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Die Erfindung betrifft ein Druckstück zum Winkelausgleich an unebenen oder nicht parallelen Flächen, insbesondere zur Verwendung zwischen zwei relativ zueinander verschwenkbaren Werkstücken, bestehend aus einer mit einer zylindrischen Durchgangsöffnung versehenen Lagerschale, die eine konkave sphärische Lagerfläche sowie eine auf der der Lagerfläche abgewandten Seite ausgebildete Anlagefläche aufweist, und einer ebenfalls mit einer zentrischen Durchgangsöffnung versehenen Kugelscheibe, deren konvexe Kugelfläche formschlüssig in die sphärische Lagerfläche der Lagerschale eingreift, relativ zu dieser bewegbar ist und auf ihrer der Kugelfläche abgewandten Seite eine Anlagefläche aufweist.
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Bekannte Druckstücke der genannten Art dienen zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern und zur Vermeidung von Kantenbelastungen. Diese Druckstücke bestehen ausschließlich aus einer Kugelpfanne bzw. Lagerschale sowie einer in diese eingreifenden Kugelscheibe, die zwischen relativ zueinander verschwenkbaren Werkstücken eingesetzt werden.
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Derartige Druckstücke, die von der Firma igus GmbH gefertigt werden, haben sich in der Praxis bereits bestens bewährt. Für besondere Anwendungsfälle ist es jedoch wünschenswert, die Druckstücke in geeigneter Weise und optimal an den jeweiligen Werkstücken zu befestigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Druckstücke derart weiterzuentwickeln, dass sie sich ohne größeren Aufwand bequem und unverlierbar an den jeweiligen Werkstücken befestigen lassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Anlagefläche der Kugelscheibe eine mittig angeordnete, rund um deren Durchgangsöffnung verlaufende sphärische Ausnehmung ausgebildet ist, dass in die sphärische Ausnehmung der Kugelscheibe ein Anschlussstück mit einem Deckelteil einsetzbar ist, dass die Unterseite des Deckelteils eine konvexe Kugelfläche aufweist, die formschlüssig in die sphärische Ausnehmung der Kugelscheibe passt, und dass das Anschlussstück durch die zentrischen Durchgangsöffnungen der Kugelscheibe und der Lagerschale hindurch mit dem jeweiligen Werkstück verbindbar ist.
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Das erfindungsgemäße Druckstück ermöglicht eine leichte und unkomplizierte Montage und behält dabei seine guten Eigenschaften, Fluchtungsfehler auszugleichen und Kantenpressungen zwischen den relativ zueinander beweglichen Werkstücken zu vermeiden.
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Über das Anschlussstück werden die Kugelscheibe und die als Unterteil dienende Lagerschale sowohl zusammengehalten als auch mit dem jeweiligen Werkstück verbunden.
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Die Oberseite des zu dem Anschlussstück gehörenden Deckelteils liegt dabei im montierten Zustand, wenn die Kugelscheibe relativ zu der Lagerschale nicht verschwenkt ist, auf einem tieferen Niveau als die Anlagefläche der Kugelscheibe. Dadurch ist es möglich, die Kugelscheibe relativ zu der Lagerschale zu verschwenken, ohne dass das Anschlussstück störend über die Anlagefläche der Kugelscheibe hinaus vorsteht.
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Das Anschlussstück kann auf vielfältige Weise mit dem jeweiligen Werkstück verbunden werden. Zum Beispiel kann das Anschlussstück an seinem unteren Ende mit einem Gewinde versehen sein, welches in das jeweilige Werkstück einschraubbar ist. Vorzugsweise ist das Anschlussstück jedoch mit einer mittigen Durchgangsbohrung versehen, wobei durch die Durchgangsbohrung ein gesondertes Befestigungselement hindurchgreift, welches das Anschlussstück und somit das gesamte Druckstück mit dem jeweiligen Werkstück verbindet.
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Als Befestigungselement kann eine handelsübliche Stahlschraube vorgesehen sein, deren Kopf auf der Oberseite des Deckelteils aufliegt, und deren Schaft sich durch die Durchgangsbohrung des Anschlussstücks hindurch erstreckt und in das jeweilige Werkstück einschraubbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckstücks kann das Anschlussstück mit einem zylindrischen Verlängerungsteil versehen sein, dessen unteres Ende formschlüssig in die Durchgangsöffnung der Lagerschale eingreift. Durch diese Konstruktion wird eine besonders stabile Bauweise gewährleistet.
