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Die Erfindung betrifft einen Sperrbolzen zum lösbaren Verbinden zweier mit wenigsten einer Durchgangsbohrung versehener Bauteile, mit einem Bolzenkörper, der mindestens ein radial verstellbares Sperrelement und eine Führungsaufnahme mit Innengewinde umfasst, in dem eine Spannschraube mit Außengewinde vorgesehen ist, deren freies Ende einen mit dem mindestens einem Sperrelement in Kontakt stehenden Spreizbolzen aufweist.
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Derartige Sperrbolzen sind aus der
WO 2012/152755 A1 bekannt, in der ein Sperrbolzen mit einem Bolzengehäuse und Klemmmitteln in Form von Schiebeelementen beschrieben wird, welche mittels eines im Bolzengehäuse befindlichen Spannmittels beim Spannen nach außen gedrückt werden.
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Solche Sperrbolzen haben den Nachteil, dass bei sehr hohen Zugkräften, bzw. bei zu starkem Anziehen der Spannschraube, der Sperrbolzen in der Durchgangsbohrung verklemmt, das heißt der Sperrbolzen nicht mehr aus der Durchgangsbohrung herausgenommen werden kann. Stattdessen muss dieser zeitaufwendig entfernt werden. Finden die Sperrbolzen bei einem automatisierten Prozess bzw. einer Produktion Verwendung, drohen dadurch hohe Zeitverluste und damit einhergehend hohe zusätzlich Kostenfaktoren durch Bindung von Arbeitskräften und Materialverlusten. Darüber hinaus kann es durch zu hohe Zugkräfte zu Beschädigungen oder Verformung der Sperrelemente bzw. der Klemmmittel kommen, wodurch die Sperrbolzen unbrauchbar werden und sogar die Arbeitssicherheit nicht gewährleistet werden kann. Um eine Verformung der Klemmmittel zu verhindern sind in der
WO 2012/152755 die Klemmmittel durch Schiebeelemente mit Stützflächen gebildet, das heißt die Klemmmittel weisen einen polygonförmigen Querschnitt auf. Die Herstellung solcher polygonen Formen und auch die Herstellung des daran angepassten Inneren des Sperrbolzens sind allerdings sehr aufwendig und damit kostenintensiv. Gleichzeitig kann es bei der Bearbeitung der Bauteile durch die Übertragung von Vibrationen zu ungewolltem Lösen der Sperrbolzen an der Durchgangsbohrung kommen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik sich ergebenden Nachteile zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Sperrbolzen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Spannschraube und der Spreizbolzen geteilt ausgebildet sind mit einer unterhalb des Außengewindes angeordneten Trennungsstelle, dass oberhalb der Trennungsstelle der Spannschraube eine Federanlage ausgebildet ist, dass der Federanlage ein federndes Element mit einem oberen Ende zugeordnet ist und dass unterhalb der Trennungsstelle ein unteres Ende des federndes Elements auf einer am oberen Ende des Spreizbolzens befindlichen Federauflage aufliegend vorgesehen ist.
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Hierdurch wird erreicht, dass die Spannschraube und der Spreizbolzen mittels eines federnden Elementes entkoppelt sind. Dies verhindert Verformungen an dem Sperrelement oder an anderen teilweise optionalen Bestandteil des Sperrbolzens, wie z.B. einem Aufnahmering, durch zu starkes Anziehen des Sperrbolzens. Gleichzeitig wird ein Verklemmen des Sperrbolzens in der Durchgangsbohrung durch zu starkes Anziehen des Sperrbolzens aufgrund der Entkoppelung von Spannschraube und Spreizbolzen vermieden. Die Entkopplung wirkt darüber hinaus bei der Bearbeitung von Werkstücken an einer Vorrichtung, welche mittels Sperrbolzen befestigt sind, schwingungsdämpfend. Dadurch wird eine Lockerung des Sperrbolzens durch Vibrationen bei der Bearbeitung des Bauteils verhindert, da eine konstante Federkraft auf das System wirkt und so eine Nachspannreserve bereitgestellt wird. Die Trennungsstelle zwischen Spannschraube und Spreizbolzen kann sich in geringem Abstand oberhalb der Federauflage befinden, d.h. die Spannschraube reicht durch die gesamte Führungsaufnahme bis kurz vor der Federauflage.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Trennungsstelle in einem größeren Abstand oberhalb der Federanlage. Dies hat den Vorteil, dass die Spannschraube nicht mehr bis zum Spreizbolzen ragt, das heißt kürzer gefertigt werden kann und damit stärker vom Spreizbolzen entkoppelt ist. Ebenso muss das Innengewinde nicht bis zur Federanlage geschnitten werden. Die Federauflage, auf der das untere Ende des federnden Elements aufliegt, und die Federanlage an der das obere Ende des federnden Elements sich befindet, bewirken, dass trotz Entkoppelung beim Drehen der Spannschraube in die Führungsaufnahme das federnde Element gestaucht wird, wodurch eine nach unten wirkende Federkraft den Spreizbolzen nach unten und damit das Sperrelement nach außen schiebt. Das federnde Element kann durch einen zylinderförmigen oder quaderförmigen, elastischen Stoff gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das