DE2659080A1

DE2659080A1 - Klemmkoerper

Info

Publication number: DE2659080A1
Application number: DE19762659080
Authority: DE
Inventors: Guenter Zuber
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1978-07-06
Also published as: GB1584039A; DE2659080C3; DE2659080B2; JPS5382956A; JPS56644B2

Description

CARL SCHENCK AG ^ " ^

22.12.1976- I

K 1 e m m k ö r ρ e r

Die Erfindung betrifft einen Klemmkörper zur Herstellung einer aus einem Außen- und einem Innenteil bestehenden Klemmverbindung, mit einer Aufnahmeöffnung für das Innenteil.

Klemmverbindungen werden in der Technik auf vielen Gebieten und in vielen Ausführungen zur Übertragung von Kräften und Drehmomenten verwendet. Die Klemmung zwischen einem Außen- und einem Innenteil wird meist mit mechanischen Mitteln herbeigeführt. Das geteilte oder geschlitzte Außenteil wird hierbei z. B. mit Hilfe von Schrauben, Bolzen oder anderen Spannelementen auf das Innenteil geklemmt. Solche Verbindungen sind lösbar, jedoch müssen beispielsweise zur Übertragung von großen Kräften., viele Spannelemente verwendet werden. Die Betätigung dieser Elemente ist umständlich und zeitraubend.

Eine andere Art von Klemmverbindungen stellen Schrumpfverbindungen dar. Bei diesen Verbindungen nutzt man die "Wärmedehnung eines Materials, besonders von Stahl, bzw. die Schrumpfung beim Abkühlen aus, um eine kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Der Innendurchmesser des Außenteils einer Schrumpfverbindung ist bei Umgebungstemperatur geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Innenteils. Durch Erwärmung und damit Ausdehnung des Außenteils bzw. durch Abkühlung und damit Schrumpfung des Innenteils lassen sich die zu verbindenden Teile ineinander fügen. Sobald die beiden Teile wieder die normale Umgebungs- oder Betriebstemperatur angenommen haben, ist durch die Rückdehnung der Bauteile eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Außenteil und Innenteil entstanden.

- 2 8098 2"?/ 025 3

Solche Schrumpfverbindungen sind im allgemeinen nicht oder nur mit besonderen Maßnahmen lösbar. Schrumpfverbindungen werden verwendet, um runde Bauteile wie Wellen, Achsen, Zapfen, Säulen usw. mit Naben, Rädern, Ringen, Verbindungsstücken, Traversen und ähnlichen Bauteilen zu verbinden.

Weiterhin sind lösbare Schrumpfverbindungen bekannt, bei denen Abdichtungselemente zwischen Außen- und Innenteil angeordnet sind. Solche Verbindungen werden dadurch gelöst, daß ein Druckmittel, z. B. Drucköl, zwischen Innen- und Außenteil gepresst und damit eine elastische Aufweitung des Außenteils erzielt wird. Nach der Aufweitung können die beiden Teile der Verbindung montiert bzw. gegeneinander verschoben werden. Solche Verbindungen werden beispielsweise zur Befestigung der Quertraversen an den Säulen von Werkstoff prüf maschinen verwendet. Bei diesen Verbindungen müssen die zu verbindenden Flächen eine hohe Oberflächengüte aufweisen. Bei einer Beschädigung beispielsweise der Säulenoberflächen ist eine Lösung der Klemmverbindung nicht mehr ohne weiteres möglich, da sich dann trotz der Abdichtung der zur Lösung der Klemmung erforderliche hohe Druck zwischen Innen- und Außenteil nicht mehr aufbauen kann. Weiterhin müssen zur Montage einer solchen Verbindung die Säulen besonders ausgebildete Endteile aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Klemmkörper (Außenteil einer Klemmverbindung) zur Herstellung einer Klemmverbindung zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Klemmbzw. Schrumpfverbindungen vermeidet, der leicht und schnell von dem geklemmten Bauteil lösbar ist, bei dem an die Oberflächengüte der zu verbindenden Teile keine besonderen Anforderungen gestellt werden und der ohne zusätzliche Maßnahmen mit dem Gegenstück (Innenteil) montiert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandung des Klemmkörpers mindestens eine Druckmittelkammer aufweist, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sich bei ihrer Beaufschlagung mit einem Druckmittel eine Aufweitung der Aufnahmeöffnung ergibt. - 3 -

