JP5739915B2 - 2つの部材を結合させるための装置 - Google Patents

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Description

本発明は、2つの部材、特に2つの工具部材を結合させるための装置であって、第1の部材に配置される筒状の嵌合ピンと、該嵌合ピンをその基部において取り囲み、半径方向に突出している環状面と、第2の部材に配置される、前記嵌合ピンを受容するための嵌合孔と、該嵌合孔をその縁において取り囲んでいる環状面と、筒状の案内面でもって前記嵌合ピンの横穴内で変位可能に案内され、前記案内面に対し同心の内側円錐部または外側円錐部を端部にそれぞれ有しているクランプボルトであって、該クランプボルトの長さが前記横穴の領域において前記嵌合ピンの径よりも短い前記クランプボルトと、前記嵌合孔の領域で互いに対角線方向に対向し、好ましくは雌ねじを備えたラジアル孔に挿着され、前記嵌合孔の内部へ向いており、前記クランプボルトの前記内側円錐部または前記外側円錐部に対し補完的な外側円錐部または内側円錐部を有し、締め付け工程の際に前記クランプボルトを用いて楔状に固定可能な2つの保持手段とを備え、互いに補完的な前記内側円錐部と外側円錐部とが、締め付け工程の際に前記嵌合孔内への前記嵌合ピンの引き込みと、前記環状面の相互押圧とを生じさせる軸線ずれを有している、前記装置に関するものである。
この種の公知の装置では(特許文献1を参照)、クランプボルトの一端は内側円錐部として形成され、他端は外側円錐部として形成されている。1つの保持手段は、第2の部材内に固定された止めねじとして形成され、該止めねじはクランプボルトの外側円錐部と協働する内側円錐部を有し、他方他の保持手段は、クランプボルトの内側円錐部に係合する外側円錐部を有する移動ねじとして形成されている。移動ねじと止めねじとは、クランプボルトと同様に、その内側円錐部および外側円錐部にほぼ90゜の等しい円錐角を有している。移動ねじをねじ込む際に当接すると、それによって誘導される力はまず移動ねじの側で発生する。その際、クランプボルトは、まず移動ねじ側で嵌合ピン端部側の横穴底に対し押圧され、その結果嵌合ピンが嵌合孔内へ引き込まれる。その直後に、対向している止めねじの内側円錐部がクランプボルトの外側円錐部に係合する際にも同様のことが起きる。ある程度の締め付け作用が発生すると、ラジアル力を、第1の部材および第2の部材の環状面を互いに押圧させるスラスト成分へ置換することが行われる。しかしながら、移動ねじを介してもたらされるトルクの一部は、横穴内でのクランプボルトの摩擦を克服するために使用される。従って、移動ねじ側の環状面は止めねじ側よりも大きなスラスト力で互いに押圧される。
この公知の装置の上記欠点を改善して、締め付け工程の際に結合装置内部に発生するトルクをより好適に、周方向に見て平面締め付け部により均一に置換させるため、互いに補完的な内側円錐部と外側円錐部が止めねじ側で移動ねじの側よりも小さな円錐角を有することがすでに提案された(特許文献2を参照)。たとえば止めねじ側での円錐角は好ましくは40゜と80゜の間であり、他方移動ねじ側での円錐角は70゜と120゜の間である。締め付け工程の際、互いにかみ合っている内側円錐部と外側円錐部とは一種の楔伝動装置のように作用し、移動ねじおよびクランプボルトの半径方向への運動を一部軸線方向の平面締め付けに置換させる。この文献では、移動ねじ側と止めねじ側とで円錐角が異なるように提案されているため、軸線方向に異なる力成分が発生する。止めねじ側での円錐角がより小さいことにより、スラスト成分が大きくなり、従って横穴内部でのクランプボルトの摩擦損が相殺される。
この原理の応用が困難なのは、とりわけ、移動ねじの側と止めねじの画とで円錐角がともにほぼ90゜である実際に広く普及している連結システムと、円錐角が異なっている技術的に改善された連結システムとの間に、部品交換を可能にする上位・下位互換性がないからである。
欧州特許第0547049B1号明細書 欧州特許第1343602B1号明細書
本発明の課題は、上記欠点を解消することである。
この課題を解決するため、請求項1および請求項6に記載の構成要件の組み合わせが提案される。本発明の有利な構成および他の構成は従属項から明らかである。
本発明は、とりわけ、互いに向き合っていて補完的な外側円錐部と内側円錐部とが当接領域においてその軸線方向全長にわたって互いに押圧し合うのではなく、円錐面の一部分にわたってのみ押し合うという認識から出発している。これから本発明の技術思想が得られるのであり、すなわちクランプボルトおよび/または保持手段の少なくとも1つの内側円錐部および/または外側円錐部を、軸線方向に互いに間隔を持って同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分に分割することができ、これら接触部分が締め付け工程の際に個別に作用するか、或いは、一緒に作用するという本発明の技術思想が得られる。
本発明によれば、種々の組み合わせの可能性が得られ、これら種々の組み合わせにより、移動ねじ側の円錐角と止めねじ側の円錐角とが同じまたは異なっている前記連結システムの互換性が得られる。
本発明の第1発明によれば、クランプボルトの内側円錐部および/または外側円錐部は、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分を有している。これらの接触部分は合目的には異なる円錐角を有している。
この処置により、外側円錐部または内側円錐部が軸線方向に互いに間隔を持って配置される、円錐角が異なる実質的に切頭円錐状の2つの接触部分を有し、これら接触部分のうち1つの接触部分のみがクランプボルトの隣接する内側円錐部または外側円錐部の接触部分の1つと補完的であるような保持手段の第1のグループとの互換性を得ることができる。
さらに、外側円錐部または内側円錐部が1つの切頭円錐状の接触部分のみを有し、該接触部分がクランプボルトの隣接している内側円錐部または外側円錐部の接触部分の1つと補完的であるような保持手段の第2のグループとの互換性が可能である。
