DE1117946B - Schnellspann- und Schnellkupplungsvorrichtung - Google Patents

Description

Wälzkörper, insbesondere Kugeln, lassen sich nicht nur in Fällen anwenden, in denen es sich um eine Rollbewegung handelt, beispielsweise in Kugel- oder Rollenlagern, sondern sie sind in zahlreichen Fällen sehr brauchbare Mittel zur Übertragung von Bewegungen oder Kräften. Ein Strang von aneinandergereihten Kugeln kann in gewissen Fällen eine hydraulische Bewegungs- oder Kraftübertragung ersetzen, indem man die Kugeln in einen Kanal einlegt und an einem Ende des Kanals eine Kraft auf die letzte Kugel ausübt. Die Kraft wird von Kugel zu Kugel übertragen und ermöglicht damit die Durchführung einer Bewegung analog der Bewegung eines Flüssigkeitsstranges einer hydraulischen Einrichtung, ohne daß man die Schwierigkeiten der Hydraulik, insbesondere die Beherrschung der Dichtungsfrage, in Kauf nehmen muß. Man kann aber auch die Kugeln oder Bolzen zur Kraftübertragung verwenden. Wenn man in die Bohrung einer Scheibe Kugeln einlegt und sie durch einen zentrisch hindurchgeführten Dorn nach außen drückt, so kann man eine so große Reibungskraft erzeugen, wie zur Herbeiführung eines festen Sitzes der Scheibe auf dem Dorn oder einem Wellenende erforderlich ist. Ähnliche Wirkung erreicht man, wenn man in die Nabe etwa einer Scheibe auf einer Welle eine konisch verlaufende Nut einfräst, in die Nut Kugeln einsetzt und die Kugeln über eine Druckschraube in die konische Nut hineindrückt. Auch hier entstehen wieder starke, zur Befestigung der Scheibe ausreichende Reibungskräfte. Man kann auch, etwa für Stoßdämpfer, die Kugeln nach Art eines Hemmwerkes zickzackförmig übereinanderschichten und sie hinter eine Dämpferfeder schalten, so daß bei einer im Dämpfer auftretenden Axialkraft die Kugeln seitlich auszuweichen versuchen und hierdurch eine stark dämpfende Reibungskraft an der Wandung erzeugen. Man kann aber auch Kugeln oder Rollen für schaltbare Kupplungen verwenden, indem man einen zweireihigen Kranz von Kugeln in einen Aufnehmer einbaut und durch eine konische Kupplungsscheibe eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die innere Kugel- oder Rollenreihe ausübt, welche die eingeleitete Kraft auf die äußere Reihe weitergibt und diese gegen die Außenwand des Aufnehmers drückt. Auch hier entstehen wieder starke Reibungskräfte, welche die Kupplungsscheibe mit dem Aufnehmer kuppeln.

Schließlich sei noch auf die Anwendungsmöglichkeit von Kugeln hingewiesen, in denen sie als Haufwerk nach Art eines hydraulischen Kolbengetriebes wirken und einen nach allen Richtungen hin wirkenden Druck auf irgendwelche zu bearbeitenden Teile Schnellspann-
und Schnellkupplungsvorrichtung

Anmelder:

Werkzeugmaschinenfabrik

Adolf Waldrich Coburg,

Coburg

ausüben. Die Einwirkung der Druckkraft auf die einzelnen Flächenabschnitte erfolgt hier jedoch ungleichmäßig. Außerdem besieht keine Möglichkeit, der auf die einzelnen Wälzkörper ausgeübten und weitergeleiteten Druckkraft eine ganz bestimmte Größe zu erteilen. Die Druckkraft wird dabei z. B. mittels eines Bolzens aufgebracht, der in einen mit Kugeln gefüllten Raum eingeschraubt wird, den Raum verengt und eine Übertragung der auf ihn ausgeübten Druckkraft über die Kugeln auf die Seitenflächen des Aufnahmeraumes veranlaßt.

