DE19853808B4

DE19853808B4 - Verbindungssystem zum lösbaren Spannen eines Bauteils in einer Aufnahme eines Spannelements sowie Spannsystem zum lösbaren Spannen eines elastisch verformbaren Spannelements in einer Ausnehmung eines anderen Bauteils

Info

Publication number: DE19853808B4
Application number: DE1998153808
Authority: DE
Inventors: Thomas Retzbach
Original assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Current assignee: Fritz Schunk GmbH and Co KG Fabrik fuer Spann und Greifwerkzeuge
Priority date: 1998-11-21
Filing date: 1998-11-21
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2018-11-22
Also published as: DE19853808A1

Abstract

Verbindungssystem zum lösbaren Spannen eines Bauteils (1) in einer Aufnahme (2c) eines als Hohlkörper ausgebildeten Spannelements (2), indem das Spannelement (2) derart elastisch verformt wird, daß die Innenkontur der Aufnahme (2c) entsprechend der wirksamen Außenkontur des Bauteils (1) mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinandergesteckt werden können, und nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druckverbindung unter elastischer Rückverformung des Spannelements (2) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (2) einen ortsfest anbringbaren Grundkörper (2a) aufweist, von dessen Innenumfang nach innen wenigstens ein elastischer Steg (2b) abragt, an dessen freiem Ende die Aufnahme (2c) für das zu spannende Bauteil (1) ausgebildet ist, daß der Steg (2b) im Bereich seines freien Endes einen Teil einer Druckkammer (4) bildet, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um zur Verformung des Stegs (2b) axiale Druckkräfte auf den Steg (2b) auszuüben, und daß die in Kontakt mit dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungssysteme zum lösbarem Spannen von Bauteilen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7.

Verbindungssysteme zum lösbaren Spannen eines Bauteils zwischen zwei Bauteilen dieser Art sind aus der DE 195 21 755 C1 sowie der DE 196 24 048 A1 bekannt. Bei diesen Verfahren wird in übereinstimmender Weise ein polygones oder ovales Bauteil durch Aufbringung von radialen Druckkräften elastisch in eine runde Form gebracht, so daß ein runder Schaft unter Beibehaltung der radialen Druckkräfte montiert werden kann. Wenn dann die Radialkräfte verringert oder aufgehoben werden, federt das verformte Bauteil in seine ovale oder polygone Ausgangsform zurück, so daß der Schaft darin über einen Preßsitz fixiert wird. Diese Art der Verbindung zweier Bauteile hat sich in der Praxis durchaus bewährt. Es wird jedoch häufig als nachteilig angesehen, daß die Herstellung der polygonen Grundform durch klassische Verformung oder spanabhebende Bearbeitung relativ kompliziert und teuer ist.

Desweiteren sind im Stand der Technik sogenannte Schnellspannzylinder bekannt, die insbesondere zur Nullpunkt-orientierten Fixierung von Einzugsnippeln dienen. Diese Schnellspannzylinder besitzen eine Aufnahme, in die der Einzugsnippel eingesetzt werden kann, und einen Spannmechanismus, um den Einzugsnippel in der Aufnahme zu fixieren. Der Spannmechanismus umfaßt in der Regel einen in die Aufnahme eingesetzten Kugelkäfig, in dem eine Kugel radial verstellbar gehalten ist, die je nach Kolbenstellung einer Zylinder/Kolben-Einheit in eine Nut in der Wandung der einen Aufnahme nach außen ausweichen kann, so daß ein Einzugsnippel in den Kugelkäfig eingesetzt oder aus diesem herausgenommen werden kann, oder durch die Wandung der Aufnahme an einem solchen Ausweichen gehindert und damit in Eingriff mit einer entsprechenden Ringnut am Einzugsnippel gehalten wird. Auch diese hydraulischen Schnellspannzylinder haben sich durchaus bewährt. Sie sind jedoch im Einsatz anfällig gegen Verschmutzungen durch Späne und kleine Partikel und außerdem relativ kompliziert im Aufbau und daher teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verbindungssysteme der Eingangsgenannten dann anzugeben, die sich effektiv im Fach einsetzten lassen und preisgünstig sind.

