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Die Erfindung betrifft eine bolzenförmige Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Derartige bolzenförmige Vorrichtungen oder Passelemente haben ein breites Anwendungsspektrum und kommen in vielen Gebieten der Technik zum Einsatz. Beispielsweise werden sie zum Fixieren, Zentrieren und/oder Positionieren von Passbohrungen aufweisenden Teilen verwendet, in welche die Passelemente eingeführt werden. Insbesondere können aufeinanderliegende Platten von Werkzeugen mit bolzenförmigen Passelementen relativ zueinander justiert und miteinander fixiert werden.
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Aus der
DE 10 2009 049 920 A1 ist eine Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen hülsenförmigen Grundkörper, der eine zentrale Längsausnehmung aufweist. An einer Umfangsfläche des Grundkörpers sind zwei Spannzungen ausgebildet, die jeweils über einen Steg mit dem Grundkörper verbunden sind. Die Spannzungen werden durch vier Längsschlitze begrenzt, die sich von der Längsausnehmung in die Umfangsfläche des Grundkörpers erstrecken. In die Längsausnehmung sind mehrere kugelförmige Spreizelemente einführbar. Zur radialen Aufweitung der Vorrichtung im Bereich der Spannzungen werden die Spreizelemente durch das Spannelement axial beaufschlagt.
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Aus der
DE 42 38 614 C1 ist ein bolzenförmiges Passelement zum Fixieren von zwei Teilen mit Passbohrungen bekannt. Die genannten Teile weisen Passbohrungen auf, welche in ihren Abmessungen geringfügig voneinander abweichen können und dennoch von dem Passelement klemmend erfasst werden. Dies wird dadurch erreicht, dass im Inneren zu dem Passelement gehörenden Hülse axial nebeneinander Kugeln angeordnet sind und sich jeweils an einer Schrägfläche abstützen. Ein in axialer Richtung wirkender Druck- oder Presskörper kann durch axiale Pressung im Inneren der Hülse an den Schrägflächen diese axiale Presskraft in radiale, am Umfang wirkende Druckkräfte umwandeln und über die Kugeln aufteilen. Durch diese radialen Drückkräfte ist die Wandung der Hülse zumindest geringfügig aufweitbar, so dass Passelement mit der Passbohrung in klemmenden Kontakt kommt.
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Aus der
DE 196 42 914 A1 ist ein Dübel aus einem elastischen Material bekannt. Der Dübel hat ein Verbundloch mit einem bogenförmigen Teil, dessen Drehpunkt auf der Achse des Dübels liegt, und einem nutförmigen schmalen Teil, der sich vom Dübel nach radial außen erstreckt. Wenn eine Schraube in das Verbundloch des Dübels eingedreht wird, werden die durch den nutförmigen Teil des Verbundloches getrennten Streben voneinander weg zu beiden Seiten gedrückt. Das Gewinde der Schraube zieht sich sowohl in die Streben des Dübels als auch in das Baumaterial ein, das den Dübel umgibt.
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Aus der
US 1 477 622 ist ein Pin mit einer konzentrischen Öffnung und einem Längsschlitz bekannt. Eine sich verjüngende Öffnung erstreckt sich in Längsrichtung des Pins im Bereich des Längsschlitzes. Diese dient zur Aufnahme eines entsprechend sich verjüngenden Splints. Nachdem der sich verjüngende Splint in die konische Öffnung eingetrieben worden ist, wird das verjüngte Ende, das über die Stirnseite des Pins übersteht, abgeschnitten und umgebogen.
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Aus der
US 4 341 487 ist ein Dübelverbinder aus Nylon zum Verbinden zweier Werkstücke bekannt. Der Dübel umfasst einen Längsschlitz, welcher zwei Dübelabschnitte voneinander trennt, und eine zentrale Bohrung. Zum Verbinden der zwei Werkstücke werden die beiden Dübelabschnitte elastisch zusammengedrückt und der Dübel in eine Bohrung des ersten Werkstücks eingeschoben. Anschließend wird ein Metallstab in die zentrale Bohrung eingeschoben. Danach wird das zweite Werkstück auf den Dübel mit darin eingeschobenem Metallstab aufgepresst, bis die beiden Werkstücke aneinander anliegen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Passelement vorzuschlagen, dass einfach aufgebaut, kostengünstig herzustellen und zu montieren ist und das eine einfache Handhabung zur zuverlässigen Fixierung von miteinander zu verbindenden Bauteilen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen vorzuschlagen.
