DE102009006520B4

DE102009006520B4 - Mechanisches Spannelement und Spannsystem

Info

Publication number: DE102009006520B4
Application number: DE102009006520A
Authority: DE
Inventors: Martin Zollmann
Original assignee: Zollmann GmbH
Current assignee: Zollmann GmbH
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: DE102009006520A1; US20100192344A1; US8635751B2

Abstract

Spannsystem mit einer Spannmutter (1; 40; 110; 130) und einem Schlüssel (70; 80) zum Anziehen der Spannmutter, wobei die Spannmutter (1; 40; 110; 130) an ihrer Stirnseite (2; 42) einen Innenrand und einen Außenrand aufweist und wobei wenigstens eine Aussparung (3; 43) zur Aufnahme von wenigstens einem Vorsprung (73; 83) des Schlüssels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (3; 43) außenrandständig oder innenrandständig ist und die Stirnseite (2; 42) an dem gegenüberliegendem Rand geschlossen ist und wobei die wenigstens eine Aussparung (3; 43) mit wenigstens einem Hinterschnitt (6; 11; 133; 183; 192) zum Untergreifen durch den wenigstens einen Vorsprung (73; 83) des Schlüssels (70; 80) versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannsystem mit einer Spannmutter und einem Schlüssel zum Anziehen der Spannmutter sowie ein mechanisches Spannelement und die Verwendung eines Hinterschnittprofils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Es sind bereits verschiedene mechanische Spannelemente bekannt. Spannmuttern kommen beispielsweise zum Spannen von Spannzangen zum Einsatz, die zum Einspannen von Werkzeugschäften in der Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine verwendet werden. Insbesondere bei begrenztem Raum und engem Zugang zu dem Spannelement müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, damit der erforderliche Kraftaufwand zum Spannen ausgeübt wenden kann. Herkömmlicherweise erfolgt das Spannen mit Hilfe eines Schlüssels, der beispielsweise mit Stiften ausgestattet ist, die in lochförmige Vertiefungen der Spannmutter eingreifen, sodass mit Hilfe des Schlüssels die Spannmutter gespannt werden kann. Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 296 08 677 U1 beschreibt beispielsweise eine Spannmutter mit langlochförmigen Vertiefungen zum Eingriff der Stifte eines Schlüssels.
Um zu vermeiden, dass der Schlüssel abrutschen kann, beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 1 052 047 A2 eine Spannmutter, die nutenförmige Vertiefungen zum Eingriff der an einem Spannschlüssel angeordneten Stifte vorsieht. Die Nuten sind mit einem schwalbenschwanzförmigen Querschnitt ausgebildet, sodass ein Abrutschen des Schlüssels durch das Hintergreifen der Stifte des Schlüssels, die ein komplementäres Profil aufweisen, in dem Hinterschnitt der Nuten vermieden wird. Auch andere Formen des Hinterschnitts sind bereits beschrieben. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 103 02 529 A1 eine vergleichbare Spannmutter, bei der die Nuten ein S-förmiges Profil als Hinterschnitt aufweisen. Durch das hinterschnittene Profil der Nuten kann zwar eine gewisse Stabilisierung der Mutter am Schlüssel erreicht werden, allerdings kann dennoch ein seitliches Herausrutschen der Mutter aus dem Schlüssel nicht vollständig verhindert werden. Die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 201 19 008 U1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, den Kragen einer Spannmutter mit einem separaten Sicherungsring zu versehen, der das seitliche Verschieben oder Herausgleiten des Schlüssels aus den Nuten vermeiden soll. Dieses separate Element zur Sicherung der Mutter ist jedoch in der Praxis zu aufwendig und umständlich, und daher nicht zur Lösung des Problems geeignet.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein mechanisches Spannelement bzw. ein Spannsystem mit einer Spannmutter und einem Schlüssel zur Verfügung zu stellen, das die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und ein verrutschungsfreies und sicheres Spannen eines mechanischen Spannelements mit minimalem Kraftaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Spannsystem mit einer Spannmutter und einem Schlüssel sowie durch ein mechanisches Spannelement gelöst, wie es in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben ist. Bevorzugte Ausführungsformen des Spannsystems bzw. des Spannelements ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Spannsystem umfasst eine Spannmutter bzw. ein mechanisches Spannelement und einen Schlüssel zum Anziehen der Spannmutter. Die Spannmutter weist an einer ihrer Stirnseiten wenigstens eine und vorzugsweise zwei oder mehr Aussparungen auf, die zur Aufnahme von Vorsprüngen des Schlüssels vorgesehen sind. Die Aussparungen sind entweder am Außenrand oder am Innenrand der Spannmutter angeordnet, wobei der jeweils gegenüberliegende Rand, also der Innenrand oder der Außenrand, geschlossen ist. Hierdurch können die Vorsprünge des Schlüssels entweder von außen oder von innen angreifen und in die Aussparungen der Spannmutter