Als besonderer Mangel der bekannten Spannvorrichtungen, bei denen in den Zwischenraum zwischen die zu verbindenden Teile regellos Wälzkörper eingebracht sind, ist noch anzusehen, daß gegebenenfalls einzelne Wälzkörper nebeneinander in eine Ebene gedrückt werden und auch nach Fortfall des Spanndruckes in dieser verklemmten Stellung verbleiben. Mit dem Fortfall des Druckes tritt dann keine Lösung der verbundenen Teile voneinander ein.

Die Erfindung betrifft die Anwendung von Wälzkörpern für Schnellspann- und Schnellkupplungsvorrichtungen zum Gegeneinanderklemmen von nur zeitweise mittels Spannelement zu verbindenden Teilen, wie Werkstück und Werkstückaufnahme, und besteht darin, daß das Spannelement nur an einer Stelle auf die Wälzkörper unmittelbar einwirkt, von wo aus die eingeleitete Kraft auf die in einem zwischen den beiden zu kuppelnden Teilen vorgesehenen Kanal in zickzackförmiger Anordnung geschichtet lagernden restlichen Wälzkörper übertragen wird, wobei der Arbeitsweg eines jeden dieser Wälzkörper zufolge Anwendung eines kleinstmöglichen Trennfugenspiels beider Teile ein sehr geringes Maß aufweist. Es wird die eingeleitete Kraft also nicht gleichzeitig auf alle Wälzkörper übertragen, sondern von Wälzkörper zu

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Wälzkörper, und damit die Möglichkeit geschaffen, sehen Werkstoff geeignet, die beim Entspannen dazu

beliebig geformte Teile gleichmäßig zu verspannen. beiträgt, daß die Wälzkörper in ihre entspannte Lage

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zurückfedern. Gemäß einem weiteren Merkmal der

können bei einer Anordnung von drei Wälzkörper- Erfindung kann für die Halterung der Wälzkörper ein

reihen die Wälzkörper der Außenreihen symmetrisch 5 Käfig angeordnet sein, der dafür sorgt, daß die Zu-

zu den Wälzkörpern der. Mittelreihe angeordnet sein. Ordnung der einzelnen Wälzkörper in gespannter und

Durch diese Anordnung liegen die auf die Flächen entspannter Lage erhalten bleibt. Es ist zwar bekannt,

der zu verbindenden Teile und auf die einzelnen eine Verspannung von Teilen über einen Käfig durch-

Wälzkörper einwirkenden Druckkräfte in ihrer Rieh- zuführen, doch fehlen den bekannten Vorrichtungen

tung symmetrisch zueinander und sind auch in ihrer io dieser Art die Wälzkörper in einer Anordnung, wie

Größe genau vorher bestimmbar. sie die Erfindung vorschreibt, nach der der spezifische

Weiterhin kann gemäß der Erfindung vorgesehen Flächendruck geregelt werden kann,

sein, daß der eine der zu verbindenden Teile einen Die Merkmale der Erfindung seien an Hand von in

zur Aufnahme der Wälzkörper dienenden Kanal auf- der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh-

weist, dessen Gestalt auf die Spannfläche des Gegen- 15 rungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

teiles abgestimmt ist. Die Formgebung des Kanals Fig. 1 eine gemäß der Erfindung ausgebildete

und die Abstimmung der sich gegenüberliegenden Spannvorrichtung,

Flächen in ihrer Lage zueinander erbringt vorher Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Spannvor-

bestimmbare Abstände der Wälzkörper voneinander, richtung,

wobei es wesentlich ist, daß ihre Achsen Zickzack- 20 Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Spann-

förmig in benachbarten Ebenen liegen und die be- vorrichtung,

nachbauen Wälzkörper einander nicht berühren. Da- Fig. 4 eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung

durch ist die Richtung der Spannkräfte, die auf die mit zwei Spannelementen,

Seitenflächen des Kanals wirken, genau festlegbar Fig. 5 eine Spannvorrichtung mit zwischen den und infolgedessen auch der zur Wirkung kommende 25 Wälzkörpern angeordneten Zwischenstücken,
Spanndruck auf den einzelnen Flächenabschnitten Fig. 6 eine Spannvorrichtung mit wellenförmig gefestgelegt. Es ist besonders zweckmäßig, dem Kanal krümmtem Wälzkörperkanal,