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Zweckmäßig ist zur Versenkung des Schraubenkopfes ein abgesenkter Bereich am oberen Ende der Durchgangsbohrung in der Oberseite des Deckelteils vorgesehen.
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Vorzugsweise besteht mindestens die Lagerschale oder die Kugelscheibe des Druckstücks aus Kunststoff.
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Dafür wird ein Kunststoff ausgewählt, der tribologisch optimiert ist. Dadurch wird erreicht, dass auf eine Schmierung der Gleitflächen verzichtet werden kann.
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Das Anschlussstück, durch welches die Stahlschraube als Befestigungselement hindurchgreift, besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, um den auftretenden Dauerbelastungen standzuhalten.
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Bei Anwendungsbeispielen, bei denen die Hauptlast nicht an dem Anschlussstück anliegt, kann unter Umständen auch das Anschlussstück aus einem Kunststoff gefertigt sein, der für den jeweiligen Anwendungsfall die ausreichende Festigkeit aufweist.
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Die Lagerschale besteht dabei zweckmäßig aus einem schlagfesten, thermoplastischen Verbundwerkstoff, während die Kugelscheibe aus dem tribologisch optimierten Kunststoff besteht.
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Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Druckstücks sind sehr vielfältig. Beispielsweise kann die Lagerschale an dem Befestigungsende der Kolbenstange eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders bzw. einer Spanneinheit befestigbar sein.
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Die als Befestigungselement dienende Schraube greift dabei durch die zylindrische Durchgangsbohrung des Anschlussstücks hindurch und ist in das Betätigungsende der Kolbenstange eingeschraubt.
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Alternativ kann aber auch das Befestigungsende der Kolbenstange des Hydraulik- oder Pneumatikzylinders bzw. der jeweiligen Spanneinheit als Lagerschale für die Kugelscheibe ausgebildet sein. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel würde das Druckstück dann nur aus zwei Teilen bestehen, nämlich aus der Kugelscheibe sowie dem Anschlussstück, während die Lagerschale unmittelbar an dem Betätigungsende des jeweiligen Werkstücks ausgebildet ist. Die Kugelscheibe müsste aber dann in jedem Falle aus dem tribologisch optimierten Kunststoff bestehen, um die erforderlichen guten Gleiteigenschaften zu gewährleisten.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1: das erfindungsgemäße Druckstück in perspektivischer Darstellung,
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2: eine Draufsicht auf das Druckstück gemäß 1,
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3: einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2, wobei die Kugelscheibe zu der Lagerschale nicht verschwenkt ist,
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4: den gleichen Schnitt wie 3, wobei die Kugelscheibe relativ zu der Lagerschale verschwenkt ist, und
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5: ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckstücks, das an dem Betätigungsende der Kolbenstange eines Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinders befestigt ist, wobei in zwei Darstellungen verschiedene Positionen des Druckstücks dargestellt sind.
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Nach 1 bis 4 der Zeichnung besteht das erfindungsgemäße Druckstück 1 aus einer als Unterteil dienenden Lagerschale 2, einer Kugelscheibe 3 sowie einem Anschlussstück 4.
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Wie insbesondere aus den 3 und 4 ersichtlich ist, weist die Lagerschale 2 an ihrer Oberseite eine konkave sphärische Lagerfläche 5 auf, von deren Mitte aus eine zentrische Durchgangsöffnung 6 durch die Lagerschale 2 verläuft. Auf der der Lagerfläche 5 abgewandten Seite ist die Lagerschale 2 mit einer Anlagefläche 7 versehen, mit der die Lagerschale 2 an einem Werkstück anlegbar und in dieser Position an diesem befestigbar ist.
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Die Kugelscheibe 3 ist als Gegenstück zu der als Unterteil dienenden Lagerschale 2 ausgebildet. Die Kugelscheibe 3 weist dabei eine konvexe Kugelfläche 8 auf, die formschlüssig in die konkave sphärische Lagerfläche 5 der Lagerschale 2 eingreift. Ebenso wie die Lagerschale 2 ist auch die Kugelscheibe 3 mit einer zentrischen Durchgangsöffnung 9 versehen. Auf ihrer der Kugelfläche 8 abgewandten Seite weist die Kugelscheibe 3 eine Anlagefläche 10 auf, mit der die Kugelscheibe 3 an ein Werkstück anlegbar ist.
