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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Beschreibung betrifft allgemein temporäre Haltevorrichtungen und insbesondere einseitige bzw. einseitig bedienbare, temporäre Haltevorrichtungen, die bei Aufspannprozessen eine Klemmkraft aufrechterhalten.
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STAND DER TECHNIK
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Das Spannen einer oder mehrerer typischerweise ebener Platten oder Werkstücke an Ort und Stelle während der Montage kann eine Herausforderung darstellen - insbesondere dann, wenn ein weiches, nachgiebiges Material wie etwa Klebstoff, Haftkleber oder ein anderes elastisches Material zwischen den Teilen verwendet wird. Bei Verwendung einer herkömmlichen Klemmvorrichtung kann der Klebstoff an den Seiten hervorquellen, die Klemmvorrichtung löst sich und verrutscht. Oder, wenn die Klemmvorrichtung zu fest angezogen wird, damit sie nicht verrutscht, kann der gesamte Klebstoff herausquellen, wobei dann zu wenig Material zum Verkleben der Werkstücke übrigbleibt. In einer Heimwerkstatt ist dies nicht besonders problematisch. In einer Produktionsumgebung wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie, bei der solche Operationen üblich sind und zeiteffizient durchgeführt werden müssen, kann es jedoch wünschenswert sein, über eine Klemmvorrichtung zu verfügen, die einfach anzuwenden ist und während des Betriebs einen konstanten Druck ausübt, was zu einer gleichmäßigen Werkstückbefestigung und zu gleichmäßigen Schichtdicken des elastischen Materials führt, das dazwischen vorhanden sein kann.
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Beim Zusammenspannen von Werkstücken ist es nach Erreichen einer zusammendrückenden Klemmkraft in der Regel erwünscht, die Klemmkraft über die für das temporäre Klemmen erforderliche Zeitspanne aufrechtzuerhalten. Dies ist jedoch im Allgemeinen nicht der Fall, wenn der Materialstapel einem Kriechen des Materials oder dem Herausquetschen eines Zusatzstoffs (d. h. dem Verlust einer verformbaren Substanz aus dem zu klemmenden Bereich) ausgesetzt ist. In solchen Fällen führt der Verlust von Material oder Zusatzstoffen zu einer Verringerung der Stapelhöhe und der Klemmkraft zwischen den Berührungspunkten der Haltevorrichtung.
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Ein häufiges Szenario in dieser Hinsicht entsteht, wenn der Materialstapel ein Dichtungsmittel, einen Klebstoff oder eine andere fluidische Substanz beinhaltet, die von dem Bereich verdrängt wird, der durch die SSTF mit Druck beaufschlagt wird. Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer temporären Haltevorrichtung, die in der Lage ist, bei Aufspannprozessen eine Klemmkraft aufrechtzuerhalten. Aus der US 2005 / 0 200 066 A1 ist eine temporäre Haltedruckvorrichtung bekannt. Aus der
GB 413 403 A ist ein Clip zum Zusammenhalten von Metallblechen bekannt. Aus der
US 4 537 542 A ist ein Befestigungselement bekannt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung richtet sich auf die Konstruktion von einseitigen bzw. einseitig bedienbaren, temporären Konstantdruck-Haltevorrichtungen (SSTFs) mit verschiedenen einzigartigen Mechanismen zur Aufrechterhaltung einer Konstantdruck-Klemmkraft oder eines Bereichs von Konstantdruck-Klemmkräften in einem Materialstapel, der bei Aufspannprozessen einem Kriechen des Materials oder einem herausquetschen eines Zusatzstoffs unterliegt, die im Laufe der Zeit bei angelegter Klemmvorrichtung normalerweise zu einem reduzierten Klemmdruck führen würden. Dieser Mechanismus zum Klemmen kann die Einbeziehung von Vorspannelementen, seien es innere, äußere Vorspannelemente oder Kombinationen davon, in die grundlegende Haltevorrichtung beinhalten, und kann so funktionieren, dass die Klemmkraft erhalten oder zumindest die Abnahme einer hergestellten Klemmkraft im Materialstapel minimiert wird, wenn eine oder mehrere einseitige bzw. einseitig bedienbare, temporäre Konstantdruck-Haltevorrichtungen verwendet werden. Die einseitige bzw. einseitig bedienbare, temporäre Konstantdruck-Haltevorrichtung kann in verschiedenen beispielhaften Konfigurationen ausgeführt werden.