本発明の第2発明によれば、保持手段の少なくとも1つの外側円錐部または内側円錐部が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分を有し、これらの接触部分は合目的には異なる円錐角を有している。このような配置構成により、内側円錐部および/または外側円錐部が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置され且つ円錐角が異なる実質的に切頭円錐状の2つの接触部分を有し、これら接触部分のうちの1つのみが保持手段の隣接する外側円錐部または内側円錐部の接触部分の1つと補完的であるようなクランプボルトの第1のグループに対する互換性が保証されている。他方、クランプボルトの第2のグループとの互換性があり、すなわち内側円錐部および/または外側円錐部が、実質的に切頭円錐状の1つの接触部分のみを有し、この接触部分が1つの保持手段の隣接する外側円錐部または内側円錐部の接触部分の1つと補完的であるようなクランプボルトの第2のグループとの互換性がある。
互換性が問題になる上記すべての種類の実施態様では、クランプボルトと保持手段の、軸線方向に間隔をもって配置されている接触部分は、それぞれの自由端面側へ大きくなっていく円錐角を有している。
しかしながら、基本的には、外側円錐部および内側円錐部の、軸線方向に互いに間隔を持って配置されている接触部分を、一緒に且つ対を成して互いに締め付け合うようにしてもよい。この場合には、異なる締め付けシステム間の互換性はなく、軸線方向に互いに間隔を持って配置されている2つの接触領域との確実なクランプ結合が得られる。
本発明の他の構成によれば、クランプボルトおよび/または保持手段の接触部分は軸線方向に好ましくはわずかに湾曲した側面を有している。接触部分の前記側面は4mmないし50000mmの曲率半径を有している。互換性のケースでは、互いに対を成して接触している接触面の接触部分は軸線方向に凸状に湾曲している。しかしながら、特殊なケースでは、凸状接触部分と凹状接触部分との対も考えられる。
本発明の他の有利な構成によれば、クランプボルトおよび保持手段の接触部分は、周回するように延在するその縁において、それぞれ実質的に切頭円錐状の縁部分によって画成されている。この場合、前記縁部分は軸線方向に球状または中空くり形状に湾曲した側面を有していてよい。合目的には、縁部分の曲率半径は接触部分の曲率半径よりも小さく有利には0.05mmないし20mmである。本発明の他の有利な構成によれば、保持手段の1つは第2の部材に固定される止めねじとして形成され、他の保持手段は締め付け工程の際に操作可能な移動ねじとして形成され、互いに補完的な切頭円錐状の接触部分は、止めねじの側に、移動ねじの側よりも小さな円錐角を有している。
実験によれば、外側円錐部および内側円錐部は止めねじの側よりも移動ねじの領域で摩耗が激しいことが明らかになった。それ故、移動ねじとして形成される保持手段が外側円錐部を有し、クランプボルトが、記移動ねじの側に、外側円錐部に対して補完的でそれぞれ1つの切頭円錐状の接触部分を備えた内側円錐部を有しているのが特に合目的である。この個所では円錐角は合目的には90゜であり、その結果移動ねじの側では従来のABSシステムと一致している。このケースでも本発明の特徴を活用することができるようにするため、止めねじとして形成される保持手段が内側円錐部を有し、クランプボルトが、止めねじの側に、軸線方向に互いに間隔をもって配置され且つ異なる円錐角を持つそれぞれ2つの切頭円錐状の接触部分を備えた外側円錐部を有しているのが特に有利である。この場合、止めねじの内側円錐部の接触部分のうち1つの接触部分のみがクランプボルトの隣接している外側円錐部の接触部分のうちの1つと補完状態にある。それぞれ他の接触部分の場合には、従来のABSシステムと一致している。
本発明の有利なまたは択一的な構成によれば、移動ねじおよび/または止めねじは、平坦な支持側面と筒状の案内面部分とを備えた鋸歯ねじ山を有している。これにより移動ねじの案内特性もクランプボルトの案内特性も改善され、よって締め付け工程時の反復精度が改善される。鋸歯ねじ山の場合、該鋸歯ねじ山の支持側面がラジアル面に対し5゜ないし15゜のねじ山角を有し、他方支持側面に対向して工具中心のほうへ向いている側面が、25゜ないし35゜のねじ山角を有しているのが特に有利である。
反復精度をさらに改善するため、移動ねじおよび/または止めねじは、少なくとも内側円錐部および外側円錐部の領域に、摩擦低減コーティング部または表面加工部を有している。
心合わせ精度を改善するため、本発明の他の有利なまたは択一的な構成によれば、嵌合ピンの端面と嵌合孔の底部との間に、軸線方向の破断部を備えたパッキンリングと、嵌合孔の内壁で支持される心合わせリングとが配置されている。心合わせリングとパッキンリングとは互いに一体に結合されているか、或いは、2分割に形成されていてよい。
次に、本発明を図面に図示した実施形態に関し詳細に説明する。
平面締め付け部を備えた工具連結部の縦断面図である。 図1の工具連結部の、ストッパーまたは円錐ねじとして形成された保持手段の縦断面図である。 図2aの内側円錐部の部分拡大図である。 鋸歯ねじ山を備えた図1の工具連結部の、移動ねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図3aの外側円錐部の部分図である。 台形ねじ山を備えた、移動ねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図3cのねじ山部分の詳細図である。 管用ねじ山を備えた、移動ねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図3fのねじ山部分の詳細図である。 図1の連結装置のクランプボルトまたは振動ボルトの部分側断面図である。 図4aの外側円錐部の詳細図である。 図4aの内側円錐部の詳細図である。 工具連結部の、受容部を有している部材の、図1の変形実施形態である。 図5の工具連結部の、止めねじまたは円錐ねじとして形成された保持手段の縦断面図である。 図6aの内側円錐部の部分拡大図である。 図5の工具連結部の、移動ねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図7aのねじ山の詳細図である。 図7aの外側円錐部の詳細図である。 図5の工具連結部のクランプボルトまたは円錐ボルトの部分側断面図である。 図8aの外側円錐部の部分拡大図である。 図8aの内側円錐部の部分拡大図である。 工具連結部の、受容部を含んでいる部材の、図1の他の変形実施形態である。 図9の工具連結部の、止めねじまたは円錐ねじとして形成された保持手段の縦断面図である。 鋸歯ねじ山を備えた図9の工具連結部の、止めねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図11aの外側円錐部の部分拡大図である。 図11aのねじ山の部分拡大図である。 