eingeführt werden. Die Aussparungen der erfindungsgemäßen Spannmutter bzw. des erfindungsgemäßen Spannsystems sind mit wenigstens einem Hinterschnitt zum Hintergreifen bzw. Untergreifen durch die Vorsprünge des Schlüssels versehen. Dies gewährleistet ein verrutschungsfreies Eingreifen des Schlüssels. Insbesondere kann durch den Hinterschnitt die Mutter nicht aus dem Schlüssel herausfallen. Der innenrandständig bzw. außenrandständig geschlossene Bereich der Stirnseite der Spannmutter erhöht die Stabilität der Spannmutter, sodass es beispielsweise nicht zu einem Bruch von stirnseitenständigen Erhebungen kommt, wie es bei Spannmuttern aus dem Stand der Technik auftreten kann. Zudem wird durch die innenrandständig oder außenrandständig geschlossene Stirnseite der Spannmutter ein seitliches radiales Verschieben oder Herausgleiten des Schlüssels aus den Aussparungen vermieden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannsystems ist die Aussparung etwa langlochförmig mit zwei Schmalseiten und zwei Langseiten, wobei eine der Langseiten geschlossen und eine der Langseiten offen ist. Bei außenrandständigen Aussparungen ist die äußere Langseite offen bzw. entspricht dem äußeren Umfang der Spannmutter. Bei innenrandständigen Aussparungen ist die innere Langseite der Aussparung offen bzw. entspricht dem Umfang des Innenrands der Spannmutter. Die dieser offenen Seite gegenüberliegende Langseite der Aussparung ist mit wenigstens einem Hinterschnitt versehen. Die Schmalseiten können ebenfalls einen oder mehrere Hinterschnitte aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Schmalseiten der Aussparungen keinen Hinterschnitt auf, das heißt die Kante bzw. die innere Oberfläche der Schmalseiten steht zumindest teilweise senkrecht bzw. rechtwinklig zur Oberfläche der Stirnseite der Spannmutter. Im Folgenden wird die Gestaltung der inneren Oberflächen bzw. der Innenkanten in den Aussparungen auch als Profil bezeichnet. Die Schmalseiten der Aussparungen stellen die eigentlichen Angriffsflächen des Schlüssels beim Anziehen oder Lösen der Spannmutter dar. Dies sind die Bereiche, an denen eine Drehmomentübertragung stattfindet. Im Vergleich mit den hinterschnittenen Profilen dieser Angriffsfläche bei bekannten Spannmuttern ermöglicht die Erfindung einen wesentlich besseren Eingriff der Vorsprünge des Spannschlüssels bei der Kraftübertragung durch die plane Angriffsfläche. Die Drehmomentübertragung kann daher mit einem wesentlich verbesserten Wirkungsgrad erfolgen. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Schmalseiten der Aussparung ein nicht passgenaues Angreifen der Flächen, auf die die Kraft wirkt, vermieden, sodass es nicht zu Verformungen oder Einkerbungen und damit zu einem Verschleiß oder zu Beschädigungen dieser Angriffsflächen kommen kann.
In bevorzugter Weise weisen die Schmalseiten eine teilkreisförmig oder andersförmig erweiterte Öffnung auf, wobei vorzugsweise auch die teilkreisförmige oder andersförmige Erweiterung der Schmalseiten ohne Hinterschnitt realisiert ist. Durch diese Vergrößerung der Angriffsfläche für die Vorsprünge des Spannschlüssels bei der Kraftübertragung kann die Drehmomentübertragung weiter verbessert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannsystems weist die hinterschnittene Langseite der Aussparung wenigstens einen Abschnitt ohne Hinterschnitt, insbesondere einen zentralen Abschnitt ohne Hinterschnitt und zwei Abschnitte mit Hinterschnitt auf. Die Abschnitte mit Hinterschnitt liegen vorzugsweise zu beiden Seiten des zentralen Abschnittes. Beispielsweise kann die geschlossene Langseite der Aussparung im Profil eine Dreiteilung mit Abschnitten aufweisen, die jeweils etwa die gleiche Länge umfassen. Der zentrale Abschnitt kann im Profil im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der Stirnseite der Spannmutter gestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn dieser Abschnitt eine oder mehrere nach oben offene Abschrägungen aufweist. Dieser zentrale Abschnitt dient zum Einführen der Vorsprünge des Schlüssels sowie zum Führen und Positionieren der Vorsprünge. Die Führung kann insbesondere durch die nach oben offenen Abschrägungen noch verbessert werden. Nach dem Einführen der Vorsprünge des Schlüssels über den zentralen Abschnitt wird vom Anwender eine leichte Drehung des Schlüssels im oder gegen den Uhrzeigersinn durchgeführt, wodurch die Vorsprünge des Schlüssels in entweder den einen oder den anderen Abschnitt der Aussparung mit Hinterschnitt bzw. mit Einkerbung eingreifen. In dieser Position ist die Mutter im Schlüssel durch den Hinterschnitt gesichert und kann beispielsweise nach dem Lösen nicht herausfallen. Nach dieser gesicherten Positionierung des Schlüssels kann die Kraftübertragung zum Anziehen oder Lösen der Spannmutter erfolgen, wobei diese Kraftübertragung durch das im Wesentlichen rechtwinklige Profil der Schmalseiten insbesondere auch mit einer großen Drehmomentübertragung problemlos vorgenommen werden kann.