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In einigen Beispielen umfasst die Konstantdruck-SSTF einen rotatorisch eingeschränkten, aber translatorisch frei verschiebbaren Spannhülsenkörper, der innerhalb einer Hilfsstruktur, wie beispielsweise einem Haltevorrichtungsgehäuse, angeordnet ist. Die Haltevorrichtung umschließt den vorgenannten Spannhülsenkörper, der sich innerhalb der vorgenannten Hilfsstruktur zumindest teilweise verschiebt, und umschließt darüber hinaus eine Gewindespindel zum Dreheingriff mit dem Spannhülsenkörper, der durch Verdrehsicherungen rotatorisch eingeschränkt ist, die ihm und der Hilfsstruktur zugeordnet sind, sich aber translatorisch axial frei verschieben kann. Konstante Klemmdrücke werden in solchen Beispielen durch die Einbeziehung mindestens eines Vorspannelements zwischen Druckkraftübertragungselementen und/oder -baugruppen der Haltevorrichtungen ermöglicht.
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Um die translatorische Bewegung zu erleichtern, kann der in den verschiedenen Beispielen der Konstantdruck-SSTF zum Einsatz kommende Spannhülsenkörper mehrere Finger aufweisen, die an einem Ende enden. Jeder Finger weist einen vorstehenden Abschnitt mit einer Vorderfläche und einer Rückfläche auf. Der Spannhülsenkörper hat ferner einen Innwandabschnitt, der innerhalb des Haltevorrichtungsgehäuses angeordnet ist. Der Innenwandabschnitt weist ein Innengewinde auf, das zu einer Gewindespindel komplementär ist, wodurch ein Gewindeeingriff zwischen diesen ermöglicht wird und die Drehbewegung der Gewindespindel in eine Translationsbewegung des Spannhülsenkörpers innerhalb des Gehäusekörpers sowie in eine verschiebbare Gewindespindelbewegung zu den Fingern des Spannhülsenkörpers hin oder von diesen weg umgesetzt wird.
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Der Spannhülsenkörper beinhaltet auch einen zweiteiligen Verdrehsicherungsmechanismus, der vorzugsweise durch ein oder mehrere komplementäre, nicht kreisförmige Einzelteile (z. B. eine ebene Fläche, ein Schlitz oder eine Nut, ein Steg, eine Passfeder oder ein Vorsprung, etc.) gekennzeichnet ist. Der Spannhülsenkörper weist ferner ein distales Ende mit radial verlagerbaren Fingern auf, die jeweils vorzugsweise ein Werkstück-Greifelement an einer Außenfläche von diesen und eine Spindelverbindungsfläche an einer Innenfläche von diesen aufweisen. Der Spannhülsenkörper bildet zusätzlich eine zentrale, axial ausgerichtete Bohrung mit einem Innengewindeabschnitt, vorzugsweise an oder angrenzend an ein proximales Ende.
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Die Außenabmessungen und die Oberflächengeometrie des Spannhülsenkörpers sind so gewählt, dass vorzugsweise alle Teilbereiche davon, mit Ausnahme des Verdrehsicherungsmechanismus, der am proximalen Ende des Spannhülsenkörpers positioniert sein kann, über das distale Ende des Gehäuses hinaus translatorisch ausfahrbar sind. Vorzugsweise stellt der proximal angeordnete Verdrehsicherungsmechanismus des Spannhülsenkörpers einen weiteren Teil des Translationsarretierungsmechanismus dar und stößt axial an einem Abschnitt des Gehäuses an, der, wie bereits beschrieben, einen anderen Teil des Translationsarretierungsmechanismus bildet.
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Gemäß verschiedenen Erfindungsbeispielen weist die Gewindespindel eine Spindel mit einem Gewindeabschnitt, einem proximalen Ende und einem distalen Ende auf, und kann mit dem Gewindeabschnitt des Spannhülsenkörpers in Gewindeeingriff gebracht werden. Des Weiteren ist die Gewindespindel vorzugsweise dem Gehäuse zugeordnet, z. B. damit verbunden oder an diesem unverlierbar gehalten, wie im Folgenden in Bezug auf im zusammengebauten Zustand befindliche Beispiele der Erfindung beschrieben wird. In dieser Konfiguration berührt die daran angebrachte Spindel oder Struktur das Gehäuse unter Druckausübung, wenn die Spindel unter Spannung gesetzt wird, wie zum Beispiel dann, wenn der Spannhülsenkörper während Aufspannvorgängen der Haltevorrichtung im Gehäuse zu einer Translationsbewegung veranlasst wird.
