KR20140142175A - 클램핑 장치, 특히 클램핑 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베이스 부분, 클램핑력을 클램핑될 부분 상으로 전달하기 위하여 베이스 부분에 대해 변위될 수 있도록 배열된 클램핑 요소, 및 상기 클램핑 요소 상에 변위가능하게 충돌하는 구동 유닛을 갖는, 클램핑 장치, 특히 클램핑 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 구동 유닛은 모터에 의해 회전가능하게 구동될 수 있고, 클램핑 요소에서 내부 스레드를 가지는 축방향 연장 보어와 맞물리는 스레드 형성 스핀들을 가지며, 스레드 형성 스핀들의 외부 스레드는 스레드 형성 스핀들의 회전 구동이 클램핑력의 생성 및/또는 클램핑 요소의 변위에 영향을 미치는 방식으로 직접적 또는 간접적으로 보어의 내부 스레드와 협동한다. 대안적으로, 구동 유닛은 클램핑 요소의 스레드 형성 로드와 맞물리는 내부 스레드를 가지는, 모터에 의해 회전되게 구동될 수 있는 스레드 형성 슬리브를 가질 수 있으며, 스레드 형성 로드의 외부 스레드는 스레드 형성 슬리브의 회전 구동이 클램핑력의 생성 및/또는 클램핑 요소의 변위에 영향을 미치는 방식으로 스레드 형성 슬리브의 내부 스레드와 직접적 또는 간접적으로 협동한다.

Description

클램핑 장치, 특히 클램핑 모듈 {CLAMPING DEVICE, PARTICULARLY A CLAMPING MODULE}
본 발명은 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는 클램핑 장치, 더욱 상세하게는 클램핑 모듈에 관한 것이다.
클램핑 장치들은 기계가공되는 동안 가공물(workpiece)들을 단단히 고정하기 위하여 기계 공구 분야에서 자주 사용된다. 클램핑 장치들은 자주 신속하게, 단단히 그리고 큰 수동 노력 없이 요구된 높은 클램핑력들을 생성할 수 있도록 구동 유닛에 의해 제어가능하게 설계된다. 당해 가공물의 기계 가공 후, 가공물이 클램핑 장치와 함께 기계 공구로부터 제거될 수 있고 다른 기계 공구에 공급될 수 있거나 클램핑 장치로부터 가공물을 제거하지 않으면서 추가의 미래 기계 가공을 위해 보관될 수 있는 것이 자주 소망된다. 이러한 경우, 가공물이 운반 동안 클램핑 장치에 단단히 고정된 채로 유지되는 것이 필요하다. 즉, 클램핑 상태의 가공물의 보관 동안 및/또는 운반 동안 클램핑력들이 대체로 유지되어야 한다.
유압 작동식 클램핑 장치들은 지금까지 주로 이러한 목적을 위해 사용되어 왔다. 이러한 경우 유압식 기계(hydraulics)는 항상 약간 소량의 누출들이 있으며 이에 따라 가공물이 압력의 소스 또는 유압식 기계 소스에 연결되지 않는 경우, 클램핑력들을 줄이지 않거나 클래핑된 가공물을 심지어 해제하지 않으면서 장기간 동안 보관될 수 없다는 단점이 있다. 클램핑된 가공물이 하나의 기계 공구로부터 다른 기계 공구로 클램핑 장치와 함께 이동되는 경우, 운반 동안 압력 소스를 클램핑 장치에 연결하는 것이 정상적으로 필요하지 않은데, 이는 누출이 통상적으로 충분히 작아서 클램핑력들이 상대적으로 짧은 시간에 걸쳐 충분한 크기로 유지될 수 있기 때문이다. 그러나, 클램핑된 가공물이 보관되는 경우, 압력 소스로의 연결은 이 같은 클램핑 장치들을 이용하는 것이 불가피하다.
이 같은 유압 클램핑 장치들의 다른 단점은 누출의 경우 유압 매체가 방출되고 이에 따른 오염을 초래한다는 것이다.
그러나, 유압 클램핑 장치들의 장점은 유압 클램핑 장치들이 동시에 작은 전체 크기에 의해 큰 클램핑력들을 생성할 수 있다는 것이다.
이러한 종래 기술로부터 나아가서, 본 발명은 클램핑 장치, 특히 클램핑 모듈이 생성하는 문제점을 해결하여, 누출의 위험이 있는 유압 구동 유닛을 회피하고 동시에 작은 전체 크기에 의해 충분히 큰 클램핑력들을 생성할 수 있다.
본 발명은 청구항 1의 특징부들에 의해 이러한 문제점을 해결한다.
본 발명은 유압 작동 대신에, 충분히 높은 클램핑력들이 간단한 모터 구동부에 의해 생성될 수 있는데, 이 모터 구동부는 클램핑 요소의 축방향 연장 구역에 내부 스레드(thread)를 가지는 보어와 맞물리는 스레드 형성 스핀들을 가지거나 구동 요소의 스레드 형성 로드(threaded rod)와 맞물리는 내부 스레드를 구비한 회전가능하게 구동가능한 스레드 형성 슬리브를 갖는다는 인식으로부터 시작한다. 구동 요소들, 즉 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 회전 구동시, 두 개의 요소들의 간접적 또는 직접적으로 협동하는 스레드들은 클램핑 요소의 변위 및/또는 요구된 클램핑력의 생성에 영향을 미친다. 결과적으로 설계가 매우 간단하다.
이 같은 구동 유닛의 추가 장점은 용이한 방식으로 자체 잠금되도록 설계될 수 있어 심지어 구동부를 비 작동시키고 그리고 에너지를 공급하지 않으면서 클램핑력들이 유지될 수 있다는 것이다.
클램핑 장치는 예를 들면 부가의 개별적인 고정형(stationary) 클램핑 요소와 협동하는 단일의 변위가능한 구동식 클램핑 요소를 가질 수 있다. 물론 클램핑 장치는 또한 이동하는 클램핑 요소와 협동하는 고정형 클램핑 요소를 가질 수 있다. 마지막으로, 클램핑 장치는 또한 서로에 대해 이동할 수 있는 두 개의 클램핑 요소들을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 스레드 형성 슬리브의 내경 또는 스레드 형성 스핀들의 직경은, 스레드 형성 슬리브 또는 스레드 형성 스핀들의 구동 측 단부로 인가되는 구동 토크의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 15%, 및 가장 바람직하게는 적어도 25%가 클램핑 요소의 충돌 표면에서 유도될 수 있는 클램핑력을 생성하는데 기여하기 위해 전달되도록, 충분히 작게 선택된다.
클램핑 장치의 치수화를 설명하기 위해, 스레드 형성 스핀들을 위한 M12x1의 스레드가 가정되며, 이 경우 유효 스레드 플랭크 직경은 10.8 mm이다. 생성될 축방향력에 대한 40 kN의 값이 가정될 것이다. 미리 결정된 축방향력 또는 클램핑력(F)을 생성하기 위하여 (마찰 없이) 이상화된 스크류에 인가되어야 하는 토크는 유효 스레드 플랭크 직경과 Π의 곱에 의해 나누어진 스레드의 피치와 축방향력(F)의 곱으로부터 초래된다.
이로부터 축방향력 및 이에 따라 40 kN의 클램핑력을 생성하기 위하여 M12x1 스레드를 구비한 이상화된 스레드 형성 스핀들에 대해 6.37 Nm의 토크가 요구되는 것이 후속된다.
스크류 계산들에 대해 전형적인, 0.14의 마찰 계수에 대해, 30.24 Nm의 토크(마찰 토크)가 마찰을 극복하기 위해 필요하다.
스레드 재료들을 코팅함으로써 또는 특정(special) 윤활유들에 의해 마찰을 감소시키기 위한 시도를 하는 경우, 0.09의 가정되고 감소된 마찰 계수에 대해 19.44 Nm의 토크가 초래된다.
다른 한편으로, 대략 1 내지 2 Nm의 축방향 구름-접촉 베어링의 마찰을 극복하기 위해 필요한 토크는 작거나 거의 무시가능한 것으로 증명된다.
축방향 구름-접촉 베어링을 포기하고 축방향 슬라이딩 베어링을 사용하고자 하면, 축방향 베어링의 마찰력들을 극복하기 위해 필요한 토크에 대해 상당히 더 큰 값들이 초래될 것이다. 직경이 20 mm인 측면(side face)을 구비한 축방향 슬라이딩 베어링이 가정되는 경우, 0.14의 가정된 마찰 계수에 대해, 초래되는 마찰력들을 극복하기 위해 56 Nm의 토크가 가해져야 한다(더욱 정확하게는, 마찰 계수의 계산을 위해 20 mm의 유효 레버 암이 계산될 수 있는 측면이 가정됨).