federnde Element als Druckfeder ausgebildet, genauso wäre die Verwendung einer Spiralfeder möglich. Optimaler Weise ist der Durchmesser des federndes Elements bzw. der Druckfeder so gewählt, dass sie dem Durchmesser der Federanlage entspricht, oder aber einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Federanlage aufweist. Dies verhindert ein Ausbiegen oder Ausknicken der Feder. In einer besonders vereinfachten Ausführungsform steht das obere Ende des federnden Elements mit der Federanlage am unteren Ende der Spannschraube in Kontakt, das untere Ende des federnden Elements liegt auf der Federauflage und das federnde Element selber befindet sich vollständig oder zum großen Teil in der Führungsaufnahme. Die Spannschraube ist in diesem Fall stark verkürzt ausgebildet und besitzt selber keine Aufnahme. Alternativ können die Federanlage und die Federauflage auch Aussparungen mit geringer Höhe aufweisen, die die Führung und Montage des federnden Elements erleichtern. Ebenso ist es möglich, dass nur die Federauflage oder nur die Federanlage eine Aussparung aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass die Länge der Druckfeder so gewählt ist, dass der Abstand der Windungen minimal ist, wenn sich ein Teil des mindestens einen Sperrelements außerhalb einer Wandung des Bolzenkörpers befindet. Dies ermöglicht eine Sicherung bei Überlast durch unabsichtliches Lösen. Sollte sich ungewollt das mindestens eine Sperrelement lösen, das heißt sich wieder zurückbewegen in das Innere des Bolzenkörpers, so verhindert die Minimierung des Windungsabstands, oder anders ausgedrückt das „auf Block gehen“ der Feder, ein weiteres Zurückgleiten des Sperrelements in den Bolzenkörper. Die auf Block gegangene Feder verhindert dadurch ein weiteres Zurückgleiten des Spreizbolzens durch die auf die Federauflage und damit auf den Spreizbolzen nach unten wirkende Federkraft. Das Maß der Länge der auf Block gehenden Feder, d.h. die im gestauchten Zustand minimale Länge der Feder, ist so gewählt, dass ein Teil des Sperrelements seitlich aus dem Bolzenkörper herausragt. Folglich kann der Sperrbolzen nicht aus der Durchgangsbohrung des Bauteils oder aus einem Aufnahmering bewegt werden. Dies erhöht die Arbeitssicherheit erheblich.
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In der Wandung des Bolzenkörpers ist in radialer Richtung eine Öffnung für das mindestens eine Sperrelement ausgebildet. Dabei ist das Sperrelement vorzugsweise im nicht sperrenden Zustand vollständig in der Öffnung aufgenommen, damit keine Beschädigung an dem Sperrelement erfolgen kann.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Führungsaufnahme einen Anschlag aufweist und dass ein unteres Ende der Spannschraube maximal bis zum Anschlag in den Bolzenkörper aufnehmbar ist. Dadurch wird begrenzt, wie weit die Spannschraube in den Bolzenkörper hineingedreht werden kann. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Spannschraube zu tief hineingedreht wird und sich diese oder auch der Sperrbolzen verklemmt.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als sinnvoll erwiesen, dass der Anschlag durch eine Schulter gebildet ist, das heißt dass der Durchmesser der Führungsaufnahme unterhalb des Stützrings dem Durchmesser der Federanlage entspricht, oder geringfügig kleiner oder größer ausgebildet ist. Analog dazu ist es in diesem Zusammenhang sinnvoll, dass der Durchmesser des federnden Elements kleiner als der der Federanlage und kleiner als der Durchmesser der Führungsaufnahme unterhalb des Stützrings ist. Dies verhindert ebenso, dass die Feder einen zu großen Spielraum hat um sich seitlich zu verschieben. Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Federanlage durch eine Federaufnahme gebildet ist und dass sich mindestens eines der Enden des federnden Elements in der Federaufnahme befindet. Dies verbessert die Führung des federnden Elements im Sperrbolzen.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Spreizbolzen aus der Federauflage und einem Keil mit einem Führungszapfen gebildet ist und wenn der Führungszapfen in eine am unteren Ende des Bolzenkörpers ausgebildete Führungszapfenaufnahme aufnehmbar ist. Durch die Führung des Führungszapfens in der Führungszapfenaufnahme des Bolzenkörpers wird verhindert, dass der Spreizbolzen verkippt, sich verkeilt oder herausfällt. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Keil abgerundet ausgebildet ist. Alternativ kann die Form des Keils auch an die Form des Sperrelements angepasst sein, das heißt, ist das Sperrelement in Form einer Kugel ausgebildet, so ist es besonders sinnvoll den Keil abgerundet auszubilden, da dadurch sowohl der Platz in der Öffnung, in dem sich das mindestens eine Sperrelement befindet, optimal genutzt wird und darüber hinaus die Kraft, die auf die Kugel wirkt an einer größeren Kugelfläche angreift, so dass eine geringere Abnutzung und damit Beschädigung auftritt.