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Die verschiedenen Erfindungsbeispiele sind zum einen durch die zuvor erwähnte Konstantdruck-Klemmfunktionalität gekennzeichnet. Die grundlegende Funktionsweise von SSTFs tritt in Erscheinung, wenn nach dem teilweisen Einsetzen des Spannhülsenkörpers in einen Werkstückstapel mit mehreren ausgerichteten Löchern die Spindel in Dreheingriff mit dem Spannhülsenkörper zusammenwirkt und diesen unter Translation in das Gehäuse zurückzieht, bis das bzw. die Werkstück-Greifelement(e) am distalen Ende des Spannhülsenkörpers ein distales Werkstück im Stapel unter Druck berührt bzw. berühren. An dieser Verbindungsstelle wird in der Spindel eine zunehmende zuginduzierte Kraft aufgebracht, die einer reaktiven Translation zum Spannhülsenkörper durch ihre Druckkopplung mit dem Gehäuse widersteht. Infolgedessen berührt das Gehäuse das proximale Werkstück im Stapel mit zunehmendem Druck, wenn die Spindel weiter gedreht wird, bis die gewünschte Klemmung erreicht ist. Diese Elemente werden dann als Druckkraftübertragungselemente/-Baugruppen betrachtet, da sie für die Herstellung einer Klemmwirkung am Stapel notwendig sind.
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Gemäß den verschiedenen Erfindungsbeispielen umfasst die SSTF darüber hinaus eine Innenhülse und eine Außenhülse, die in Bezug auf die Innenhülse drehbar ist. Die Drehung gleicht den Winkel der gegengespannten Fläche aus, und zwar druckbeaufschlagt durch den Schub des Klemmdrucks während der frühen Phasen des Zusammenspannens von Teilen. Dadurch können sich Klemmflächen gegenüber komplexen Oberflächen ausrichten oder Löcher kompensieren, die nicht senkrecht zu Werkstückoberflächen hergestellt wurden.
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Gemäß den verschiedenen Erfindungsbeispielen umfasst die SSTF darüber hinaus einen Gedächtnisring, der zwischen der Innenhülse und der Außenhülse sitzt. Die Kompression bzw. das Zusammendrücken des Rings beim Spannen der Haltevorrichtung wirkt als Dämpfer. Die beim Anziehen aufgebrachte Klemmkraft wird über einen längeren Zeitraum gleichmäßiger verteilt, wodurch eine Stoßbelastung vermieden wird. Sobald er zusammengedrückt ist, wirkt der Ring wie eine Feder und stellt eine Klemmkraft zur Verfügung, falls sich die Geometrie der Werkstücke ändern sollte. Der Gedächtnisring kann so bemessen sein, dass er sich um einen maximalen Betrag verformt, oder er kann so ausgelegt sein, dass er einen Hohlraum vollständig füllt, wenn er komprimiert ist, um eine weitere Kompression zu verhindern und/oder eine Dichtung zu erzeugen.
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Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann die SSTF eine Kombination aus Haltemerkmalen, freier Gleitzone, Gegenflächen und Gedächtnisring aufweisen, um eine gelenkige Außenhülse zu schaffen, die sich verschieben (um zu dämpfen und eine Federwirkung zu erzeugen), sich drehen (um sich ausrichten) und ggf. eine Dichtung erzeugen kann, wobei sie dies alles gleichzeitig zu leisten vermag.
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Es wäre jedoch festzuhalten, dass zur Erzeugung der gewünschten Klemmkraft nur zwei Elemente notwendig sind, nämlich der Spannhülsenkörper und das Gehäuse; in dem beschriebenen Beispiel stellt die Spindel lediglich ein Mittel zum Zurückziehen des Spannhülsenkörpers in das Gehäuse dar und stellt sicher, dass die Greifelemente des Spannhülsenkörpers optimal in Bezug auf das distale Werkstück positioniert sind.
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Auf Grundlage des Vorstehenden kann durch das funktionelle Einfügen mindestens eines Vorspannelements zwischen beliebigen dieser Druckkraftübertragungselemente/-baugruppen (oder zusätzlichen Elementen/Baugruppen in der Druckkette) ein Nachgiebigkeitsmerkmal in die Haltevorrichtung eingebracht werden. So ist bei einigen Ausführungsformen der Erfindung mindestens ein Vorspannelement an einer Druckkopplung zwischen der Spindel (die eine verbundene Struktur beinhaltet) und dem Gehäuse eingesetzt, während bei anderen Ausführungsformen der Erfindung mindestens ein Vorspannelement zwischen das Gehäuse und das angrenzende Werkstück gesetzt ist. Wie bereits erwähnt, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, beide erwähnte Lösungsansätze zu verwenden.