접촉 표면들의 재료 코팅들에 의해 또는 특정 윤활유들에 의해 이의 마찰 계수에 대한 이러한 가정된 축방향 슬라이딩 베어링을 개선하기 위한 시도가 있으면, 0.09의 가정된 마찰 계수에 의해 36 Nm의 토크가 여전히 초래된다.
모든 이러한 예시적인 계산들에서, 위에서 언급된 40 kN의 값이 축방향력으로서 가정된다.
개별 마찰 메커니즘들을 극복하기 위해 극복되어야 하는 개별 구성요소 토크들에 대한 위의 값들에 대해, 그리고 40 kN 마찰력을 생성하기 위해 필요한 6.37 Nm의 토크에 대해, 비 최적화된 경우에(즉, 슬라이딩 베어링 없이 그리고 마찰력에 대해 최적화된 스레드 없이), 단지 약 7%의 구동 토크가 소망하는 축방향력 또는 클램핑력을 생성하는데 기여한다.
축방향 슬라이딩 베어링이 베어링 마찰을 극복하기 위해 1.2 Nm의 요구된 토크를 가지는 축방향 구름-접촉 베어링으로 대체되면, 이는 클램핑력을 생성하기 위해 필요한 구동 토크를 생성하는데 효과적인 구동 토크의 대략 17%의 비율을 초래한다.
스레드가 마찰 계수들에 대해 추가로 최적화되면, 대략 24%의 구동 토크가 클램핑력(F)을 생성하는데 기여한다.
이러한 예는 특히 구동 스레드를 위한 직경의 선택 및 구동 요소(스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브)를 위한 축방향 베어링의 사용이 구동 모터에 의해 생성되어야 하는 가장 작은 가능한 구동 토크를 이용하여 소망하는 클램핑력을 생성할 수 있도록 하기에 결정적이라는 것을 예시한다.
스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브를 위한 스레드 직경의 결정시, 이에 따라 상이한 마찰 계수들을 결정하는 레버를 유지하기 위하여 가능한 작은 직경, 및 이에 따라 마찰 계수들 자체를 가능한 작게 선택하는 것이 바람직하다. 다른 한편, 스레드를 손상시키지 않거나 스레드의 사용 기간을 허용할 수 없게 감소시키지 않으면서 축방향력이 스레드를 통해 전달될 수 있도록 스레드의 직경이 충분히 커야 한다.
본 발명의 부가 구성에 따라, 스레드 형성 스핀들 및 클램핑 요소의 보어 또는 스레드 형성 슬리브 및 스레드 형성 로드의 내부 스레드 및 외부 스레드의 피치는 각각의 요소들 사이의 마찰력들에 따라, 최대의 미리 결정된 공칭 클램핑력까지의 범위 내에 자체-잠금이 존재하는 방식으로 선택될 수 있다.
이에 의해 구동부의 나머지 부분은 실제로 임의의 소망하는 방식으로 설계될 수 있다. 특히, 모터 자체가 자체-잠금을 생성할 필요가 없다.
본 발명의 하나의 구성에 따라, 클램핑 요소 내의 보어의 내부 스레드 및/또는 스레드 형성 스핀들의 외부 스레드 또는 스레드 형성 슬리브의 내부 스레드 및/또는 스레드 형성 로드의 외부 스레드는 이미 언급된 바와 같이, 마찰을 감소시키는 코팅으로 코팅될 수 있다.
스레드에 도포될 때 마찰을 감소시키고 충분한 내구성을 가지는 임의의 재료는 이러한 경우 코팅으로서 적합하다. DLC(diamond-like carbon; 다이아몬드상 탄소) 코팅은 이 같은 마찰 감소 코팅의 예로서 언급될 수 있다.
클램핑 장치가 단일의 변위가능한 클램핑 요소만을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브는 스레드 형성 슬리브 또는 스레드 형성 스핀들의 회전 축선에 대해 수직하게 연장하고 클램핑 요소의 충돌 표면을 등지는 플랜지 구역을 가지며, 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브는 클램핑 장치의 베이스 부분 내에 또는 이 베이스 부분 상에 배열된 고정형 축방향 베어링에 맞닿아 이러한 플랜지 구역을 통해 지지된다.
축방향 베어링은 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브가 베이스 부분에 회전가능하게 유지되도록 발생하는 요구된 최대 축방향력들을 흡수할 수 있고 구동 요소, 즉 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 축방향 베어링에 의해 초래되는 회전 구동에 반작용하는 마찰력들이 최소화되는 방식으로 설계된다.
클램핑 장치가 단일 구동부에 의해 반대 방향들로 변위될 수 있는 두 개의 클램핑 요소들을 가지는 본 발명의 하나의 구성에 따라, 구동 유닛의 단일의 회전 구동가능식 스레드 형성 스핀들은 각각의 스레드 형성 구역에서 두 개의 클램핑 요소들 각각의 스레드 형성 보어 각각과 협동할 수 있거나, 구동 유닛의 단일의 회전 구동가능식 스레드 형성 슬리브는, 구동 유닛의 하나의 회전 방향으로 두 개의 클램핑 요소들이 하나의 변위 방향으로 이동되고 그리고 두 개의 클램핑 요소들이 구동 유닛의 다른 회전 방향에서 다른 변위 방향으로 이동되는 방식으로, 각각의 스레드 형성 구역에서 두 개의 클램핑 요소들 각각의 스레드 형성 로드 각각과 직접적 또는 간접적으로 협동할 수 있다. 이는 예를 들면 각각 우측 스레드 및 좌측 스레드를 이용함으로써 구동 유닛을 위한 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 두 개의 스레드 구역들에 대해 성취될 수 있으며, 각각의 스레드는 두 개의 클램핑 요소들의 스레드 형성 보어 또는 스레드 형성 로드 각각과 협동한다.
이 같은 일 실시예는 고가의 축방향 베어링이 필요하지 않은 장점을 초래한다.
본 발명의 하나의 구성에 따라, 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브는 구동 구역을 가질 수 있으며, 이 구동 구역은 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 단부 구역에 형성될 수 있으며, 모터의 출력 샤프트에 직접적으로 또는 기어 유닛을 경유하여 모터의 출력 샤프트에 연결된다.
두 개의 대향적으로 가동되는 클램핑 요소들을 구비한 실시예에서, 구동 구역은 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 두 개의 스레드 구역들 사이에 제공될 수 있다. 이는 간단하고 컴팩트한 구성을 산출한다.
기어 유닛은 또한 자체-잠금되도록 설계될 수 있다. 다른 구성에 따라, 기어 유닛은 자체-잠금이 클램핑 요소들의 축방향 구역에서 보어 및 스레드 형성 스핀들에 의해 또는 클램핑 요소들의 스레드 형성 로드 및 스레드 형성 슬리브에 의해 형성된 구동 구성요소와 관련하여 성취되도록 설계될 수 있다.
또한, 모터가 구동 유닛의 다른 구성요소와 함께 또는 이의 자체 상에 자체-잠금을 실행하도록 설계될 수 있다는 것이 명확하다.
로터리 베인 모터와 같은 공기압 모터는 특히 모터로서 사용하기에 적합하다. 물론, 전기 모터 또는 유압 모터의 사용이 또한 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 모터는 베이스 부분에서 구동 유닛의 실질적으로 스레드 형성 스핀들 및 클램핑 요소의 스레드 형성 보어 옆에 및/또는 밑에 또는 구동 유닛의 스레드 형성 슬리브 및 클램핑 요소의 스레드 형성 로드 옆에 및/또는 그 아래에 배열된다. 두 개의 대향되게 변위가능한 클램핑 요소들을 구비한 실시예에서, 모터는 또한 두 개의 스레드 형성 보어들 또는 클램핑 요소들의 스레드 형성 슬리브들 사이의 축방향 구역에서 스레드 형성 보어들 또는 스레드 형성 슬리브들의 축선 옆에 및/또는 밑에 배열될 수 있다.
매우 작은 길이를 가지는 클램핑 장치 또는 클램핑 모듈은 이러한 방식으로 성취된다. 이는 종종 다수의 클램핑 장치들 또는 클램핑 모듈들이 미리 결정된 제한된 길이의 커먼 레일 상에 배열되어야 하는 경우라면 바람직하다.
베이스 부분에서 클램핑 요소의 옆으로의 모터의 배열이 가능하게 되는데, 이는 특히 모터가 단지 상대적으로 작은 토크를 생성하여야 하고 이에 따라 작은 전체 크기를 가질 수 있으며, 특히 모터 샤프트에 대해 작은 폭/두께를 가질 수 있기 때문이다. 이에 따라, 클램핑 모듈에 대한 클램핑 장치의 폭은 클램핑 요소 또는 클램핑 죠오(clamping jaw)의 충돌 표면의 폭보다 작거나 동일하도록 선택될 수 있다.