In bevorzugter Weise bildet der zentrale Abschnitt ohne Hinterschnitt eine radial nach innen oder nach außen, je nachdem, ob die Aussparung außenrandständig oder innenrandständig angeordnet ist, vergrößerte Öffnung der Aussparung. Hierdurch wird eine vergrößerte Eingriffsfläche für die Vorsprünge des Schlüssels bereitgestellt, die das Einführen des Schlüssels erleichtert.
Die beschriebene Gestaltung der Aussparungen und des Hinterschnittprofils der Aussparungen ermöglicht ein benutzerfreundliches Einführen der Vorsprünge des Schlüssels in die Aussparung(en) des Spannelements, wobei der Schlüssel durch leichtes Drehen gegen und mit dem Uhrzeigersinn ausgerichtet und die Vorsprünge des Schlüssels in die Abschnitte mit Hinterschneidungen geführt werden, wobei ein Herausgleiten oder Abrutschen des Schlüssels vermieden wird. In dieser Position greifen die Vorsprünge des Schlüssels im Wesentlichen formschlüssig an einer der Schmalseiten der Aussparungen mit im Wesentlichen rechtwinkligem und planem Profil an, sodass die Kraftübertragung zum Anziehen oder Lösen der Spannmutter in besonders vorteilhafter Weise, nämlich in Drehrichtung stattfinden kann. Hierbei kann der Schlüssel nicht ausbrechen und es kommt nicht zu einer Verkantung von Schlüssel und Spannmutter.
Der Hinterschnitt des Profils kann im Wesentlichen Z-förmig als sogenannter Schwalbenschwanzhinterschnitt realisiert sein. In anderen Ausführungsformen kann der Hinterschnitt S-förmig ein- oder mehrfach gebogen, einfach oder mehrfach zähnig oder mit anderen hinterschnittenen Formen gestaltet sein.
Bei den Vorsprüngen des Schlüssels handelt es sich beispielsweise um Stifte oder Nocken, die an das Profil der Aussparungen angepasst sind. Die Seitenflächen der Vorsprünge des Schlüssels weisen vorzugsweise plane bzw. rechtwinklige Abschnitte und Abschnitte mit Hinterschnittprofilen, die komplementär zu dem Profil der Aussparungen sind, auf. Hierbei können die Vorsprünge in Draufsicht betrachtet in etwa oval mit zwei Langseiten und zwei Schmalseiten gestaltet sein, wobei die Langseiten ein zum Hinterschnittprofil der Aussparungen der Spannmutter komplementäres Profil und die Schmalseiten ein im Wesentlichen rechtwinkliges Profil bzw. ein Profil ohne Hinterschnitt aufweisen können. Die Vorsprünge sind von ihrer Längenausdehnung vorzugsweise kleiner als die Aussparungen in der Spannmutter, sodass die Vorsprünge in die Aussparung eingeführt und nach links oder rechts gedreht werden können, um in den jeweiligen Hinterschnitt eingreifen zu können. Bei dem Schlüssel kann es sich um einen üblichen mit im rechten Winkel abragendem Griff oder beispielsweise um einen Schlüssel in Form eines Stecknussaufsatzes handeln.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannsystems weist die Spannmutter lediglich eine Aussparung mit dem beschriebenen Profil auf. Um eine Zentrierung des Schlüssels zu erleichtern und ausreichende Angriffspunkte für den Schlüssel zur Ausübung der Kraftübertragung bereitzustellen, kann hierbei auf der gegenüber der Aussparung liegenden Seite der Stirnseite der Spannmutter beispielsweise ein Abstützungspunkt für den Schlüssel vorgesehen sein. In anderen Ausführungsformen sind zwei oder mehr Aussparungen vorgesehen. Bei der Anordnung von zwei oder mehr Aussparungen wird die Angriffsfläche für den Schlüssel vergrößert, sodass eine Kraftübertragung bei dem Anziehen oder Lösen der Spannmutter verbessert werden kann. Zudem kann durch die Anordnung von zwei oder mehr Aussparungen die Zentrierung und Stabilität des Spannsystems verbessert werden. Vorzugsweise sind die zwei oder mehr Aussparungen symmetrisch zueinander angeordnet.
Vorzugsweise weist die Spannmutter ein Außengewinde und/oder ein Innengewinde auf und kann beispielsweise zum Einspannen von Werkzeugschäften in eine Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine mittels einer Spannzange eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Spannmutter ist beispielsweise auch als Dichtscheibenmutter einsetzbar, wobei in die Spannmutter beispielsweise von innen oder auch von vorne eine Dichtscheibe eingesetzt wird, um eine in das zentrale Loch der Spannmutter eingefügte Welle, einen Werkzeugschaft oder Vergleichbares abzudichten. Um eine Abdichtung zu gewährleisten, kann eine entsprechende Dichtscheibe beispielsweise mit einem üblichen O-Ring, einem Quadring oder einem V-förmigen Ring aus elastischem Material ausgestattet sein. Weiterhin kann als Dichtscheibe beispielsweise eine vulkanisierte Dichtscheibe verwendet werden.