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Die Lösung besteht in einer Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen, umfassend einen bolzenförmigen Grundkörper mit einem Längsschlitz, welcher sich bis zu einer Umfangsfläche des Grundkörpers erstreckt, so dass ein erster Abschnitt und ein zweiter Abschnitt des Grundkörpers durch den Längsschlitz voneinander getrennt sind; eine Längsausnehmung im Bereich des Längsschlitzes, wobei die Längsausnehmung in einem außermittigen Bereich des Grundkörpers angeordnet ist; mehrere Spreizelemente, welche in die Längsausnehmung einführbar sind und in eingesetztem Zustand zumindest mittelbar gegeneinander axial abgestützt sind, wobei ein erstes Spreizelement in in die Längsausnehmung eingesetztem Zustand gegen ein mit dem Grundkörper verbundenes Stützelement axial abgestützt ist und wobei ein anderes Spreizelement von einem Spannelement axial beaufschlagbar ist, das am entgegengesetzten Ende zum Stützelement angeordnet ist, so dass die Spreizelemente zwischen dem Stützelement und dem Spannelement bei Betätigen des Spannelements axial beaufschlagt werden; wobei das Stützelement eine Stützfläche aufweist, die eine Neigungskomponente in tangentialer Richtung in Bezug auf den Grundkörper hat; und wobei die Spreizelemente jeweils zumindest eine geneigte Gleitfläche aufweisen, wobei die Gleitflächen zweier axial benachbarter Spreizelemente in montiertem Zustand in Anlage miteinander sind, und zwei benachbarte Spreizelemente bei axialer Belastung relativ zueinander verschiebbar sind, so dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt, bei axialem Beaufschlagen der Spreizelemente durch das Spannelement, voneinander weg beaufschlagt werden.
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Der Vorteil liegt darin, dass die Vorrichtung einfach aufgebaut und über ihre gesamte Länge und über ihren gesamten Umfang entsprechende Spreizkräfte erzeugen kann. Hiermit lassen sich besonders zuverlässige Verbindungen zwischen der bolzenförmigen Vorrichtung einerseits und den zu verbindenden Bauteilen, in welche die bolzenförmige Vorrichtung eingesteckt ist, andererseits, herstellen. Durch Umwandlung einer Axialkraftkomponente in eine Tangentialkraftkomponente werden die zwei Abschnitte des Grundkörpers voneinander weg beaufschlagt. Insgesamt weitet sich der Grundkörper damit in geringem Maße elastisch auf, so dass eine kraftschlüssige Verbindung mit der Bohrung, in welcher der Grundkörper einsitzt, zustande kommt.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist darin zu sehen, dass der Längsschlitz des Grundkörpers neben der Spreizfunktion gleichzeitig, je nach Ausgestaltung der zu fixierenden Bauteile, auch eine Entlüftungsfunktion haben kann. Damit eignet sich die Vorrichtung gerade auch zum Verbinden von Maschinenteilen, welche nur von einer Seite zugänglich sind, beziehungsweise die eine Sacklochbohrung haben. Denn beim Einschieben des Grundkörpers kann die in der Sacklochbohrung vorhandene Luft durch den Schlitz nach oben aus der Bohrung entweichen. Der Bolzen lässt sich auch bei geringsten Maßtoleranzen zwischen der Außenfläche des Bolzens und der Innenfläche der Bohrung einfach in diese einführen. Es sind keine separaten Entlüftungsbohrungen an den zu fügenden Maschinenteilen erforderlich, was zu Einsparungen bei der Fertigung führt.
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Die Anwendungsgebiete für die Vorrichtung sind vielseitig. Es lassen sich beliebige Konstruktionselemente oder Maschinenteile schraubenfrei miteinander verbinden. Beispielsweise können zwei oder mehrere Platten von Werkzeugmaschinen relativ zueinander positioniert, zentriert beziehungsweise miteinander fixiert werden. Hierfür weisen die Werkzeugplatten entsprechende Passbohrungen mit geringen Maßtoleranzen auf, in welche dann eine erfindungsgemäße Vorrichtung in unverspanntem Zustand eingeschoben wird. Nach dem Erreichen der gewünschten Position wird das Spannelement betätigt, welches die Spreizelemente axial beaufschlagt. Als Folge hiervon wird der bolzenförmige Grundkörper radial aufgeweitet, so dass eine kraftschlüssige Verbindung mit den Passbohrungen der Werkzeugplatten hergestellt wird. Zum Lösen der Verbindung wird das Spannelement wieder gelöst, die tangentiale Spannkraft reduziert sich und der Bolzen kann wieder aus der Bohrung herausgezogen werden.