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Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, dass die Führungsaufnahme einen Anschlagring aufweist und dass bei der Spannschraube eine radial ausgebildete Kerbe vorgesehen ist. Diese dient als Schutz vor dem Herausfallen der Spannschraube, indem der Durchmesser des Spannschraubenkopfes kleiner als der Spannschraubenkörper gewählt ist und die radial ausgebildete Kerbe zwischen Spannschraubenkopf und Spannschraubenkörper in den Anschlagring eingreifen kann.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sperrelement mehrfach, gleichmäßig über den Umfang des Bolzenkörpers verteilt, vorgesehen ist. Dies schränkt alle Bewegungsfreiheitsgrade des Sperrbolzens in der Durchgangsbohrung ein. Insbesondere sind die Sperrelemente in Form von Kugeln ausgebildet, allerdings ist auch jede andere polygone Form vorstellbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt der Sperrbolzen 4 gleichmäßig über den Umfang verteilte Sperrelemente in Form von Kugeln. Sollten mehrere Sperrelemente vorgesehen sein, so ist es aufgrund einer vereinfachten Fertigung besonders bevorzugt, wenn der Bolzenkörper an die Anzahl der Sperrelemente angepasste, durchgehende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Öffnungen, vorzugsweise Bohrungen, aufweist, deren Enden jeweils ein Sperrelement zugeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, wenn an einem Spannschraubenkopf der Spannschraube eine Spannschraubenkopföffnung mit einem Mitnahmeprofil ausgebildet ist. Diese dient der manuellen oder automatischen Betätigung der Spannschraube mittels eines Werkzeugs, wobei das Mitnahmeprofil vorzugsweise ein Innenunrund ist, allerdings auch jedes andere Mitnahmeprofil aufweisen kann.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Spannschraube mittels eines in die Spannschraubenkopföffnung einsetzbaren Werkzeugs betätigbar ist. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Werkzeug in Form einer Schraube ausgebildet ist, die in die Öffnung eingreift und von einem Knebelgriff umgeben ist, die der manuellen Betätigung dient. Ebenso ist es vorgesehen, dass in die Schraube ein anderes Werkzeug, das der automatischen Betätigung dient, einsetzbar ist.
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Im Rahmen der Erfindung hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, dass eine Buchse und ein Aufnahmering vorgesehen sind, die der zusätzlichen Fixierung des Sperrbolzens bzw. des zu bearbeitenden Bauteils dient, um eine Rotation des Bauteils um die Bolzenachse zu verhindern.
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Zusammenfassend bewirkt die Entkoppelung von Spannschraube und Spreizbolzen mittels einer Druckfeder, durch die Trennung von Spannschraube und Spreizbolzen, eine Schwingungsdämpfung und verhindert so, dass sich der Sperrbolzen aufgrund von Vibrationen während des Bearbeitungsvorgangs ungewollt löst. Durch die Entkopplung werden zusätzlich Verformungen an der Kugel oder am Aufnahmering, oder auch am zu bearbeitenden Bauteil durch zu starkes Anziehen des Bolzens bzw. durch zu starke Zugkräfte verhindert. Darüber hinaus wird ein Verklemmen des Sperrbolzens in der Durchgangsbohrung vermieden. Dadurch wird eine zeitaufwendige Entfernung desselben verhindert. Ebenso kommt es zu einer Sicherung bei Überlast durch unabsichtliches Lösen, das heißt die Kugel kann nur soweit in den Sperrbolzen zurückgleiten, bis die Feder auf Block geht. Dabei ist die Länge der auf Block gehenden Feder so gewählt, dass immer ein Teil der Kugel als Überstand nach außen aus dem Sperrbolzen herausragt.