상기 모터는 출력 샤프트의 회전 축선과 정렬되는 길이 방향 축선이 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브의 회전 축선에 대해 평행하게 연장하도록 배열될 수 있다.
모터의 출력 샤프트는 이러한 경우에서 하나 또는 둘 이상의 피니언들에 의해 스레드 형성 슬리브 또는 스레드 형성 스핀들에 간단한 방식으로 커플링될 수 있다.
본 발명의 다른 구성에 따라, 복수의 베어링 롤러들은 구동 유닛을 위한 스레드 형성 스핀들의 외부 스레드와 클램핑 요소의 축방향 구역 내의 보어의 내부 스레드 사이, 또는 구동 유닛에 대한 스레드 형성 슬리브의 내부 스레드와 클램핑 요소에 대한 스레드 형성 로드의 외부 스레드 사이에 제공될 수 있다. 협동 요소들의 내부 스레드와 외부 스레드 사이의 마찰은 이 같은 스레드 형성 롤러 구동부에 의해 상당히 감소될 수 있다. 이러한 방식으로 5 Nm 미만에서 2 Nm 아래의 범위에 이르기까지의 마찰 모멘트들을 성취하는 것이 용이하다.
예를 들면 이 같은 스레드 형성 롤러 구동부에 대해 단지 5 Nm의 마찰 모멘트를 가정하면, M12x1 스레드를 구비한 스레드 형성 스핀들의 위에서 설명된 예에 대해, 클램핑력을 생성하기 위해 유효한(active) 구동 토크의 대략 51%의 값이 초래된다.
본 발명의 다른 구성에 따라, 클램핑 요소의 변위 방향에 대해 평행하게 연장하는 길이 방향 그루브는 클램핑 요소의 축방향 구역의 외측 벽에 형성될 수 있으며, 길이 방향 그루브에 베이스 부분에 고정되게 유지된 제한 요소가 맞물리며, 그루브의 축선에 대해 수직한 그루브와 맞물리는 제한 요소의 헤드 부분의 치수가 실질적으로 그루브의 폭에 대응하여, 클램핑 요소의 회전 운동이 실질적으로 차단되고 클램핑 요소의 병진 운동이 가능하게 된다.
이러한 방식으로, 스레드 형성 슬리브의 스레드 형성 스핀들의 축선에 대해 평행하게 연장하고 베이스 부분 내의 대응하는 리세스 또는 보어와 맞물리는 핀을 클램핑 죠오 또는 클램핑 요소 상에 제공하는 것이 더 이상 필요하지 않으며, 클램핑 요소의 회전 운동이 변위 축선에 대한 핀의 편심 배열에 의해 차단된다. 특히, 핀 또는 핀을 수용하는 보어의 충분히 정밀한 생산으로부터 초래되는 비용이 회피될 수 있다.
제한 요소의 헤드 부분은 클램핑 요소의 회전 운동을 최소화하거나 완전히 방지하기 위하여 제어 요소에 의해 압력 하에서 또는 탄성적으로 그루브의 길이 방향 축선에 대해 수직한 방향으로 팽창하도록 형성될 수 있다.
헤드 부분은 두 개의 부분들로 형성될 수 있으며, 각각의 부분은 그루브의 측벽 상에 충돌하고 리세스는 서로 직면하는 두 개의 부분들의 측면들에 형성되며, 두 개의 리세스들은 그루브의 길이 방향 축선에 대해 수직한 베이스 부분 내에 고정되어 유지되는 핀 요소를 위한 맞물림 리세스를 함께 형성한다. 두 개의 부분들 내의 맞물림 리세스 및/또는 리세스들과 맞물리는 핀 요소의 단부는 코니시티(conicity)를 가져서 두 개의 부분들이 그루브의 두 개의 측벽들을 향하는 방향으로 이동되거나 맞물림 리세스와 핀 요소의 맞물림이 증가될 때 이에 증가하는 가압력을 인가한다.
핀 요소가 베이스 바디 내에 상기 핀 요소를 수용하는 보어 내로 추가로 나사 고정될 때, 헤드 부분을 형성하는 부분들이 클램핑 요소의 사실상 유격(paly) 없는 안내가 초래되면서 동시에 클램핑 요소의 어떠한 회전 운동도 억제하도록 충분히 간격이 멀리 떨어지도록, 핀 요소가 스크류로서 형성될 수 있다.
그루브의 축방향 길이는 그루브의 축방향 제한 벽들과 관련하여, 헤드 부분이 동시에 클램핑 요소의 하나 또는 양자 모두의 이동 방향들을 위한 축방향 정지부로서 기능하는 방식으로 헤드 부분의 축방향 크기에 대해 선택될 수 있다.
본 발명의 부가 실시예들은 종속항들에서 찾아 볼 수 있다.
본 발명은 도면들에 예시된 실시예들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 회전 구동식 스레드 형성 스핀들을 구비한 본 발명에 따른 모듈형 클램핑 장치의 부분 절개 사시도를 도시하며,
도 2는 도 1의 클램핑 모듈의 길이 방향 축선을 통한 수직 단면도를 도시하며,
도 3은 스레드 형성 롤러 구동부를 구비한 본 발명에 따른 클램핑 모듈의 제 2 실시예를 통한 도 2와 유사한 단면도를 도시하며,
도 4는 클램핑 요소의 회전 고정을 위한 유사 장치를 구비한, 본 발명에 따른 모듈형 클램핑 장치의 제 3 실시예의 부분 절개 사시도를 도시하며,
도 5는 회전 구동식 스레드 형성 슬리브를 구비한 본 발명에 따른 모듈형 클램핑 장치의 제 4 실시예의 길이 방향 축선을 통한 수직 단면도를 도시하며,
도 6은 두 개의 반대로 구동되는 클램핑 요소들을 구비한 본 발명에 따른 모듈형 클램핑 장치의 제 5 실시예의 부분 절개 사시도를 도시한다.
도 1에서 부분 절개된 사시도로 도시된, 클램핑 장치(1)는 클램핑 모듈의 형태로 설계되고 베이스 부분(3)을 가지며, 이 베이스 부분은 예시된 실시예에서와 같이 형성될 수 있어, 베이스 부분이 가능한 크기로 다른 구성요소들을 완전히 둘러싼다. 이러한 방식으로, 다른 구성요소들은 베이스 부분(3)에 단단히 고정되고 환경적 영향들로부터 보호된다.
물론 캐리어 부분으로서 베이스 부분(3)을 설계하는 것 또한 가능하며, 베이스 부분의 상부 상에 또는 베이스 부분을 따라, 클램핑 장치(1)의 다른 구성요소들이 배열된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 부분(3)은 베이스 부분의 하부 측 상에 치형부(toothing; 5)를 가질 수 있으며, 이 치형부에 의해 클램핑 장치(1) 또는 클램핑 모듈은 상세하게 도시되지 않은 부가 체결 요소들에 의해 레일과 같은 캐리어 요소 상에 고정될 수 있다. 이를 위해, 치형부(5)는 캐리어 요소의 상보적 치형부와 협동할 수 있다.
도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 베이스 부분(3)은 베이스 부분(3)에 대해 변위가능하게 배열되고 클램핑 죠오(9) 및 클램핑 죠오에 연결되는 축방향 연장 구역(11)을 가지는 클램핑 요소(7)를 둘러싸고, 축방향 연장 구역 내에는 축방향 스레드 형성 보어(13)가 형성된다.
축방향 연장 구역(11)은 스레드 형성 보어의 축선(A)에 대해 실질적으로 회전 대칭으로 형성될 수 있다. 축방향 연장 구역(11)에 연결되는 클램핑 죠오(9)는 축선(A)을 통하여 수직하게 연장하는 평면에 대해 대칭으로 형성될 수 있어, 클램핑 장치(1)에 의해 생성되거나 클램핑 장치에 의해 흡수되어야 하는 클램핑력(F)은, 적어도 클램핑될 부분(도시 안됨)이 클램핑 죠오(9) 또는 클램핑 요소(7)의 충돌 표면(9a)에 의해, 대응하여 중앙에서(또는 대응하여 클램핑 요소의 길이방향 중앙면에 대해 대칭으로) 충돌하는 경우, 축선(A) 상에서 큰 경사 모멘트 없이 충돌 표면(9a)을 통해 클램핑 장치(1)에 전달될 수 있다.
스레드 형성 스핀들(13)은 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)의 스레드 형성 보어(15)와 맞물린다. 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 스레드 형성 스핀들(15)은 외부 스레드(17a)가 제공되는 전방 구역(17)을 가지며, 이 외부 스레드는 스레드 형성 보어(13)의 대응하는 내부 스레드(13a)와 협동한다.