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Je nach technischem Anwendungsfall kann der bolzenförmige Grundkörper eine glatte Oberfläche mit geringen Maßtoleranzen aufweisen, so dass er für Hochpräzisionsanwendungen geeignet ist. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit in der Wiederholung beim Zusammenfügen und erneuten Lösen aus. Der Bolzen kann in vorbereiteten Bohrungen eingesetzt werden, die feinstgebohrt, geschliffen beziehungsweise gehont sind. Ein Ein- und Ausbau kann von nur einer Seite erfolgen, das heißt es genügt die Zugänglichkeit zur Verbindungsbohrung von nur einer Seite der zu fügenden Maschinenteile. Ein aufwendiges Drehen der zu fügenden Maschinenteile, um an die Unterseite der Bohrung zu gelangen, ist demnach nicht erforderlich, was zu erheblichen Einsparungen bei der Fertigung führt.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Spreizelemente jeweils zumindest eine geneigte Gleitfläche auf, wobei die Gleitflächen zweier axial benachbarter Spreizelemente in montiertem Zustand in Anlage miteinander sind, so dass zwei benachbarte Spreizelemente bei axialer Belastung relativ zueinander radial verschiebbar sind. Beim Einleiten einer Axialkraft werden die Spreizelemente aufgrund ihrer geneigten Kontaktflächen radial gegeneinander verschoben und bewirken damit eine in Bezug auf den Grundkörper tangentiale Kraft. Als Folge dessen werden die beiden durch den Schlitz voneinander getrennten Abschnitte des Grundkörpers, welche auch als Schenkel bezeichnet werden können, voneinander weg beaufschlagt.
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Das Stützelement kann als separates Bauteil gestaltet sein, das nachträglich mit dem Grundkörper lösbar oder unlösbar verbunden wird. Alternativ hierzu kann das Stützelement auch einteilig mit dem Grundkörper gestaltet sein, beispielsweise als die Längsausnehmung begrenzender Boden des Grundkörpers.
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Für beide Ausführungen gilt, dass das Stützelement eine Stützfläche aufweist, die eine Neigungskomponente in tangentialer Richtung in Bezug auf den Grundkörper hat. Hiermit ist gemeint, dass die Neigung der Stützfläche so ausgerichtet ist, dass ein an der geneigten Stützfläche entlanggleitender Körper eine Bewegungskomponente in tangentialer beziehungsweise in Umfangsrichtung (in Bezug auf den Grundkörper) aufweist. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass die in die Längsausnehmung eingesetzten Spreizelemente beim Entlanggleiten an der Stützfläche hinsichtlich ihrer Drehausrichtung automatisch so positioniert werden, dass auch deren Neigungsrichtung tangential bzw. in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausgerichtet ist. Somit wird durch jede Flächenpaarung zwischen zwei benachbarten Spreizelementen eine Kraft in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung des Bolzens erzeugt. Es ergibt sich über der Länge der Längsausnehmung eine zuverlässige kraftschlüssige Verbindung mit den zu fixierenden Maschinenteilen.
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Aufgrund der Neigungskomponente haben die Spreizelemente eine Keilwirkung, welche beim Verspannen eine Kraftkomponente in Umfangs- bzw. tangentialer Richtung des Grundkörpers erzeugt. Insofern können die genannten Elemente auch als Keilelemente bezeichnet werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Längsschlitz über die gesamte Länge des bolzenförmigen Grundkörpers. Hiermit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Bolzen über seine gesamte Länge eine gewisse elastische radiale Aufspreizbarkeit hat, so dass entsprechend über die gesamte Länge eine kraftschlüssige Verbindung mit den Maschinenteilen, in die der Bolzen eingesetzt ist, hergestellt werden kann. Die Längsausnehmung erstreckt sich vorzugsweise über die Länge des Längsschlitzes. Es versteht sich jedoch, dass sowohl der Längsschlitz, als auch die Längsausnehmung auch kürzer sein können als der bolzenförmige Grundkörper. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass der Schlitz nach unten hin begrenzt ist, so dass am axialen Ende des Schlitzes eine Anschlagfläche für die einzusetzenden Spreizelemente gebildet wird.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung weist der Längsschlitz eine Breite auf, die kleiner ist als eine Umfangserstreckung der Längsausnehmung. Auf diese Weise wird erreicht, dass die in die Längsausnehmung einzusetzenden Spreizelemente sicher positioniert bzw. geführt sind. Die Spreizelemente lassen sich einfach von oben in die Längsausnehmung einsetzen und gleiten dann aufgrund der Schwerkraft nach unten, bis sie gegen das nächst tiefere Element zur Anlage kommen. Vorzugsweise ist die Längsausnehmung kreiszylindrisch gestaltet, was den Vorteil einer einfachen Herstellbarkeit mittels Bohren hat. Die Längsausnehmung kann einen Durchmesser bzw. eine Innenerstreckung haben, der vorzugsweise kleiner ist als ein Viertel des Durchmessers des bolzenförmigen Grundkörpers.
