KR20200011452A - 자체-잠금 중공형 샤프트 클램핑 기구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 클램핑 장치(1)가 배치되는 클램핑 리세스(3)에 클램핑될 부품(2)을 단단히 유지하기 위한 클램핑 장치(1)에 관한 것으로, 클램핑 장치(1)는: - 클램핑될 부품(2)의 내주 영역에서 내부 리세스(25)와 결합하기 위한 제1 외부 돌출부(103) 및 클램핑 리세스(3)의 내주 영역에서 내부 리세스(36)와 결합하기 위한 제2 외부 돌출부(104)를 갖는 콜릿(10)으로서, 제1 외부 돌출부(103) 및/또는 제2 외부 돌출부(104) 중 적어도 하나는 콜릿(10) 또는 콜릿(10)의 섹션의 반경 방향 외향 이동에 의해 클램핑 리세스(3)로 축 방향으로 클램핑될 부품(2)을 당기기 위해 각각 제1 외부 테이퍼(1031) 및/또는 제2 외부 테이퍼(1041)를 포함하는, 콜릿(10), 및 - 콜릿(10)의 반경 방향 외향 이동을 실시하기 위한 외부 테이퍼형 섹션(131, 132)을 포함하는 동작 스터드(13)를 포함하고, 동작 스터드(13)와 콜릿(10) 사이의 접속은 - 동작 스터드(13)의 외부 테이퍼 및 - 콜릿(10) 또는 콜릿(10)과 동작 스터드(13) 사이의 부품을 서로 잠그고 예압하는 축 방향으로의 동작 스터드(13)의 클램핑 이동 후에 자체-잠금 및 예압된다. 또한, 본 방법은 클램핑 리세스(3)에서 클램핑될 부품(2)에 대한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 주요 부품에 클램핑되는 부품을 단단히 부착하는 장치에 관한 것으로, 여기서, 그 부품은 클램핑 장치의 적어도 일부를 포함하는 주요 부품의 클램핑 리세스에 클램핑된다. 클램핑 장치는 클램핑될 부품의 내주 영역에서 내부 리세스와 결합하기 위한 제1 외부 돌출부 및 주요 부품의 내부 리세스와 결합하기 위한 제2 외부 돌출부를 갖는 콜릿(collet)을 포함한다. 제1 외부 돌출부 및/또는 제2 외부 돌출부 중 적어도 하나는 콜릿의 반경 방향 외향 이동에 의해 클램핑 리세스로 클램핑될 부품을 당기기 위해 제1 외부 테이퍼(taper) 및/또는 제2 외부 테이퍼를 각각 포함한다. 클램핑 장치는 콜릿의 반경 방향 외향 이동을 실시하기 위한 적어도 하나의 외부 테이퍼형(tapered) 섹션을 포함하는 동작 스터드(stud)를 추가로 포함한다. 본 발명은 또한 클램핑 장치를 갖는 스핀들(spindle) 및 클램핑되는 부품을 클램핑하는 방법에 관한 것이다.
클램핑될 부품은 클램핑 장치로부터 분리될 수 있는 부품이다. 클램핑 장치가 동작할 때 클램핑되어야 한다. 그 후, 클램핑 부품이 메인 부품에 부착된다. 클램핑될 부품은 서로 상호 접속되는 몇몇 단편을 포함할 수 있다.
클램핑 장치가 배치되는 클램핑 리세스는 샤프트 내부에 배치될 수 있다. 주요 부품은 스피닝(spinning) 또는 위치 결정 목적을 위한 샤프트 또는 클램핑 장치를 운반하는 회전 불가능한 부품일 수 있다. 샤프트는 어떠한 목적으로 또한 고정될 수 있다. 본 특허 출원에서 스핀들은 샤프트를 보유하는 베어링 시스템을 갖는 장치이며, 이 샤프트에는 클램핑될 부품이 고정될 수 있고, 그 후 샤프트와 함께 위치 및 이동될 수 있다. 클램핑 장치는 부품을 고정 및 위치시키고, 경우에 따라 이를 중앙화 및/또는 정렬하기 위해 클램핑될 부품을 유지한다.