über seine Länge eine unterschiedliche Höhe zu ge- Fig. 7 eine Spannvorrichtung mit von innen wir-

ben, wodurch die von den einzelnen Wälzkörpern auf kendem Spannelement,

die zu verbindenden Teile ausgeübten spezifischen 30 Fig. 8 eine Spannvorrichtung mit einem Wälzkör-Spanndrücke unterschiedlich sind. Der gleiche Erfolg perkanal mit über seine Länge unterschiedlicher Höhe, kann auch bei einem Kanal gleichbleibender Höhe Fig. 9 einen Wälzkörperkäfig und
dadurch erreicht werden, daß die Wälzkörper im Fig. 10 eine Spannvorrichtung mit drei Wälzkörper-Durchmesser unterschiedlich gehalten sind. Dadurch reihen.

ändert sich die Lage der Berührungsstellen der ein- 35 In Fig. 1 ist mit 1 die Werkstückaufnahme einer zelnen Wälzkörper zueinander und somit sowohl die gemäß der Erfindung ausgebildeten Schnellspann-Richtung als auch die Größe der übertragenen Kräfte. oder Schnellkuppelvorrichtung bezeichnet. Es ist zur Selbstverständlich können auch gleichzeitig die Kanal- Aufnahme eines Teiles 2, das in dem dargestellten höhe und auch der Durchmesser der Wälzkörper zur Beispiel einen ovalen bzw. rechteckigen Querschnitt Erzielung unterschiedlichen Spanndruckes variiert 4° mit abgerundeten Ecken aufweist, mit einer Ausspawerden. rung 3 entsprechender Form versehen. An der Oberin vielen Fällen ist es nicht erforderlich, daß indem seite der Aussparung3 ist der Kanal4 angeordnet, gesamten Bereich des Kanals die eingeleitete Klemm- in dem sich die als Rollen ausgebildeten Walzkraft zur Wirkung kommt. In solchen Fällen kann körper 5 befinden, die mit ihren Achsen zickzackerfindungsgemäß ein Teil der Wälzkörperreihe durch 45 förmig in benachbarten Ebenen liegen, wobei sich den Kanal örtlich füllende Zwischenstücke ersetzt die benachbarten Rollen einer Reihe nicht berühren, sein, welche die senkrecht zur Spannfläche wirkenden ungefähr gleiche Abstände voneinander aufweisen Kräfte übertragen. Sie dienen also dann nur der und wobei jede Rolle einer Reihe zwei benachbarte Fortpflanzung des eingeleiteten Spanndruckes in den Rollen der anderen Reihe berührt. Um bei der EntBereich des Kanals, in dem wiederum Wälzkörper 50 fernung des Teiles 2 zu verhindern, daß die Rollen 5 eingesetzt sind. Durch die Anordnung derartiger Zwi- herausfallen, kann zwischen diese und dem Werkschenstücke lassen sich die Reibungsverluste weit- stück eine bandförmige, in der Figur nicht dargestellte gehend herabsetzen. In diesem Zusammenhang ist Zwischenlage angeordnet sein. Diese besteht vorzugsnoch zu erwähnen, daß durch die Verwendung unter- weise aus einem elastischen Werkstoff und trägt dazu schiedlicher Wälzkörperdurchmesser bzw. einer unter- 55 bei, daß die auf der elastischen Zwischenlage aufschiedlichen Kanalhöhe und der damit verbundenen liegenden Rollen in die entspannte Lage zurückfedern,' Änderung der Richtung der jeweiligen Spannkräfte wenn der Spanndruck fortfällt. Soll das in die Ausein Ausgleich der Reibungsverluste erzielt werden sparung 3 eingeschobene Teil 2 festgeklemmt werden, kann. so wird der bei 8 gelagerte Hebel 9 durch die durch Der mit den Wälzkörpern versehene Kanal kann 60 den Pfeil 10 angedeutete Spannkraft belastet, wobei erfindungsgemäß geschlossen, beispielsweise ringför- die Belastung über das Spannelement 7, das im darmig oder oval ausgeführt sein, wobei in zweckmäßi- gestellten Beispiel durch einen Kolben gebildet ist, ger Weise das die Klemmung der Wälzkörper bewir- eingeleitet wird. Die ausgeübte Druckkraft pflanzt kende Spannelement von außen oder von innen her sich über die Rollen fort.