図9の工具連結部のクランプボルトまたは振動ボルトの部分側断面図である。 図12aの内側円錐部の詳細図である。 図12aの外側円錐部の詳細図である。 図1の工具連結部の他の変形実施形態における、受容部を含んでいる部材の縦断面図である。 図13の工具連結部の、止めねじまたは円錐ねじとして形成された保持手段の縦断面図である。 図14aの部分拡大図である。 図13の工具連結部の、移動ねじまたは締め付けねじとして形成された保持手段の側面図である。 図15aの外側円錐部の部分拡大図である。 図13の工具連結部のクランプポルトまたは振動ボルトの側面図である。 図16aの内側円錐部の部分拡大図である。 図16aの外側円錐部の部分拡大図である。 図1の工具連結部用締め付け機構の変形実施形態を1つの互換構成で示した断面図である。 図1の工具連結部用締め付け機構の変形実施形態を他の互換構成で示した断面図である。 図1の工具連結部用締め付け機構の変形実施形態を他の互換構成で示した断面図である。 図1の実施形態に比べてパッキンリングおよび心合わせリングを変形した工具連結部の実施形態の縦断面図である。 図1の実施形態に比べてパッキンリングおよび心合わせリングを変形した工具連結部の他の実施形態の縦断面図である。 止めねじとして形成された保持手段の他の実施形態の概観図である。 止めねじとして形成された保持手段の他の実施形態の側面図である。 止めねじとして形成された保持手段の他の実施形態の平面図である。 図1の工具連結部の変形実施形態であり、止めねじ側の内側円錐部が90゜で且つ締め付け機構を通じて冷媒をダイレクトに供給する前記変形実施形態の縦断面図である。 図1の工具連結部の変形実施形態であり、止めねじ側の内側円錐部が60゜で且つ締め付け機構を通じて冷媒をダイレクトに供給する前記変形実施形態の縦断面図である。 図20aの切断線C−Cによる断面図である。 図20aないし図20cの実施形態のためのクランプボルトの図である。 トルク伝動用のスライドブロックを備え、図1の工具連結部の変形実施形態の図である。 トルク伝動用のスライドブロックを備え、図1の工具連結部の変形実施形態の側面図である。 トルク伝動用のスライドブロックを備え、図1の工具連結部の変形実施形態の縦断面図である。 図21aないし図21cの工具連結部の展開斜視図である。
図面に図示した結合装置は、部材を取り外し可能に連結するために用いる。「部材」とは、本明細書全体を通じて、とりわけ嵌合ピンまたは嵌合孔のいずれかを含んでいる工具の一部分であり、すなわち特に工具ヘッド、工具シャフト、アダプター部材、または中間要素であり、並びに、延長部材および短縮部材、調整ヘッド、主軸取り付けフランジ、場合によっては機械主軸である。
図1に図示した結合装置は、実質的に、第1の部材10から軸線方向に突出している嵌合ピン12と、第2の部材14内に配置されている嵌合孔16と、嵌合ピン12を嵌合孔16内へ引き込むとともに、嵌合ピン12を取り囲んでいる第1の部材10の環状面22と嵌合孔16を画成している第2の部材14の環状面24との間で平面締め付けを発生させる締め付け機構18とから構成されている。
締め付け機構18は、嵌合ピン12の横穴26内に変位可能に配置されているクランプボルト28と、第2の部材14のラジアルボア30,32に挿着され、互いに対角線方向に対向している2つの保持手段34,36とを含んでいる。実際には、クランプボルト28は振動ボルトと呼ばれることも多い。図1および図2の保持手段34はその皿頭38でもって第2の部材14に固定される止めねじとして形成され、他方保持手段36は移動ねじを形成している。
図1に図示した実施形態の場合、止めねじ34は取り付け状態でその皿頭38の止め円錐部37でもって第2の部材14の対応する内側円錐部に係止され、その結果第2の部材14の筒状の側周部52に至るまで外面にいくぶん自由空間54が残る。止めねじ34の強度を増大させ、皿頭38の内側多角形部39へのドライバー係合部を大きくするため、前記自由空間54は、皿頭38の外面に隆起部56を備えさせる可能性を提供する。この隆起部の最高点57は取り付け状態において第2の部材14の筒状側周部52の内側に配置される。図19aないし図19cに示した実施形態の場合、外縁58に対し同心に配置され、切頭円錐状構成を有するような隆起部56が設けられている。
クランプボルト28は、その外側円錐部40でもって、隣接している止めねじ34の内側円錐部42に係合し、外側円錐部40に対向しているその端部に、移動ねじ36に一体成形された外側円錐部46を受容するための内側円錐部44を有している。
両部材10,14を結合させるには、まず移動ねじ36を外した状態で嵌合ピン12を第2の部材14の嵌合孔16にゆるく挿入して、環状面22,24を係止させる。次に移動ねじ36を雌ねじ32にねじ込んで、互いに向き合っている内側円錐部44および外側円錐部46の領域において移動ねじ36とクランプボルト28との間に係止状態を生じさせる。さらに締め付け工程を続行すると、クランプボルト28はその外側円錐部40でもって内側円錐部42内へ挿入されて止めねじ34に対して係止される。この状態で本来の締め付け工程が始まり、すなわち保持手段36,34によって導入される締め付け力が、円錐止め面を介して、軸線ずれのために嵌合ピン12を嵌合孔16に引き込むスラスト力に変換される。スラスト力により、第1の部材10および第2の部材14の環状面22,24に平面締め付けが発生する。この場合スラスト力は、孔底50の側のクランプボルト28により、横穴26を介して嵌合ピン12へ伝達され、よって第1の部材10へ伝達される。他方、保持ねじ34,36の領域では、締め付け力はそれぞれの雌ねじ30,32を介して第2の部材14の壁内部で吸収されて分解される。
実際に広く普及し、ABSシステムとして知られている連結機構の場合には(ABSはKOMET GROUP GmbH社の商標)、保持手段34,36はクランプボルト28と同様にその内側円錐部および外側円錐部においてほぼ90゜の同じ円錐角を有している。締め付け工程の際には、保持手段を介して締め付けシステムにもたらされるラジアル力は、第1の部材および第2の部材の環状面を互いに押圧させているスラスト成分に変換される。この場合、移動ねじとして形成された保持手段36を介して導入されるトルクの一部分を使用すれば、横穴内でのクランプボルト28の摩擦を克服できることが明らかになった。このことは、環状面22,24が、止めねじの側でよりも移動ねじの側でより大きな摩擦力で互いに押圧し合うことを意味している。この欠点を解消するため、互いに補完的な内側円錐部および外側円錐部の円錐角(開口角)を、止めねじ34の側でよりも移動ねじ36の側でより大きくすることが提案された(欧州特許第1343602B1号明細書)。この処置により、締め付け工程の際に横穴26の領域に発生する摩擦損が相殺され、その結果周方向での平面押圧が均質化される。しかしながら、円錐角が同じ、広く普及しているABS連結システムと、円錐角が異なっている改善された連結システムとの間に、部材交換を可能にする上位・下位互換性がないのが欠点である。