8 0 9 8 2"?/ 0 2 5 3

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Aufweitung des Klemmkörpers dadurch erzielt, daß ein Druckmittel in den Klemmkörper selbst und nicht zwischen die zu klemmenden Teile, d. h. zwischen Klemmkörper und Innenteil, geleitet wird. Das Druckmittel dehnt die Wandungen der Druckmittelkammern im Klemmkörper elastisch aus, wodurch sich bei zweckmäßiger Anordnung und Gestaltung der Kammern eine Aufweitung der Aufnahmeöffnung des Klemmkörpers ergibt. Durch die erfindungsgemäße Lösung entfallen die bisherigen Abdichtungsund Bearbeitungsprobleme sowohl am Klemmkörper als auch an den zu klemmenden Teilen. Mit dem Klemmkörper nach der Erfindung lassen sich jederzeit auf einfache Weise lösbare und leicht montierbare Klemmverbindungen herstellen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Klemmkörper nach der Erfindung ist auch deswegen besonders vorteilhaft, weil die Aufnahmeöffnung einen beliebigen Querschnitt aufweisen kann, wobei die Anordnung der Druckmittelkammern der Form der Aufnahmeöffnung entsprechend gewählt werden kann. Dadurch ist es möglich, nicht nur runde Bauteile wie Wellen usw., sondern auch Bauteile mit beliebigem Querschnitt, beispielsweise mit quadratischem oder mit doppel-T-förmigem Querschnitt, in einer Klemmverbindung aufzunehmen. Die Erfindung ermöglicht somit das leichte und sichere Verspannen und Lösen von Wellen, Säulen, Kolben und anderen Bauteilen beliebiger Querschnittsform in ihren Aufnahmen (Naben, Traversen, Einspannkörper, Lager usw.). Die Klemmung wird im drucklosen Zustand der Betätigungseinrichtung bewirkt. Dadurch ergibt sich eine sichere Verbindung, für deren Aufrechterhaltung keine Energie benötigt wird und die auch bei Druckausfall wirksam bleibt.

8 0 9 8 2¥/0 2 5 3

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen mit den wesentlichen Einzelheiten in den Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt.

Die Figuren zeigen Schnitte von verschiedenen Klemmkörperausführungen :

Pig. 1 Zylinderförmiger Klemmkörper mit runder Aufnahmeöffnung und einer einzelnen Druckmittelkammer,

Pig. 2 Klemmkörper nach Fig. 1 mit mehreren Druckmittelkammern in verschiedenen Ausführungsformen,

Fig. 2a Zylinderförmiger Klemmkörper mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Druckmittelkammern,

Fig. 3 Axialschnitt durch einen Klemmkörper nach Fig. 2 a,

Fig. k Eckiger Klemmkörper mit runder Aufnahmeöffnung und paarweise angeordneten Druckmittelkammern sowie einer am Klemmkörper angebauten Betätigungseinrichtung,

Fig. 5 Quadratischer Klemmkörper mit quadratischer Aufnahmeöffnung,

Fig. 6 Klemmkörper mit doppel-T-förmiger Aufnahmeöffnung.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht der Klemmkörper 1 aus einer zylinderförmigen Wandung 2, die eine einzelne Druckmittelkammer j5 aufweist. Die Kammer wird über eine Zuführungsleitung k von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle mit Druckmittel versorgt. In einer Aufnahme-Öffnung 5 des Klemmkörpers kann beispielsweise eine Welle, eine Säule oder ein beliebiges anderes Bauteil mit rundem Querschnitt geklemmt werden. Es ist dabei gleich, ob das Bauteil mit dem Klemmkörper oder der Klemmkörper mit dem Bauteil verbunden werden soll.

. γ. 265908Q

Die Druckmittelkammer ]5 weist Kannnerwände 6 (Innenwand) und 7 (Außenwand) SDWie Stirnseiten 8 und 9 auf. Bei Beaufschlagung der Druckmittelkammer mit einem Druckmittel werden die Kammerwände β und 7 durch den an den Stirnseiten 8 und 9 herrschenden Druck in XJmfangsrichtung gedehnt und der Klemmkörper 1 und damit die Aufnahmeöffnung 5 aufgeweitet. Die radiale Durchbiegung der Innenwand 6 zur Aufnahmeöffnung 2 kann durch geeignete Gestaltung der Druckmittelkammer, z. B. durch die Anordnung von Stegen zwischen Innen- und Außenwand wie in Fig. 2 dargestellt/ klein gehalten werden. Weiterhin kann an der Innenwand 6 ein vergrößertes Spiel zur Aufnahmeöffnung vorgesehen werden. Auch durch eine solche Maßnahme läßt sich erreichen, daß die radiale Durchbiegung der Innenwand 6 die Aufnahmeöffnung 5 bei Druckbeaufschlagung nicht verkleinert.