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Im Folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
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1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Sperrbolzens in gelöster Position,
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2 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Sperrbolzens in sperrender Position,
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3 eine analoge Darstellung der 2 mit einer Buchse und einem Aufnahmering, und
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4 eine analoge Darstellung der 2 mit einem alternativen Aufnahmering.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Sperrbolzen 1 in einer gelösten Position:
Der Sperrbolzen 1 besteht dabei aus einem T-förmigen Bolzenkörper 3, in dem in Längsrichtung eine Führungsaufnahme 5 mit Innengewinde ausgebildet ist. In der Mitte des Bolzens weist die Führungsaufnahme 5 einen Anschlag 15 in Form einer Schulter 16 auf. Zusätzlich befindet sich in der Führungsaufnahme 5 eine Spannschraube 6 mit Außengewinde. Die Spannschraube 6 und ein zugeordneter Spreizbolzen 7 sind entlang einer Trennungsstelle 8, die unterhalb des Außengewindes angeordnet ist, voneinander getrennt ausgebildet. Oberhalb der Trennungsstelle 8 weist die Spannschraube 6 eine Federanlage 9 auf, die durch eine Federaufnahme 17 gebildet ist. In der Federaufnahme 17 befindet sich ein federndes Element 10, welches in einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Druckfeder 12 gebildet ist. Das obere Ende, oder auch die oberste Windung 13 der Druckfeder 12, steht in Kontakt mit dem oberen Ende der Federaufnahme 17 und das untere Ende der Druckfeder 12, oder auch die unterste Windung 13 der Druckfeder 12, steht über eine Federauflage 11 mit dem Spreizbolzen 7 in Kontakt. In anderen Worten ausgedrückt, befindet sich das obere Ende der Druckfeder 12 in der Federaufnahme 17 und das untere Ende der Druckfeder 12 in der Führungsaufnahme 5. Der Spreizbolzen 7, der sich unterhalb der Schulter in der Führungsaufnahme 5 befindet, umfasst die Federauflage 11 und einen Keil 18 mit einem Führungszapfen 19. Der Führungszapfen 19 befindet sich in einer Führungszapfenaufnahme 20 des Bolzenkörpers 3, wodurch eine Verkeilung des Spreizbolzens 7 innerhalb des Sperrbolzens 1 oder auch ein Herausfallen desselben verhindert wird. Der Keil 18 des Spreizbolzens 7 ist abgerundet ausgebildet und befindet sich in Kontakt mit den kugelförmig ausgebildeten Sperrelementen 4. Die Abrundung des Keils 18 ermöglicht, dass die kugelförmigen Sperrelemente 4 in nicht gesperrter Position vollständig in den Bolzenkörper 3 aufgenommen werden können und gleichzeitig verhindert die dadurch ausgebildete große Kontaktfläche zwischen Sperrelementen 4 und Spreizbolzen eine Verformung der Sperrelemente 4 beim Herausdrücken. Zur Erhöhung der Sicherheit und besseren Führung weist der Sperrbolzen 1 vier kugelförmig ausgebildete, gleichmäßig über den Umfang verteilte, Sperrelemente 4 auf. Diese befinden sich jeweils in einer Öffnung 28 in der Wandung 13 des Bolzenkörpers 3, wobei die Öffnungen 28 aus Fertigungsgründen durch zwei in der Mitte senkrecht aufeinander stehende, durchgehende Bohrungen gebildet sind.
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Die Spannschraube 6 weist einen Spannschraubenkopf 23 mit einer Spannschraubenkopföffnung 24 mit einem Mitnahmeprofil 25 auf. Das Mitnahmeprofil 25 ist durch ein Torxprofil gebildet und ermöglicht sowohl die manuelle als auch die automatisierte Betätigung des Sperrbolzens 1. Die Spannschraube 6 weist darüber hinaus zwischen dem Spannschraubenkopf 23 und dem Spannschraubenkörper 29 eine radial ausgebildete Kerbe 22 auf. Diese greift in der gelösten Position des Sperrbolzens 1 in einen Anschlagring 21 ein, der in die etwas breiter ausgebildete Führungsaufnahme 5 am T-Schenkel des Bolzenkörpers 3 eingesetzt ist. Dieser Anschlagring 21 verhindert durch das Eingreifen der Kerbe 22, dass die Spannschraube 6 aus dem Bolzenkörper 3 herausfallen kann.