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Für die Zwecke dieses Patents sollen die Begriffe „Fläche“, „Grenze“, „Teil“, „Abschnitt“, „Oberfläche“, „Zone“ sowie deren Synonyme, Äquivalente und Pluralformen, wie sie hierin beispielhaft verwendet werden können, beschreibende Hinweise oder Orientierungspunkte in Bezug auf den beschriebenen Gegenstand und/oder Prozess liefern. Diese und ähnliche oder gleichwertige Begriffe sind nicht dazu bestimmt (wobei aus ihnen auch nicht abgeleitet werden soll), Elemente der bezeichneten Gegenstände und/oder Prozesse per se zu beschränken oder zu definieren, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben oder geht aus den einzelnen Zeichnungen und/oder dem Kontext, in dem der/die Begriff(e) verwendet wird/sind, deutlich hervor.
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Figurenliste
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Die vorliegende Beschreibung ergibt sich deutlicher aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen.
- 1 stellt eine einseitige bzw. einseitig bedienbare, temporäre Haltevorrichtung (SSTF) in einer Einsetzposition und Klemmposition gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
- 2 stellt eine Querschnittsansicht von Innenfedern der SSTF in der Einsetzposition und Klemmposition gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
- 3 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF zum Klemmen von nicht-parallelen Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar.
- 4 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen zum Klemmen von parallelen oder nicht-parallelen Werkstücken gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 5 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen mit Teilgegenflächen zum Klemmen von parallelen oder nicht-parallelen Werkstücken gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 6 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen und Gedächtnisringen zum parallelen Klemmen vor dem Spannen und während des Spannens gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 7 stellt eine gezielte Querschnittsansicht der SSTF mit Hülsen und Gedächtnisringen zum Klemmen paralleler Werkstücke gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 8 stellt eine gezielte Querschnittsansicht der SSTF mit Hülsen und Gedächtnisringen zum Klemmen nicht-paralleler Werkstücke vor dem Spannen und während des Spannens gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 9 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit einer Kombination aus einer Außenhülse und einem Gedächtnisring zum Klemmen paralleler oder nicht-paralleler Werkstücke gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 10 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit einer Kombination aus einer Außenhülse und einer selbsteinstellenden Dichtung zum Klemmen paralleler oder nicht-paralleler Werkstücke gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 11 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit einer Kombination aus Haltemerkmalen, freier Gleitzone, Gegenflächen und einem Gedächtnisring zum Klemmen paralleler oder nicht-paralleler Werkstücke gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Gleiche Bezugszahlen werden zur Bezeichnung von gleichen Teilen in den begleitenden Zeichnungen verwendet.
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BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die nachstehende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen soll als Beschreibung der vorliegenden Beispiele dienen und nicht die einzigen Formen darstellen, in denen das vorliegende Beispiel aufgebaut oder verwendet werden kann. Die Beschreibung legt die Funktionen des Beispiels und die Reihenfolge der Schritte zum Aufbau und Betrieb des Beispiels dar. Dieselben oder gleichwertige Funktionen und Sequenzen können aber auch durch andere Beispiele erreicht werden.
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Die folgenden Beispiele beschreiben einseitige bzw. einseitig bedienbare, temporäre Haltevorrichtungen (SSTFs), mit denen mindestens zwei Werkstücke zumindest vorübergehend zusammengehalten werden, wobei ein Teilbereich einer SSTF in im Wesentlichen ausgerichteten Löchern oder Bohrungen angeordnet ist, die in den Werkstücken gebildet sind. Obwohl die vorliegenden Beispiele hierin als in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht beschrieben und veranschaulicht werden, wird die Beschreibung als Beispiel und nicht als Einschränkung angegeben. Wie dem Fachmann klar sein wird, eignen sich die vorliegenden Beispiele für die Anwendung in einer Vielzahl von verschiedenen Typen.
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1 veranschaulicht eine einseitige, temporäre Haltevorrichtung (SSTF) in einer Einsetzposition (1A) und einer Klemmposition (1 B) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die SSTF 100 weist ein Haltevorrichtungsgehäuse 110 und einen rotatorisch eingeschränkt bzw. drehfest gehaltenen, aber frei verschiebbaren Spannhülsenkörper 130 auf, der teilweise im Haltevorrichtungsgehäuse angeordnet ist. Das Haltevorrichtungsgehäuse 110 umschließt den Spannhülsenkörper 130 und eine Gewindespindel 140, die in Dreheingriff mit dem Spannhülsenkörper steht, der rotatorisch eingeschränkt bzw. drehfest gehalten ist, aber innerhalb des Haltevorrichtungsgehäuses 110 axial translatorisch frei verschiebbar ist. Die Gewindespindel 140 kann an eine Antriebsmutter 150 angeschlossen sein, so dass sich, wenn die Antriebsmutter von einem Benutzer gedreht wird, auch die Gewindespindel 140 mitdreht. Konstante Klemmdrücke werden in solchen Ausführungsformen durch die Einbeziehung mindestens eines Vorspannelements zwischen Druckkraftübertragungselementen und/oder -baugruppen der Haltevorrichtungen ermöglicht.