Die Wandstärke der Kammerwände 6 und J und ihre Länge in Umfangsrichtung werden so bemessen, daß eine genügende Aufweitung der Aufnahmeöffnung 5 bei maximalem Druck des Druckmittels in der Drückmittelkammer erzielt wird. Die Klemmkraft des Klemmkörpers kann durch geeignete Wahl seiner Länge in axialer Richtung in weiten Grenzen verändert werden.

Die Wandung 2 des Klemmkörpers muß nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, eine gleichmäßige Wandstärke über dem Umfang aufweisen. Es können auch andere zweckmäßige Wandformen, wie beispielsweise in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, gewählt werden. Im allgemeinen werden bei einem Klemmkörper mehrere Druckmittelkammern vorgesehen. Für die Anordnung und Gestaltung der Druckmittelkammern ergeben sich hierbei viele Möglichkeiten, von denen einige in den weiteren Ausführungsbeispielen dargestellt sind. Prinzipell sind die Druckmittelkammern so auszubilden und anzuordnen, daß sich die gewünschte Wirkung, nämlich die Aufweitung der Aufnahmeöffnung bei Beaufschlagung mit einem Druckmittel ergibt.

- 6 -8 0 9 8 2Ψ/0 2 5 3

Zur Herstellung der Klemmverbindung zwischen dem Klemmkörper und einem Innenteil wird in den Druckmittelkammern der vorgesehene Druck erzeugt. Dadurch weitet sich die Aufnahmeöffnung auf und Klemmkörper und Innenteil können nun zusammengefügt, zueinander verschoben oder voneinander gelöst werden. Nach dem Absenken des Kammerdrucks zieht sich der Klemmkörper wieder zusammen und es ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Klemmkörper und Innenteil.

In Fig. 2 sind Druckmittelkammern Io - I^ über dem Umfang des Klemmkörpers 1 paarweise gegenüberliegend angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind einige unterschiedliche Ausführungsformen von Druckmittelkammera angegeben. In der Praxis wird man bei dem gleichen Klemmkörper im allgemeinen die gleiche Ausführungsform für alle Kammern vorsehen.

Durch die Gestaltung der Druckmittelkammern soll bei einem gegebenen Kammerdruck - unter Berücksichtigung der gewünschten Klemmkraft - eine möglichst große Dehnung des Klemmkörpers in Umfangrichtung errdLcht werden. Dabei soll die Dehnung der inneren Kammerwände in Richtung auf die Aufnahmeöffnung möglichst unterdrückt bzw. klein gehalten werden. Die Druckmittelkammern Io - 13 weisen daher Stege 14 - 17 auf, die eine Verformung der zur Aufnahmeöffnung 5 hin gelegenen Kammerwände (Innenwände) nach innen und damit eine Verkleinerung der Aufnahmeöffnung weitgehend verhindern. Die radial von innen nach außen verlaufenden Stege können einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen (Stege 14, 16 und 17). Sie können Jedoch auch beispielsweise in der Mitte verstärkt ausgeführt werden (Steg 15) oder eine andere, beispielsweise durch die Herstellung bedingte Form aufweisen. Durch die Verstärkung der Stege kann ihre Dehnung klein gehalten und damit ihre Funktion verbessert werden.

8 0 9 8 2Ψ/ 0 2 5 3

Die Stirnwände Io und 19 der Druckmittelkammern können etwa radial von innen nach außen verlaufend, wie bei den Druckmittelkammern Io - 12 dargestellt, oder parallel zueinander verlaufend, wie bei Kammer 13 dargestellt, ausgeführt werden. Sie können auch eine unregelmäßige, z. B. herstellungsbedingte Form annehmen.