Diese Aufgabe ist bei den inredestehenden Verbindungssystemen durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 8 gelöst. Erfindungsgemäß werden somit nicht wie im Stand der Technik radiale, sondern axiale Druckkräfte zur Bewirkung der gewünschten Verformung verwendet. Die Aufbrindung der axialen Druckkräfte hat zur Folge, daß die gesamte wirksame Umfangskontur gegenüber einem ortsfest abgestützten Umfangsbereich ausgelenkt wird. Geht man beispielsweise davon aus, daß ein Schaft in eine Aufnahme eines als Hohlkörper ausgebildeten Spannelements fixiert werden soll, wird das Spannelement außenseitig abgestützt und werden die axialen Druckkräfte auf einen elastisch auslenkbaren Bereich des Spannelements nahe der Innenkontur ausgeübt. Dies hat zur Folge, daß die Innenkontur gegenüber der Außenkontur ausgelenkt wird, wobei die dazwischenliegenden Verbindungsbereiche einen Hebel bilden, so daß die Aufbringung der axialen Druckkräfte dazu führt, daß sich der Innenumfang des Spannelements aufweitet, und der Schaft in das Spannelement eingeschoben werden kann. Dadurch, daß die wirksame Umfangskontur durch die axialen Druckkräfte im wesentlichen gleichmäßig verformt wird, ist es nicht erforderlich, die Kontur mit einer komplizierten polygonen oder ovalen Grundform zu versehen, so daß besondere Bearbeitungsvorgänge nicht notwendig sind. Zum Spannen eines runden Schafts muß an dem Spannelement lediglich eine runde Innenkontur hergestellt werden, deren Radius zur Erzeugung des Preßsitzes etwas kleiner ist als die des Schaftes, d. h. die Innenkontur liegt im ungespannten Zustand vollständig innerhalb der Umfangskontur des zu spannenden Schaftes.