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Der Spannhülsenkörper 130 umfasst eine Vielzahl von Fingern 132, die an einem Ende 134 enden. Jeder Finger, der am besten in 3 zu sehen ist, umfasst einen vorstehenden Abschnitt mit einer Vorderfläche 137 und einer Rückfläche 138. Der Spannhülsenkörper 130 weist darüber hinaus einen Innwandabschnitt 131 auf, der innerhalb des Haltevorrichtungsgehäuses angeordnet ist. Der Innenwandabschnitt 131 hat ein Innengewinde, das komplementär zur Gewindespindel 140 ist, wodurch ein Gewindeeingriff zwischen diesen ermöglicht wird und die Drehbewegung der Gewindespindel 140 in eine Translationsbewegung des Spannhülsenkörpers 130 innerhalb des Haltevorrichtungsgehäuses sowie in eine verschiebbare Gewindespindelbewegung zu den Fingern des Spannhülsenkörpers hin oder von diesen weg umgesetzt wird.
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In einigen Ausführungsformen weist der Spannhülsenkörper 130 ein Verdrehsicherungsmittel auf (in 1 nicht gezeigt), das vorzugsweise gekennzeichnet ist als (a) ein oder mehrere nicht kreisförmige Einzelteile (z. B. eine ebene Fläche, ein Schlitz oder eine Nut, ein Steg, eine Passfeder oder ein Vorsprung, etc.) für das Äußere des Innenwandabschnitts 131, um eine Drehbewegung des Spannhülsenkörpers 130 innerhalb des Haltevorrichtungsgehäuses 110 zu verhindern. Das Haltevorrichtungsgehäuse 110 weist ein erstes Ende 111 und ein zweites Ende auf, das als Werkstück-Kontaktfläche 112 mit einer Bohrung dient, um die Translationsbewegung des Spannhülsenkörpers zu ermöglichen. Die Bohrung ist vorzugsweise kreisförmig, obwohl das Querschnittsprofil der Bohrung selbst anders und im Allgemeinen über den gesamten axialen Verlauf gleichbleibend sein kann.
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Nach dem Einsetzen des Spannhülsenkörpers in einen Werkstückstapel (der mindestens die Werkstücke 191 und 192 umfasst), der mehrere ausgerichtete Löcher definiert, wirkt die Spindel mit dem Spannhülsenkörper durch Drehen der Antriebsmutter 150 in Dreheingriff zusammen und bewirkt, dass sich dieser translatorisch in das Gehäuse zurückzieht, bis die Rückflächen der Finger des Spannhülsenkörpers und die Werkstück-Kontaktfläche die Werkstücke im Stapel unter Druck zusammenhalten. An dieser Verbindungsstelle wird in der Spindel eine zunehmende zuginduzierte Kraft aufgebracht, die einer reaktiven Translation in Richtung zum Spannhülsenkörper durch ihre Druckkopplung mit dem Gehäuse widersteht. Infolgedessen berührt das Gehäuse das proximale Werkstück im Stapel mit steigendem Druck, wenn die Spindel weiter gedreht wird, bis die gewünschte Klemmung erreicht ist. Diese Elemente werden dann als Druckkraftübertragungselemente/-baugruppen betrachtet, da sie für die Herstellung einer Klemmwirkung am Stapel notwendig sind.
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2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht von Innenfedern der SSTF in der Einsetzposition (2A) und Klemmposition (2B) gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Haltevorrichtungsgehäuse 110 umschließt eine erste Innenfeder 116 und eine zweite Innenfeder 118. Die erste Innenfeder 116 sitzt zwischen dem ersten Ende 111 des Haltevorrichtungsgehäuses 110 und einer Gewindespindelwand 120, die teilweise im Haltevorrichtungsgehäuse angeordnet ist. Die zweite Innenfeder 118 sitzt zwischen dem Innenwandabschnitt 131 des Spannhülsenkörpers 130 und der Gewindespindelwand 120. Wenn die Antriebsmutter 150 gedreht wird, um den Spannhülsenkörper 130 translatorisch einzuziehen und die Gewindespindel zu den Fingern 132 des Spannhülsenkörpers zu bewegen, zieht sich der Innenwandabschnitt 131 des Spannhülsenkörpers 130 zurück, um die zweite Innenfeder 118 an einem Federende zusammenzudrücken, wie in 2B dargestellt ist. Die Gewindespindelwand 120 bewegt sich translatorisch, um die zweite Innenfeder 118 vom entgegengesetzten Federende her zusammenzudrücken und weiterhin die erste Innenfeder 116 zu dehnen (oder ein Dehnen der ersten Innenfeder 116 zu ermöglichen). Wenn sich die SSTF in der Einsetzposition befindet (2A), ist die erste Innenfeder 116 in einem zusammengedrückten Zustand und die zweite Innenfeder 118 in einem gestreckten Zustand.