Die Aufnahmeöffnung 5 kann zu den Kammerwänden der Druckmittelkammern hin mit vergrößertem Spiel 25 ausgeführt werden, wie dies bei der Druckmittelkammer Io angedeutet ist. Dadurch kann eine Durchbiegung der Kammerwände zur Aufnahmeöffnung 5 hin ausgeglichen und eine Verringerung der vorgegebenen Maße für die Aufnahmeöffnung vermieden werden.

In Fig. 2a sind Druckmittelkammern 2o und 22 gleichmäßig verteilt über den Umfang des Klemmkörpers angeordnet. Die Druckmittelkammern können im Radialschnitt beispielsweise einen trapezförmigen (Druckmittelkammer 2o) oder einen rechteckigen Querschnitt (Druckmittelkammer 22) aufweisen. Entsprechend ergeben sich für die Stege zwischen den Druckmittelkammern etwa rechteckige (Steg 21) oder trapezförmige Querschnitte (Steg 23). Die Druckmittelkammern bzw. die Stege können jedoch auch beliebige andere geeignete Querschnitte aufweisen.

Wenn in einem Klemmkörper mehrere Druckmittelkammern angeordnet sind, werden die einzelnen Kammern zweckmäßigerweise miteinander verbunden und an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen, wie dies beispielsweise in Fig. 4 angedeutet ist.

Ein Axialschnitt nach Fig. 3 durch den zylinderförmigen Klemmkörper 1, der beispielsweise in der Schnittlinie A-A in Fig. 2a liegt, zeigt die Druckmittelkammern 2o und 22, innere und äußere Kammerwände 3o und 3I sowie Abschlußteile oder Deckel 32 und 33 des Klemmkörpers bzw. der Druckmittelkammern. Die Abschlußteile oder Deckel 32 und 33 können mit dem Grundkörper z. B. verschraubt oder verschweißt sein.

- 8-8 0 9 8 iWl 0 2 5 3

Da die Deckel 32 und 33 der Dehnung des Grundkörpers mit den Druckmittelkammern bei Beaufschlagung mit einem Druckmittel nicht vollständig folgen, ist an den Deckeln und gegebenenfalls an den sich daran anschließenden Teilen des Grundkörpers ein vergrößertes Spiel 35 der Aufnahmeöffnung vorgesehen. Die Druckmittelkammern können über eine gemeinsame Leitung, wie bei 34 angedeutet, miteinander verbunden sein.

In der Aufnahmeöffnung des Klemmkörpers ist ein rundes Bauteil 36 geklemmt. Der Klemmkörper kann, wie bei 37 gestrichelt angedeutet, auch einseitig geschlossen ausgeführt werden.

Pig. 4 zeigt einen Klemmkörper, wie er beispielsweise an der nur andeutungsweise dargestellten Quertraverse 4o einer Prüfmaschine verwendet werden kann. Die Druckmittelkammern 41 sind paarweise gegenüberliegend angeordnet und über eine gemeinsame Leitung 42 mit einer Druckmittelquelle verbunden. Der Klemmkörper umfaßt beispielsweise eine Säule 45 einer Prüfmaschine. Bezüglich der Anordnung und Gestaltung der Druckmittelkammern sowie der Wirkungsweise der Klemmvorrichtung gelten die bei den Fig. 1-3 gemachten Ausführungen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, daß mit dem Klemmkörper nach der Erfindung nicht nur runde Bauteile, sondern auch Bauteile mit weitgehend beliebigem Querschnitt geklemmt werden können. Nach Fig. 5 sind bei einem Klemmkörper mit quadratischem Querschnitt und quadratischer Aufnahmeöffnung Druckmittelkammern 50 - 53 um die Aufnahmeöffnung 54 angeordnet. Ein quadratisches Bauteil in der Aufnahmeöffnung 54 kann dabei an allen vier Seiten geklemmt werden. Es ist auch möglich, beispielsweise nur auf zwei gegenüberliegenden Seiten der quadratischen öffnung 54 Druckmittelkammern anzuordnen, z. B. nur die Druckmittelkammern 5o und 52. In diesem Fall wird das Bauteil in der Aufnahmeöffnung nur an den Seiten geklemmt, an denen keine Druckmittelkammern angeordnet sind.