本発明の特徴は、互いに向き合っている補完的な外側円錐部と内側円錐部とが当接領域において軸線方向のその全長にわたって互いに押圧し合うのではなく、円錐面の一部分にわたってのみ互いに押圧し合うという認識に基づいている。従って本発明の技術思想は、クランプボルト28および/または保持手段34,36の内側円錐部と外側円錐部とが、軸線方向において、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置されて実質的に円錐切頭状のそれぞれ2つの接触部分に分割することができ、これらの接触部分が締め付け工程の際に個別に作用するか、或いは、協働して作用することができるというものである。これから、移動ねじ側の円錐角と止めねじ側の円錐角とが等しいまたは異なる2つの連結システムの互換性を可能にするような種々の組み合わせ例が生じる。
図1ないじ図4に図示した実施形態では、クランプボルト28の内側円錐部44も外側円錐部40もそれぞれ、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置されて実質的に切頭円錐状の2つの接触部分44’,44”と40’,40”を有し、これらの接触部分は合目的には異なる円錐角を有している(図4aないし図4cを参照)。この処置により、外側円錐部と内側円錐部とがそれぞれ軸線方向に互いに間隔をもって配置されて実質的に円錐切頭状の形状をもつ2つの接触部分46’,46”および42’,42”を有する、図2a,図2b,図3a,図3bに図示した保持手段34,36の第1のグループとの互換性を得ることができる。この場合これら接触部分は、それぞれ保持手段34,36の1つの接触部分のみがクランプボルト28の隣接している内側円錐部または外側円錐部の接触部分の1つと補完性を有するように位置決めされており、すなわち等しい円錐角を有していて締め付け状態でこれに対し当接するように位置決めされている。このためには、互いに補完性のある外側円錐部と内側円錐部とのサイズが互いに整合していることが必要である。
保持手段34,36の関する本発明の第2実施形態によれば、保持手段の外側円錐部42または内側円錐部46はそれぞれ、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置されて実質的に切頭円錐状の2つの接触部分42’,42”または46’,46”を有し、これらの接触部分は合目的には異なる円錐角を有している。このような配置構成により、クランプボルト28の第1のグループとの互換性が保証されており、すなわち図4aないし図4cに図示した前記実施形態のように内側円錐部44と外側円錐部40とがそれぞれ、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置されて実質的に切頭円錐状の接触部分40’,40”または44’,44”を有し、これらの接触部分が保持手段36,34の隣接している外側円錐部46および内側円錐部42の接触部分と補完性があるようなクランプボルト28の第1のグループとの互換性が保証されている。他方、これに加えて、クランプボルトの第2のグループとの互換性がある。すなわち内側円錐部または外側円錐部が従来のABSシステムのようにそれぞれ実質的に切頭円錐状の1つの接触部分しか有しておらず、この接触部分が保持手段36,34の隣接している外側円錐部46’,46”または外側円錐部42’,42”の接触部分と補完的であるようなクランプボルトの第2のグループとの互換性がある。
両連結システムの間での互換性を問題としている図1ないし図4の実施形態では、クランプボルトおよび保持手段の、軸線方向に互いに間隔をもって配置されている接触部分は、それぞれ自由端面側へ次第に大きくなっている円錐角を有している(図2a、図3a、図4aを参照)。
保持手段34,36も、クランプボルト28も、接触部分はその縁において、それぞれ実質的に切頭円錐状の縁部分によって画成されている。保持手段34が止めねじとして形成されている場合には縁部分43’,43”が設けられ、保持手段36が移動ねじとして形成されている場合には縁部分47’,47”,47’’’(図3b)が設けられている。クランプボルト28の場合、外側円錐部40の側に縁部分41’,41”が設けられ、他方内側円錐部の側には縁部分45’,45”,45’’’が設けられている。
図1ないし図4では、接触部分も縁部分も、祖ま側面において、それぞれ記載したように3.9mmないし20000mmの曲率半径でわずかに湾曲している。この場合、縁部分の曲率半径は隣接している接触部分よりも小さい。
図5ないし図8、図9ないし図12、図13ないし図16に記載の個々の実施形態が図1ないし図4に記載の実施形態と異なるのは、とりわけ接触部分および縁部分の構成の点である。不必要な反復を避けた簡単にするため、これらの図において同じ部材には図1ないし図4と同じ参照符号を付す。
図5ないし図8の実施形態では、縁部分は必ずしも球状に湾曲している必要はなく、凹状に形成されていてもよいことが見て取れる。このことはたとえば図6bおよび図8cにおいて、保持手段34およびクランプボルト28の領域での縁部分43’,45”に関して示してある。
図9ないし図12および図13ないし図16に記載の個々の実施形態からわかるように、基本的には、外側円錐部および内側円錐部の、軸線方向に互いに間隔をもって配置されている接触部分を一緒に且つ対を成して互いに締め付け固定してもよい。このケースでは、異なる締め付けシステム間での互換性が問題であるというよりも、むしろ、軸線方向に互いに間隔をもって配置されている接触領域との確実な締め付け結合を形成させることが重要である。これにより、図9ないし図12の実施形態の場合には、止めねじとして形成された保持手段34の内側円錐部42と、クランプボルト28の内側円錐部44とは、それぞれ自由端面側へ次第に小さくなる円錐角を有しており、他方クランプボルト28および移動ねじ36の隣接している外側円錐部40においては端面側へ次第に大きくなっている。