Weiterhin eignet sich das beschriebene Hinterschnittprofil auch für eine Vielzahl von anderen mechanischen Spannelementen bzw. Schraubelementen, bei denen ein Werkzeug verrutschungssicher eingreifen und mit einer guten Drehmomentübertragung wirken soll. Die Erfindung umfasst daher weiterhin ein mechanisches Spann- bzw. Schraubelement mit wenigstens einer mit einem Hinterschnittprofil versehenen Aussparung zum verrutschungssicheren Eingreifen eines Spann- bzw. Schraubwerkzeuges, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aussparung zwei Schmalseiten vorzugsweise ohne Hinterschnitt und eine geschlossene und eine offene Langseite aufweist, wobei die geschlossene Langseite im Profil wenigstens einen Hinterschnitt aufweist. Vorzugsweise umfasst die geschlossene Langseite der Aussparung einen zentralen Abschnitt ohne Hinterschnitt und zwei Abschnitte mit Hinterschnitt. Mit besonderem Vorteil erweitert der zentrale Abschnitt ohne Hinterschnitt die Aussparung. Bei dem erfindungsgemäßen mechanischen Spannelement kann es sich um Spannringe, Sicherungsringe, Klemmelemente, Schrauben oder dergleichen verschiedener Formen handeln, beispielsweise um einen Sechskant. Das erfindungsgemäße mechanische Spannelement ist insbesondere in solchen Fällen mit Vorteil einsetzbar, in denen in platzsparender Weise an ein Spann- bzw. Schraubelement mit einem Spannwerkzeug anzugreifen ist, wobei das Spannen des Spannelements verrutschungssicher und mit guter Drehmomentübertragung erfolgen soll. Bezüglich weiterer Merkmale des mechanischen Spannelements wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Verwendung eines Hinterschnittprofils in der beschriebenen Weise für ein mechanisches Spannelement, um ein verrutschungssicheres Eingreifen eines Spannwerkzeugs mit guter Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße Hinterschnittprofil kann beispielsweise in randständigen Aussparungen des mechanischen Spannelements, beispielsweise an einem Schraubenkopf oder einem Spannring, in der oben beschriebenen Weise angeordnet werden. In anderen Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Hinterschnittprofil in Aussparungen ausgebildet sein, die an einem Innenrand eines Innenlochs, beispielsweise bei einem Spannring, angeordnet sind.
Die Erfindung umfasst weiterhin einen Schlüssel zum Anziehen einer Spannmutter, wobei der Schlüssel Vorsprünge zum Eingreifen in die Aussparungen der Spannmutter aufweist und wobei die Vorsprünge seitliche Bereiche bzw. Seitenflächen mit einem in etwa rechtwinkligen Profil und Abschnitte mit einem zu den Hinterschnitten der Aussparungen der Spannmutter komplementärem Profil aufweisen. Bezüglich weiterer Merkmale des erfindungsgemäßen Schlüssels und des Profils der Vorsprünge des Schlüssels wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Figuren zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Spannmutter in Draufsicht;
2 eine Schnittdarstellung der Spannmutter aus 1 entlang der Linie A-A;
3 eine isometrische Ansicht der Spannmutter aus 1;
4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannmutter in Draufsicht;
5 eine Schnittdarstellung der Spannmutter aus 4 entlang der Linie A-A;
6 eine isometrische Ansicht der Spannmutter aus 4;
7 eine isometrische Ansicht eines Spannschlüssels;
8 eine isometrische Ansicht einer nussförmigen Ausführung eines Spannschlüssels;
9 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannmutter zur Illustration des Hinterschnittprofils;
10 verschiedene Ausführungsbeispiele des Hinterschnittprofils im Querschnitt;
11 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannmutter mit Spannzange;
12 eine teilweise geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Spannmutter mit Spannzange aus 11 mit Werkzeugaufnahme;
13 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannmutter zur Illustration des Hinterschnittprofils;
14 verschiedene Ausführungsbeispiele des Hinterschnittprofils im Querschnitt;
15 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Spannmutter aus 13 mit Spannzange;
16 und 17 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spannelemente in Draufsicht bei außenrandständigen Aussparungen;
18 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Spannelemente in Draufsicht bei innenrandständigen Aussparungen;
19 verschiedene Ausführungsbeispiele von Hinterschnittprofilen in isometrischer Ansicht;
20 verschiedene weitere Ausführungsbeispiele von Hinterschnittprofilen in isometrischer Ansicht und
21 verschiedene Beispiele für erfindungsgemäße Spannelemente.
Die in 1 gezeigte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spannmutter 1 zeigt die Stirnseite 2 der Spannmutter mit sechs Aussparungen 3. Die Aussparungen 3 sind außenrandständig angeordnet und die Stirnseite 2 ist innenrandständig geschlossen. Die Schnittdarstellung entlang der Linie A-A, die in 2 gezeigt ist, zeigt einen Innenkonus 4 beispielsweise für das zentrierte Erfassen einer Spannzange und ein Außengewinde 5, beispielsweise zum Einschrauben in die Aufnahme einer Werkzeugmaschinenspindel oder in eine Werkzeugaufnahme. Aus der Schnittdarstellung geht der Hinterschnitt 6 im Profil der Aussparung 3 hervor. Durch die innenrandständig geschlossene Stirnseite 2 der Spannmutter 1 wird die Stabilität der Spannmutter 1 gewährleistet, wobei die Hinterschneidungen 6 in den Aussparungen 3 ein verrutschungsfreies Eingreifen eines Spannschlüssels ermöglichen. Zudem wird durch die innenrandständige Stirnseite 2 ein seitliches Herausgleiten der Spannmutter aus dem Schlüssel vermieden.
