansichten;
-
5 den
in 4 gezeigten Spannbolzen in einer Wirkverbindung
mit einem Rastvorsprung;
-
6 eine
in 1 gezeigte Zugstange im Detail;
-
7 eine
in 3 gezeigte Zugstange im Detail;
-
8 die
in 1 gezeigte Spannvorrichtung in einer Lösestellung;
-
9 die
in 1 gezeigte Spannvorrichtung in einer weiteren
Querschnittsdarstellung; und
-
10 die
in 9 gezeigte Spannvorrichtung in einer Lösestellung.
-
1 zeigt
eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Spannvorrichtung, welche zum lösbaren Spannen eines Hohlschaftkegels 01 an einem
Aufnahmekörper 02 dient. Die Erfindung kann auch
unter Verwendung anderer Hohlschäfte, anstelle des in 1 gezeichneten
Hohlschaftkegels, mit anderen geometrischen Formen der inneren Spannschultern
umgesetzt werden. Eine derartige Spannvorrichtung kann beispielsweise
an einer Werkzeugmaschine verwendet werden, die mit einer Spindel als
Aufnahmekörper zur Aufnahme eines Hohlschaftkegels ausgestattet
ist. Der Aufnahmekörper 02 ist innen hohl ausgeführt,
wobei in dem ausgebildeten Hohlraum eine Zugstange 03 angeordnet
ist. Die Zugstange 03 ist einerseits mit dem Aufnahmekörper 02 verbunden
und ragt andererseits in den Hohlraum des Hohlschaftkegels 01 hinein.
An der Zugstange 03 sind in einem Kopfbereich der Zugstange
im Hohlraum des Hohlschaftkegels 01 radial bewegliche Spannbacken 04 angeordnet,
welche rückseitig an eine konusförmige Spannfläche 06 des
Hohlschaftkegels 01 anschlagen und so ein Spannen des Aufnahmekörpers 02 gegenüber
dem Hohlschaftkegels 01 ermöglichen. Die Spannbacken 04 sind
axial zwischen einem Spannkopf 07 und einer Stützscheibe 08 eines
Federpuffers 09 angeordnet. Wirkt eine Kraft übenden
Federpuffer 09 in Richtung des Spannkopfes 07,
werden die Spannbacken 04 radial nach außen bewegt.
Hierfür weisen die Spannbacken 04 einerseits und
die Stützscheibe 08 sowie der Spannkopf 07 andererseits
zueinander geneigte Anschlagflächen auf. Die axiale Spannposition
des Spannkopfes 07 wird mit Hilfe einer Konterschraube 11 fixiert.
Die Spannbacken 04 werden umfänglich durch eine
Wurmfeder 12 umschlos sen, wodurch die Spannbacken 04 radial
nach innen gedrängt sind.
-
Im
Aufnahmekörper 02 ist weiterhin ein Spannbolzen 13 angeordnet,
der im Aufnahmekörper 02 drehbar gelagert ist.
Der Spannbolzen 13 ist durch einen Durchbruch oder eine
Ausnehmung in einem Fußbereich der Zugstange 03 geführt,
sodass der Aufnahmekörper 02 und die Zugstange 03 über
den Spannbolzen 13 verbunden sind. Im Bereich der Zugstange 03 weist
der Spannbolzen 13 eine Spannscheibe 14 auf. Die
Spannscheibe 14 hat einen Querschnitt, der nicht rotationssymmetrisch
bezogen auf die Drehachse des Spannbolzens 13 ist. Eine
Drehung des Spannbolzens 13 mit der Spannscheibe 14 bewirkt,
dass die Zugstange 03 gegenüber dem Aufnahmekörper
axial verschoben wird. Die Spannscheibe 14 schlägt
an einen durch eine zylinderförmige Erhöhung gebildeten
Rastvorsprung 16 der Zugstange 03 an. Wird der
Spannbolzen 13 mit der Spannscheibe 14 derart
gedreht, dass ein größer werdender Radius der
Spannscheibe 14 auf den Rastvorsprung 16 wirkt,
wird die Zugstange 03 tiefer in den Aufnahmekörper 02 gezogen.