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Die Außenkontur der Spreizelemente ist in günstiger Weise an die Innenkontur der Längsausnehmung angepasst. Bei Verwendung einer Längsbohrung mit kreiszylinderförmiger Innenfläche haben die Spreizelemente entsprechend kreiszylindrische Außenflächen. Die Spreizelemente lassen sich mit Spiel in die Längsausnehmung einsetzen. Das heißt die Abmaße, jeweils im Querschnitt betrachtet, sind so gewählt, dass zwischen der Außenfläche der Spreizelemente und der Innenfläche der Längsausnehmung jeweils Spielpassungen gebildet ist. Hiermit wird gewährleistet, dass sich die Spreizelemente in ungespanntem Zustand einfach in die Ausnehmung einsetzen lassen und, bei rundem Querschnitt, innerhalb der Ausnehmung um die eigene Achse drehen und die gewünschte Drehstellung einnehmen können.
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Der Längsschlitz erstreckt sich, im Querschnitt durch den Bolzen betrachtet, von der Außenfläche des Grundkörpers nach radial innen, wo er endet. Durch die radiale Ausrichtung des Schlitzes ergibt sich in Bezug auf die Mittelebene, welche durch den Schlitz aufgespannt wird, ein spiegelsymmetrischer Aufbau mit zwei gleich großen ersten und zweiten Abschnitten bzw. Schenkeln. Für die Tiefe des Längsschlitzes gilt vorzugsweise zumindest eine der folgenden Bedingungen: die radiale Tiefe ist größer als ein Viertel des Durchmessers des Grundkörpers; und/oder die radiale Tiefe ist kleiner als drei Viertel des Durchmessers des Grundkörpers. Mit den angegebenen Werten wird ein guter Kompromiss zwischen hoher Festigkeit des Bolzens einerseits und radialer Aufspreizbarkeit andererseits erreicht. Es versteht sich jedoch, dass die Tiefe je nach Anwendungsfall auch auf die individuellen Bedürfnisse des Einsatzzwecks des Bolzens angepasste, von den genannten Maßen abweichende Ausgestaltungen haben kann.
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Die Längsachse der Längsausnehmung ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung in einem radial äußeren Bereich des Grundkörpers angeordnet, insbesondere zwischen dem halben Radius und dem vollen Radius des Grundkörpers. Durch diese Maßnahme greifen die von den Spreizelementen auf die beiden Längsabschnitte des Grundkörpers einwirkenden Kräfte auf einem verhältnismäßig großen Radius an, so dass beim Verspannen ein hohes radiales Spreizmoment erzeugt wird.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung ist in zumindest einer der Stirnflächen des Grundkörpers eine Auszugbohrung vorgesehen ist, in die ein Auszugwerkzeug einführbar ist. Hiermit wird ermöglicht, dass der Bolzen wieder aus der Bohrung der Maschinenteile herausgezogen werden kann. Vorzugsweise hat der Bolzen über seine gesamte Länge eine zylindrische Mantelfläche, das heißt er hat keinen Kopf bzw. Befestigungsflansch. Durch diese Ausgestaltung kann der Bolzen in günstiger Weise in beide axiale Richtungen in eine Bohrung der zu fixierenden Maschinenteile eingesetzt bzw. aus dieser wieder entnommen werden.