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In der Anlagefläche 10 der Kugelscheibe 3 ist eine mittig angeordnete, rund um deren Durchgangsöffnung 9 verlaufende sphärische Ausnehmung 11 ausgebildet. Das Anschlussstück 4 ist an seinem oberen Ende mit einem Deckelteil 12 versehen. Dieser weist an seiner Unterseite eine konvexe Kugelfläche 13 auf, die formschlüssig in die sphärische Ausnehmung 11 der Kugelscheibe 3 eingreift.
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Das Deckelteil 12 ist durch die zentrische Durchgangsöffnung 9 der Kugelscheibe 3 sowie die zentrische Durchgangsöffnung 6 der Lagerschale 2 hindurch mit dem jeweiligen Werkstück verbindbar, an welchem die untere Anlagefläche 7 der Lagerschale 2 anliegt.
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Wie insbesondere aus 3 zu ersehen ist, liegt im montierten, nicht verschwenkten Zustand der Kugelscheibe 3 die Oberseite 14 des Deckelteils 12 auf einem tieferen Niveau als die obere Anlagefläche 10 der Kugelscheibe 3.
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Wie in 4 dargestellt, ist es durch diese Maßnahme möglich, dass die Kugelscheibe 3 relativ zu der Lagerschale 2 über einen bestimmten Winkel verschwenkbar ist, ohne dass das Deckelteil 12 über die Anlagefläche 10 der Kugelscheibe 3 hinaus vorsteht. Während also die Anlageflächen 7 und 10 der Lagerschale 2 sowie der Kugelscheibe 3 im Betrieb an entsprechenden Werkstücken anliegen, ist eine Verschwenkbarkeit der Kugelscheibe 3 relativ zu der Lagerschale 2 ohne weiteres möglich, ohne dass sich das Deckelteil 12 dabei über die Anlagefläche 10 hinaus vorschiebt und die Funktion des Druckstücks 1 stört.
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Wie aus den 1 bis 4 weiterhin zu ersehen ist, ist das mit dem Deckelteil 12 versehene Anschlussstück 4 mit einer mittigen Durchgangsbohrung 15 versehen. Durch diese Durchgangsbohrung 15 greift ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Befestigungselement hindurch, welches das Anschlussstück 4 mit dem jeweiligen Werkstück, an dem die Anlagefläche 7 der Lagerschale 2 anliegt, verbindet. Als Befestigungselement kann eine Stahlschraube verwendet werden, deren Kopf auf der Oberseite 14 des Deckelteils 12 aufliegt bzw. in einem abgesenkten Bereich 16, der in der Oberseite des Deckelteils 12 ausgebildet ist, aufgenommen wird, sodass die Schraube nicht über das Niveau der Oberseite 14 des Deckelteils 12 vorsteht.
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Wie aus 3 und 4 der Zeichnung auch zu ersehen ist, weist das Anschlussstück 4 im Anschluss an das Deckelteil 12 ein zylindrisches Verlängerungsteil 17 auf, dessen unteres Ende formschlüssig in die zentrische Durchgangsöffnung 6 der Lagerschale 2 eingreift. Die Unterseite des unteren Endes 18 des Verlängerungsteils 17 schließt genau mit der unteren Anlagefläche 7 der Lagerschale 2 ab. Der mittlere Bereich 19 des Verlängerungsteils 17 liegt mit einem Absatz 20 gegen die konkave sphärische Lagerfläche 5 der Lagerschale 2 an.
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Wie aus den 3 und 4 weiterhin zu ersehen ist, weist die zentrische Durchgangsöffnung 9 der Kugelscheibe 3 einen wesentlich größeren Durchmesser auf als der Durchmesser des zylindrischen Verlängerungsteils 17 des Anschlussstück 4. Dadurch ist es möglich, dass die Kugelscheibe 3 relativ zu der Lagerschale 2 verschwenkbar ist. Der Verschwenkungswinkel wird dabei durch die Breite der zentrischen Durchgangsöffnung 9 der Kugelscheibe 3 begrenzt. Die zentrische Durchgangsöffnung 9 ist leicht konisch ausgebildet, sodass, wie in 4 dargestellt ist, die jeweilige seitliche Wand 21 der zentrischen Durchgangsöffnung 9 der Kugelscheibe 3 bei ihrer maximalen Ausschwenkung über ihre gesamte Höhe bündig an dem zylindrischen Verlängerungsteil 17 anliegt.