3 zeigt die erfindungsgemäße Spannmutter 1 in einer isometrischen Ansicht schräg von oben. Die Aussparungen 3 in der Stirnseite 2 der Spannmutter 1 sind in etwa langlochförmig gestaltet und umfassen zwei Schmalseiten 7, eine offene Langseite (nicht bezeichnet) und eine geschlossene Langseite 8. Die geschlossene Langseite 8 untergliedert sich in einen zentralen Abschnitt 9 und daneben liegende Abschnitte 10. Die innere Oberfläche bzw. die Kante des Abschnitts 9 zeigt in vertikaler Richtung ein planes und in Bezug zur Stirnseite 2 rechtwinkliges Profil. Dieser Abschnitt mit rechtwinkligem Profil erleichtert als Orientierungspunkt die Einführung der Vorsprünge des Schlüssels in die Aussparungen der Spannmutter. Durch leichtes Verdrehen des Schlüssels werden die Vorsprünge des Schlüssels in die Abschnitte 10 entweder links oder rechts des zentralen Abschnitts 9 geführt und untergreifen bzw. hintergreifen dann die Hinterschnitte 11 des Profils in den Abschnitten 10, wodurch die Spannmutter 1 gegen ein Herausrutschen oder Herausfallen aus dem Schlüssel gesichert ist.
4 zeigt eine Draufsicht einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannmutter 40. Die Stirnseite 42 der Spannmutter 40 ist von randständigen Aussparungen 43 unterbrochen. Diese Aussparungen sind zum Eingreifen von Vorsprüngen eines Schlüssels vorgesehen und ermöglichen damit ein Anziehen oder Lösen der Spannmutter mit Hilfe des Schlüssels. Die Aussparungen 43 umfassen zwei Schmalseiten 44, eine offene Langseite (nicht bezeichnet) und eine geschlossene Langseite 45. Die Schmalseiten 44 weisen eine teilkreisförmig erweiterte Öffnung auf. Die geschlossene Langseite 45 weist einen zentralen Abschnitt 46 auf, der die Aussparung 43 radial nach innen vergrößert. 5 zeigt einen Querschnitt der Spannmutter 40 entlang der Linie A-A in 4. Die Schnittlinie führt durch den zentralen Abschnitt 46 innerhalb der Langseite 45 der Aussparung 43. Aus dieser Schnittdarstellung geht das im Wesentlichen vertikale bzw. rechtwinklige Profil in diesem Abschnitt 46 hervor, wobei in Richtung der Stirnseite 42 der Spannmutter 40 eine leichte Abschrägung 47 des Profils ausgebildet ist. Diese Form bzw. dieses Profil des zentralen Abschnitts 46 innerhalb der Aussparung 43 bildet einen Orientierungspunkt zum Ansetzen des Schlüssels und ermöglicht eine Führung der Vorsprünge des Schlüssels und eine vereinfachte Positionierung des Schlüssels.
6 zeigt eine isometrische Darstellung in Draufsicht schräg von oben der erfindungsgemäßen Spannmutter 40. Deutlich zu erkennen ist der zentrale Abschnitt 46 innerhalb der geschlossenen Langseite der Aussparung 43 mit dem rechtwinkligen Profil und der Abschrägung 47 in dem der Stirnseite 42 zugewandten Bereich. Weiterhin sind in dieser Darstellung die Schmalseiten 44 der Aussparung 43 illustriert, die keinen Hinterschnitt aufweisen und in vertikaler Richtung ein planes Profil, das heißt ein im Wesentlichen rechtwinkliges Profil in Bezug zur Stirnseite 42 aufweisen. Die Schmalseiten 44 der Aussparung 43, die teilkreisförmig erweitert sind, sind die Bereiche, an denen eine Kraftübertragung bei der Drehung eines Schlüssels zum Anziehen oder Lösen der Spannmutter 40 ausgeübt wird. Durch diese Formung des Profils in den Bereichen 44 wird ein Formschluss zwischen den Vorsprüngen des Schlüssels und den Abschnitten 44 erreicht, ohne dass es zu Verkantungen oder ungenauem Sitz kommen kann. Hierdurch wird die Drehmomentübertragung wesentlich verbessert, sodass das Spannen oder lösen der Spannmutter 40 mit weniger Kraftaufwand für den Bediener erfolgen kann. In den geschlossenen Langseiten der Aussparungen 43 sind zu beiden Seiten des zentralen Abschnitts 46 die Abschnitte 48 mit Hinterschnitt angeordnet. Diese Hinterschnitte dienen zur Sicherung der Vorsprünge des Schlüssels. Nach dem Einführen der Vorsprünge des Schlüssels über die zentralen Abschnitte 46 in die Aussparung 43 hinein werden die Vorsprünge durch leichtes Drehen des Schlüssels in den rechten oder linken Abschnitt 48 mit Hinterschnitt geführt, wobei durch das Untergreifen der Vorsprünge des Schlüssels in die jeweiligen Hinterschnitte die Spannmutter 40 vor einem Herausfallen oder seitlichen Verrutschen aus dem Schlüssel gesichert wird.