Wenn in umgekehrter Weise ein elastisch verformbares Spannelement in einer Ausnehmung eines anderen Bauteils gespannt werden soll, wird das Spannelement etwa mittig abgestützt und werden die axialen Druckkräfte auf einen elastisch auslenkbaren Bereich nahe des Außenumfangs des Spannelements ausgeübt. In diesem Fall werden die Außenbereiche des Spannelements gegenüber den ortsfest fixierten Innenbereichen ausgelenkt. Dies hat zur Folge, daß sich die Außenbereiche nach innen wölben, so daß das Spannelement in die Aufnahme des anderen Bauteils eingeschoben werden kann. Auch in diesem Fall braucht die wirksame Außenkontur des Spannelements nicht in besonderer Weise ausgebildet zu sein. Wenn das Spannelement in einer runden Ausnehmung fixiert werden soll, kann auch die Außenkontur kreisrund ausgebildet sein.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol gende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigen:
1 ein Spannelement zum innenseitigen Spannen eines Schaftes im unverformten Zustand,
2 das Spannelement aus 1 im verformten Zustand,
3 eine Axialspanneinrichtung zum Spannen eines Einzugsnippels gemäß der vorliegenden Erfindung in Schnittansicht,
4 ein Spannelement zum außenseitigen Spannen eines Werkstücks im unverformten Zustand und
5 das Spannelement aus 4 im verformten Zustand.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verbindungssystems dargestellt. Zu dem Verbindungssystem gehören ein runder Schaft 1 und ein auf dem Schaft 1 befestigtes Spannelement 2. Das Spannelement 2 ist als Ringelement mit einer kreisförmigen Innenkontur, die eine Aufnahme 2c für den Schaft 1 bildet, und einer kreisförmigen Außenkontur ausgebildet, wobei der Durchmesser der Innenkontur im ungespannten Zustand etwas kleiner als der Durchmesser des Schaftes 1 ist, so daß die Innenkontur vollständig innerhalb der Außenkontur des Schaftes 1 liegt. Das Spannelement 2 besitzt in seinem Außenbereich einen stabilen Grundkörper 2a und eine mittig von diesem vorgesehene Aufnahme 2c für den zu spannenden Schaft 1, die mit dem Grundkörper 2a durch einen elastischen Stegbereich 2b verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist dieser elastische Steg 2b als ein sich zwischen dem Grundkörper 2a und der Aufnahme 2c erstreckender, geschlossener Ring ausgebildet, es ist aber grundsätzlich auch möglich, beispielsweise eine Mehrzahl von sich radial zwischen Grundkörper 2a und Aufnahme 2c erstreckende, schmale Verbindungsstege vorzusehen.
Zum Lösen bzw. in umgekehrter Weise zum Herstellen der in 1 dargestellten Verbindung zwischen Schaft 1 und dem Spannelement 2 wird das Spannelement 2 im Bereich des Grundkörpers 2a durch geeignete Befestigungsmittel ortsfest abgestützt, und dann werden beispielsweise mittels eines Stempels axiale Druckkräfte F gleichmäßig um die Aufnahme 2c herum verteilt auf den Mittelbereich des Spannelements 2 ausgeübt, wodurch das Spannelement 2 im Bereich der Aufnahme 2c unter elastischer Verformung des Stegs 2 ausgelenkt wird. Durch diese Verformung wölbt sich die Aufnahme 2c wie in 2 gezeigt auf, so daß sich die Aufnahme 2c von dem Schaft 1 löst und dieser aus dem Spannelement 2 herausgezogen werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform wird aufgrund des axialen Versatzes zwischen der Aufnahme 2c und dem Ver bindungsbereich zwischen Grundkörper 2a und Steg 2b ein vorteilhafter Hebel erreicht, so daß bereits kleine axiale Auslenkungen das gewünschte Spiel schaffen, damit der Schaft 1 aus der Aufnahme 2c herausgenommen bzw. in diese hereingesteckt werden kann. Es ist aber auch möglich, die Aufnahme 2c in die Stegebene hineinzulegen.
In der 3 ist eine nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeitende Spanneinrichtung dargestellt, die dazu dient, einen Einzugsnippel 1, der an der Unterseite einer Trägerplatte T für ein Werkstück W angebracht ist, an einem Maschinentisch zu fixieren. Zu der Spanneinrichtung gehört ein ringförmiges Spannelement 2, das den zuvor unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen Grundaufbau mit einem Grundkörper 2a, einem elastischen Ringsteg 2b und einer daran vorgesehen Aufnahme 2c, in der das zu spannende Bauteil, hier der Einzugsnippel 1, durch einen Preßsitz gehalten wird, hat. Der Grundkörper 2a ist lediglich dicker ausgebildet, so daß er eine hohe Festigkeit hat, und besitzt unterhalb des Stegs 2b einen axialen Fortsatz 8 mit einem Innengewinde 9 zur Fixierung an einem scheibenförmigen Körper 3, der an dem Maschinentisch angebracht ist und mittig eine Aufnahme 3b aufweist, in der Einzugsbolzen 1 zentriert gehalten wird. Wie in 3 gut erkennbar ist, ist das Spannelement 2 so weit auf den Körper 3 aufgeschraubt, daß die Unterseite des elastischen Stegs 2b an der Oberseite des scheibenförmigen Körpers 3 flächig anliegt. Innenseitig liegt der Steg 2 an einem die Aufnahme 3b für den Einzugsnippel 1 umgebenden Vorsprung 3a des Körpers 3 an.
Zwischen dem Steg 2 und dem Körper 3 ist eine ringförmige Druckkammer 4 ausgebildet, die durch zwei in den scheibenförmigen Körper 3 eingelegte Dichtungselemente wie beispielsweise O-Ringe 5, 6 begrenzt ist. In die Druckkammer 4 mündet ein im Spannelement 2 ausgebildeter Hydraulikmittelkanal 7, über welchen der Druckkammer 4 ein Hydraulikmittel wie beispielsweise Öl zugeführt werden kann.
Wenn die in 3 dargestellte Verbindung gelöst werden soll, wird der Druckkammer 4 über den Hydraulikmittelkanal 7 Hydraulikmittel zugeführt, wodurch in der in 2 dargestellten Weise ein axialer Druck auf den Steg 2b des Spannelements 2 ausgeübt wird, so daß der Steg 2b unter Aufwölbung der Aufnahme 2c vom scheibenförmigen Körper 3 weggedrückt wird. Durch die Aufwölbung der Aufnahme 2c entsteht das notwendige Spiel, damit der Einzugsbolzen 1 vom Spannelement 2 gelöst werden kann bzw. in umgekehrter Weise ein Einzugsbolzen 1 in die Aufnahme 2c eingesetzt werden kann.
Zu bemerken ist, daß während der elastischen Verformung des Stegs 2b dessen Innenkante immer an dem axialen Vorsprung 3a des scheibenförmigen Körpers 3 anliegt, so daß nur wenig oder gar kein Hydraulikmittel aus der Druckkammer 4 entweichen kann.
In den 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Verbindungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, mit dem ein in der Zeichnung nur angedeuteter Hohlkörper 1 wie beispielsweise eine Hohlwelle außenseitig gespannt werden kann. Das Verbindungssystem besitzt ein im wesentlichen scheibenförmiges Spannelement 2 mit einem stabilen Grundkörper 2a und einem von diesem nach außen abragenden, ringförmigen elastischen Steg 2b, der an seinem Außenumfang eine mit dem zu spannenden Bauteil 1 unter Pressung in Berührung kommende Spannfläche 2d aufweist. Auch hier ist die Spannfläche 2d mit axialem Versatz zur Verbindungsstelle zwischen dem elastischen Steg 2b und dem Grundkörper 2a vorgesehen, um optimale Hebelverhältnisse zu schaffen.
Wenn die in Figur dargestellte Preßverbindung zwischen Hohlkörper 1 und Spannelement 2 gelöst werden soll, werden, wie in 5 angedeutet ist, auf den Außenbereich des Spannelements 2 nahe der Spannfläche 2d axiale Druckkräfte ausgeübt, wobei das Spannelement 2 mittig an seinem Grundkörper 2a abgestützt wird. Durch diese axialen Druckkräfte wird der elastische Steg 2 nach oben gedrückt, wobei er sich leicht nach innen wölbt, so daß zwischen der Spannfläche 2d und dem Bauteil 1 ein Spiel entsteht, das ausreichend ist, damit das Spannelement 2 vom Bauteil 1 getrennt werden kann bzw. in ungekehrter Weise auch das Bauteil 1 auf das Spannelement 2 aufgeschoben werden kann.