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Mindestens eines der relativ zueinander beweglichen Bauteile des Druckstücks 1, nämlich entweder die Lagerschale 2 oder die Kugelscheibe 3, müssen aus Kunststoff bestehen, und zwar vorzugsweise aus einem tribologisch optimierten Kunststoff, sodass sehr gute Gleit- und Verschleißeigenschaften zwischen den beiden Teilen gewährleistet sind.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel können alle drei Bauteile des Druckstücks 1, nämlich die Lagerschale 2, die Kugelscheibe 3 sowie das Anschlussstück 4, aus Kunststoff gefertigt. Die Lagerschale 2 sollte dabei aus einem schlagfesten, thermoplastischen Verbundwerkstoff bestehen, während die Kugelscheibe 3 aus dem genannten tribologisch optimierten Kunststoff hergestellt ist.
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Wenn das Anschlussstück 4 allerdings höheren Belastungen ausgesetzt ist, so sollte dieses aus einem metallischem Material gefertigt sein, beispielsweise aus Stahl. Ein solches Anschlussstück 4, durch welches eine Schraube hindurchgeführt ist, würde bei höheren Belastungen den Anforderungen besser gerecht werden.
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In 5 ist ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Druckstück 1 dargestellt. Bei diesem Anwendungsbeispiel ist die Lagerschale 2 an dem Betätigungsende 22 der Kolbenstange 23 eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders 24 befestigt.
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Bei diesem Anwendungsbeispiel soll mit der Kolbenstange 23 ein schwenkbar gelagerter Hebel 25 betätigt werden. Beim Ausfahren der Kolbenstange 23 aus der in 5 links dargestellten Position in die rechts dargestellte Position verändert die untere Anlagefläche 26 des Hebels 25 ihre Lage relativ zu der Längsachse der Kolbenstange 23. Aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Druckstücks 1, welches zwischen dem Betätigungsende 22 der Kolbenstange 23 und der Anlagefläche 26 des Hebels 25 angeordnet ist, werden eventuelle Fluchtungsfehler und ungleichmäßige Kantenbelastungen zuverlässig vermieden.
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Das erfindungsgemäße Druckstück 1 zeichnet sich also besonders dadurch aus, dass es ausgleichend zwischen relativ zueinander verschwenkbaren Werkstücken wirkt. Darüber hinaus weisen die sich relativ zueinander bewegenden Teile des Druckstücks 1 gute Gleit- und Verschleißeigenschaften auf, ohne dass zusätzliche Schmiermittel eingesetzt werden müssen. Ferner ist die Montage des erfindungsgemäßen Druckstücks 1 an einem beliebigen Werkstück, beispielsweise an einer Spanneinheit, oder, wie in 5 dargestellt, an der Kolbenstange 23 eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders 24, äußerst einfach und unproblematisch.
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Als Alternative kann die Lagerschale auch unmittelbar an dem jeweiligen Befestigungsende des betreffenden Werkzeugs ausgebildet sein, d.h., dass die Lagerschale, die die Kugelscheibe 3 aufnimmt, aus Metall bestehen würde. In diesem Falle muss die Kugelscheibe 3 zwangsläufig aus dem tribologisch optimierten Kunststoff bestehen, um die guten Gleiteigenschaften zu sichern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckstück
- 2
- Lagerschale (Unterteil)
- 3
- Kugelscheibe
- 4
- Anschlussstück
- 5
- konkave sphärische Lagerfläche (der Lagerschale 2)
- 6
- zentrische Durchgangsöffnung (der Lagerschale 2)
- 7
- Anlagefläche (der Lagerschale 2)
- 8
- Kugelfläche (der Kugelscheibe 3)
- 9
- zentrische Durchgangsöffnung (der Kugelscheibe 3)
- 10
- Anlagefläche (der Kugelscheibe 3)
- 11
- sphärische Ausnehmung (der Kugelscheibe 3)
- 12
- Deckelteil l(des Anschlussstücks 4)
- 13
- konvexe Kugelfläche (des Anschlussstück 4)
- 14
- Oberseite (des Deckelteils 12)
- 15
- zylindrische Durchgangsbohrung (des Anschlussstücks 4)
- 16
- abgesenkter Bereich (der zylindrischen Durchgangsbohrung 15)
- 17
- zylindrisches Verlängerungsteil (des Anschlussstücks 4)
- 18
- unteres Ende (des zylindrischen Verlängerungsteils 17)
- 19
- mittlerer Bereich (des zylindrischen Verlängerungsteils 17)
- 20
- Absatz (am Verlängerungsteil 17)
- 21
- seitliche Wand (der zentrischen Durchgangsöffnung 9)
- 22
- Betätigungsende (der Kolbenstange 23)
- 23
- Kolbenstange
- 24
- Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder
- 25
- Hebel
- 26
- Anlagefläche (des Hebels 25)