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1 zeigt den Sperrbolzen 1 in nicht sperrender Position, das heißt die vier kugelförmigen Sperrelemente 4 befinden sich innerhalb der Wandung 14 des Bolzenkörpers 3 und die Spannschraube 6 ist bis zu dem Punkt aus dem Gewinde der Führungsaufnahme 5 des Bolzenkörpers 3 herausgedreht, bis die Kerbe 22 der Spannschraube 6 in den Anschlagring 21 eingreift.
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Soll der Sperrbolzen 1 in eine sperrende Position versetzt werden, das heißt soll er der Fixierung zweier Bauteile mit einer Durchgangsbohrung 2 dienen, so wird der Sperrbolzen 1 durch die Durchgangsbohrung 2 der beiden Bauteile geschoben und die Spannschraube 1 wird mittels eines Werkzeugs manuell oder kraftbetätigt in das Gewinde der Führungsaufnahme 5 gedreht. Dabei verringert sich der Windungsabstand der Druckfeder 12, so dass diese zusammengeschoben wird. Dies bewirkt, dass die Federkraft den Spreizbolzen 7 nach unten drückt. Der Spreizbolzen 7 seinerseits drückt die mit ihm in Kontakt stehenden kugelförmigen Sperrelemente 4 nach außen, so dass diese aus der Wandung 14 des Bolzenkörpers 3 herausstehen und so die beiden Bauteile miteinander fixieren. Der Sperrbolzen 1 befindet sich in einer maximal sperrenden Position, wenn die Spannschraube 6 so weit in das Gewinde der Führungsaufnahme 5 eingedreht ist, dass das untere Ende der Spannschraube 6 auf die Schulter 16 trifft.
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3 zeigt analog zur 2 den Sperrbolzen 1 in einer sperrenden Position, wobei die kugelförmigen Sperrelemente 4 in Aufnahmen 30 eines Aufnahmerings 27 eingreifen. Oberhalb des Aufnahmerings 27 befindet sich zwischen dem T-Schenkel des Bolzenkörpers 3 und dem Aufnahmering 27 eine Buchse 26, deren Länge dem Abstand zwischen Aufnahmering 27 und der Unterseite des T-Schenkels entspricht. Der Aufnahmering 27 kann zusätzlich mittels Schrauben 31 mit einem Tisch oder einem anderen Gegenstand befestigt werden. Diese Konstruktion mit einem Aufnahmering 27, einer Buchse 26 und Schrauben 31 ermöglicht, dass das zu fixierende und zu bearbeitende Bauteil nicht um die Bolzenachse rotiert. Der Sperrbolzen 1 besitzt darüber hinaus im unteren Bereich, oberhalb der Sperrelemente 4 eine Umfangsnut 32 in der ein Gummiring 33 eingelegt ist. Dieser ermöglicht, dass der Sperrbolzen 1 in der Durchgangsbohrung 2 besser zentriert werden kann und verhindert, dass Schmutz aufgrund der Bearbeitung der Bauteile in den Aufnahmering 27 oder in den Sperrbolzen 1 gelangt.
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4 zeigt den Sperrbolzen 1 in gesperrter Position mit einer alternativen Ausführungsform des Aufnahmerings 27, der sich nicht zusätzlich mittels Schrauben 31 in z.B. einen Tisch befestigen lässt, und mit einer Buchse 26.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sperrbolzen
- 2
- Durchgangsbohrung
- 3
- Bolzenkörper
- 4
- Sperrelement
- 5
- Führungsaufnahme
- 6
- Spannschraube
- 7
- Spreizbolzen
- 8
- Trennungsstelle
- 9
- Federanlage
- 10
- federndes Element
- 11
- Federauflage
- 12
- Druckfeder
- 13
- Windung
- 14
- Wandung
- 15
- Anschlag
- 16
- Schulter
- 17
- Federaufnahme
- 18
- Keil
- 19
- Führungszapfen
- 20
- Führungszapfenaufnahme
- 21
- Anschlagring
- 22
- Kerbe
- 23
- Spannschraubenkopf
- 24
- Spannschraubenkopföffnung
- 25
- Mitnahmeprofil
- 26
- Buchse
- 27
- Aufnahmering
- 28
- Öffnung
- 29
- Spannschraubenkörper
- 30
- Aufnahmen
- 31
- Schraube
- 32
- Umfangsnut
- 33
- Gummiring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/152755 A1 [0002]
- WO 2012/152755 [0003]