스레드 형성 스핀들의 후방 단부, 즉 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)을 등진 단부에 인접하여, 스레드 형성 스핀들(15)은 베어링 구역(21)에 의해 인접하는 플랜지 구역(19)을 갖는다. 전방 구역(17)에 대해, 베어링 구역(21)은 확장된 직경을 가지며, 이 직경과 함께 스레드 형성 스핀들(15)이 축방향 베어링(23)을 통하여 관통한다. 상기 베어링(23)은 베이스 부분(3)의 대응하는 부분에 대해 스레드 형성 스핀들(15)의 플랜지 구역(19)을 등지는 그의 단부에 의해 축방향으로 지지된다. 바람직하게는 구름-접촉 베어링으로서 형성되는, 축방향 베어링(23)의 전방 단부는 플랜지 구역(19)의 후방 단부면의 각각의 고리형 부분에 의해 충돌된다. 이러한 방식으로, 스레드 형성 스핀들은 축 방향으로 고정되어 축선(A)을 중심으로 회전가능하게 장착된다.
축방향 베어링(23)은 부가적으로 반경 방향 베어링의 기능을 담당할 수 있어, 스레드 형성 스핀들(15)이 가압력(F)을 베이스 부분(3) 상으로 전달하기 위하여 축방향 베어링에 부가하여 동시에 베어링 구역(21)에서 반경방향으로 지지된다.
베이스 부분(3)의 후방 측벽 내의 대응하는 리세스와 맞물리는 센터링 핀(25)은 스레드 형성 스핀들(15)의 베어링 구역(21)의 후방 단부에 배열된다. 센터링 핀(25)은 이에 따라 조립 동안 적절하게는 또한 클램핑 장치의 작동 동안, 즉 스레드 형성 스핀들(15)의 회전 구동 동안 스레드 형성 스핀들(15)을 센터링하기 위해 사용된다.
센터링 핀(25)은 구동 피니언(27)을 수용하여 센터링하기 위해 부가적으로 사용되며, 구동 피니언은 센터링 핀(25) 상으로 동축 보어와 함께 가압되고 스크류(29)들에 의해 스핀들(15)에 공동 회전을 위해 연결된다.
도 1 및 도 2로부터 볼 수 있는 바와 같이, 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)은 베이스 부분(3) 내의 대응 리세스에서 축(A)의 방향으로 변위 가능하게 홀딩된다. 클램핑 요소(7)는 이에 따라 스레드 형성 스핀들(15)의 회전 구동에 의해 베이스 부분(3) 내로 또는 밖으로 이동된다. 클램핑 장치(1)는 이에 따라 고정되어 있거나 또한 가동되는(그러나 클램핑 위치에서 고정될 수 있음) 다른 클램핑 모듈과 협력할 수 있고 고정될 구성요소를 미리 결정된 클램핑력으로 고정할 수 있다. 클램핑력(F)은 클램핑 장치(1)의 아래 설명된 구동에 의해 생성된다.
도 1에 예시된 클램핑 장치(1)의 실시예에서, 회전 또는 변위 축선(A)을 중심으로 한 클램핑 요소(7)의 회전은 핀(31)에 의해 실행되며, 이 핀은 축선(A)에 대해 편심되게 제공되고 클램핑 요소(7)의 클램핑 죠오(9)에 연결된다. 핀(31)의 축선은 스레드 형성 보어(13)의 축선(A)에 대해 평행하게 연장하며, 이 축선을 중심으로 스레드 형성 스핀들(15)이 회전하고 이 축선은 클램핑 요소(7)의 변위 방향을 규정한다. 핀(31)의 축선이 베이스 부분(3) 내의 대응하는 수용 보어 또는 수용 리세스의 축선과 충분히 정밀하게 정렬되어야 해서 클램핑 요소(7)의 변위 운동은 전체의 미리 규정된 축방향 변위 범위 내에 방해되지 않는다는 것이 명확하다. 이는 당연히 대응적으로 타이트한 제조 허용오차들을 유지하는 것을 요구한다.
클램핑 요소(7)의 축방향 변위 경로는 정지 핀(35)에 의해 도 1에 도시된 실시예에서 실행되며, 정지 핀은 베이스 부분(3) 내의 변위 이동에 대해 실질적으로 수직하게 유지되며, 축방향 연장 구역(11)의 외주변에서 길이 방향 그루브(37)를 구비한 이의 전방 단부와 맞물리며, 이 전방 단부는 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)과 직면한다. 정지 핀(35)의 크기 또는 직경 및 정지 핀에 대한 길이 방향 그루브(37)의 위치 및 길이는 클램핑 요소(7)의 변위 운동의 단부 위치들 또는 최대의 가능한 변위 경로를 규정한다.
스레드 형성 스핀들(15)의 모터-전동식 구동은 모터(39)를 경유하여 달성되고, 모터는 전기 모터로서 구현될 수 있지만 바람직하게는 공기압 모터로서 구현될 수 있다. 모터(39)는 도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 두 개의 협동 요소들의 축방향 길이 내부의 스레드 형성 스핀들(15) 옆에 또는 축방향 연장 구역(11) 옆에 배열된다. 이는 이 같은 모터 구동식 클램핑 장치에 대한 매우 짧은 구성을 달성하며, 이는 모터의 세장형 치수들에 의해 충분히 좁으며 또한 상대적으로 작은 전체 높이를 갖는다.
모터(9)는 회전식으로 구동되는 구동 피니언(41) 형태의 출력부를 갖는다. 도 1 및 도 2에 예시된 실시예에서, 스레드 형성 스핀들(15)의 출력 피니언(41) 및 구동 피니언(27)은 이중 피니언(43)을 경유하여 연결되며, 출력 피니언(41)은 이중 피니언(43)의 더 큰 기어 림에 커플링되고 이중 피니언(43)의 더 작은 기어 림이 구동 피니언(27)에 커플링된다. 이중 피니언(43)은 물론 베이스 부분(3)의 요구된 위치에 회전가능하게 장착된다.
이는 모터(39), 피니언(41, 43 및 27)들에 의해 형성된 기어 유닛 및 클램핑 요소(7)를 위해 회전가능하게 축방향으로 고정되게 장착된 스레드 형성 스핀들(15)로 형성된 매우 간단한 구동 유닛을 생성한다.
구동 유닛은 전반적으로 자체-잠금이 존재하도록, 즉 클램핑 장치(1)에 의해 생성될 수 있거나 클램핑 장치에 의해 흡수되는 최대의 가능한 클램핑력(공칭 클램핑력) 까지 클램핑 요소(7)의 어떠한 변위도 없어야 하도록 설계된다. 클램핑력은 따라서 모터(39)가 임의의 타입의 에너지 공급으로부터 연결 해제되는 경우조차 그의 최대 레벨(full level)로 유지될 수 있다.
가능한 가장 낮은, 및 따라서 가장 작은 동력의 모터(39)를 사용할 수 있도록, 대응적으로 높은 전달비를 구비한 기어 유닛이 물론 사용될 수 있다. 또한, 모터의 하류에 연결되는 클램핑 요소(7)를 위한 구동 유닛의 부분에서의 기계적 손실들, 특히 기어 유닛에서의 마찰 손실들 및 스레드 형성 스핀들(15)의 베어링에서의 마찰 손실들뿐만 아니라 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)의 내부 스레드(13a)와 스레드 형성 스핀들(15)의 외부 스레드(17a) 사이의 마찰에 의한 손실들이 가능한 작게 유지되어야 한다.
더욱 상세하게는, 내부 스레드(13a) 및/또는 외부 스레드(17a)는 이를 위해 마찰 감소 코팅으로 코팅될 수 있다 예를 들면, DLC 코팅이 이를 위해 고려될 수 있다.
그러나, 특정 윤활유들이 또한 이러한 구성요소들 사이의 마찰을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
축방향 베어링(23)은 또한 특히 마찰 손실을 감소하는데 기여한다. 이러한 지점에서 축방향 구름-접촉 베어링이 아닌 축방향 슬라이딩 베어링을 사용하는 경우, 샤프트(A)에 대한 상당히 증가된 마찰 모멘트가 있을 수 있다.
고려될 다른 치수화 규칙은 외부 스레드(17a)를 지지하는 스레드 형성 스핀들(15)의 전방 구역(17)의 직경, 또는 협동하는 스레드 형성 보어(13)의 직경이 충분히 작게 유지되어야 한다. 구동 유닛, 특히 모터(39)에 의해 극복되어야 할 마찰 모멘트는 축선(A)을 중심으로 한 유효 레버 암, 즉 스레드 플랭크들의 직경, 즉 스레드 형성 스핀들과 스레드 형성 보어 사이의 나선형 선형 접촉의 유효 직경에 따라 증가한다.