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Das Stützelement ist vorzugsweise als vom Grundkörper separates Element gestaltet, das mit dem Grundkörper fest verbunden ist. Beispielsweise kann das Stützelement in Form einer Madenschraube gestaltet sein, die in ein entsprechendes Innengewinde am Ende der Längsausnehmung eingeschraubt wird. Für eine drehmäßige Ausrichtung der Neigungsfläche des Stützelements, und damit auch der Neigungsflächen des auf das Stützelement aufzusetzenden und aller nachfolgenden Spreizelemente, kann das Stützelement verdreht werden. Ist die gewünschte Drehposition erreicht, kann das Stützelement mittels geeigneter Fixiermittel in der gewünschten Drehposition und/oder axialen Position fixiert werden. Die Fixiermittel können beispielsweise in Form einer stoffschlüssigen, kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung gestaltet sein.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Spannelement in eine Gewindebohrung an einem Ende der Längsausnehmung einschraubbar, so dass es ein endseitiges Spreizelement zumindest mittelbar axial beaufschlagen kann. Das Spannelement ist am entgegengesetzten Ende zum Stützelement angeordnet, so dass die Spreizkörper zwischen den beiden genannten Elementen axial eingeklemmt sind.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen eines bolzenförmigen massiven Grundkörpers; Einbringen einer Längsausnehmung in einem außermittigen Bereich des Grundkörpers durch Bohren, wobei die Längsachse der Längsausnehmung in einem radial äußeren Bereich des Grundkörpers zwischen dem halben Radius und dem vollen Radius des Grundkörpers liegt; Erzeugen eines Längsschlitzes über die gesamte Länge des bolzenförmigen Grundkörpers innerhalb eines Umfangsbereichs, der die Längsausnehmung beinhaltet, wobei die Breite des Längsschlitzes kleiner als der Durchmesser der Längsausnehmung ist, und wobei sich der Längsschlitz ausgehend von der Außenfläche des Grundkörpers nach radial innen über die Längsausnehmung hinaus erstreckt; und wobei die Außenfläche des Grundkörpers geschliffen wird. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere der obengenannten Ausgestaltungen haben.
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Der Grundkörper wird vorzugsweise mit einer kreiszylindrischen Außenfläche mit hoher Fertigungsgenauigkeit hergestellt. Hierfür kann die Außenfläche geschliffen und/oder gehont werden. Die Längsausnehmung wird vorzugsweise durch Bohren erzeugt und hat demnach eine kreiszylindrische Innenfläche. Entsprechend werden auch die Spreizelemente vorzugsweise mit kreiszylindrischer Außenkontur hergestellt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensführung werden die Spreizelemente, welche auch als Keilelemente bezeichnet werden können, gehärtet und geschliffen, damit sie eine lange Lebensdauer haben.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen in Seitenansicht;
- 2 den Grundkörper der Vorrichtung gemäß 1 in perspektivischer Ansicht;
- 3 den Grundkörper der Vorrichtung gemäß 1 in einer ersten Seitenansicht;
- 4 den Grundkörper der Vorrichtung gemäß 1 in einer zweiten Seitenansicht (entsprechend der Ansicht aus 1);
- 5 ein oberes Ende des Grundkörpers gemäß V aus 4 im Detail;
- 6 den Grundkörper der Vorrichtung aus 1 in Axialansicht;
- 7 eine Anordnung der Spreiz-, Stütz- und Spannelemente der Vorrichtung gemäß 1 in Seitenansicht;
- 8 das Spannelement der Vorrichtung gemäß 1 im Detail in perspektivischer Ansicht;
- 9 ein Spreizelement der Vorrichtung gemäß 1 im Detail in perspektivischer Ansicht;
- 10 das Stützelement der Vorrichtung gemäß 1 im Detail in perspektivischer Ansicht;
- 11 eine Anordnung von Bauteilen, welche mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach 1 positioniert und fixiert sind;
- 12 eine Anordnung von Bauteilen, welche mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach 1 positioniert und fixiert sind, in abgewandelter Ausführungsform; und
- 13 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen in Seitenansicht in einer weiteren Ausführungsform.
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Die 1 bis 10 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Es ist eine Vorrichtung 2 zum Befestigen, Positionieren beziehungsweise Sichern von Bauteilen gezeigt. Die Vorrichtung 2 umfasst einen bolzenförmigen massiven Grundkörper 3 mit einer ersten Stirnseite 4, einer zylindrischen Mantel- bzw. Außenfläche 5 und einer unteren Stirnseite 6. In dem Grundkörper 3 ist ein Längsschlitz 7 vorgesehen, der sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Länge des Grundkörpers 3 erstreckt. Der Längsschlitz 7 erstreckt sich vom Inneren des Grundkörpers 3 nach radial außen und mündet in der Außenfläche 5 des Grundkörpers. Auf diese Weise sind ein erster Abschnitt 8 und ein zweiter Abschnitt 9 des Grundkörpers durch den Längsschlitz 7 voneinander getrennt. Die beiden Abschnitte 8 und 9, welche auch als Schenkel bezeichnet werden können, erstrecken sich demnach auch über die ganze Länge des Grundkörpers 3.