Claims

Verbindungssystem zum lösbaren Spannen eines Bauteils (1) in einer Aufnahme (2c) eines als Hohlkörper ausgebildeten Spannelements (2), indem das Spannelement (2) derart elastisch verformt wird, daß die Innenkontur der Aufnahme (2c) entsprechend der wirksamen Außenkontur des Bauteils (1) mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinandergesteckt werden können, und nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druckverbindung unter elastischer Rückverformung des Spannelements (2) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (2) einen ortsfest anbringbaren Grundkörper (2a) aufweist, von dessen Innenumfang nach innen wenigstens ein elastischer Steg (2b) abragt, an dessen freiem Ende die Aufnahme (2c) für das zu spannende Bauteil (1) ausgebildet ist, daß der Steg (2b) im Bereich seines freien Endes einen Teil einer Druckkammer (4) bildet, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um zur Verformung des Stegs (2b) axiale Druckkräfte auf den Steg (2b) auszuüben, und daß die in Kontakt mit dem Bauteil (1) kommenden Bereiche der Aufnahme (2c) gegenüber der Verbindungsstelle zwischen Steg (2b) und Grundkörper (2a) in Richtung der auf den Steg (2b) wirkenden Druckkräfte axial versetzt ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Steg (2b) als ein sich zwischen dem Grundkörper (2a) und der Aufnahme (2c) erstreckender, geschlossener Ring ausgebildet ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (2b) druckseitig an der Stirnseite eines im wesentlichen scheibenförmigen Körpers (3) anliegt und mit diesem die Druckkammer (4) definiert.
Verbindungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Körper (3) einen Vorsprung (3a) aufweist, der in Eingriff mit einem am Steg (2b) vorgesehenen Absatz (2d) steht, um die Druckkammer (4) innenseitig zu begrenzen.
Verbindungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem scheibenförmigen Körper (3) und dem Steg (2b) Dichtungselemente (5, 6) vorgesehen sind, die den ringförmigen Druckraum begrenzen.
Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2a) des Spannelements (2) auf den scheibenförmigen Körper (3) aufgeschraubt ist.
Verbindungssystem zum lösbaren Spannen eines elastisch verformbaren Spannelements (2) in einer Ausnehmung eines anderen Bauteils (1), indem das Spannelement (2) derart elastisch verformt wird, daß eine wirksame Außenumfangskontur entsprechend der Kontur der Ausnehmung des Bauteils (1) mit vorgegebenem Spiel entspricht, so daß die beiden Bauteile (1, 2) ineinandergesteckt werden können, und indem nach dem Zusammenstecken der beiden Bauteile (1, 2) eine Druckverbindung unter elastischer Rückverformung des Spann-elements (2) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spann-element (2) einen insbesondere ringförmig ausgebildeten und ortsfest anbringbaren Grundkörper (2a) aufweist, von dessen Außenumfang nach außen wenigstens ein elastischer Steg (2b) abragt, an dessen freiem Ende die wirksame Außenkontur ausgebildet ist, daß der Steg (2b) im Bereich seines freien Endes einen Teil einer Druckkammer (4) bildet, die mit einem Hydraulikmittel beaufschlagbar ist, um zur Verformung des Stegs (2b) axiale Druckkräfte auf den Steg (2b) auszuüben, und daß die in Kontakt mit dem Bauteil (1) kommende Außenfläche des Spannelements (2) gegenüber der Verbindungsstelle zwischen Steg (2b) und Grundkörper (2a) in Richtung der auf den Steg (2b) wirkenden Druckkräfte axial versetzt ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (2) als ein sich zwischen dem Grundkörper (2a) und den die wirksame Umfangskontur definierenden Außenrandbereich erstreckender, geschlossener Ring ausgebildet ist.