Aus 7 geht ein Spannschlüssel 70 hervor, der zum Spannen einer erfindungsgemäßen Spannmutter bzw. eines erfindungsgemäßen Spannelements eingesetzt werden kann. Der Schlüssel 70 umfasst ein Kopfteil 72 mit etwa halbkreisförmiger Form und ein Griffteil 71. Auf dem halbkreisförmigen Kragen des Kopfteils 72 sind Vorsprünge 73 angeordnet, die hinsichtlich ihrer Größe und des Profils an eine erfindungsgemäße Spannmutter angepasst sind. Die Vorsprünge 73 sind in ihrer Längenausdehnung kürzer als die Aussparungen einer erfindungsgemäßen Spannmutter. Die Schmalseiten 74 der Vorsprünge 73 weisen vorzugsweise keinen Hinterschnitt auf und haben ein im Wesentlichen vertikales bzw. rechtwinkliges Profil. Die Langseiten 75 der Vorsprünge 73, die nach innen zum Mittelpunkt des Halbkreises des Kopfteils 72 weisen, weisen ein zu den hinterschnittenen Abschnitten der Spannmutter im Wesentlichen komplementäres Profil auf, sodass diese Abschnitte die Hinterschnitte der Aussparungen der Spannmutter hintergreifen können. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 73 des Spannschlüssels 70 hinsichtlich ihrer Größe so ausgelegt, dass sie etwa die halbe Fläche einer Aussparung der Spannmutter ausfüllen und nach dem Einführen in eine Aussparung der Spannmutter passgenau in den linken oder in den rechten Abschnitt der geschlossenen Langseite einer Aussparung der Spannmutter drehbar sind.
8 zeigt einen weiteren Schlüssel 80, der zum Lösen oder Anziehen einer erfindungsgemäßen Spannmutter oder eines erfindungsgemäßen Spannelements eingesetzt werden kann. Der Schlüssel 80 ist in Form einer Stecknuss oder Kraftnuss gebildet und weist im unteren Abschnitt einen kreisförmigen Kragen 82 mit mehreren Vorsprüngen 83 auf, die auf dem äußeren Umfang des Kragens 82 angeordnet sind. Diese Vorsprünge 83 sind vergleichbar mit den Vorsprüngen 73 des in 7 illustrierten Schlüssels 70 gestaltet und sind zum Eingreifen in die Aussparungen eines erfindungsgemäßen Spannelements bzw. einer Spannmutter vorgesehen.
9 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannmutter entlang der Linie B-B der in 4 gezeigten Spannmutter 40 zur Verdeutlichung die hinterschnittenen Bereiche 91 einer Aussparung gemäß der Erfindung. Der Hinterschnitt der Aussparung kann schwalbenschwanzförmig gestaltet sein. In anderen Ausführungsformen, die in 10A bis J illustriert sind, können der oder die hinterschnittenen Bereiche der Aussparung ein einfach oder mehrfach gebogenes S-Profil, eckige Profile oder ein- oder mehrzähnige Profile aufweisen.
11 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Spannmutter 110, die eine Spannzange 111 umgreift. Die Spannzange 111 ist beispielsweise zum Einspannen von Werkzeugschäften vorgesehen. Hierbei schließen die Spannmutter 110 und die Spannzange 111 an den Stirnseiten bzw. Oberkanten der Spannmutter 110 und der Spannzange 111 bündig ab. 12 zeigt eine weitere Darstellung der Spannmutter 110 und der Spannzange 111 in teilweise geschnittener Ansicht. Die Spannzange 111 ist über das Außengewinde 112 der Spannmutter 110 in eine Werkzeugaufnahme 113 einer Werkzeugmaschine oder dergleichen eingefügt.
13 zeigt einen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Spannmutter 130 mit den hinterschnittenen Abschnitten 133 der Aussparung. Hierbei schließt die Stirnseite 132 der Spannmutter 130 nicht bündig mit der Oberkante einer einzusetzenden Spannzange ab, sondern überragt die Oberseite der Spannzange. Die Aussparungen 133 mit den hinterschnittenen Bereichen der Spannmutter 130 liegen damit oberhalb der Oberseite der einzusetzenden Spannzange 131. Die Figuren A bis G der 14 zeigen verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten der hinterschnittenen Abschnitte mit verschiedenen zackenartigen und bogenartigen Formen der Hinterschnitte. 15 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannmutter 130 aus 13, die eine Spannzange 131 umgreift und im Schnitt dargestellt ist. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Oberkante der Spannzange 131 nicht bündig mit der Stirnseite der Spannmutter abschließt. Die Stirnseite 132 der Spannmutter 130 überragt die Spannzange 131.
16 und 17 zeigen verschiedene Beispiele für erfindungsgemäße Spannelemente mit einer zentralen Öffnung 160 und außenrandständigen Aussparungen 161 in Draufsicht. Die Aussparungen 161 in der Stirnseite der dargestellten Draufsichten einer Spannmutter oder eines Spannelements können zackenförmig, bogenförmig oder andersförmig sein, wobei erfindungsgemäß die Aussparungen vorzugsweise abschnittsweise mit Hinterschnitten in der beschriebenen Weise ausgebildet sind. Diese Hinterschnitte sind durch unterbrochene Linien angedeutet.