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Im Bereich des Längsschlitzes 7 ist ferner eine Längsausnehmung 10 vorgesehen, die sich ausgehend vom Schlitz in Umfangs- bzw. tangentiale Richtung in den ersten bzw. zweiten Abschnitt 8, 9 hineinerstreckt. Insofern erweitert die Längsausnehmung 10 den Längsschlitz 7 in einem radial außenliegenden Bereich des Grundkörpers 3 in Umfangsrichtung. Die Vorrichtung 2 umfasst ferner mehrere Spreizelemente 11, welche in die Längsausnehmung 10 einführbar sind und in eingesetztem Zustand gegeneinander axial abgestützt sind. Am unteren Ende des Bolzens ist ein Stützelement 12 vorgesehen, gegen das sich ein erstes endseitiges Spreizelement 11 axial abstützt. Das Stützelement 12, welches im Detail in 10 dargestellt ist, ist in Form eines Schraubelements bzw. einer Madenschraube gestaltet, die in ein entsprechendes Innengewinde 13 am unteren Ende der Längsausnehmung 10 eingeschraubt ist. Das Innengewinde 13 kann auch als Gewindebohrung bezeichnet werden.
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Es ist erkennbar, dass das Stützelement 12 eine geneigte oder keilförmige Stützfläche 14 aufweist. Zur Montage wird das Stützelement 12 von unten in das Innengewinde 13 eingeschraubt, wobei darauf zu achten ist, dass die Neigung der Stützfläche 14 in eingeschraubtem Zustand eine Schrägungskomponente in tangentialer Richtung in Bezug auf den Grundkörper hat. Das heißt, in Radialansicht auf den Schlitz (wie in 1) muss die Stützfläche 14 mit einer gedachten Querschnittsebene durch den Bolzen, welche senkrecht zur Bolzenachse A verläuft, einen Winkel einschließen. Das in die Längsausnehmung 10 eingesetzte erste endseitige Spreizelement 11 gleitet aufgrund der Schwerkraft an der geneigten Stützfläche 14 des Stützelements 12 entlang und wird dabei bis zu der Drehstellung verdreht, in der die beiden Kontaktflächen 14, 15 flächig aufeinanderliegen. Dies gilt auch für jeden weiteren eingesetzten Spreizkörper 11, dessen untere Neigungsfläche 15 jeweils mit der oberen Neigungsfläche 16 des darunterliegenden Spreizkörpers 11 zur Anlage kommt.
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Insgesamt werden somit alle Spreizkörper 11 automatisch so positioniert, dass die Neigungsrichtungen der Anlageflächen 15, 16 tangential bzw. in Umfangsrichtung des Grundkörpers ausgerichtet ist. Dies hat den gewünschten Effekt zur Folge, dass die Spreizelemente 11 beim axialen Verspannen eine Kraftkomponente in tangentialer Richtung des Grundkörpers 3 erzeugen. Nach drehmäßiger Ausrichtung des Stützelements 12 wird dieses drehfest fixiert, was durch geeignete Mittel, wie einen formschlüssig einzusetzenden Splint, oder eine querverlaufende kleine Madenschraube bewerkstelligt werden kann, die durch das Stützelement 12 in den Grundkörper 3 eingeschraubt wird.
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Das oberste Spreizelement 11' hat eine untere geneigte Fläche 15 und eine ebene obere Fläche 16'. Diese wird von einem Spannelement 17 axial beaufschlagt. Das Spannelement 17, welches im Detail in 8 gezeigt ist, ist in Form einer Madenschraube mit Innen-Inbus gestaltet, wobei es sich versteht, dass auch andere Spannmittel bzw. Schraubmittel denkbar sind. Die Schraube 17 wird in das Innengewinde 18 am oberen Ende der Längsausnehmung 10 eingeschraubt. Dabei wird von der Spannschraube 17 auf das obere endseitige Spreizelement 11' eine Axialkraft eingeleitet, die von diesem wiederum auf das darunterliegende Spreizelement 11, usw. bis zum untersten Spreizelement, das axial gegen das Stützelement 12 abgestützt ist. Durch die eingeleitete Axialkraft werden die Spreizelemente 11 aufgrund ihrer geneigten Kontaktflächen 15, 16 in Bezug auf ihre eigenen Achsen radial gegeneinander verschoben und bewirken damit eine in Bezug auf den Grundkörper tangentiale Kraft. Als Folge dessen werden die beiden durch den Schlitz 7 voneinander getrennten Abschnitte 8, 9 des Grundkörpers 3 voneinander weg elastisch beaufschlagt. Die Außenfläche 5 wird geringfügig nach radial außen beaufschlagt, so dass eine kraftschlüssige Verbindung mit der Bohrung der zu fixierenden Teile zustande kommt.