또한, 스레드 형성 스핀들은 클램핑 장치(1)에 대한 손상의 발생 또는 장치의 사용 기간의 수용할 수 없는 감소 없이, 소망하는 최대 가압력 또는 공칭 가압력을 생성할 수 있어야 하거나 이 가압력을 베이스 부분(3)에 전달할 수 있어야 한다. 스레드 형성 스핀들의 소정의 최소 두께 및/또는 스레드의 대응하는 형성이 필요하다는 것은 명확하다.
아래의 평가는 소망하는 가압력(F)을 생성하기 위하여 스레드 형성 스핀들로 구동 토크를 전달하기 위하여 기어 유닛을 포함하는 구동 유닛으로부터 요구되는 토크의 추정을 위해 사용될 수 있다:
가압력(F)을 생성하기 위하여 어떠한 마찰 손실도 고려하지 않고 스레드 형성 스핀들에 전달되어야 하는, 토크(D0)는 아래 관계식을 따른다:
D0 = F·h/2Π
여기서 h는 스레드의 피치 높이를 지칭한다.
스레드, 또는 클램핑 요소(7) 내의 스레드 형성 보어(13)의 내부 스레드(13a) 및 스레드 형성 스핀들(15)의 외부 스레드(17a)의 상호 작용에 의해 생성되는 토크(DG)는 아래의 관계식을 따른다:
DG = F·r0·μr
여기서, r0는 스레드 또는 스레드들의 플랭크 반경을 나타내고 μr은 상호 작용하는 스레드들 사이의 마찰(슬라이딩 마찰) 계수를 나타낸다.
스크류 계산들에 대해 전형적인, 대략 μr = 0.14의 값은 마찰 계수에 대한 값으로서 가정될 수 있다. 마찰 계수(μr)는 특정 코팅들 또는 윤활유들을 사용함으로써 대략 μr = 0.09로 감소될 수 있다.
축방향 베어링에 의해 유발된 마찰 모멘트(DL)는 아래 관계식에 의해 결정될 수 있다:
DL = F·R0·μR
여기서, R0는 롤링 요소 레이스웨이(raceway)의 반경을 나타내며 μR은 구름-접촉 베어링에서의 롤링 마찰에 대한 마찰 계수를 나타낸다. 구름-접촉 베어링 계산들에 대해 전형적인 μR = 0.002의 값은 롤링 마찰에 대한 마찰 계수를 위해 가정될 수 있다.
이에 따라, 아래 관계식에 따라, 구동 유닛은 토크(D0, DG 및 DL)들의 합으로부터 초래되는 소망하는 가압력(F)을 생성하기 위하여 스레드 형성 스핀들에 전달되는 구동 토크(DAN)를 생성하여야 한다:
DAN = D0 + DG + DL
인가되어야 하는 구동 토크(DAN)에 대한 가압력(F)(어떠한 마찰도 없이)을 생성하기 위해 인가되어야 하는 토크(D0)의 비율(η)이 마찰을 고려하며, 이는 이에 따라 아래와 같다:
η = D0/(D0 + DG + DL)
M12x1 스레드가 10.8 mm의 스레드 플랭크 직경 및 1 mm의 피치 높이를 가지는, 스레드 형성 스핀들에 대한 스레드로서 사용되는 경우, 40 kN의 공칭 가압력을 생성하기 위해 마찰 손실들 없이 인가되어야 하는 6.37 Nm의 토크(D0)가 초래된다. 스크류 계산들에 대해 전형적인, 10.8 mm의 플랭크 직경 및 0.14의 마찰 계수에 대해, 스레드 또는 상호 작용하는 스레드에 대한 DG = 30.24 Nm의 마찰 모멘트가 초래된다.
스레드 형성 스핀들(15)의 베어링 구역(21)을 둘러싸고 그 위에 플랜지 구역(19)이 지지되는 15 mm의 롤링 바디 레이스웨이 반경(R0)을 가지는 축방향 베어링이 사용되면, 구름-접촉 베어링 계산들에 대해 전형적인, 0.002의 가정된 마찰 계수와 함께 축방향 구름-접촉 베어링에 대해 DL = 1.2 Nm의 마찰 모멘트가 초래된다.
이러한 값들에 의해, 비율(η) = 16.8% 를 초래하며, 즉 구동 토크(DAN)의 16.8%가 공칭 가압력을 생성하는데 기여한다(공칭 가압력의 값과 관계없이).
코팅이 스레드 형성 스핀들(15) 및 클램핑 요소(7)의 상호 작용하는 스레드들에 대해 사용되면, 또는 특정 윤활유들이 마찰을 감소시키기 위해 사용되면, 비율에 대한 값 η = 23.6%는 감소된 마찰 계수 μr = 0.09를 초래한다.
상술된 관계식들을 이용하여, 스레드 형성 스핀들(15) 및 축방향 베어링(23)은 스레드 형성 스핀들(15)에 전달되는 구동 토크(DAN)의 최대 구성 성분이 축방향력의 생성에 기여하도록 용이하게 치수화될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 예를 들면 40 kN의 축방향력을 생성하기 위하여, M12x1 스레드가 사용될 수 있고 스레드 형성 스핀들(15)의 지지가 롤링 요소 레이스웨이에 대해 15 mm의 반경을 가지는 축방향 베어링에 의해 수행될 수 있다. 이러한 경우, 극복될 마찰 모멘트의 대부분이 클램핑 요소(7) 내의 스레드 형성 보어(13) 및 스레드 형성 스핀들(15)의 스레드로 돌아가서, 축방향 구름-접촉 베어링(23)의 영향이 제 1 개략화(first approximation)로 무시될 수 있다.
스레드들을 위한 DLC 코팅과 같은 마찰 감소 코팅을 사용함으로써 또는 특정 윤활유들을 사용함으로써, 오로지 가압력을 생성하기 위해 사용된 총 구동 토크(DAN)의 비율은 η = 16.8%의 값으로부터 η = 23.6%의 값으로 개선될 수 있다.
한편, 축방향 구름-접촉 베어링(23)이 포기되고 축방향 슬라이딩 베어링으로 대체되면, 구동부의 7% 미만이 축방향력을 생성하는데 기여할 것이다.
도 3에서 축선(A)을 따라 수직 단면으로 예시된 본 발명에 따른 클램핑 장치(1)의 부가 실시예는 클램핑 요소(7)와 스레드 형성 스핀들(15) 사이에 가압력(F)을 전달할 때 마찰 손실들의 추가 감소에 대한 가능성을 도시한다. 이러한 경우, 스레드 형성 스핀들(15)은 도 1 및 도 2에 따른 변형의 경우에서보다 더 큰 직경을 가질 수 있는 전방 구역(17)과 함께 사용된다. 이 경우 스레드 형성 보어(13)의 직경은 전방 구역(17)에서 스레드 형성 스핀들(15)의 외경보다 상당히 더 크게 선택된다. 복수의 스레드 형성 롤러(45)들은 축방향 연장 구역(11)의 내부 스레드(13a)와 스레드 형성 스핀들(15)의 전방 구역(17)의 외부 스레드(17a) 사이의 고리형 갭에서 사용되며, 스레드 형성 롤러들의 스레드들 또는 의사(pseudo)-스레드들은 외부 스레드(17a) 또는 내부 스레드(13a)와 상호 작용한다.
스레드 형성 롤러들은 실제 또는 엄격한 의미에서의 스레드 대신, 0의 피치를 가진 퇴화한 스레드가 외부 스레드(17a) 또는 내부 스레드(13a)에 의해 특정된 간격으로 배열된 대응하는 개수의 원주 방향 그루브들로 이루어지는, 스레드 형성 롤러들의 주변 상에 형성된다.
이 같은 스레드 형성 롤러 구동부는 상호 작용하는 스트랜드들 사이의 슬라이딩 마찰 대신, 단지 낮은 롤링 마찰이 나타나는 효과를 갖는다. 따라서, 스레드 형성 스핀들의 직경은, 도 2의 실시예에서와 동일한 비율(η)에 의해, 이 경우 더 크게 되도록 선택될 수 있다. 그러나, 이러한 변형예는 물론 비용이 더 많이 들어서, 스레드 형성 스핀들을 구비한 앞에서 설명된 실시예는 대응적으로 더 작은 반경을 가지며 마찰-감소 코팅 또는 특정 윤활유의 사용이 타당한(good) 절충을 나타내어, 여전히 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역 또는 스레드 형성 스핀들 옆에 배열될 수 있는 대응적으로 작은 크기의 모터를 사용하는 것을 가능하게 하고, 그럼에도 불구하고 나머지 구동 구성요소들과 조합하여 요구된 토크를 생성하기에 충분하다.