Gleichzeitig wird der Spannkopf 07 in Richtung des Federpuffers 09 verschoben,
wodurch die Spannbacken 04 radial ausgefahren werden. Der
Federpuffer 09 ändert während des Ausfahrens
der Spannbacken 04 seine axiale Position noch nicht. Wird
der auf den Rastvorsprung 16 der Zugstange 03 wirkende
Radius der Spannscheibe 14 weiter vergrößert,
wirkt eine axial größer werdende Kraft auf den
Federpuffer 09, da das weitere Ausfahren der Spannbacken 04 durch ein
Anschlagen derselben an die Innenfläche des Hohlschaftkegels 01 verhindert
ist. Der Federpuffer 09 federt nun ein und die Verspannung
kann durch weiteren Kraftaufbau über die Spannbacken 04 abgeschlossen
werden. Somit sind der Hohlschaftkegel 01 und der Aufnahmekörper 02 vollständig
gegeneinander gespannt.
-
Zum
Lösen der Spannvorrichtung ist der Spannbolzen 13 entgegengesetzt
zu drehen, sodass der gegenüber dem Rastvorsprung 16 der
Zugstange 03 wirkende Radius der Spannscheibe 14 abnimmt. Zunächst
federt der Federpuffer 09 aus, wodurch die Spannkraft verschwindet.
Anschließend vergrößert sich der Abstand
zwischen dem Spannkopf 07 und der Stützscheibe 08 des
Federpuffers 09, wodurch sich die Spannbacken 04 infolge
der durch die Wurmfeder 12 bewirkten Kraft radial nach
innen bewegen und den Hohlschaftkegel 01 wieder freigeben.
-
Die
Spannvorrichtung umfasst weiterhin einen Kühlmittelkanal 17,
welcher durch einen Kanalabschnitt 18 in dem Hohlschaftkegel 01,
einen Kanalabschnitt 19 in der Zugstange 03 und
einen Kanalabschnitt (nicht gezeigt) in dem Aufnahmekörper 02 gebildet
ist. Der Kanalabschnitt 19 in der Zugstange 03 ist
im Bereich der Ausnehmung für den Spannbolzen 13 zweigeteilt,
sodass zwei Teilkanäle 21 gebildet sind. Eine
Abdichtung des Kanalabschnittes 18 im Hohlschaftkegel 01 gegenüber
dem Kanalabschnitt 19 in der Zugstange 03 erfolgt
mit einem stirnseitigen O-Ring 22. Eine Abdichtung des
Kanalabschnittes 19 in der Zugstange 03 gegenüber
dem Aufnahmekörper 02 erfolgt durch zwei O-Ringe 23 im
Aufnahmekörper 02. Der Kühlmittelkanal 17 weist
durch die gesamte Spannvorrichtung hinweg lediglich zwei Verbindungsstellen
auf, welche durch die O-Ringe 22, 23 sicher abgedichtet
sind. Der Kühlmittelkanal 17 kann alternativ auch
zur Verteilung eines Schmiermittels genutzt werden.
-
2 zeigt
ein Detail der in 1 gezeigten Spannvorrichtung.
Insbesondere sind die Spannscheibe 14 und die Zugstange 03 im
Bereich der Ausnehmung für die Spannscheibe 14 gezeigt.
Die Spannscheibe 14 weist in einem Spannbereich 24 mehrere
Rastmulden 26 auf, die in den durch eine zylinderförmige
Erhö hung gebildeten Rastvorsprung 16 einrastbar
sind. Die zum Öffnen der Spannvorrichtung erforderlichen
Drehmomente am Spannbolzen 13 sind durch die Rastmulden 26 erhöht,
wodurch gewährleistet ist, dass sich die Spannvorrichtung
auch unter Einwirkung einer sehr großen Vibrationsbeanspruchung,
wie zum Beispiel während der Zerspannung mit hohen statischen
und dynamischen Kräften nicht selbsttätig öffnet.
Weiterhin erlauben die Rastmulden 26 dem Bediener, eine
definierte Position des Spannbolzens 13 einzustellen, ohne
hierfür besondere Werkzeuge benutzen zu müssen.
Die Positionen der Rastmulden 26 können mit Markierungen
an einer Skala korrespondieren, an welcher der Bediener beim Spannen
die ausgewählte Spannkraft ablesen kann.