auf die Wälzkörper einwirkt. Weiterhin kann der Ka- 65 In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erstreckt

nal auf der dem zu spannenden Teil zugekehrten Seite sich der der Aufnahme der Rollen dienende Kanal 4

mit einer bandförmigen Zwischenlage abgedeckt sein. über die gerade Oberseite 11 und Teile der Rundun-

Insbesondere ist eine Zwischenlage aus einem elasti- gen 12 des Teiles 2. In vielen Fällen wird, wie es

Fig. 2 zeigt, ein kürzerer, vollkommen gradlinig verlaufender Kanal 13 ausreichen, um das gewünschte Verklemmen der Teile zu erzielen. Es ist andererseits aber auch möglich, einen Kanal 14 ganz um das Werkstück 2 herumzuführen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Während sich das Werkstück 2 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 teilweise gegen die festen Teile 15 des Gehäuses 1 als Widerlager abstützt, ist es bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3; _: allseitig von Spannrollen 5 umfaßt.

Fig. 4 zeigt eine Spannvorrichtung mit zwei Spannelementen 7. Diese Anordnung ist von Vorteil, wenn bei einer längeren Spannrollenreihe infolge der Reibung zwischen den Rollen die Spannkräfte an den von dem Spannelement 7 entfernten Stellen nicht mehr ausreichend sind. An Stelle von zwei Spannelementen? können natürlich noch weitere angeordnet sein.

Wenn es nicht erforderlich ist, das Werkstück allseitig zu fassen, werden zwischen den Rollen 5 Zwischenstücke 16 in den Spannrollenkanal 14 eingebracht, welche die zwischen den Rollen 5 wirkenden Spannkräfte von einer Rollenreihe 17 auf die andere,

18, übertragen. Auf diese Weise lassen sich Rollen einsparen, so daß die Spannvorrichtung billiger in der Herstellung wird. Außerdem verringern sich die zwischen den Rollen wirksamen Reibungskräfte.

Sehr vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, daß sie jeder Werkstücksform anpaßbar ist. Fig. 6 zeigt z. B. einen Spannrollenkanal

19, der wellenförmig verlaufende Krümmungen 20 und 21 aufweist. In Fig. 7 ist eine Spannvorrichtung dargestellt, bei der das Spannelement 7 von innen her auf die Spannrollen 5 einwirkt. Das in der Zeichnung nicht dargestellte Werkstück wird auf eine in dieser Weise ausgebildete Spannvorrichtung wie auf einen Dorn aufgesetzt und anschließend festgespannt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Spannkräfte sowohl nach Größe als auch nach Lage im voraus genau festgelegt werden und längs der zu spannenden Fläche variiert werden können. Das ist beispielsweise dadurch möglich, daß, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, der Kanal 22 eine unterschiedliche Höhe aufweist oder die Wälzkörper 23 und 24 verschiedene Durchmesser besitzen. Dabei lassen sich diese beiden Lösungen auch kombinieren.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel sind die Rollen 5 in einem geschlossenen Käfig 25 angeordnet. Sie bilden mit diesem eine geschlossene Einheit und können nach Entlastung des Spannelementes 7 aus dem Gehäuse 26 der Spannvorrichtung für sich oder zusammen mit dem Werkstück 27 herausgenommen werden.