도 4에서 사시도 및 부분 절개도로 도시된 클램핑 장치(1)의 부가 실시예는 클램핑 장치(7)의 회전 운동을 방지하기 위한 변위 축선 또는 회전 축선(A)에 대해 수직하게 배향되는 부가 핀이 생략됨으로써 도 1 내지 도 3에 따른 실시예와 상이하다. 이는 핀(31) 및 보어(33)에 의한 회전-방지 보호를 위해 축선(A)에 편심되게 제공된 가이드를 실현하기 위한 비용을 제거하며, 이를 위해 변위 축선(A)과 보어 및 핀의 축선들의 평행과 관련하여 그리고 가능하게는 보어의 내경 및 핀의 외경에 관련하여 대응하여 타이트한 허용오차들을 유지하는 것이 필요하여 한편으로 잼(jam)되는 것을 회피하고 다른 한편 임의의 회전 유격(play)을 가능한 정도로 회피한다.
회전 운동은 특별히 설계된 정지 핀(35')에 의해 도 4에 따른 실시예에서 방지되며, 정지 핀의 원뿔형 팁은 헤드 부분(47)과 맞물린다. 정지 핀(35') 및 헤드 부분(47)은 클램핑 요소(7)의 축방향 연장 구역(11)의 방위각 방향으로 가능한 자유로운 유격으로 길이 방향 그루브(27)와 맞물리는 제한 요소를 형성한다. 첫번째로, 축선(A)을 중심으로 한 클램핑 요소(7)의 매우 작은 회전 운동들 조차 이러한 방식으로 방지되고, 두번째로, 클램핑 요소(7)의 변위 운동의 부가 안내가 성취된다.
도 4에 도시된 클램핑 장치(1)의 실시예에서, 정지 핀(35')은 두 개의 부분들로 형성된 헤드 부분(47)과 맞물리며, 두 개의 헤드 부분 반부(49)들의 마주하는 측면들은 각각 정지 핀(35')의 축선에서 원뿔형으로 연장된 리세스를 가지며, 이 리세스에 또한 정지 핀(35')의 전방의 원뿔형으로 형성된 부분이 맞물린다. 두 개의 헤드 부분 반부(49)들 내로의 헤드 부분(47)의 분리는 예시된 실시예에서와 같이 길이 방향 그루브(37)(수평으로 연장됨)의 길이 방향 중앙면에서 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 헤드 부분 반부(49)들은 정지 핀(35')의 내측 이동에 의해 서로로부터 이격하여 이동할 수 있어, 길이 방향 그루브(37)의 길이 방향 측벽들과 직면하는 헤드 부분 반부(49)들의 외측 표면들에는 길이 방향 그루브(37)의 길이 방향 측벽들에 (비교적 작은) 접촉 압력을 인가하며, 이에 의해 클램핑 요소(7)의 변위 이동의 안내에서의 유격으로부터의 자유가 달성되거나 클램핑 요소(7)의 심지어 작은 회전 운동들이 어떠한 가능한 변위 위치에서도 방지된다.
정지 핀(35')을 이의 길이 방향으로 고정하기 위하여, 정지 핀은 예를 들면 외부 스레드를 가질 수 있으며, 외부 스레드에 의해 정지 핀이 베이스 부분(3) 내의 정합하는 스레드 형성 보어 내로 나사 결합될 수 있다. 적절한 스크류-인 깊이(screw-in depth)를 선택함으로써, 이때 헤드 부분(47)의 소망하는 펼쳐짐(spreading)이 성취될 수 있다.
물론 헤드 부분(47)은 또한 일체로 형성될 수 있고 솔리드(solid) 바디 조인트에 의해 소망하는 방향으로 또는 연장가능한 구역에서 펼쳐질 수 있어, 유격(play)의 필요한 제거(lack)를 보장한다.
다른 실시예에 따라, 제한 요소는 또한 헤드 부분을 가질 수 있고, 이 헤드 부분은 길이 방향 그루브(37)의 길이 방향에 대해 횡단하는 방향으로 자체가 탄성적으로 개방하여 펼쳐지도록 형성된다. 길이 방향 그루브 내로 헤드 부분의 삽입 동안, 헤드 부분의 소망하는 초기-인장이 달성되어, 이에 따라 유격의 소망하는 제거가 보장될 수 있도록 헤드 부분이 치수화된다.
이때 클램핑 요소의 변위 가능한 이동은 축방향 연장 구역(11)에서 맞물리고 회전 가능하게 구동되는 스레드 형성 스핀들 대신, 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 로드와 협동하는 회전가능하게 구동된 스레드 형성 슬리브를 이용함으로써 또한 달성될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 이에 따라, 이 경우 클램핑 요소의 축방향 연장 구역(11)은 회전식 구동 요소(스레드 형성 슬리브)의 스레드 형성 보어와 맞물리는, 스레드 형성 로드로서 구성된다. 이 같은 실시예가 도 5에 도시된다. 클램핑 요소(7)는 회전 구동식 스레드 형성 슬리브(55)의 스레드 형성 보어(53)와 맞물리는 스레드 형성 로드(51)를 갖는다. 스레드 형성 로드(51)는 스레드 형성 슬리브(55)의 내부 스레드(53a)와 협동하는 외부 스레드(51a)를 갖는다.
이어서 스레드 형성 슬리브(55)는 스레드 형성 슬리브(55)의 전방 구역(57)에 인접한 베어링 구역(21) 및 베어링 구역(21)에 인접한 센터링 핀(25)을 갖는다. 스레드 형성 슬리브(55)의 축방향 및 선택적으로 부가 반경 방향 지지를 위한 축방향 베어링(19)을 포함하는 이러한 부분들 또는 구성요소들, 또는 구역들은 도 1 내지 도 4에 따른 실시예들의 대응하는 부분들 또는 구역들 또는 구성요소들과 동일하며, 따라서 독자(reader)는 상세한 설명에서의 위의 설명을 인용한다.
스레드 형성 슬리브(55)는 스레드 형성 슬리브(55)의 베어링 구역(21)과 전방 구역(57) 사이의 고리형 쇼울더(59)를 경유하여 축방향 베어링(19) 상에 지지되고, 이는 베어링 구역(21)이 스레드 형성 슬리브(55)의 전방 구역(57)보다 더 작은 직경을 갖는다는 사실로부터 발생한다. 스레드 형성 슬리브(55)는 바람직하게는 전체 축방향 길이에 걸쳐 원기둥 형상의 외경을 가져서 용이한 지지가 가능하다.
물론, 반경 방향 지지는 여기서 또한 예를 들면 베이스 부분(3) 내의 대응하는 원기둥 형상의 수용 리세스의 내주와 전방 구역(57)의 외주 사이의 대응하는 반경 방향 베어링에 의해 전방 구역(57)에 제공될 수 있다.
클램핑 요소(7)의 회전 방지 잠금은 베이스 부분(3)의 수용 보어(33)와 맞물리는, 핀(31)에 의해 도 1에 도시된 변형예에 대응하여 이러한 실시예에서 실시될 수 있다.
클램핑 요소(7)의 변위 이동을 생성하기 위한 스레드들의 윤활유 또는 치수 및 설계에 관한 상기 설명은 또한 도 5에 따른 실시예에 유사하게 전달될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 특히 클램핑 모듈의 형태의 클램핑 장치를 생성하며 이 클램핑 장치는 모터 구동식 클램핑 요소를 가지며 특히 클램핑 장치의 길이에 대해 작은 치수들을 가진다. 또한, 클램핑 장치는 간단한 방식으로 설계될 수 있어 모터 구동 유닛을 위한 에너지 공급이 부족할 때조차 자체-잠금되어, 클램핑력이 에너지 공급원에 연결되지 않으면서 최고 레벨로 유지되는 것을 보장한다.
도 6은 반대 방향들로 구동될 수 있는 두 개의 클램핑 요소(7)들을 구비한 클램핑 모듈의 형태의 클램핑 장치(100)의 일 실시예를 도시한다. 본 실시예의 특정 특징들은 아래에서 설명될 것이다. 독자는 대응하는 실시예(1 및 4)들과 실질적으로 일치하는 요소들의 설명을 위해 상기 논의를 인용한다.
이 경우 클램핑 요소(7)들 각각은 축방향 연장 구역(110)을 가지며, 이 연장 구역의 폭은 클램핑 죠오(9)들의 폭에 대응한다. 클램핑 요소들은 하우징(3) 내의 제비 꼬리형 가이드에 의해 축방향 연장 구역과 함께 변위가능하게 안내된다. 클램핑 요소(7)들 또는 축방향 연장 구역(110)들은 이의 중앙 평면에서 미리 결정된 축방향 섹션(130a) 내에 내부 스레드를 갖는 스레드 형성 보어(130)를 갖는다.