-
3 zeigt
eine gegenüber der in 1 gezeigten
Spannvorrichtung abgewandelte Ausführungsform, bei welcher
der Rastvorsprung durch einen in die Zugstange 03 eingesetzten
Stift 27 (oder eine Rastkugel) gebildet ist. Diese Ausführungsform weist
den Vorteil auf, dass sich der Rastvorsprung durch einen Austausch
des Stiftes 27 erneuern lässt, insofern dieser
nach häufiger Benutzung verschlissen ist. Außerdem
kann die federnde Rastwirkung bei dieser Ausführung verbessert
werden, wenn der Stift 27 in Rastrichtung federbelastet
wird. Durch diese Bauform lassen sich weiterhin Fertigungstoleranzen
oder temperaturbedingte Maßänderungen ausgleichen,
die andernfalls zu einem Verklemmen der Spannvorrichtung führen
könnten.
-
4 zeigt
den in 1 gezeigten Spannbolzen 13 in drei Ansichten.
Abbildung a) der 4 zeigt eine Vorderansicht;
Abbildung b) zeigt eine Seitenansicht und Abbildung c) zeigt einen
Querschnitt des Spannbolzens 13. Der Spannbolzen 13 umfasst einen
Bolzenkopf 28 mit einem Innensechskant (gezeigt in 9 und 10)
zum Ansetzen eines Werkzeuges zum Drehen des Spannbolzens 13.
Der mittlere axiale Abschnitt des Spannbolzens 13 ist durch
die Spannscheibe 14 mit den Rastmulden 26 gebildet.
Die Spannscheibe 14 weist in der gezeigten Ausführungsform
eine Höhe auf, die größer als ihr mittlerer
Durchmesser ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine
große Fläche auf der Spannscheibe 14 gegenüber
dem Rastvorsprung 16 der Zugstange 03 wirken kann.
Die Spannscheibe kann jedoch auch flach ausgeführt werden.
Ein unterer axialer Abschnitt des Spannbolzens 13 ist durch
einen Zapfen 29 gebildet. Der Bolzenkopf 28 und
der Zapfen 29 sind zylindrisch und konzentrisch zueinander
ausgeführt. Der Bolzenkopf 28 und der Zapfen 29 sind
innerhalb passender zylinderförmiger Ausnehmungen in dem
Aufnahmekörper 02 angeordnet, wodurch der Spannbolzen 13 im
Aufnahmekörper 02 rotierbar ist. In Abbildung
c) der 4 ist insbesondere die Spannscheibe 14 im
Querschnitt gezeigt. Die eingezeichneten Hilfslinien verdeutlichen,
dass die Rotationsachse des Spannbolzens nicht zentrisch zur Spannscheibe
verläuft. Außerdem ist der Umfangsverlauf im Spannbereich 24 mit
den dort positionierten Rasten 26 ersichtlich. Wie bereits
erläutert, folgt dieser Umfangsverlauf dem Kurvenlauf einer
archimedischen Spirale, also bezogen auf die Darstellung entgegen
dem Uhrzeigersinn mit wachsendem Abstand von der Rotationsachse.
-
5 zeigt
die in 3 gezeigte Spannscheibe 14 mit dem Stift 27 im
Querschnitt. Wird die Spannscheibe 14 in eine Spannrichtung 31 gedreht, vergrößert
sich im Spannbereich 24 der Radius der Spannscheibe 14 in
Bezug auf die Rotationsachse des Spannbolzens 13. Wird
die Spannscheibe 14 in eine Löserichtung 32 gedreht,
so verkleinert sich der Radius der Spannscheibe 14 in Bezug
auf die Rotationsachse des Spannbolzens 13 und in Bezug
auf den Stift 27. Der Spannbereich 24 umfasst
einen Drehwinkel von etwa 60°, was etwa einer Sechsteldrehung des
Spannbolzens 13 entspricht. Innerhalb dieses Spannbereiches 24 sind
fünf kreisförmige Rastmulden 26 angeordnet.