図13ないし図16に示した実施形態では、移動ねじとして形成された保持手段36の外側円錐部46と、クランプボルト28の外側円錐部40とは、それぞれ自由端面側へ次第に小さくなっている円錐角を有し、他方止めねじとして形成された保持手段34のクランプボルト28と42の補完的な内側円錐部44は自由端面側へ大きくなっている円錐角を有している。
前述したように、外側円錐部40および内側円錐部42の互いに補完的な接触部分が、止めねじ34の側で、移動ねじ36の側よりも小さな円錐角を有しているのが有利である。止めねじ34側での円錐角がより小さなことにより、締め付け力のスラスト成分が増大し、よって横穴26内部でのクランプボルト28の摩擦損が相殺される。
移動ねじ36の側でのこのような構成の場合、移動ねじ36の外側円錐部46でもクランプボルト28の内側円錐部44でも、止めねじ34側よりも大きな摩耗が発生することが明らかになった。それ故、特に有利なのは、図17aないし図17cに記載の実施形態のように、移動ねじとして形成された保持手段36が外側円錐部46を有し、クランプボルト28が移動ねじ側に、これに対し補完的な、1つの切頭円錐状接触部分のみを備えた内側円錐部44を有していることである。従来のABSシステムに対する下位互換性を保証するため、前記1つの接触部分の円錐角はほぼ90゜である。
他方、図17aに示した実施形態では、止めねじとして形成された保持手段34は内側円錐部42を有し、クランプボルト28は止めねじ側に外側円錐部40を備え、該外側円錐部40は軸線方向に互いに間隔をもって配置される2つの接触部分42’,42”;40’,40”を備え、該接触部分は異なる円錐角(60゜と90゜)を備え、これら接触部分のうち一方の接触部分のみが対をなした互いに当接しあっている。互いに当接しあっている接触部分の円錐角はここでは60゜である。第2の接触部分は従来のABS連結部位を備えた連結部であり、それ故90゜の円錐角を有している(図17bと図17cを参照)。
図17bは従来のクランプボルト28を備えた連結要素を示しており、該クランプボルト28の外側円錐部40は止めねじ34の側に90゜の円錐角を有し、連結状態では止めねじの90゜接触部分42”に対し当接する。
図17cは従来の止めねじ34を備えた連結要素を示し、該止めねじただ1つの内側円錐部42は90゜の円錐角を有し、連結状態ではクランプボルト28の止めねじ側外側円錐部40ノ90゜接触部分に対し当接する。
従って、図17aないし図17cを参照すると、本発明による連結要素の上位互換性および下位互換性を特に簡単に理解できる。
本発明の他の特徴は、とりわけ、移動ねじとして形成されている保持手段36において、対向ねじ山内および第2の部材14の対向孔内での特に優れた案内特性を有するねじ山60が設けられている点である。保持手段36とこれに接続しているクランプボルト28との案内特性が改善されているために、締め付け工程時の反復精度が改善される。
図3cおよび図3dの実施形態の場合、30゜のねじ山角を備えた台形ねじ山60’が設けられ、他方図3fおよび図3gの実施形態では、55゜のねじ山角を有する管用ねじ山60”が設けられている。特に有利な実施形態は、図7aと図7cおよび図11aと図11cに記載のねじ山形状である。このねじ山形状は鋸歯ねじ山60”を形成し、その支持側面61’は半径方向面63に関して15゜のねじ山角を有し、工具中心方向へ向いているその側面61”は30゜のねじ山角を有している。もちろん、ねじ山角を1つの方向または他の方向において変化することによってさらに改善できるような最適化が可能である。
移動ねじとして形成される保持手段36の領域での案内特性の更なる改善は、ラジアル孔32の嵌合孔側端部を、ねじ山のない案内穴70として構成し、移動ねじ山が対応的にねじ山のない案内部分72を有していることで得られる(図5および図7aを参照)。ねじ山のない部分70,72は、テーパ結合の臨界領域で移動ねじ36がわずかな嵌合遊びでもって案内されて、ねじ山が主に軸線方向の締め付け機能を得る用を成す。
反復精度の点での更なる改善は、クランプボルトおよび/または保持手段が少なくとも内側円錐部および/または外側円錐部の領域に摩擦低減コーティング部或いは摩耗低減表面加工部を有していることで得られる。
図1に図示した実施形態では、嵌合ピン12の端面と嵌合孔16の底部との間に、軸線方向の破断部76を備えたパッキンリング78が設けられている。パッキンリング78は、締め付け機構18を貫通するように案内される冷媒通路80を外部に対し密封する。さらに、締め付け機構18のクランプボルト28は長穴状の破断部98,98’を有している。この長穴状の破断部は、ダイレクトにまたは係合している冷媒管81を介して両部材10,14内の冷媒通路80,80’と連通している。
図18bおよび図22に示した実施形態の場合、第2の部材14から来ている冷媒通路80はパッキンリング78を貫通して冷媒管81に開口し、該冷媒管81はクランプボルト28内の長穴状の破断部98を通じて段差なしに差し込まれ、他の側で第1の部材10の冷媒通路80’に終端を有している。冷媒管81は同時に横穴26内でのクランプボルト28の回転防止の用をも成す。この回転防止は、クランプボルト28がその外側円錐部および内側円錐部への移行部位において保持手段に整合するために正確に回転対称でない場合、よって横穴内での一定の回転方向付けを必要とする場合に限り重要である(図20d、図22を参照)。滑らかな移行故に、冷媒管81は少量潤滑技術(MMS)に特に適している。
図20aおよび図20bに示した実施形態では、冷媒管81は設けられていない。ここでは、冷却潤滑剤は、締め付け機構18の内部で、クランプボルト28に配置されている破断部98’を通じてダイレクトに誘導される。ここでは基本的には筒状の破断部で十分である。保持手段34への接続円錐部の異なる円錐角60゜(図20a)および90゜(図20b)に関連して、クランプボルト28は有効円錐角に応じて横穴26内への侵入深さが異なっている。それ故、完全なオーバーラップのためには長穴状の破断部98’が必要である(図20dを参照)。さらに、このケースでは、クランプボルト28に対し補助的な回転防止部が設けられている。この回転防止部は、半径方向において嵌合ピン12にねじ込まれている位置固定ピン102から成っており、該位置固定ピン102は横穴26側でその先端104でもってクランプボルト28の縁開口した縦凹部106に係合して位置固定されている(図20dを参照)。