클램핑 장치(100)는 각각의 클램핑 요소의 스레드 형성 보어(130) 내의 각각의 스레드 형성 구역(170)과 맞물리는 스레드 형성 스핀들(150)을 포함한다. 스레드 형성 스핀들의 길이는 두 개의 클램핑 요소(7)들에 대한 소망하는 변위 경로를 허용하도록 선택된다.
스레드 형성 구역(170)들에서 스레드 형성 스핀들(150)의 외부 스레드(170a)들이 설계되고 스레드 형성 스핀들(150)이 하나의 회전 방향으로 구동될 때, 클램핑 요소(7)들이 하나의 변위 방향으로, 예를 들면 서로를 향하여 이동되고 예를 들면 반대 회전 방향으로 구동될 때 서로로부터 멀리 각각의 다른 변위 방향으로 이동하는 방식으로 스레드 형성 보어(130)의 내부 스레드(130a)들과 상호 작용한다. 이를 위해, 좌측 스레드는 바람직하게는 스레드 형성 구역(170)들 및 관련된 스레드 형성 보어(130) 중 하나에 사용되며 우측 스레드는 관련된 스레드 형성 보어(130)의 각각의 다른 스레드 형성 구역(170)에서 사용된다.
스레드 형성 스핀들(150)은 스레드 형성 스핀들(150)의 구동 구역 내에 제공되는 피니언(270)을 경유하여 구동된다. 스레드 형성 스핀들은 바람직하게는 두 개의 스레드 형성 구역(170)들 사이에 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 스레드들이 더 이상 맞물리지 않는 외부로 충분히 멀리 클램핑 요소(7)들을 이동시키는 것이 가능하여 이러한 방식으로 클램핑 장치를 분해한다. 이러한 설계는 또한 스레드 형성 스핀들(150)의 단부 구역들 중 하나의 구역 내의 구동 구역의 제공보다 더 짧은 구성을 허용한다.
스레드 형성 스핀들(150)은 축방향으로 지지될 필요가 없는데, 이는 실제로 스레드 형성 스핀들의 변위를 유발할 수 있는 축방향 힘들이 발생하지 않기 때문이다. 스레드 형성 스핀들(150)의 축방향 고정을 위해, 측면 방향 또는 축방향 정지는 도 6에 도시된 바와 같이, 피니언(270)의 양 측면들 상에 제공될 수 있다. 클램핑 장치(100)를 조립하기 위하여, 피니언(270)을 구비한 스레드 형성 스핀들(150)은 단지 정지부들 사이에 삽입될 것이 필요하며, 클램핑 요소(7)들은 스레드 형성 보어(130)들에 의해 외부로부터 스레드 형성 스핀들(150) 상으로 충분히 가압되어야 하고 스레드들이 맞물릴 때까지 제비 꼬리형 가이드 내로 삽입된다. 클램핑 요소(7)들은 이어서 스레드 형성 스핀들(150)을 구동함으로써 서로를 향하여 더 이동될 수 있다. 후속하여, 도시되지 않은 정지부들이 설치될 수 있어 외부로의 클램핑 요소(7)들의 이동을 제한하여 클램핑 요소들이 스레드 형성 스핀들(150)로부터 비의도적으로 맞물림 해제되지 않을 수 있다.
스레드 형성 스핀들(150)은 적절한 방식으로 형성되는 기어 유닛을 통해 다시 구동된다. 도 6에 따른 실시예에서, 이중 피니언(43)은 부가 피니언(430)과 협동하며, 부가 피니언의 샤프트는 샤프트의 타 단부에 배열되고 피니언(270)의 평면에 놓이는 피니언(432)이 또한 하우징(3) 내에 놓이는 추가 피니언(434)을 통해 스레드 형성 스핀들(150)를 구동하도록 충분히 길게 형성된다. 피니언(434)은 물론 또한 피니언(270 및 432)들의 직경들이 구성되어 이들이 직접 정합되는 경우 생략될 수 있다.
단일의 변위가능하게 구동되는 클램핑 요소를 갖는 도 1 내지 도 5에 따른 실시예와 관련하여 앞에서 설명된 모든 변형예들은 또한 두 개의 반대로 구동되는 클램핑 요소들을 구비한 실시예들로 타당한 정도로 적용될 수 있다는 것이 명확하다. 예를 들면, 클램핑 죠오들 보다 더 좁은 폭을 가지는 축방향 연장 구역에서의 가이드가 클램핑 요소들을 위한 제비 꼬리형 가이드(도 1 참조) 대신에 사용될 수 있다. 모터 구동식 스레드 형성 스핀들 또는 스레드 형성 슬리브는 이 같은 변형예에서 클램핑 죠오(9)들을 통하여 가이드될 수 있지만 또한 클램핑 죠오들의 높이 아래로 연장할 수 있으며, 즉 클램핑 죠오들은 도 1에 따른 실시예에 비해 축방향 연장 구역보다 더 높게 배열되며 상기 구역과 일체로 형성되거나 상기 구역에 분리가능하게 연결된다.
모터(39)는 물론 또한 더 좁은 구성을 가능하게 하도록 두 개의 클램핑 요소(9)들 중 하나의 클램핑 요소의 구역에 배열될 수 있다(도 1 내지 도 5와 유사하지만, 하우징(3) 내에 제 2 클램핑 요소(9)가 배열됨).
더 좁은 구성이 필요하지 않으면, 모터는 또한 클램핑 요소 외부 또는 옆, 즉, 측방향으로 오프셋되어 그리고 아래에 배열될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 설명된 바와 같이, 클램핑 요소(7)의 회전 운동을 방지하기 위한 모든 변형예들이 또한 두 개의 반대로 구동되는 클램핑 요소들을 가지는 일 실시예와 조합될 수 있다는 것은 명확하다.
위에서 설명된 바와 같은 스레드 형성 롤러 구동부는 또한 클램핑 요소들을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 스레드 형성 롤러 구동부는 또한 도 1 내지 도 5에 따른 실시예들의 경우에서와 같이 클램핑 요소(7)들의 하나 또는 양자 모두의 스레드 형성 로드들과 모터 구동식 스레드 형성 슬리브를 커플링 하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 스레드 형성 롤러들은 스레드 형성 슬리브의 내부 스레드와 클램핑 요소 또는 요소(7)들의 스레드 형성 로드의 외부 스레드 사이에 배열된다. 클램핑 요소(7)들의 스레드 형성 로드들은 이 경우 전방 구역의 방향으로, 즉 클램핑 죠오의 방향으로 각각의 클램핑 요소(7)의 축방향 구역의 단부 구역으로부터 연장한다. 스레드 형성 슬리브는 이에 따라 관련된 스레드 형성 로드의 각각의 스레드 형성 구역들을 구비한 각각의 측면 상에 배열된 이의 스레드 형성 구역과 협동할 수 있다.
