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Klemmbacken von Einspannvorrichtungen
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Die Erfindung betrifft Klemmbacken von Einspannvorrichtungen, insbesondere
für Werkstoffprüfmaschinen, mit Klemmflächen, die eine Profilierung aufweisen.
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Bei Einspannvorrichtungen für Werkstücke, Bauteile, Proben usw. ist
die Gestaltung und Ausführung der Klemmflächen an den Klemmbacken, die das einzuspannende
Teil fassen und halten, von Bedeutung. Zwischen dem einzuspannenden Teil und der
Einspannvorrichtung besteht eine Reibverbindung oder kraftschlüssige Verbindung.
Bei gegebener Klemm- oder Einspannkraft - d. i. die Kraft, mit der das einzuspannende
Teil durch die Einspannvorrichtung beaufschlagt bzw. geklemmt wird - soll daher
eine möglichst hohe Haltekraft senkrecht zur Klemmkraft erzeugt werden. Die Haltekraft
ergibt sich aus der Klemmkraft und dem Reibbeiwert zwischen den einzuspannenden
Flächen. Die auf das einzuspannende Teil wirkenden Belastungskräfte dürfen die Haltekraft
nicht überschreiten, weil sonst das Teil in der Einspannvorrichtung nicht mehr festgehalten
wird und durchrutscht.
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Zur Erzielung hoher Reibbeiwerte werden die Klemmflächen an den Klemmbacken
von Einspannvorrichtungen mit einer griffigen Oberfläche versehen, die z.B. eine
Profilierung mit zahn- oder pyramidenförmigen Profilen oder eine entsprechende Riffelung
aufweisen kann. Beim Einspannvorgang können die Profile auf den Klemmflächen der
Klemmbacken geringfügig in die Klemmfläche des einzuspannenden Teils eindringen
und auf diese Weise eine Art formschlüssiger Verbindung herstellen. Damit lassen
sich an den Einspannstellenhohe Kräfte übertragen.
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Bei bekannten Klemmflächen von Klemmbacken verlaufen die Zahnprofile
parallel zueinander (Linienverzahnung) und sind senkrecht zur Belastungsrichtung
in den Klemmflächen angeordnet. Sie werden durch Hobeln, Fräsen oder Schleifen hergestellt.
Pyramidenförmige Profile (Waffelprofile, Riffelungen) können durch Bearbeitung in
zwei in einem Winkel zueinander liegenden Richtungen erzeugt werden.
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Die nach dem Stand der Technik bekannten Profilierungen der Spannflächen
von Klemmbacken haben verschiedene Nachteile.
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An der Einspannstelle tritt eine verhältnismäßig große Kerbwirkung
auf. Bei Werkstoffproben können sich dadurch an der Einspannstelle leicht Brüche
ergeben. Weiterhin können beim Probenbruch die zur Probe hin gelegenen Zähne aus
den Einspannbacken ausbrechen. Bei pyramidenförmigen Profilen sind die Einzelprofile
besonders hohen Beanspruchungen ausgesetzt und können daher leicht beschädigt werden.
Die Herstellung von zahn- oder pyramidenförmigen Profilen ist aufwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die den Klemmflächen von
Klemmbacken nach dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen und Klemmflächen
zu schaffen, die für alle Arten von Einspannungen und Belastungen (statisch und
dynamisch) geeignet sind, die die Übertragung von hohen Kräften an den Einspannstellen
ermöglichen, die nur eine geringe Kerbwirkung verursachen und die einfach herzustellen
sind. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Profilierung
auf den Klemmflächen kurvenförmig angeordnet ist. Eine herstellungsmäßig besonders
einfache Weiterbildung des Erfindungsgedankens ergibt sich, wenn die kurvenförmige
Profilierung kreisförmig oder spiralförmig ausgebildet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Art der Profilanordnung können hohe Kräfte
an den Klemmstellen (Einspannstellen) übertragen
werden, da durch
die Krümmung der Profilierung eine Versteifung des Profils erreicht wird. Die Gesamtzahnbelastung
wird auf diese Weise sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Belastung gegenüber
herkömmlichen Profilen herabgesetzt. Die zur Probe hin gelegenen und am höchsten
beanspruchten Zähne brechen nicht so leicht aus den Spannbacken aus. Durch die geringere
Verformung an der Profilierung ergibt sich ein geringerer Verschleiß bei dynamischer
Belastung.
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Durch eine kurvenförmige Profilierung werden die einzuspannenden Bauteile
an den Einspannstellen quer zur Belastungsrichtung weniger gekerbt als bei bekannten
Profilausführungen.
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Damit ergeben sich geringere Kerbspannungen und Brüche an den Einspannstellen,
die besonders bei dynamischen Belastungen infolge von Kerbwirkung auftreten, werden
weitgehend vermieden. Bei Zugstäben mit gleichem Querschnitt, d.h. bei Stäben, die
keine besonders ausgebildeten Aufnahmestellen zum Einspannen aufweisen, wird eine
Querkontraktion an den Einspannstellen verhindert, da die Einspannstellen allseitig
geklemmt werden.
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Die Herstellungskosten für die erfindungsgemäße Oberflächenprofilierung
von Klemmbacken liegen insbesondere bei kreis-oder spiralförmiger Profilierung erheblich
niedriger als bei den bisher üblichen Ausführungen, da die Profilierung auf einfache
Weise auf einer Drehbank hergestellt werden kann und nicht gehobelt, gefräst oder
geschliffen werden muß.