パッキンリング78には、半径方向および軸線方向において心合わせリング82が接続している。心合わせリング82は実質的に両部材10,14の心合わせに寄与する。この場合心合わせリング82は、パッキンリング78と一体に結合されているか(図1)、或いは、パッキンリング78とは別個の部材(図18a)として形成されていてよい。ピン端部に配置されている心合わせリング82は、受容側の孔底50との接触の際の軸線方向の圧力によって拡開可能である。所定の拡開を得るため、心合わせリング82は、該心合わせリングの周方向全体または一部分にわたって延在する少なくとも1つの中空空間84を有しているか、或いは、金属またはプラスチックから成る封入物86を備えていてよい。この場合心合わせリング82は、図示していないねじ込み部によってパッキンリング78と密封接触している。心合わせリング82は金属、プラスチックまたはゴムから成っていてよく、または、複合材から成っていてよい。有利には、このためにエラストマー材を使用することである。
部材10,14を切り離すと、嵌合孔16内にパッキンリング78が残り、他方心合わせリング82は、別個の部材として形成されている限りは、嵌合ピン12に残る。心合わせリング82と嵌合ピン12との間に形状拘束部があるのが有利であり、このような形状拘束部は、心合わせリング82に設けられる環状隆起部90と、嵌合ピン12内に周回するように設けられる補完的な溝とによって生じさせることができる。
図18bには、心合わせリング82を一体成形したパッキンリング78の他の実施形態が図示されており、この実施形態では、心合わせリング82の周方向に配分して、金属またはプラスチックから成る複数個の接触球体92が心合わせリング82内に埋設されている。接触球体92の面圧を低減させるため、嵌合孔16の心合わせ面94と隣接している嵌合ピン12の対向面とに、接触球体92用の部分筒状の走行支持軌道が一体成形されていてよい。両部材10,14を切り離すと、パッキンリング78はその心合わせリング82でもって嵌合孔16内に残る。このため心合わせ面94,96は円錐状に形成されている。
本発明による処置により、円錐角を特定して選択することによって、締め付け機構18内部のクランプボルト28と保持手段との間に、摩擦損の減少と、これに伴って30%ないし40%増大する締め付け力と、対応的に結合装置の領域でのより大きな曲げ剛性とを得ることができる。この利点をさらに活用することができるように、結合部内部でのトルク吸収をより大きくする処置が採用される。この目的のため、図21aないし図21cおよび図22に示した実施形態では、環状面22,24の領域において第2の部材14にラジアル溝108が設けられ、第1の部材10にスライドブロック110が設けられ、ラジアル溝108とスライドブロック110とは取り付け状態で互いに嵌合し合う。スライドブロック110は固定ねじ112を用いて第1の部材10のフランジ114に設けた凹部107に半径方向へ挿着されており、且つその連行部分111でもって環状面22から軸線方向へ突出しており、その結果スライドブロック110は連結状態で他の部材14のラジアル溝108に噛み合うことができる。付加的に、第1の部材10の環状面22には、軸線方向に突出する方向調整ピン116が設けられており、該方向調整ピン116は組み立て状態でその先端118でもって第2の部材14の平面24領域に設けた方向調整穴120に係合する。方向調整ピン116は、トルク伝達用のスライドブロック110に比べて、下位的な意義しか有していない(図21cを参照)。
以上を総括すると、以下のようになる。本発明は、2つの部材10,14、たとえば2つの工具部材を結合させるための装置に関する。第1の部材10は、筒状の嵌合ピン12と、該嵌合ピン12をその基部において取り囲み、半径方向に突出している環状面22とを有し、第2の部材14は、前記嵌合ピン12を受容するための嵌合孔16と、該嵌合孔16をその縁において取り囲んでいる環状面24とを有している。さらに締め付け機構18が設けられ、該締め付け機構は、前記嵌合ピン12が前記嵌合孔16内へ引き込まれてその際に前記環状面22,24が互いに押圧し合う用を成す。前記締め付け機構は、筒状の案内面でもって前記嵌合ピン12の横穴26内で変位可能に案内されるクランプボルト28と、前記第2の部材14内で互いに対角線方向に対向している保持手段34,36とを含んでいる。該保持手段34,36は、それぞれその端面側の内側円錐部または外側円錐部でもって前記クランプボルト28の補完的な外側円錐部または内側円錐部と当接し、締め付け工程の際に該クランプボルトに対して楔状に締め付けられる。本発明によれば、前記クランプボルト28の前記内側円錐部44および/または前記外側円錐部40および/または前記保持手段34,36の1つは、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分40’,40”;44’,44”;42’,42”;46’,46”を有している。これら接触部分は締め付け工程の際に個別に作用することができ、或いは、一緒に作用することができる。
10 第1の部材
12 嵌合ピン
14 第2の部材
16 嵌合孔
18 締め付け機構
22 環状面(第1の部材)
24 環状面(第2の部材)
26 横穴
28 クランプボルト
30 雌ねじを備えたラジアル孔
32 雌ねじを備えたラジアル孔
34 保持手段(止めねじ)
36 保持手段(移動ねじ)
38 皿頭
39 内側多角形
40 外側円錐部
40’,40” 接触部分
41’,41” 縁部分
42 内側円錐部
42’,42” 接触部分
43’,43” 縁部分
44 内側円錐部
44’,44” 接触部分
45’,45”,45’’’ 縁部分
46 外側円錐部
46’,46” 切頭円錐状接触部分
47’,47”,47’’’ 縁部分
50 孔底
52 側周部
54 自由空間
56 隆起部
57 最高位置
58 外縁
60 ねじ山
60’ 台形ねじ山
60” 管用ねじ山
60’’’ 鋸歯ねじ山
70 ねじ山のない部分/ねじ山のない案内孔
72 ねじ山のない部分/ねじ山のない案内部分
76 破断部
78 パッキンリング
80,80’ 冷媒通路
81 冷媒管
82 心合わせリング
84 中空空間
86 封入物
90 環状隆起部
92 接触球体
94,96 心合わせ面
98,98’ 長穴状破断部
102 位置固定ピン
104 先端
106 縦凹部
108 ラジアル溝
110 スライドブロック
111 連行部分
112 固定ねじ
114 フランジ
116 方向調整ピン
118 先端
120 方向調整孔

Claims (29)