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3 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF zum Klemmen von nicht-parallelen Werkstücken gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Beim Klemmen von Werkstücken 391 und 392 mit ungeraden Oberflächen haben die Werkstück-Kontaktfläche 112 und das Werkstück 392 keinen vollen Kontakt. Eine asymmetrische Belastung erzeugt eine Kippkomponente an der Haltevorrichtung und den Werkstücken, wie durch Bezugszahl 310 gezeigt ist. Dies ist fast nie erwünscht, da die Kippkomponente eine ungleichmäßige Belastung und hohe Spannungskonzentrationen erzeugt. Dadurch verklemmt sich die Haltevorrichtung an den ungeraden Oberflächen mit asymmetrischen oder unausgewogenen Kräften, was zu unerwünschten Werkstückbeschädigungen an der Klemmstelle mit der höchsten Klemmkraft führen kann.
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4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen zum Klemmen paralleler Werkstücke (4A) und nicht-paralleler Werkstücke (4B) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die SSTF 410 umfasst eine Innenhülse 420, die das der SSTF zugehörige Ende 410 zum Ausfahren/Ausziehen des Spannhülsenkörpers umfasst, und eine Außenhülse 415 mit einer Außenhülse-Kontaktfläche 430 als Klemmfläche. Die Außenhülse 415 umgreift die Innenhülse 420 an einer Gegenfläche 425, was eine Differenzbewegung der Außenhülse in Bezug auf die Innenhülse ermöglicht und es der Klemmfläche erlaubt, sich an komplexen Oberflächen auszurichten oder Löcher auszugleichen, die nicht senkrecht zu Werkstückoberflächen hergestellt sind. Sowohl die Außenhülse als auch die Innenhülse 420 haben Öffnungen, um eine ausfahrende oder zurückziehende Translationsbewegung des Spannhülsenkörpers zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen ist die Außenhülse aus einem Material mit Gedächtniseigenschaften hergestellt und so bemessen, dass die Öffnung aufseiten der Haltevorrichtung geringfügig kleiner ist als der größte geometrische Querschnitt der Innenhülse (Innenhülse mit zusammenwirkender Geometrie vor und hinter dem größten Querschnitt). Die Außenhülse kann auf die Innenhülse gesetzt werden, indem die Außenhülse mit Kraft aufgesteckt wird, um die Außenhülse sich über den größten Querschnitt der Innenhülse ausdehnen zu lassen, und dann die Außenhülse weiter über die Innenhülse geschoben wird, so dass die Öffnung der Außenhülse aufseiten der Haltevorrichtung zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehrt (unter Schrumpfung kleiner wird als der maximale Querschnitt der Innenhülse), wodurch sie somit in der gewünschten Position gehalten wird. Andere Ausführungsformen zum Halten der Außenhülse in Bezug auf die Innenhülse können Halteringe, Bördeleinrichtungen zur plastischen Verformung der Außenhülse nach dem Aufstecken auf die Innenhülse, ein mit Gewinde versehenes Außenteil mit einem reduzierten Querschnitt, der sich vonseiten der Haltevorrichtung her über die Außenhülse schraubt, um das Haltemerkmal zu erzeugen, oder jedes andere Einzelteil sein, das eine Einschränkung gegenüber dem Entfernen nach dem Aufstecken erzeugt, sind aber nicht hierauf beschränkt.
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Wie in 4B gezeigt ist, ist die Außenhülse 415 beim Klemmen einer ungeraden Oberfläche in der Lage, Geometrieänderungen der Werkstücke durch Abweichung oder eine relative Drehbewegung in Bezug auf die Innenhülse auszugleichen, die durch den Schub des Klemmdrucks während der frühen Phasen des Halteprozesses erzwungen wird.