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Wird eine beidseitige Profilierung auf Klemmbacken angebracht, erniedrigen
sich die Kosten für das Befestigen und Halten einer solchen Spannbacke erheblich,
da auf Zentrierungen und Ausdrehungen im Spannkolben verzichtet werden kann. AuBerdem
ist durch Anbringen nur einer Zentralschraube ein Backenwechsel, der bei Prüfung
verschiedener Materialien bzw. bei verschiedenen Proben erforderlich wird, schneller
möglich.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen dargestellt
und näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Schnitt durch eine Einspannvorrichtung für
eine Prüfmaschine in schematischer Darstellung, Fig. 2 Ansicht und Schnitt eines
Klemmbackens mit kreisförmiger Profilanordnung, Fig. 3 Ansicht eines Klemmbackens
mit sprialförmiger Profilanordnung, Fig. 4 und 4a Ansicht von Klemmbacken mit kurvenförmiger
Profilanordnung, die aus konzentrischen kreisförmigen Profilteilen besteht, Fig.
5 Klemmbacken mit doppelseitiger Profilierung.
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Die in Figur 1 dargestellte Einspannvorrichtung weist einen Einspannkopf
1 auf, der an einer nicht dargestellten Prüfmaschine angebaut ist. Üblicherweise
sind an einer Prüfmaschine zwei solcher Einspannköpfe vorhanden, zwischen denen
das zu prüfende Teil eingebaut wird. Im Einspannkopf 1 sind Bohrungen 2, 3 vorgesehen,
in denen Klemmkolben 4, 5 längsbeweglich gelagert sind. Die Klemmkolben können über
Zuführungsleistungen 6, 7 mit Druckmittel beaufschlagt werden.
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Sie können in nicht dargestellter Weise gegenüber den Bohrungen 2,
3 abgedichtet sein. Die Klemmkolben 4, 5 sind an ihren Stirnseiten mit Aussparungen
zur Aufnahme und Führung von Klemmbacken 8,# 9 versehen. Die Klemmbacken sind leicht
auswechselbar in den Klemmkolben angeordnet. An ihren dem
einzuspannenden
Teil zugewandten Seiten (den Klemmflächen) sind die Klemmbacken mit einer Profilierung
versehen.
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Wenn die Bohrungen 2, 3 mit Druckmittel beaufschlagt werden, bewegen
sich die Klemmkolben 4, 5 mit den Klemmbacken 8, 9 in den Bohrungen auf das einzuspannende
Teil io zu und klemmen dieses im Einspannkopf 1 fest. Die Profilierung an den Klemmflächen
der Klemmbacken ermöglicht es, an den Einspannstellen zwischen Klemmbacken und dem
einzuspannenden Teil hohe Kräfte senkrecht zur Klemmrichtung zu übertragen.
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Die in den Klemmkolben angeordneten Klemmbacken sind rund ausgeführt,
können jedoch auch eine beliebige andere Form aufweisen. Bei runder Ausführung ergibt
sich eine besonders einfache Herstellung für die Klemmbacken selbst und für die
Aussparungen in den Klemmkolben.
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Bei den Klemmbacken mit kreisförmiger Profilanordnung nach Figur 2
ist die Verzahnung konzentrisch um den Mittelpunkt des Klemmbackens ausgeführt.
Damit ergibt sich ein Profil aus endlosen Zähnen, das eine hohe Steifigkeit und
geringe Kerbwirkung aufweist und leicht herstellbar ist.
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Die Zahnform und Zahngröße kann leicht unterschiedlichen Anforderungen
von Einspannvorrichtungen angepaßt werden. Die Einzelzähne eines Profils werden,
unabhängig von der Profilanordnung, auch als Beißzähne bezeichnet.
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Die Profilanordnung nach Figur 3 mit einem runden Klemmbacken und
spiralförmiger Verzahnung weist nur einen Zahn auf, der praktisch als endlos anzusehen
ist. Bei diesem Profil ergeben. sich die gleichen Vorteile wie bei der kreisförmigen
Profilanordnung.
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Die kurvenförmigen Profile der Anordnung nach Figur 4 bzw.
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4a bestehen aus Teilen von konzentrischen Kreisprofilen,
deren
Mittelpunkt am Rand bzw. außerhalb des runden Klemmbackens liegt. Eine ähnliche
Profilanordnung ergibt sich, wenn für jedes Einzelprofil der gleiche Krümmungsradius
vorgesehen wird. Auch mit solchen Profilanordnungen werden Vorteile gegenüber den
nach dem Stand der Technik bekannten Profilanordnungen erzielt.
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Durch Überlagerung von gleichen oder unterschiedlichen Kurvenformen
lassen sich auf einfache Weise auch pyramidenförmige oder teilweise zahnförmige
und teilweise pyramidenförmige Profilierungen herstellen.
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In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die auf
das einzuspannende Teil wirkenden Kräfte von den Klemmbacken über Aussparungen bzw.
Führungen in den Stirnseiten der Klemmkolben auf den Einspannkopf übertragen, d.h.
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die Klemmbacken sind in den Aussparungen der Klemmkolben gelagert.
Die Klemmbacken können, wie in Figur 5 dargestellt auch beidseitig mit Profilierungen
versehen sein, d.h. zwei Klemmflächen aufweisen. Sie können in diesem Fall auf einfache
Weise, z.B. mittels einer Schraube 11 auf der glatten Stirnfläche 12 der Klemmkolben
4, 5 befestigt werden. Die Abstützung gegenüber den Klemmkolben wird bei dieser
Anordnung der Klemmbacken durch die reibschlüssige Verbindung zwischen Klemmbacken
8 und Klemmkolben 4 bewirkt.
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Die erfindungsgemäßen Klemmbacken können nicht nur an Klemmkolben,
wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, sondern auch an beliebigen anderen
Betätigungsgliedern von Einspannvorrichtungen eingebaut werden, z.I3. an Einspannvorrichtungen
mit mechanisch betätigten Keilbacken.