  1. 2つの部材、特に2つの工具部材を結合させるための装置であって、第1の部材(10)に配置される筒状の嵌合ピン(12)と、該嵌合ピン(12)をその基部において取り囲み、半径方向に突出している環状面(22)と、第2の部材(14)に配置される、前記嵌合ピン(12)を受容するための嵌合孔(16)と、該嵌合孔(16)をその縁において取り囲んでいる環状面(24)と、筒状の案内面でもって前記嵌合ピン(12)の横穴(26)内で変位可能に案内され、前記案内面に対し同心の内側円錐部または外側円錐部を端部にそれぞれ有しているクランプボルト(28)であって、該クランプボルトの長さが前記横穴(26)の領域において前記嵌合ピン(12)の径よりも短い前記クランプボルト(28)と、前記嵌合孔(16)の領域で互いに対角線方向に対向し、ラジアル孔(30,32)に挿着され、前記嵌合孔(16)の内部へ向いており、前記クランプボルト(28)の前記内側円錐部または前記外側円錐部に対し補完的な外側円錐部または内側円錐部を有し、締め付け工程の際に互いに付設される切頭円錐状の接触部分を用いて前記クランプボルト(28)に楔状に固定可能な2つの保持手段(34,36)とを備え、互いに補完的な前記内側円錐部と外側円錐部とが、締め付け工程の際に前記嵌合孔(16)内への前記嵌合ピン(12)の引き込みと、前記環状面(22,24)の相互押圧とを生じさせる軸線ずれを有している、前記装置において、
    前記クランプボルト(28)の前記内側円錐部(44)および/または前記外側円錐部(40)が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(40’,40”;44’,44”)を有し、これら接触部分が締め付け工程の際に個別に作用し、或いは、一緒に作用することを特徴とする装置。
  2. 互いに隣り合っている2つの接触部分(40’,40”;44’,44”)が異なる円錐角を有していることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 前記保持手段(36,34)の第1のグループの外側円錐部(46)または内側円錐部(42)が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(46’,46”;42’,42”)を有し、これら接触部分のうちの1つのみが前記クランプボルト(28)の隣接する前記内側円錐部(44)または前記外側円錐部(40)の前記接触部分(44’,44”;40’,40”)の1つと補完的であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  4. 前記保持手段の第2のグループの外側円錐部または内側円錐部が1つの切頭円錐状の接触部分のみを有し、該接触部分が前記クランプボルト(28)の隣接している前記内側円錐部(44)または前記外側円錐部(40)の前記接触部分(44’,44”;40’,40”)の1つと補完的であることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか一つに記載の装置。
  5. 前記保持手段(36,34)の第3のグループの外側円錐部または内側円錐部が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(42’,42”;46’,46”)を有し、これら接触部分のうちの2つが前記クランプボルト(28)の隣接する前記内側円錐部または前記外側円錐部の前記接触部分(40’,40”;44’,44”)のそれぞれ1つと補完的であることを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
  6. 2つの部材(10,14)、特に2つの工具部材を結合させるための装置であって、第1の部材(10)に配置される筒状の嵌合ピン(12)と、該嵌合ピン(12)をその基部において取り囲み、半径方向に突出している環状面(22)と、第2の部材(14)に配置される、前記嵌合ピン(12)を受容するための嵌合孔(16)と、該嵌合孔(16)をその縁において取り囲んでいる環状面(24)と、筒状の案内面でもって前記嵌合ピン(12)の横穴(26)内で変位可能に案内され、前記案内面に対し同心の内側円錐部または外側円錐部を端部にそれぞれ有しているクランプボルト(28)であって、該クランプボルトの長さが前記横穴(26)の領域において前記嵌合ピン(12)の径よりも短い前記クランプボルト(28)と、前記嵌合孔(16)の領域で互いに対角線方向に対向し、ラジアル孔(30,32)に挿着され、前記嵌合孔(16)の内部へ向いており、前記クランプボルト(28)の前記内側円錐部または前記外側円錐部に対し補完的な外側円錐部または内側円錐部を有し、締め付け工程の際に互いに付設される切頭円錐状の接触部分を用いて前記クランプボルト(28)に楔状に固定可能な2つの保持手段(34,36)とを備え、互いに補完的な前記内側円錐部と外側円錐部とが、締め付け工程の際に前記嵌合孔(16)内への前記嵌合ピン(12)の引き込みと、前記環状面(22,24)の相互押圧とを生じさせる軸線ずれを有している、前記装置において、
    前記保持手段(34,36)の少なくとも1つの前記外側円錐部(46)または前記内側円錐部(42)が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(46’,46”;42’,42”)を有し、これら接触部分が締め付け工程の際に個別に作用し、或いは、一緒に作用することを特徴とする装置。
  7. 互いに隣り合っている2つの接触部分(46’,46”;42’,42”)が異なる円錐角を有していることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
  8. 前記クランプボルト(28)の第1のグループの内側円錐部(44)および/または外側円錐部(40)が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置され且つ異なる円錐角を有する実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(44’,44”;40’,40”)を有し、これら接触部分のうちの1つのみが前記保持手段(36,34)の隣接する前記外側円錐部(46)または前記内側円錐部(42)の前記接触部分(46’,46”;42’,42”)の1つと補完的であることを特徴とする、請求項7に記載の装置。
  9. 前記クランプボルト(28)の第2のグループの内側円錐部および/または外側円錐部が、実質的に切頭円錐状の1つの接触部分のみを有し、この接触部分が1つの保持手段(36,34)の隣接する前記外側円錐部(46)または前記内側円錐部(42)の前記接触部分(46’,46”;42’,42”)の1つと補完的であることを特徴とする、請求項6から8までのいずれか一つに記載の装置。