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5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen mit Teilgegenflächen zum Klemmen paralleler Werkstücke (5A) und nicht-paralleler Werkstücke (5B) gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Anstelle einer in 4 gezeigten vollen Gegenfläche 425 ist die Gegenfläche 525 in 5 zwischen einer Innenhülse 520 und einer Außenhülse 515 eine Teilgegenfläche (reduzierter Kontaktbereich), wobei die Außenhülse und die Innenhülse teilweise aneinander anliegen. Die Teilgegenfläche ist allgemein parallel zur Translationsbewegungsrichtung des Spannhülsenkörpers bzw. mit dieser ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen liegt ein Spalt 530 zwischen der Innenhülse 520 und der Außenhülse 515 vor. Die Außenhülse 515 hat ein Halteende 517, um die Außenhülse und Innenhülse zusammenzuhalten. Das Halteende 517 kann an einer Gleitvertiefung oder Gleitzone 522 an der Innenhülse entlanggleiten. Die Geometrie der Außen- und Innenhülse ist so aufgebaut, dass das Halteende 517 an der Gleitzone 522 entlanggleiten kann. Beim Klemmen einer ungeraden Fläche, wie in 5B gezeigt ist, ist die Außenhülse 510 in der Lage, Geometrieänderungen der Werkstücke durch eine Kombination einer relativen Kipp- und Gleitbewegung in Bezug auf die Innenhülse aufzunehmen. Eine solche Kombination ermöglicht eine verbesserte Differenzbewegung zwischen Innenhülse 520 und Außenhülse 515 und erlaubt eine geringere Größe der Haltevorrichtung.
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6 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit Hülsen und einem Gedächtnisring 630 zum Klemmen paralleler Werkstücke vor dem Festziehen ( 6A) und während des Festziehens (6B) gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Der Gedächtnisring 630 ist zwischen einer Innenhülse 620 und einer Außenhülse 615 angeordnet. Der Gedächtnisring kann so bemessen sein, dass er sich um einen maximalen Betrag verformt, oder er kann so ausgelegt sein, dass er im zusammengedrückten Zustand einen Hohlraum vollständig ausfüllt, um so eine weitere Kompression zu verhindern und/oder eine Dichtung zu schaffen. Gedächtnisringe können viele Formen annehmen, wie zum Beispiel Federn, Buchsen, Federscheiben, Sicherungsscheiben, etc. In entsprechender Weise weist die Außenhülse 615 ein Halteende 617 auf, um zu verhindern, dass sich die Außenhülse von der Innenhülse löst. Das Halteende 617 kann an einer Gleitvertiefung oder Gleitzone 622 an der Innenhülse entlanggleiten. Die Geometrie der Außen- und Innenhülse ist so aufgebaut, dass das Halteende 617 entlang der Gleitzone 622 gleiten kann, so dass der Gedächtnisring ohne Behinderung durch die beiden Hülsen zusammengedrückt werden bzw. sich ausdehnen kann.
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Das Zusammendrücken des Gedächtnisrings während des Klemmens der Haltevorrichtung wirkt wie ein Dämpfer. Die beim Anziehen aufgebrachte Klemmkraft wird über einen längeren Zeitraum gleichmäßiger verteilt, wodurch eine Stoßbelastung vermieden wird. Dies ist besonders nützlich, wenn Montagewerkzeuge (Werkzeuge, mit denen die Haltevorrichtung eingesetzt und abgenommen wird) mit hohen Drehzahlen arbeiten. In einigen Fällen, wie zum Beispiel bei druckluftbetriebenen Installationswerkzeugen, erzeugt die hohe Drehzahl im Werkzeug eine drehbedingte Trägheitskraft, die der Haltevorrichtung unerwünschte Energie hinzufügen kann, was zu höheren Klemmlasten führt, als gewünscht ist. In diesem Fall wirkt der Gedächtnisring als Energieverteiler, wodurch die überschüssige Rotationsenergie im Werkzeug abgebaut wird (die zusätzliche Zeit und Energie, die zur Komprimierung des Rings erforderlich ist, ermöglicht es dem Druckluftmotor, einen gewissen Teil seiner Trägheit (oder Drehzahl) abzubauen und zu einem gewünschten und besser angepassten Betriebsdrehmoment zurückzukehren). Dies führt zu einem gewünschten und konsistenten Drehmoment und damit zu einer gleichmäßigen und gewünschten Klemmkraft, die durch die Haltevorrichtung aufgebracht wird.
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Im zusammengedrückten Zustand wirkt der Gedächtnisring 630 wie eine Feder, um eine Klemmkraft bereitzustellen, falls sich die Geometrie der Werkstücke ändern sollte. Beispielsweise dann, wenn eine dünne Unterlegscheibe zwischen die Werkstücke gelegt wird und die Unterlegscheibe entfernt wird, nachdem die Haltevorrichtung installiert wurde. Durch das Entfernen der Unterlegscheibe wird der Abstand zwischen den Klemmflächen des Werkzeugs verringert. Normalerweise würde dies zu einem Verlust der Klemmkraft führen, da Metallbauteile in der Haltevorrichtung normalerweise als starr anzusehen sind und sich nicht dem reduzierten Abstand anpassen. Der komprimierte Ring würde sich jedoch leicht ausdehnen, um die Dickenreduzierung aufgrund der entfernten Unterlegscheibe auszugleichen, und eine Klemmkraft proportional zur neuen komprimierten Dicke des Rings bereitstellen.