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Der Neigungswinkel, den die Kontaktflächen 15, 16 mit einer Längsmittelebene durch den Schlitz 7 einschließen, ist möglichst klein, beispielsweise kleiner 60°, insbesondere kleiner 45°, damit eine möglichst große Radialkraftkomponente in Bezug auf die Keilelemente 11, entsprechend einer Tangentialkraftkomponente in Bezug auf den Grundkörper 3 entsteht. Allerdings müssen die Neigungswinkel der Kontaktflächen 15, 16 größer sein als ein Selbsthemmungswinkel, welcher beim Verspannen zu einem ungewünschten Verklemmen der Keilelemente 11 führen würde.
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Wie insbesondere in 6 erkennbar ist, ist die Breite B7 des Schlitzes 7 kleiner ist als die Umfangserstreckung B10 der Längsausnehmung 10. Somit sind die in die Längsausnehmung 10 einzusetzenden Spreizelemente 11 sicher positioniert bzw. geführt. Die Spreizelemente 11 lassen sich einfach von oben in die Längsausnehmung 10 einsetzen und gleiten dann aufgrund der Schwerkraft nach unten, bis sie gegen das nächst tiefere Element zur Anlage kommen. Dabei ist in unverspanntem Zustand Radialspiel zwischen den Spreizkörpern 11 und der Längsausnehmung 10 vorgesehen. Der Schlitz 7 hat eine rechteckige Kontur mit parallelen Seitenflächen, wobei er im Grund auch gerundet sein kann. Die Längsausnehmung 10 ist kreiszylindrisch gestaltet, das heißt in Form einer Bohrung, und lässt sich einfach durch einen Bohrprozess herstellen. Es ist erkennbar, dass die Längsachse L10 der Längsausnehmung 10 bzw. Längsbohrung in einem radial äußeren Bereich des Grundkörpers 3 liegt, das heißt zwischen dem halben Radius und dem vollen Radius des Grundkörpers. Somit greifen die von den Spreizelementen 11 auf die beiden Längsabschnitte 8, 9 des Grundkörpers 3 einwirkenden Kräfte auf einem verhältnismäßig großen Radius an, so dass beim Verspannen ein hohes radiales Spreizmoment erzeugt wird. Die Umfangserstreckung B10 bzw. der Durchmesser der Längsausnehmung 10 ist kleiner als die Hälfte, insbesondere kleiner als ein Viertel des Durchmessers D3 des bolzenförmigen Grundkörpers 3.
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Der Schlitz 7 hat im Querschnitt durch den Bolzen 3 betrachtet eine Tiefe T7, die vorzugsweise größer als ein Viertel des Durchmessers D3 des Grundkörpers 3 ist und/oder kleiner als drei Viertel des Durchmessers D3 des Grundkörpers 3. Hiermit hat der Bolzen 3 eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter radial-elastischer Aufspreizbarkeit. Der Schlitz 7 bietet in vorteilhafter Weise einen Hohlraum für Schmiermittel zum Schmieren der beweglichen Teile. Weiter kann der Hohlraum auch als Entlüftungsöffnung dienen. In der oberen Stirnfläche 4 des Grundkörpers 3 ist eine Auszugbohrung 19 vorgesehen, in die ein Auszugwerkzeug einführbar ist. Auf diese Weise lässt sich der Bolzen 2 wieder aus der Bohrung der Maschinenteile herausziehen. Für eine Handhabung von unten kann eine entsprechende Auszugbohrung auch in der unteren Stirnfläche 6 vorgesehen sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 lassen sich über die gesamte Länge L3 und über den gesamten Umfang des Grundkörpers 3 Spreizkräfte erzeugen. Es können besonders zuverlässige Verbindungen zwischen der Vorrichtung 2 einerseits und den zu verbindenden Bauteilen andererseits herstellen. Durch Umwandlung von Axialkraftkomponenten in Tangentialkraftkomponenten an den Spreiz- bzw. Keilelementen 11 werden die zwei Halbabschnitte 8, 9 des Grundkörpers voneinander weg beaufschlagt. Der Grundkörper 3 weitet sich geringfügig radial-elastisch auf, was zu einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Bohrungsinnenwandung, in welcher der Grundkörper 3 einsitzt, führt. Bei Verwendung der Vorrichtung 2 in einer Sacklochbohrung hat der Längsschlitz 7 eine Entlüftungsfunktion, so dass sich die Vorrichtung besonders auch zum Verbinden von nur von einer Seite zugänglichen Maschinenteilen eignet.