Während in den Fig. 1 bis 9 Rollen-Doppelreihen für die Spannung vorgesehen sind, bei denen der Abstand zwischen den sich gegenseitig durchsetzenden Einzelreihen geringer ist als der Rollendurchmesser, zeigt Fig. 10 einen Rollenkäfig 28, in welchem die Rollen 5 in dreifacher Reihe angeordnet sind. Dabei liegen die äußeren Reihen 29 und 29' in bezug auf die innere Reihe 30 symmetrisch. Gegenüber der zickzackförmigen Anordnung der Rollen in den Fig. 1 bis 9 ergibt sich in Fig. 10 auf diese Weise eine rombische Form in der Rollenanordnung.

Wie aus den Figuren, insbesondere aus der Fig. 8, ersichtlich ist, läßt sich durch Unterschiede im Durchmesser der Rollen erreichen, daß die auf die Flächen der zu verbindenden Teile zur Wirkung kommenden Druckkomponenten eine unterschiedliche Größe aufweisen, wie sie unter Umständen zweckmäßig ist, beispielsweise, wenn es sich um Teile handelt, die aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehen, die eine unterschiedliche Druckbelastung erforderlich machen.

An Stelle eines mechanischen Spannelementes 7 kann auch eine Vorrichtung vorgesehen sein, bei der die Spannkraft auf elektromagnetischem oder pneumatischem Wege erzeugt wird.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schnellspann- und Schnellkupplungsvorrichtung zum Gegeneinanderklemmen von nur zeitweise über Wälzkörper mittels Spannelement zu verbindenden Teilen, wie Werkstück und Werkstückaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (7) nur an einer Stelle auf die Wälzkörper (5, 23, 24) unmittelbar einwirkt, von wo aus die eingeleitete Kraft auf die in bekannter Weise in einem zwischen beiden Teilen (1, 2) vorgesehenen Kanal (4, 13, 14, 19, 22) oder Käfig (25, 28) in zickzackförmiger Anordnung geschichtet lagernden restlichen Wälzkörper (5, 23, 24) übertragen wird, wobei der Arbeitsweg eines jeden dieser Wälzkörper zufolge Anwendung eines kleinstmöglichen Trennfugenspiels beider Teile ein sehr geringes Maß aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung von drei Wälzkörperreihen (29, 30, 29') die Wälzkörper (5) der Außenreihen (29, 29') symmetrisch zu den Wälzkörpern der Mittelreihe (30) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine (1, 26) der zu verbindenden Teile (1, 2, 26, 27) einen zur Aufnahme der Wälzkörper (5) dienenden Kanal (4, 13, 14, 19, 22) aufweist, dessen Gestalt auf die Spannfläche des Gegenteiles (2, 26) abgestimmt ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (22) in an sich bekannter Weise über seine Länge eine unterschiedliche Höhe aufweist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (23, 24) im Durchmesser unterschiedlich gehalten sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörperreihe (17, 18) durch den Kanal (14) örtlich füllende, an sich bekannte Zwischenstücke (16) unterbrochen ist, welche die senkrecht zur Spannfläche wirkenden Kräfte übertragen.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (4, 14) geschlossen, beispielsweise ringförmig oder oval, ausgeführt ist und das die Spannung der Wälzkörper (5) bewirkende Spannelement (7) von außen oder von innen her auf die Wälzkörper (5) einwirkt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (4, 13, 14, 19, 22) auf der dem zu spannenden Teil (2) zugekehrten Seite

mit einer bandförmigen Zwischenlage, insbesondere aus elastischem WerkstofiE, abgedeckt ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (5) in einem Käfig (25, 28) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 137 262, 236134,

306509, 381729, 585 833, 638 235, 884268; schweizerische Patentschriften Nr. 88 935, 956, 427 627;
französische Patentschrift Nr. 574 364.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen