DE9402867U1 - Halteelement für Werkzeuge, Werkstücke, Maschinenelemente o.dgl. - Google Patents

Description

Titel: Halteelement für Werkzeuge, Werkstücke, Maschinenelemente od.dgl.

Die Erfindung betrifft ein Halteelement für Werkzeuge, Werkstücke, Maschinenelemente od.dgl., insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einer Andruckfläche, die zur Kraft- und Momentenübertragung an eine Gegenfläche anpreßbar ist.

Derartige Halteelemente bestehen im allgemeinen aus Stahl und werden insbesondere bei Werkzeugmaschinen zum Einspannen von Werkzeugen oder Werkstücken oder auch für Feststellbremsen verwendet, mit denen beweglich gelagerte Maschinenelemente festgesetzt werden können.

Werkzeugmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Steifigkeit aller Bauteile, um qualitativ hochwertige und maßhaltige Werkstücke herstellen zu können. Um die erforderlichen Haltekräfte zwischen dem Halteelement und der Gegenfläche übertragen zu können, sind große Anpreßkräfte erforderlich, die Verformungen zur Folge haben, die sich ungünstig auf die Genauigkeit der Maschine auswirken oder die Gegenfläche, beispielsweise die Oberfläche eines mit dem Halteelements gehaltenen Werkstücks, beschädigen.

Um den Reibbeiwert zwischen Halteelement und Gegenfläche zu erhöhen und dadurch die Anpreßkräfte zur Erzeugung der erforderlichen Haltekräfte zu verringern, ist es bekannt, das Halteelement an seiner Andruckfläche mit einem rauhen Belag zu versehen, der weicher ist als das Material des zu haltenden Teiles. Ein derartiger Belag hat nur einen geringen Schubmodul und

gewährleistet keine starre Verbindung zwischen dem Halteelement und der Gegenfläche, sondern verformt sich beim Übertragen der Haltekräfte. Dadurch ist die Steifigkeit der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Halteelement und Gegenfläche gering, was sich ungünstig auf die Bearbeitungsgenauigkeit und die Produktqualität der mit einer Werkzeugmaschine bearbeiteten Werkstücke auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halteelement für Werkzeuge, Werkstücke, Maschinenelemente od.dgl. zu schaffen, mit dem auch bei geringen Anpreßkräften außerordentlich große Haltekräfte und -momente übertragen werden können und mit dem eine besonders steife, lösbare Verbindung zwischen zwei Teilen in jeder beliebigen Lage der Teile zueinander erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Andruckfläche einen Haftbelag aus harten Körnern aufweist, die mit einer Bindemetallschicht am Halteelement befestigt sind.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die harten Körner beim Anpressen der Andruckfläche gegen die Gegenfläche diese nur im elastischen Bereich verformen. Aufgrund dieser kleinen, elastischen Verformungen der Gegenfläche ist der Reibbeiwert zwischen dieser und der Andruckfläche sehr hoch, da die Körner in die Verformungen ähnlich wie bei einer formschlüssigen Verbindung eingreifen. Dadurch können auch bei geringen Andruckkräften große Haltekräfte und -momente übertragen werden. Die Bindeschicht aus Metall hat einen großen Schubmodul und gewährleistet eine besonders starre Verbindung der Körner mit dem Halteelement, wodurch der Haftbelag eine große Steifigkeit hat und sich auch bei Übertragung großer Andruck- und Haltekräfte oder -momente nicht verformt.

Die Körner bestehen bevorzugt aus kubisch-kristallinem Bornitrid oder aus Diamant, denn diese Materialien sind besonders hart und brechen auch bei großen zu übertragenden Kräften nicht leicht ab.

Die Bindemetallschicht ist zweckmäßig eine galvanisch aufgetragene Beschichtung der Andruckfläche, aus der die Körner teilweise herausragen. Eine derartige galvanisch aufgetragene Beschichtung hält die Körner besonders fest an der Andruckfläche, indem sie diese mit Ausnahme der herausragenden Kornspitzen allseitig umschließt, so daß ein Ausbrechen der Körner sicher vermieden wird. Die Bindemetallschicht besteht bevorzugt aus Nickel, das sich zum Beschichten des Halteelements im galvanischen Verfahren besonders gut eignet und eine große Festigkeit hat. Die Bindemetallschicht kann auch eine an die Andruckfläche aufgesinterte Pulvermetallschicht sein, aus der die Körner teilweise herausragen.

Die Körner ragen mit ihren Kornspitzen zweckmäßig zu 10-50% ihres Korndurchmessers aus der Bindemetallschicht heraus. Dadurch ist sichergestellt, daß die Körner an einem Großteil ihrer Oberfläche allseitig vom Bindemetall umgeben und festgehalten werden.

Die Belaghöhe des Haftbelags beträgt zweckmäßig höchstens 1 mm und in besonders bevorzugter Ausführungsform 0,2 mm. Bei dieser geringen Belaghöhe haben die Körner nur einen geringen Korndurchmesser und es können sehr viele Körner auf der Andruckfläche angeordnet werden, so daß die Andruckkräfte über sehr viele Kornspitzen auf die Gegenfläche übertragen werden und die Verformung der Gegenfläche am einzelnen Korn nur gering ist und die Gegenfläche von den Spitzen nur elastisch, nicht aber plastisch verformt werden kann. Besonders zweckmäßig hierbei ist es, wenn die Körner einen Abstand voneinander haben, der nicht größer ist als ihr Korndurchmesser, wobei unter Korndurchmesser die Nennmaschenweite eines Siebs, insbesondere nach DIN 848 verstanden werden soll, mit dem Körner der gewünschten Korngröße ausgesiebt werden können. Dadurch können sehr viele Körner je Flächeneinheit dicht nebeneinander an der Andruckfläche befestigt werden, so daß die Bindemetallschicht nur als Bindemittel dient. Die Festigkeit wird durch das gewählte Bindemittel und die Härte maßgeblich von den nahe beieinander liegenden harten Körnern bestimmt. Der Belag hat dann eine

besonders große Steifigkeit, da er sich unter Anpreßkraft nicht in Normalrichtung zusammendrücken und von den Haltekräften und -momenten auch nicht in Tangentialrichtung verschieben läßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert ist. Es zeigt:

Fig.l ein Halteelement nach der Erfindung in einer Draufsicht;

Fig.2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Schnitt längs der Linie II-II;

Fig.3 den Haftbelag des Halteelements nach Fig.l und 2, das an einer Gegenfläche angreift, in einer stark vergrößerten Teilquerschnittsdarstellung.

In der Zeichnung bezeichnet 10 ein Halteelement für eine Feststellbremse an einer Werkzeugmaschine, die zum Feststellen eines drehbaren Rundtisches in jeder gewünschten Stellung dient.

Das Halteelement 10 besteht im wesentlichen aus einem kreisrunden, stählernen Belagträger 11, der am äußeren Rand 12 einer seiner Stirnflächen 13 eine ringförmige Andruckfläche 14 aufweist, die mit einem Haftbelag 15 versehen ist.

Der Haftbelag 15 weist eine Vielzahl von harten Körnern 16 auf, die aus kubisch-kristallinem Bornitrid bestehen und die mit einer Bindemetallschicht 17 an der Andruckfläche 14 befestigt sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Körner 16 aus der Bindemetallschicht 17 zu etwa 30-50% ihres Korndurchmessers d herausragen und im übrigen allseitig in der Bindemetallschicht eingebettet sind. Die Körner 16 haben eine Korngröße von etwa 180 um, so daß die Belaghöhe h des Haftbelags 15

etwa 0,2 mm beträgt. Die Körner 16 sind dicht nebeneinander angeordnet, wobei der Abstand a zwischen zwei benachbarten Körnern nicht größer ist als deren durchschnittlicher Korndurchmesser d. Bei der gewählten Korngröße von 180 um können dadurch mehr als 800 Körner pro cm2 an der Andruckfläche bebefestigt sein.