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Die Anwendungsgebiete für die Vorrichtung 2 sind vielseitig, beispielsweise im Werkzeug- oder Apparatebau, um nur zwei zu nennen. Es lassen sich beliebige Konstruktionselemente oder Maschinenteile miteinander verbinden, wie zwei oder mehr Platten von Werkzeugen, die relativ zueinander positioniert, zentriert und miteinander fixiert werden können. Es ist bei gelöstem Spannelement 17 ein spannungsfreier Ein- und Ausbau möglich. Die Vorrichtung 2 kann in beliebigen Durchmessern und mit geringsten Maßtoleranzen von wenigen Mikrometern hergestellt werden. Eine untere Grenze für den Außendurchmesser des Bolzens ergibt sich aus dem Mindestdurchmesser für die Längsausnehmung 10. Die Länge L2 der Vorrichtung 2 kann beliebig gewählt werden. Die Anzahl der Keilelemente 11 ist an die Länge L2 der Vorrichtung anzupassen. Für eine gute Verspannung über der Länge ist es günstig, eine möglichst große Anzahl an Keilelementen 11 zu verwenden. Je mehr Keilelemente, desto gleichmäßiger ist die Kraftverteilung über der Länge.
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11 zeigt beispielhaft eine erste Möglichkeit zur Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2. Es sind mehrere Bauteile 20, 21, 22 erkennbar, die mittels mehrerer Vorrichtungen 2 relativ zueinander positioniert und miteinander gegen axiales Lösen und Verschieben fixiert sind. Die Bauteile 20, 21, 22 haben jeweils Bohrungen 23, 24, welche miteinander fluchten. Im Kontaktbereich jeweils zweiter Platten 20, 21, 22 ist jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 vorgesehen. Am Bohrungsgrund 25 und zwischen jeweils zwei benachbarten Vorrichtungen sind Abstandselemente 26, 27 mit Radialspiel eingesetzt. Diese gewährleisten, dass die Vorrichtungen 2 sich im Bereich der Stoßflächen 28, 29 in die Bauteile 20, 21, 22 hinein erstrecken.
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12 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform. Hier sind (anstelle mehrerer einzelner Vorrichtungen im Bereich der Stoßflächen) je Bohrung eine lange Vorrichtung 2 vorgesehen, welche sich über alle drei Bauteile 20, 21, 22 erstreckt. Zum erneuten Herausziehen der Vorrichtungen 2 aus den Bohrungen 23, 24 wird ein Auszugwerkzeug in die Auszugbohrung 19 der Bolzen 3 eingeschraubt. Dies gilt gleichermaßen auch bei der Ausführungsform nach 11.
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13 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befestigen oder Sichern von Bauteilen in Seitenansicht in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der Ausführungsform gemäß den 1 bis 10, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß 13 besteht darin, dass das Stützelement 13 einteilig mit dem Grundkörper 3 ausgestaltet ist. Hierfür ist die Längsausnehmung 10 nach unten hin geschlossen ausgestaltet und bildet dort einen Boden. Die Längsausnehmung 10 ist wie bei der obigen Ausführungsform als Längsbohrung gestaltet ist, vorliegend jedoch nicht durchgängig, sondern als Sacklochbohrung. Nach dem Bohrvorgang wird das untere Ende beziehungsweise der Boden der Sacklochbohrung durch einen geeigneten Fertigungsprozess angeschrägt, so dass somit die Stützfläche 14 gebildet wird. Das Anschrägen kann beispielsweise durch Fräsen eines Schlitzes 30 in die Mantelfläche des Grundkörpers erfolgen, der im Bereich des Bodens winklig zur Längsachse A10 der Bohrung 10 verläuft. Für die Winkelstellung des gefrästen Schlitzes gilt das in Bezug auf die schräge Stützfläche oben Gesagte analog. Die untere Seite der den Schlitz 30 begrenzenden Wandung bildet somit die Stützfläche 14, gegen den sich das unterste Spreizelement 11 axial abstützen kann. Die Ausrichtung der Neigung bestimmt dabei die Drehposition des hiermit in Anlage zu bringenden Spreizelements 11.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 3
- Grundkörper
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Außenfläche
- 6
- Stirnfläche
- 7
- Längsschlitz
- 8
- Abschnitt
- 9
- Abschnitt
- 10
- Längsausnehmung
- 11
- Spreizelement
- 12
- Stützelement
- 13
- Gewindebohrung
- 14
- Stützfläche
- 15
- Anlagefläche
- 16
- Anlagefläche
- 17
- Spannelement
- 18
- Gewindebohrung
- 19
- Auszugbohrung
- 20
- Bauteil
- 21
- Bauteil
- 22
- Bauteil
- 23
- Bohrung
- 24
- Bohrung
- 25
- Bohrungsgrund
- 26
- Zwischenelement
- 27
- Zwischenelement
- 28
- Stoßfläche
- 29
- Stoßfläche
- 30
- Schlitz
- A
- Achse
- B
- Breite
- D
- Durchmesser
- T
- Tiefe