- 9 8 0 9 8 2Ϊ7 0 2 5 3

-s-

Bei einem Klemmkörper nach Fig. 6 mit einer Aufnahmeöffnung für ein doppel-T-förmiges Profil 60 werden bei der dargestellten Anordnung der Druckmittelkammern 61 und 62 die Flächen 63 und 64 des Profils 60 geklemmt. Es sind auch andere Anordnungen der Druckmittelkammern möglich. BAspielsweise können die Druckmittelkammern im Klemmkörper an den Flächen 63 und 64 angeordnet werden . In diesem Fall werden die Stirnflächen 65 des Profils geklemmt. An den übrigen Flächen der Aufnahmeöffnung kann ein beliebig großes Spiel vorgesehen werden.

Die Druckmittelkammern werden im allgemeinen mit einem hydraulischen Druckmittel, z. B. mit Drucköl, beaufschlagt. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle denkbar, 2. B. bei Kunststoff bauteilen, bei denen die Verwendung von gasförmigen Druckmitteln zweckmäßig ist.

Zur Erzeugung des Drucks in den Druckmittelkammern ist nicht in jedem Fall eine besondere Druckmittelquelle erforderlich. Die Druckmittelkammern können ständig mit einem Druckmittel, z. B. auch mit einem pastenartigen Druckmittel, gefüllt sein. Der notwendige Kammerdruck kann durch eine am Klemmkörper angebrachte Betätigungseinrichtung erzeugt werden. Die Betätigungseinrichtung kann beispielsweise aus einem Kolben oder einem ähnlichen Element bestehen, das auf eine Druckmittelkammer wirkt und das z. B. mechanisch betätigt wird.

In Fig. 4 ist eine solche Betätigungseinrichtung vereinfacht dargestellt. Sie besteht aus einem am Klemmkörper eingebauten Zylinderelement 46 mit einer mit Druckmittel gefüllten Zylinderbohrung 47, in der ein Kolben 48 beweglich eingepaßt ist. Mit einer Betätigungsschraube 49 wird der Kolben 48 in die Zylinderbohrung 47 gedrückt. Über eine Verbindungsleitung 4j5 kann dadurch in den Druckmittelkammern 4l der für die Ausweitung des Klemmkörpers erforderliche Kammerdruck erzeugt werden.

- Io 80982?/0253

Ein Klemmkörper nach der Erfindung kann zusammen mit einer geeigneten Betätigungseinrichtung auch als einzelnes Bauelement zur Herstellung beliebiger Klemmverbindungen ausgeführt werden. Für den Klemmkörper können dabei beliebige geeignete Materialien, z. B. Metalle oder Kunststoffe, verwendet werden.

- 11 -

8 0 9 8 21? / 0 2 5 3

Claims

Patentansprüche

1. ,Klemmkörper zur Herstellung einer aus einem Außen- und

einem Innenteil bestehenden Klemmverbindung, mit einer Aufnahmeöffnung für das Innenteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (2) des Klemmkörpers (l) mindestens eine Druckmittelkammer (3, Io - 13 usw) aufweist, die so angeordnet ist, daß sich bei ihrer Beaufschlagung mit einem Druckmittel eine Aufweitung der Aufnahmeöffnung (5, 54) ergibt.

2. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammern (Io u. 12, 11 u. 13* 4l) paarweise gegenüberliegend um die Aufnahmeöffnung (5) angeordnet sind.

3- Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammern (2o, 22, 4l, 5o - 53) gleichmäßig verteilt um die Aufnahmeöffnung (5, 54) angeordnet sind.

4. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammern (Io - 13 usw) im wesentlichen von der Innenwand (6, 3o) zur Außenwand (7, 31) des Klemmkörpers (1) verlaufende Stege (14 - 17, 21, 23) aufweisen.

5· Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (5, 54) einen beliebigen Querschnitt aufweist.

6. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Druckmittelkammern (5o - 53* 61/62) an die Form der Aufnahmeöffnung (54) angepaßt ist.

7. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammern (41 usw) miteinander verbunden und an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen sind.

- 12 -1098 2*?/0253 ORIGINAL INSPECTED

- 12 -

8. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wandungen (6) der Druckmittelkammern zur Aufnahmeöffnung (5) ein vergrößerters Spiel (25) vorgesehen ist.

9· Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelkammer ( J5, 4l usw) mit einem Druckmittel gefüllt ist, das durch eine am Klemmkörper angeordnete
Betätigungseinrichtung (46 - 49) beaufschlagt werden kann.

Io. Klemmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung einseitig ganz oder teilweise geschlossen ist.

8 0 9 8 ΐψί 0 2 5 3