Die Bindemetallschicht 17 besteht aus Nickel und ist in einem galvanischen Beschichtungsverfahren auf die Andruckfläche 14 aufgetragen, wie dies zur Herstellung von Schleifscheiben an sich bekannt ist.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erzeugen die aus der Bindemetallschicht 17 herausragenden Kornspitzen 18 an einer Gegenfläche 19 eines zu haltenden Bauteils 20 des nicht dargestellten drehbaren Rundtischs der Werkzeugmaschine Mikroverformungen 21, d.h. kleine Eindrücke oder Vertiefungen in der Gegenfläche, wenn das Halteelement 10 gegen die Gegenfläche 19 gepreßt wird. Aufgrund der großen Anzahl Körner ist die von einem einzelnen Korn 16 zu übertragende Anpreßkraft nur gering, so daß sichergestellt ist, daß sich die Gegenfläche nur elastisch verformt und nach Lösen der Verbindung keine von den Körnern erzeugten Eindrücke oder plastischen Verformungen in der Gegenfläche verbleiben.

Durch die Mikroverformungen 21 in der Gegenfläche 19 ist der Reibbeiwert zwischen dieser und der Andruckfläche außerordentlich hoch, denn durch die in die Mikroverformungen 21 hineinragenden Kornspitzen 18 entsteht zwischen der Andruckfläche 14 und der Gegenfläche 19 eine Art formschlüssiger Verbindung mit geometrisch unbestimmten Elementen. Dadurch können auch bei geringen Anpreßkräften große Haltekräfte und -momente übertragen werden. Aufgrund der Härte der Bornitridkörner und ihrer festen Einbindung in der Nickel-Bindemetallschicht hat der Haftbelag 15 einen sehr hohen Schubmodul. Dadurch wird eine besonders steife Verbindung zwischen dem Halteelement 10 und dem zu haltenden Bauteil 20 sichergestellt. Die Kornspitzen 18 ragen unterschiedlich weit aus der Bindemetallschicht 17 heraus, so daß

die Anzahl der an der Gegenfläche 19 angreifenden, kraftübertragenden Körner 16 mit zunehmenden Anpreßkräften immer größer wird. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei großen Anpreßkräften die von einem Einzelkorn 16 übertragene Kraft gering bleibt und plastische Verformungen an der Gegenfläche des gehaltenen Bauteils nicht auftreten.

Das erfindungsgemäße Halteelement kann bevorzugt bei Feststellbremsen für drehbare Maschinenteile oder für linearbewegliche Maschinenschlitten verwendet werden. Es ist auch möglich, das Halteelement als Spannbacke oder Spannfinger für ein Werkstück auszubilden, die bzw. der beispielsweise am Spannfutter einer Drehmaschine verwendet wird.

Claims (10)

Ansprüche :

1. Halteelement für Werkzeuge, Werkstücke, Maschinenelemente od.dgl., insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einer Andruckfläche, die zur Kraft- und Momentenübertragung an eine Gegenfläche anpreßbar ist, dadurch ge kennzeichnet , daß die Andruckfläche (14) einen Haftbelag (15) aus harten Körnern (16) aufweist, die mit einer Bindemetallschicht (17) am Halteelement (10) befestigt sind.

2. Halteelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Körner (16) aus kubischkristallinem Bornitrid bestehen.

3. Halteelement nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Körner (16) aus Diamant bestehen.

4. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - durch gekennzeichnet,daß die Bindemetallschicht (17) eine galvanisch aufgetragene Beschichtung der Andruckfläche (14) ist, aus der die Körner (16) teilweise herausragen.

5. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a- durch gekennzeichnet,daß die Bindemetallschicht (17) aus Nickel besteht.

6. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a- durch gekennzeichnet, daß die Bindemetallschicht (17) eine auf die Andruckfläche (14) aufgesinterte Pulvermetallschicht ist, aus der die Körner (16) teilweise herausragen.

7. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a - durch gekennzeichnet ,daß die Körner

(16) zu 10-50% ihres Korndurchmessers (d) aus der Bindemetallschicht (17) herausragen.

8. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a - durch gekennzeichnet, daß die Belaghöhe (h) des Haftbelags (15) höchstens 1 mm beträgt.

9. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a - durch gekennzeichnet , daß die Belaghöhe (h) des Haftbelags (15) etwa 0,2 mm beträgt.

10. Halteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a - durch gekennzeichnet, daß die Körner

(16) einen Abstand (a) voneinander haben, der nicht größer ist als ihr Korndurchmesser (d) .