Erfindungsgemäß gleicht der Radius der Spannscheibe 14 gegenüber der
Rotationsachse des Spannbolzens 13 innerhalb des Spannbereiches 24 dem
Radius einer archimedischen Spirale. Hierdurch ist die Radienzunahme
der Spannscheibe 14 im Spannbereich 24 proportional zum
Drehwinkel des Spannbolzens 13. Somit bestehen gegenüber
einem einfachen Exzenter, der nur einen eingeschränkten
linearen Übertragungsbereich besitzt, bereits prinzipielle
Vorteile. Die Spannkraft kann mit einer geeigneten Wahl der Spiralensteigung in
Bezug auf den Spiralenradius über den gesamten Spannbereich 24 selbsthemmend
ausgelegt werden. Beträgt die Radienzunahme beispielsweise
0,04 mm je 7,5° Drehwinkel, so beträgt die Kraftzunahme über drei
Rastmulden von insgesamt etwa 45° Abstand bereits 6 kN.
Wird die Radienzunahme beispielsweise mit 0,08 mm je 7,5° Drehwinkel
gewählt, so beträgt die Kraftzunahme im gleichen
Bereich von drei Rastmulden bereits 12 kN. In der gezeigten Ausführungsform
sind die fünf Rastmulden 26 in einem Abstand von
jeweils 15° zueinander angeordnet. Folglich ergibt sich
ein Winkelbereich für die Rastmulden 26 von 60°.
Der Radienverlauf der Spannscheibe 14 erstreckt sich über
70° Drehwinkel gemäß einer archimedischen
Spirale. Die Nennspannstellung befindet sich in der Mitte des Spannbereiches 24,
sodass jeweils zwei Rastmulden 26 rechts und links von
dieser Mittelstellung wirksam werden können.
-
Die
Tiefe der Rastmulden 26 ist in Abhängigkeit von
der Nenngröße des Spannbolzens 13 auszulegen.
In der gezeigten Ausführungsform beträgt die Tiefe
der Rastmulden etwa 1/50 des mittleren Radius der Spannscheibe 14 im
Spannbereich 24, das heißt etwa 0,2 mm. Die Breite
der umfänglichen Abschnitte zwischen den Rastmulden 26 beträgt
bei der gezeigten Ausführungsform das etwa 2,5-fache der
Tiefe der Rastmulden 26, das heißt etwa 0,5 mm.
-
Für
eine Vorzugsnenngröße HSK 63 (Anlagedurchmesser
des Werkzeuges: 63 mm) weist die Spannscheibe 14 einen
mittleren Radius von vorzugsweise etwa 10 mm auf. Die Radienzunahme
ist beispielsweise mit 4 mm je 360° zu wählen,
wodurch sich ein Spannbereich von 0,667 mm für den Spannbereich 24 von
etwa 60° ergibt. Die Spannvorrichtung kann folglich mit
axialen Toleranzen des zu spannenden Hohlschaftkegels 01 von
etwa 0,6 mm betrieben werden. Typische Toleranzen derartiger Werkzeuge liegen
jedoch bei weniger als ±0,1 mm. Folglich besitzt die erfindungsgemäße
Spannvorrichtung eine ausreichende Funktionssicherheit. Bevorzugte
Ausführungsformen erfordern daher nicht mehr als drei Rastmulden 26.
-
Der
zylinderförmige Stift 27 ermöglicht einen schmiegenden
Kontakt zwischen der Spannscheibe 14 und der Zugstange 03.
Der Radius des Stiftes 27 steht zum mittleren Radius der
Spannscheibe 14 im Spannbereich 24 im Verhältnis
von vorzugsweise 1 zu 2,5.
-
Beim
Spannen der Spannvorrichtung ist diese zunächst bis zu
einer vorgegebenen Rastmulde 26 zu spannen. Hierbei kann
es sich beispielsweise um die dritte Rastmulde 26 handeln,
die ein Bediener mit normaler Handkraft erreichen kann. Durch die Vorgabe
einer definierten Raststellung in einer der Rastmulden 26 ist
die Verwendung eines Drehmomentschlüssels oder eines anderen
Werkzeuges nicht erforderlich. Die Spannvorrichtung ist vorzugsweise
derart auszuführen, dass in der vorgegebenen Raststellung 26 mittlere
Spannkräfte bei mittleren Toleranzen der zu spannenden
Teile erreicht werden.
-
Die
Tiefe der Rastmulden 26 ist in Relation zum elastischen
Verhalten der geteilten Komponenten so zu wählen, dass
der Spannkraftabfall vom Bereich zwischen den Rastmulden 26 bis
in eine der Rastmulden 26 gering ist. Bei der gezeigten
Ausführungsform fällt die Spannkraft in einem
Maße zurück, welches der Drehung des Spannbolzens 13 von
weniger als 10° entspricht, sodass das Drehmoment-Spannkraft-Verhältnis
nicht wesentlich verschlechtert ist.