1 클램핑 장치
3 베이스 부분
5 치형부
7 클램핑 요소
9 클램핑 죠오
9a 충돌 표면
11 축방향 연장 구역
13 축방향 스레드 형성 보어
13a 내부 스레드
15 스레드 형성 스핀들
17 전방 구역
17a 외부 스레드
19 플랜지 구역
21 베어링 구역
23 축방향 베어링
25 센터링 핀
27 구동 피니언
29 스크류들
31 핀
33 보어
35 정지 핀
35' 정지 핀
39 모터
41 출력 피니언
43 이중 피니언
45 스레드 형성 롤러
47 헤드 부분
49 헤드 부분 반부들
51 스레드 형성 로드
51a 외부 스레드
53 스레드 형성 보어
53a 내부 스레드
55 스레드 형성 슬리브
57 전방 구역
59 고리형 쇼울더
100 클램핑 장치
110 축방향 연장 구역
130 스레드 형성 보어
130a 내부 스레드
150 스레드 형성 스핀들
170 스레드 형성 구역
170a 외부 스레드
270 피니언
430 피니언
432 피니언
434 피니언
A 스레드 형성 스핀들/스레드 형성 슬리브의 회전 축선
F 클램핑력
R0 롤링 바디 레이스웨이의 반경
r0 플랭크 반경
μr 마찰(슬라이딩 마찰) 계수
μR 마찰(롤링 마찰) 계수
h 피치 높이
D0 마찰 손실들을 고려하지 않고, 가압력(F)을 생성하기 위하여 스레드 형성 스핀들/스레드 형성 슬리브에 전달될 토크
DG 스레드 형성 스핀들/스레드 형성 슬리브의 마찰 모멘트
DL 축방향 베어링/슬라이딩 베어링의 마찰 모멘트
DAN 마찰 모멘트(D0, DL, DG)들을 고려하여 가압력(F)을 생성하기 위하여 스레드 형성 스핀들/스레드 형성 슬리브에 전달될 토크

Claims (15)

  1. 클램핑 장치, 특히 클램핑 모듈로서,
    (a) 베이스 부분(3),
    (b) 상기 베이스 부분(3)에 대해 변위될 수 있도록 배열되고 클램핑력을 클램핑될 부분 상으로 전달하기 위한 충돌 표면(9a)을 가지는, 클램핑 요소(7), 및
    (c) 상기 클램핑 요소(7) 상으로 변위가능하게 충돌하는 구동 유닛을 가지는, 클램핑 장치에 있어서,
    (d) 상기 구동 유닛은 모터(39)에 의해 회전가능하게 구동될 수 있는 스레드 형성 스핀들(threaded spindle; 15, 150)를 가지며, 상기 스레드 형성 스핀들은 클램핑 요소(7)에서 내부 스레드(internal thread; 13a, 130a)를 가지는 스레드 형성 보어(13, 130)와 맞물리며,
    (e) 상기 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 외부 스레드(17a, 170a)는 상기 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 회전 구동이 클램핑 요소(7)의 변위 및/또는 클램핑력(F)을 생성하는 방식으로 상기 보어(13, 130)의 내부 스레드(13a, 130a)와 직접적으로 또는 간접적으로 협동하고, 또는
    (f) 상기 구동 유닛은 모터(39)에 의해 회전되게 구동될 수 있는 내부 스레드(53a)를 구비한 스레드 형성 슬리브(55)를 가지며, 상기 스레드 형성 슬리브 내로 상기 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 로드(51)가 맞물리며,
    (g) 상기 스레드 형성 로드(51)의 외부 스레드(51a)는 상기 스레드 형성 스핀들(55)의 회전 구동이 상기 클램핑 요소(7)의 변위 및/또는 클램핑력(F)을 생성하는 방식으로 상기 스레드 형성 슬리브(55)의 내부 스레드(53a)와 직접적으로 또는 간접적으로 협동하는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 직경 또는 상기 스레드 형성 슬리브(15)의 내경은 스레드 형성 스핀들(15, 150) 또는 스레드 형성 슬리브(55)의 구동 측 단부에 전달된 구동 토크의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 15%, 및 가장 바람직하게는 적어도 25%가 상기 클램핑 요소(7)의 충돌 표면(9a)에서 유도될 수 있는 클램핑력(F)을 생성하는데 기여하도록 충분히 작게 선택되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 내부 및 외부 스레드(13a, 130a, 17a; 170a; 53a, 51a)들 및 상기 클램핑 요소(7)의 보어(13, 130) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55) 및 상기 스레드 형성 로드(51)의 피치는 자체-잠금이 최대의 미리 결정된 공칭 클램핑력 까지의 범위 내에 존재하도록 각각의 요소들 사이에서 발생하는 마찰력들에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 외부 스레드(17a, 170a) 및/또는 상기 클램핑 요소(7)의 보어(13, 130)의 내부 스레드(13a, 130a), 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)의 내부 스레드(53a) 및/또는 상기 스레드 형성 로드(51)의 외부 스레드(51a)에 마찰을 감소하는 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 장치는 단일의 변위가능한 클램핑 요소(7)를 가지며 상기 스레드 형성 스핀들(15) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)는 상기 스레드 형성 스핀들(15) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)의 회전 축선(A)에 대해 수직하게 연장하고 상기 클램핑 요소(7)의 충돌 표면(9a)을 등지는 단부면을 구비한 플랜지 구역(19, 59)을 가지며, 상기 단부면에 의해 상기 스레드 형성 스핀들(15) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)가 상기 베이스 부분(3) 내 또는 상기 베이스 부분 상에 정지되어 배열되는 축방향 베어링(23)에 맞닿아 지지되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 장치는 단일 구동부에 의해 반대 방향들로 변위될 수 있는 두 개의 클램핑 요소(7)들을 가지며, 상기 구동 유닛의 단일의 회전 구동식 스레드 형성 스핀들(150)이 두 개의 클램핑 요소(7)들의 각각의 클램핑 요소의 각각의 스레드 형성 보어(130)와 각각의 스레드 형성 구역(170)에서 협동할 수 있거나, 상기 구동 유닛의 단일의 회전 구동식 스레드 형성 슬리브가 상기 구동 유닛의 하나의 회전 방향으로 두 개의 클램핑 요소(7)들이 하나의 변위 방향으로 이동하는 방식으로 두 개의 클램핑 요소(7)들의 각각의 클램핑 요소의 각각 스레드 형성 로드와 각각의 스레드 형성 구역에서 직접적으로 또는 간접적으로 협동할 수 있으며, 두 개의 클램핑 요소(7)들이 하나의 변위 방향으로 이동하고, 두 개의 클램핑 요소들이 상기 구동 유닛의 다른 회전 방향에서 다른 변위 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드 형성 스핀들(15, 150) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)는 스레드 형성 스핀들(15, 150) 또는 스레드 형성 슬리브(55)의 단부 구역에 형성될 수 있고 상기 모터(39)의 출력 샤프트(41)에 직접 또는 기어 유닛(27, 43; 270, 430, 432, 434)을 통해 상기 모터(39)의 출력 샤프트(41)에 연결되는 구동 구역을 갖는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  8. 제 6 항 및 제 7 항에 있어서,
    상기 구동 구역은 상기 스레드 형성 스핀들 또는 상기 스레드 형성 슬리브의 두 개의 스레드 형성 구역(170)들 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 기어 유닛(27, 43; 270, 430, 432, 434)은 자체 잠금이 되도록 형성되고 또는 상기 기어 유닛(27, 43)은 자체 잠금이 상기 클램핑 요소(7)의 축방향 구역(11) 내의 보어(13) 및 상기 스레드 형성 스핀들(15)에 의해 형성된 상기 구동 부분에 대해 또는 상기 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 로드(51) 및 상기 스레드 형성 슬리브(55)에 의해 형성된 구동 부분에 대해 성취되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터(39)는 공기압 모터, 바람직하게는 로터리 베인 모터, 유압 모터 또는 전기 모터인 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터(39)는 베이스 부분에서 상기 구동 유닛의 스레드 형성 스핀들(15) 및 상기 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 보어의 실질적으로 옆에 및/또는 아래, 또는 상기 구동 유닛의 스레드 형성 슬리브(55) 및 상기 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 로드의 옆 및/또는 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 모터(39)는 바람직하게는 상기 출력 샤프트(41)의 회전 축선과 정렬된 길이 방향 축선을 가지며, 상기 모터(39)는 상기 모터의 길이 방향 축선이 상기 스레드 형성 스핀들(15, 150) 또는 상기 스레드 형성 슬리브(55)의 회전 축선(A)에 대해 평행하게 연장하도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 베어링 롤러(45)들이 상기 구동 유닛의 스레드 형성 스핀들(15, 150)의 외부 스레드(17a, 170a)와 상기 클램핑 요소(7)의 축방향 구역(11) 내의 상기 보어(13, 130)의 내부 스레드(13a, 130a) 사이에, 또는 상기 클램핑 요소(7)의 스레드 형성 로드(51)의 외부 스레드(51a)와 상기 구동 유닛의 스레드 형성 슬리브(55)의 내부 스레드(53a) 사이에 제공되어 스레드 형성 롤러 구동부를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 요소(7)의 변위 방향에 대해 평행하게 연장하는 길이 방향 그루브가 상기 클램핑 요소(7)의 축방향 구역(11)의 외측 벽에 형성되고, 상기 길이 방향 그루브 내로 베이스 부분에 단단히 유지된 제한 요소(35, 35', 47)가 맞물리고, 상기 그루브(37)의 축선에 대해 수직한 상기 그루브(37)와 맞물리는 제한 요소(35, 35', 47)의 헤드 부분(35, 47)의 크기가 상기 그루브(37)의 폭에 실질적으로 대응하여, 상기 클램핑 요소(7)의 회전 운동이 실질적으로 차단되고 상기 클램핑 요소(7)의 병진 운동이 가능한 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제한 요소(35', 47)의 헤드 부분(47)은 상기 그루브(37)의 길이 방향 축선에 대해 수직한 방향으로 탄성적으로 또는 제어 요소(35')에 의한 압력 하에서 팽창하도록 형성될 수 있어, 상기 클램핑 요소(7)의 회전 운동을 최소화하거나 완전히 방지하는 것을 특징으로 하는,
    클램핑 장치.
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