  10. 前記クランプボルト(28)の第3のグループの内側円錐部および/または外側円錐部が、軸線方向に互いに間隔をもって同軸に配置される実質的に切頭円錐状の2つの接触部分(40’,40”;44’,44”)を有し、これら接触部分のうちの2つが前記保持手段(36,34)の隣接する前記外側円錐部または前記内側円錐部の前記接触部分の1つと補完的であることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
  11. 前記クランプボルト(28)と前記保持手段(34,36)の、軸線方向に間隔をもって配置されている前記接触部分が、それぞれの自由端面側へ大きくなっていく円錐角を有していることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか一つに記載の装置。
  12. 前記クランプボルト(28)および/または前記保持手段(34,36)の前記接触部分が軸線方向にわずかに湾曲した側面を有していることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか一つに記載の装置。
  13. 前記接触部分の前記側面が4mmないし50000mmの曲率半径を有していることを特徴とする、請求項12に記載の装置。
  14. 前記クランプボルト(28)および前記保持手段(34,36)の前記接触部分が、周回するように延在するその縁において、それぞれ実質的に切頭円錐状の縁部分(41’,41”;45’,45”;43’,43”;47’,47”)によって画成されていることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか一つに記載の装置。
  15. 前記縁部分が軸線方向に球状または中空くり形状に湾曲した側面を有していることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
  16. 前記縁部分の前記球状または中空くり形状に湾曲した側面が0.05mmないし20mmの曲率半径を有していることを特徴とする、請求項15に記載の装置。
  17. 前記ラジアル孔(30,32)が雌ねじを備え、前記保持手段の1つ(34)が前記第2の部材(14)に固定される止めねじとして形成され、他の保持手段(36)が締め付け工程の際に操作可能な移動ねじとして形成され、互いに補完的な前記切頭円錐状の接触部分が、前記止めねじの側に、前記移動ねじの側よりも小さな円錐角を有していることを特徴とする、請求項1から16までのいずれか一つに記載の装置。
  18. 移動ねじとして形成される前記保持手段(36)が外側円錐部を有し、前記クランプボルト(28)が、前記移動ねじの側に、前記外側円錐部に対して補完的でそれぞれ1つの切頭円錐状の接触部分を備えた内側円錐部を有していることを特徴とする、請求項17に記載の装置。
  19. 止めねじとして形成される前記保持手段(34)が内側円錐部を有し、前記クランプボルト(28)が、前記止めねじの側に、軸線方向に互いに間隔をもって配置され且つ異なる円錐角を持つそれぞれ2つの切頭円錐状の接触部分を備えた外側円錐部を有していることを特徴とする、請求項17または18に記載の装置。
  20. 前記移動ねじおよび/または前記止めねじが、平坦な支持側面と筒状の案内面部分とを備えた鋸歯ねじ山(60’’’)を有していることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか一つに記載の装置。
  21. 前記支持側面がラジアル面に対し5゜ないし15゜のねじ山角を有し、他方前記支持側面に対向して工具中心のほうへ向いている側面が、25゜ないし35゜のねじ山角を有していることを特徴とする、請求項20に記載の装置。
  22. 前記移動ねじおよび/または前記止めねじが、筒状の案内面部分を備えた台形ねじ山(60’)を有していることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか一つに記載の装置。
  23. 止めねじとして形成された前記保持手段(34)が、円形の外縁(58)によって画成され且つ止め円錐部(37)を有するフランジ状の皿頭(38)と、前記外縁(58)の内側に間隔を持って配置され且つ中央の内側多角形部(39)を画成している隆起部(56)とを有し、該隆起部(56)の最高位置(57)が取り付け状態で前記第2の部材(14)の筒状側周部(52)の内側に配置されていることを特徴とする、請求項17から22でのいずれか一つに記載の装置。
  24. 前記隆起部(56)が実質的に切頭円錐状の形状を有して前記外側円錐部(58)に対し同心に配置されていることを特徴とする、請求項23に記載の装置。
  25. 前記クランプボルト(28)および/または前記保持手段(34,36)が、少なくとも前記内側円錐部および/または外側円錐部の領域に、摩擦低減コーティング部または表面加工部を有していることを特徴とする、請求項1から24までのいずれか一つに記載の装置。
  26. 前記締め付け機構(18)の前記クランプボルト(28)が長穴状の破断部(98,98’)を有し、該破断部が、前記第1および第2の部材(10,12)内に設けた軸心の冷媒通路(80,80’)とダイレクトにまたは貫通する冷媒管(81)を介して間接的に連通していることを特徴とする、請求項1から25までのいずれか一つに記載の装置。
  27. 前記環状面(22,24)の領域に位置するようにラジアル溝(108)が一方の前記部材(14)に設けられ、該ラジアル溝(108)に対し補完的なスライドブロック(110)が他方の前記部材(10)に設けられ、前記ラジアル溝と前記スライドブロックとが組み立て状態で互いに嵌合してトルク伝達部を形成することを特徴とする、請求項1から26までのいずれか一つに記載の装置。
  28. 前記嵌合ピン(12)の端面と前記嵌合孔(16)の底部(50)との間に、軸線方向の破断部(76)を備えたパッキンリング(78)と、前記嵌合孔の内壁で支持される心合わせリング(82)とが配置されていることを特徴とする、請求項1から27までのいずれか一つに記載の装置。
  29. 前記パッキンリング(78)と前記心合わせリング(82)とが互いに一体に結合されていることを特徴とする、請求項28に記載の装置。
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