-
6 zeigt
die in 1 gezeigte Zugstange 03 im Detail. Es
ist insbesondere der durch eine zylinderförmige Erhöhung
gebildete Rastvorsprung 16 in der Ausnehmung für
die Rastspannscheibe 14 (hier nicht gezeigt) dargestellt.
-
7 zeigt
die in 3 gezeigte Zugstange im Detail. Es ist insbesondere
eine Ausnehmung für den Stift 27 (hier nicht gezeigt)
neben der Ausnehmung für die Spannscheibe 14 (hier
nicht gezeigt) dargestellt.
-
8 zeigt
die in 1 gezeigte Spannvorrichtung in einer Lösestellung.
Zur Erzielung der Lösestellung wurde der Spannbolzen 13 um
etwa 180° gedreht, sodass ein kleiner Radius der Spannscheibe 14 gegenüber
dem Rastvorsprung 16 wirkt. Der Federpuffer 09 ist
vollständig entlastet und der Spannkopf 07 ist
derart von der Stützscheibe 08 des Federpuffers 09 beabstandet,
dass die Spannbacken 04 vollständig radial nach
innen einfahren konnten. Die Zugstange 03 ist gegenüber
dem Aufnahmekörper 02 vollständig ausgefahren,
wobei sich ein geringfügiger Abstand zwischen der Spannscheibe 14 und
dem Rastvorsprung 16 ausgebildet hat.
-
9 zeigt
die in der Spannstellung befindliche in 1 gezeigte
Spannvorrichtung in einer weiteren Querschnittsdar stellung. Der
in 9 gezeigte Querschnitt verläuft senkrecht
zu dem in 1 gezeigten Querschnitt. Folglich
ist der Spannbolzen 13 im Längsschnitt gezeigt.
Es ist insbesondere die Lagerung des Bolzenkopfes 28 und
des Zapfens 29 des Spannbolzens 13 in dem Aufnahmekörper 02 gezeigt.
Weiterhin ist der Innensechskant 31 im Bolzenkopf 28 gezeigt,
in welchen ein Werkzeug zum Drehen des Spannbolzens 13 eingesetzt
werden kann.
-
Die
Komponenten der Spannvorrichtung können aufwandsarm montiert
werden. Hierzu werden die Zugstange 03 mit dem Spannkopf 07,
den Spannbacken 04, der Wurmfeder 12 und dem Federpuffer 09 in
die Ausnehmung des Aufnahmekörpers 02 eingesetzt.
Anschließend wird der Spannbolzen 13 quer zur
Zugstange 03 eingesetzt und mit einen Tangentialstift 32 gesichert.
-
10 zeigt
die in 8 in Lösestellung gezeigte Spannvorrichtung
in einer weiteren Querschnittsdarstellung. Der in 10 gezeigte
Querschnitt verläuft senkrecht zu dem in 8 gezeigten Querschnitt.
-
- 01
- Hohlschaftkegel
- 02
- Aufnahmekörper
- 03
- Zugstange
- 04
- Spannbacken
- 05
-
- 06
- konusförmige
Spannfläche
- 07
- Spannkopf
- 08
- Stützscheibe
- 09
- Federpuffer
- 10
-
- 11
- Konterschraube
- 12
- Wurmfeder
- 13
- Spannbolzen
- 14
- Spannscheibe
- 15
-
- 16
- Rastvorsprung
- 17
- Kühlmittelkanal
- 18
- Kanalabschnitt
im Hohlschaftkegel
- 19
- Kanalabschnitt
in der Zugstange
- 20
-
- 21
- Teilkanäle
in der Zugstange
- 22
- O-Ring
am Hohlschaftkegel
- 23
- O-Ring
im Aufnahmekörper
- 24
- Spannbereich
der Spannscheibe
- 25
-
- 26
- Rastmulden
- 27
- Stift
- 28
- Bolzenkopf
- 29
- Zapfen
- 31
- Innensechskant
- 32
- Tangentialstift
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10241860
A1 [0002, 0003]
- - DE 102005015787 A1 [0003, 0003, 0004]