18 illustriert verschiedene Möglichkeiten erfindungsgemäßer Spannelemente mit einer zentralen Öffnung 170, bei denen die Aussparungen 171 innenrandständig, also am Rand, der von der zentralen Öffnung 170 gebildet wird, angeordnet sind. Die gleichmäßig oder ungleichmäßig geformten Aussparungen sind mit Hinterschnitten erfindungsgemäß versehen, wobei die Hinterschnitte durch unterbrochene Linien angedeutet sind.
19 zeigt verschiedene Beispiele für Hinterschnittprofile in außenrandständigen Aussparungen (A bis I) und in innenrandständigen Aussparungen (J bis L) von erfindungsgemäßen Spannmutter oder erfindungsgemäßen Spannelementen. Wie beispielsweise aus der Darstellung E hervorgeht, umfasst die geschlossene Langseite 180 der Aussparung einen zentralen Abschnitt 181 mit einem In Bezug zur Stirnseite der Spannmutter rechtwinkligen Profil. Die rechts und links hiervon liegenden Abschnitte 182 weisen Hinterschnitte 183 auf. In den hier gezeigten Ausführungsformen sind auch die Schmalseiten 184 der Aussparungen mit Hinterschnitten versehen. Derartige Hinterschnittprofile können sowohl außenrandständig als auch innenrandständig angeordnet sein.
20 zeigt weitere Beispiele für erfindungsgemäße Hinterschnittprofile, die außenrandständig (A bis I) oder innenrandständig (J bis K) angeordnet sein können. In diesen Beispielen sind nur die Abschnitte 192 mit Hinterschnitten versehen, wohingegen die Schmalseiten 194 der Aussparungen im Wesentlichen keinen Hinterschnitt aufweisen, sondern in Bezug zur Stirnseite des Spannelements im Wesentlichen ein rechtwinkliges Profil zeigen.
Aus 21 gehen verschiedene Beispiele für Spannelemente hervor, die erfindungsgemäß mit Hinterschnittprofilen ausgestattet sind. So zeigt Darstellung A eine Schraube 210 mit einem Gewinde 211 und einem Schraubenkopf 212. Der Schraubenkopf 212 weist ein zentrales Sackloch 213 auf, wobei an dem durch das Sackloch 213 gebildeten Innenrand zwei sich gegenüberliegende Aussparungen 214 mit einem erfindungsgemäßen Hinterschnittprofil angeordnet sind. Darstellung B zeigt eine weitere Schraube 220 mit einem Gewinde 221 und einem Kopfteil 222. Am Außenumfang bzw. am Außenrand des Kopfteils 222 sind vier Aussparungen 224 mit erfindungsgemäßem Hinterschnittprofil vorgesehen. Darstellung C zeigt einen Spannring 230 mit außenrandständigen Aussparungen 234, die mit einem erfindungsgemäßen Hinterschnittprofil ausgestattet sind. Der Spannring 230 weist ein Außengewinde auf. Darstellung D zeigt einen weiteren Spannring 240, der mit zwei innenrandständigen Aussparungen 244 mit erfindungsgemäßem Hinterschnittprofil ausgestattet ist. Derartige Spannringe 230 und 240 sind beispielsweise mit besonderem Vorteil für den Einbau von Kugellagerpaketen beispielsweise in Maschinenspindeln geeignet, um in sehr platzsparender Weise eine Vorspannung der Kugellager zu ermöglichen. Die Darstellungen E und F zeigen Spannmuttern 250 und 260, jeweils mit einem bzw. mehreren Innengewinden 251 und 261. An der Stirnseite der Spannmuttern sind außenrandständige Aussparungen 254 bzw. 264 mit erfindungsgemäßem Hinterschnittprofil angeordnet. Derartige Spannmuttern 250 und 260 können mit besonderem Vorteil im Langdrehbereich oder beispielsweise bei der Möbelfertigung eingesetzt werden, um platzsparend an einer Mutter mit einem Schlüssel anzugreifen und beispielsweise eine Spannzange bei Mehrspindelbohrköpfen und -aggregaten mit engsten Spindelabständen zu spannen.
Sowohl die Spannelemente, insbesondere die Spannmuttern, also auch die Schlüssel können als Gussteile gefertigt sein. Die Aussparungen und insbesondere die Hinterschnitte können mit bekannten Methoden gefertigt sein, insbesondere unter Einsatz von computergestützten Zerspanverfahren auf CNC-Maschinen oder auch durch Wachsausschmelz- oder Druckgußverfahren.