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7 veranschaulicht eine gezielte Querschnittsansicht der SSTF mit Hülsen und einem Gedächtnisring zum Klemmen paralleler Werkstücke gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wenn der Gedächtnisring 630 während des Festziehens zusammengedrückt wird, gleitet das Halteende 617 der Außenhülse 615 entlang einer Gleitzone 622 an der Innenhülse 620, wobei die relative Gleitbewegungsverschiebung dem Zusammendrücken des Gedächtnisrings 630 entspricht. Die Außenhülse 615 ist vorzugsweise nachgiebig und verformbar.
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8 stellt eine gezielte Querschnittsansicht der SSTF mit Hülsen und Gedächtnisringen zum Klemmen nicht-paralleler Werkstücke vor dem Festziehen (8A) und während des Festziehens (8B) gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Der Innendurchmesser der Außenhülse 615 ist etwas kleiner als das Haltemerkmal an der Innenhülse 620. Die Außenhülse dehnt sich über das Haltemerkmal hinaus aus, neigt aber dazu, zu ihrem ursprünglichen Durchmesser zurückzukehren, wodurch eine Greifwirkung an der Innenhülse erzeugt wird. Typischerweise ist diese Greifwirkung lediglich stark genug, um zu verhindern, dass die Außenhülse leicht von der Haltevorrichtung entfernt werden kann. Die Außenhülse verschiebt sich unter dem Schub des Gedächtnisrings und/oder der Klemmkraft. Darüber hinaus verformt sich das nachgiebige Material der Außenhülse (mit Gedächtniseffekt), um eine Selbstausrichtung mit einer abgewinkelten Oberfläche (oder anderen komplexen Formen) eines zu klemmenden Teils zu realisieren, wie in 8B gezeigt ist, um dann unter dem Schub des Gedächtnisrings zu ihrer ursprünglichen Position zurückzukehren (Rückkehr zu ihrer Form vor dem Klemmzustand). Der Gedächtnisring 630 steht während des Festziehvorgangs unter ungleichmäßiger Kompression, wenn die SSTF nicht-parallele Werkstücke 391 und 392 zusammenspannt.
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9 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit einer Kombination aus einer Außenhülse und einem Gedächtnisring zum Klemmen paralleler oder nicht-paralleler Werkstücke gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. An der Außenhülse 915 ist von Haus aus ein Gedächtnisring integriert, um dieselbe kombinierte Funktion von Außenhülse 615 und Gedächtnisrings 630 bereitzustellen, wie sie in 8 dargestellt ist.
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10 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit einer Kombination aus einer Außenhülse und einer selbst nachstellenden Dichtung dar, mit der parallele oder nicht-parallele Werkstücke geklemmt werden. Im Vergleich zu 8 ist der Gedächtnisring durch eine selbst nachstellende Dichtung 1030 in 10 ersetzt. Während des Festziehvorgangs wird die selbst nachstellende Dichtung 1030 entsprechend zusammengedrückt, um der Werkstücksituation zu entsprechen.
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11 stellt eine Querschnittsansicht einer SSTF mit einer Kombination aus Rückhaltemerkmalen, freier Gleitzone, Gegenflächen und Gedächtnisring zum Klemmen paralleler oder nicht-paralleler Werkstücke gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die SSTF beinhaltet eine Hybridhülsenstruktur 1110, die das vorstehend erwähnte Halteende, die freie Gleitzone, die Gegenflächen und den Gleitring kombiniert, um eine robuste und effiziente Lösung zum Klemmen paralleler Werkstücke 191, 192 (wie in 11A gezeigt) oder nicht-paralleler Werkstücke (wie in 11B gezeigt) zu ermöglichen. Die Kombination erzeugt eine Außenhülse, die sich verschieben kann (um eine Dämpfung zu bieten und eine Federwirkung zu erzeugen), sich drehen kann (um sich auszurichten), ggf. eine Dichtung erzeugen kann, wobei sie all dies gleichzeitig erfüllt.
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Fachleute werden erkennen, dass die einseitige, temporäre Haltevorrichtung (SSTF) mit verschiedenen Auslegungen konstruiert werden kann. So kann eine SSTF beispielsweise eine andere Kombination von Komponenten umfassen, als in den vorgenannten Ausführungsformen offenbart ist. Fachleute werden auch erkennen, dass eine SSTF darüber hinaus andere Komponenten enthalten kann. Die vorstehende Beschreibung der Erfindung wurde aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses beschrieben. Im Rahmen des Umfangs und der Gleichwertigkeit der beigefügten Ansprüche können verschiedene Änderungen vorgenommen werden.