Claims

Spannsystem mit einer Spannmutter (1; 40; 110; 130) und einem Schlüssel (70; 80) zum Anziehen der Spannmutter, wobei die Spannmutter (1; 40; 110; 130) an ihrer Stirnseite (2; 42) einen Innenrand und einen Außenrand aufweist und wobei wenigstens eine Aussparung (3; 43) zur Aufnahme von wenigstens einem Vorsprung (73; 83) des Schlüssels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (3; 43) außenrandständig oder innenrandständig ist und die Stirnseite (2; 42) an dem gegenüberliegendem Rand geschlossen ist und wobei die wenigstens eine Aussparung (3; 43) mit wenigstens einem Hinterschnitt (6; 11; 133; 183; 192) zum Untergreifen durch den wenigstens einen Vorsprung (73; 83) des Schlüssels (70; 80) versehen ist.
Spannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (3; 43) in der Stirnseite der Spannmutter (1; 40; 110; 130) zwei Schmalseiten (7; 44) und eine geschlossene (8; 45) und eine offene Langseite aufweist, wobei die Schmalseiten (7; 44) der Aussparung keinen Hinterschnitt aufweisen.
Spannsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten eine teilkreisförmig oder andersförmig erweiterte Öffnung aufweisen.
Spannsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (3; 43) in der Stirnseite der Spannmutter (1; 40; 110; 130) zwei Schmalseiten (7; 44) und eine geschlossene (8; 45) und eine offene Langseite aufweist, wobei die geschlossene Langseite (8; 45) der Aussparung einen zentralen Abschnitt ohne Hinterschnitt (9; 46) und zwei Abschnitte mit Hinterschnitt (10; 48) aufweist.
Spannsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zentralen Abschnitts ohne Hinterschnitt (9, 46) die Aussparung bei einer außenrandständig angeordneten Aussparung (3; 43) eine radial nach innen und bei einer innenrandständig angeordneten Aussparung (214; 244) eine radial nach außen vergrößerte Öffnung aufweist.
Spannsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorsprung (73; 83) des Schlüssels (70; 80) Seitenflächen aufweist, die plane Abschnitte (74) und Abschnitte mit Hinterschnittprofil (75) aufweisen, die komplementär zu dem Profil der Aussparungen (3; 43) der Spannmutter sind.
Spannsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorsprung (73; 83) des Schlüssels (70; 80) kleiner als die wenigstens eine Aussparung (3; 43) der Spannmutter ist.
Spannsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1; 40; 110; 130) zwei oder mehr Aussparungen (3; 43) aufweist.
Spannsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter ein Außengewinde (5; 112) und/oder ein Innengewinde (251; 261) aufweist.
Spannsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (1; 40; 110; 130) zum Einspannen von Werkzeugschäften in eine Werkzeugaufnahme (113) einer Werkzeugmaschine mittels einer Spannzange (111; 131) vorgesehen ist.
Mechanisches Spannelement (1; 40; 110; 130; 210; 220; 230; 240; 250; 260) mit wenigstens einer mit einem Hinterschnittprofil versehenen Aussparung (3; 43; 214; 224; 234; 244; 254; 264) zum verrutschungssicheren Eingreifen eines Spannwerkzeuges (70; 80), wobei die Aussparung (3; 43; 214; 224; 234; 244; 254; 264) zwei Schmalseiten (7; 44) und eine geschlossene (8; 45) und eine offene Langseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schmalseiten (7; 44) ohne Hinterschnitt und die geschlossene Langseite (8; 45) mit wenigstens einem Hinterschnitt (6; 11; 133; 183; 192) gebildet ist.
Spannelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten eine teilkreisförmig oder andersförmig erweiterte Öffnung aufweisen.
Spannelement nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Langseite (8; 45) der Aussparung einen zentralen Abschnitt ohne Hinterschnitt (9; 46) und zwei Abschnitte mit Hinterschnitt (10; 48) aufweist.
Spannelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zentralen Abschnitts ohne Hinterschnitt (9; 46) die Aussparung (3; 43; 214; 244) eine vergrößerte Öffnung aufweist.
Verwendung eines Hinterschnittprofils für ein mechanisches Spannelement (1; 40; 110; 130; 210; 220; 230; 240; 250; 260) zur Anordnung an einer Aussparung (3; 43; 214; 224; 234; 244; 254; 264) mit zwei Schmalseiten (7; 44) und einer geschlosssenen (8; 45) und einer offenen Langseite, wobei das Profil an den Schmalseiten (7; 44) keinen Hinterschnitt und das Profil an der geschlossenen Langseite (8; 45) wenigstens einen Hinterschnitt (10; 48) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten eine teilkreisförmig oder andersförmig erweiterte Öffnung aufweisen.
Verwendung nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil an der Langseite einen zentralen Abschnitt ohne Hinterschnitt (9; 46) und zwei Abschnitte mit Hinterschnitt (10; 48) aufweist.
Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zentralen Abschnitts ohne Hinterschnitt (9; 46) die Aussparung (3; 43; 214; 224; 234; 244; 254; 264) eine vergrößerte Öffnung aufweist.
Schlüssel (70; 80) zum Anziehen einer Spannmutter, wobei der Schlüssel wenigstens einen Vorsprung (73; 83) zum Eingreifen in wenigstens eine Aussparung mit Hinterschnitt der Spannmutter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorsprung (73; 83) Seitenflächen mit Abschnitten ohne Hinterschnitt (74) und mit Abschnitten, die ein zu den hinterschnittenen Abschnitten der Aussparung komplementäres Profil (75) aufweisen, umfasst.