도 1a는 독일, 렌겐방(Lengenwang)의 독일 회사 OTT-JAKOB Spanntechnik GmbH에 의해 판매되는 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 기구(100)의 종래의 제1 변형을 나타낸다. 클램핑될 부품(2)은 공구 홀더(tool holder)(20)이다. 클램핑 리세스(3)를 갖는 샤프트(38) 및 샤프트로 클램핑될 부품(2)의 단면이 나타내어져 있고 이점 쇄선으로 도시되어 있다. 클램핑 리세스는 샤프트(38)의 축 방향 보어(bore)의 일부를 포함한다. 이 제1 변형은 클램핑력(clamping force) 생성 유닛(4)을 포함한다. 예를 들어, 단일 스프링 또는 다중 스프링 또는 디스크 스프링 패키지(41), 인장력을 클램핑 장치(1)에 안내하는 예압 동작 바(bar)(12)를 포함한다. 압축 저항력이 예압에 대해 샤프트(38)에서 생성된다. 이러한 힘은 클램핑될 부품(2)이 클램핑되는 한 클램핑 장치(1)에 인가된다. 클램핑된 부품을 해제하기 위해, 동작 바는 클램핑 장치를 향한 방향으로 이동하여 힘 생성 유닛(4)에 의해 생성된 예압을 동시에 증가시킨다. 따라서, 샤프트를 보유하는 베어링 시스템에 또한 영향을 미치는 클램핑된 부품(2)을 해제하기 위해서는 높은 부하가 요구된다.
동작 바(12)는 클리닝 공기 및/또는 유체가 클램핑 기구를 통해 클램핑될 부품(2)으로 안내될 수 있는 축 방향 보어(121)를 갖는다.
도 1b는 도 1의 클램핑 장치(1A)를 보다 상세히 나타낸다. 클램핑 액션에서, 예압이 동작 스터드(13)에 접속된 동작 바(12)에 의해 힘 생성 유닛(4)으로부터 클램핑 장치(1)에 인가된다. 동작 스터드(13)는 동작 스터드(13)의 외주에 걸쳐 배치되는 적어도 하나의 콜릿 세그먼트(11)를 포함하는 콜릿(10)에 접촉한다. 동작 스터드(13)는 콜릿 세그먼트(11)의 내부 테이퍼형 섹션(101)과 결합되는 동작 스터드(13)의 중간 섹션에서 제1 외부 테이퍼형 섹션(131)을 추가로 포함한다. 동작 스터드(13)는 콜릿 세그먼트(11)의 추가 내부 테이퍼형 섹션(102)과 결합되는 동작 스터드(13)의 단부에서 제2 외부 테이퍼형 섹션(132)을 추가로 포함한다. 동작 바(12)가 - 및 이와 함께 동작 스터드(13)가 - 도 1b에서 우측으로 축 방향으로 이동될 때마다, 동작 스터드의 외부 테이퍼형 섹션(131, 132)이 콜릿 세그먼트(11)를 반경 방향으로 외부로 이동시킨다. 콜릿 세그먼트(11)가 샤프트(38)의 중심선(33) 방향으로 이동하지 않기 위해, 콜릿 세그먼트(11)는 힘 전달 링(16)을 통해 샤프트 내에서 축 방향 면(371)으로 임의의 축 방향 추력을 전달하는 부시(bush)(15)에 의해 지지된다.
중공형 샤프트 클램핑 기구(100, 200)의 기본 원리는 콜릿 세그먼트(11)에 의해 샤프트(38)의 축 방향 면(32)에 대해 클램핑될 부품(2)을 그립핑, 클램핑 및 예압하는 것이다. 삽입 섹션(21)이 샤프트(38)에 완전히 삽입될 때 삽입 섹션(21)은 샤프트(38)의 내부 테이퍼(34)에 억지 끼워맞춤(interference fit)을 갖는 외부 테이퍼(24)를 가져, 클램핑될 부품의 축 방향 면(22)이 샤프트의 축 방향 면(32)에 접촉하게 된다. 이는 축 방향 면(22 및 32)이 접촉하기 위해 클램핑된 부품(2) 및/또는 샤프트(38)가 탄성적으로 변형될 필요가 있음을 의미한다. 이는 클램핑될 부품(2)의 더 큰 형태의 공차에서조차, 클램핑될 부품(2)과 샤프트(38)의 우수한 정렬뿐만 아니라 반경 방향뿐만 아니라 축 방향에서의 탁월한 반복성으로 이어진다. 설명된 바와 같은 축 방향 클램핑을 달성하기 위해, 콜릿 세그먼트(11)는 샤프트(38)의 리세스(36)의 테이퍼형 면에서 외부로 슬라이딩하여야 한다. 리세스(25)는 바람직하게는 독일 표준 DIN 69893에 따른 형상을 갖는다. 삽입 섹션(21)을 샤프트(38)로부터 방출하기 위해, 동작 바(12)의 단부에 접속된 동작 스터드(13)의 축 방향 방출면(136)이 부품(2)의 내부 테이퍼(34)와 외부 테이퍼(24) 사이에서 압입으로부터 삽입 섹션(21)을 밀 때까지, 동작 바(12)는 도 1b에서 좌측으로 이동할 수 있다. 클램핑될 부품(2)을 방출하기 위해, 외부 기구는 샤프트의 축 방향으로의 디스크 스프링 패키지(41)의 예압, 샤프트(38)의 내부 테이퍼(34)와 클램핑될 부품(2)의 외부 테이퍼(24) 사이의 테이퍼 접속의 예압뿐만 아니라 임의의 마찰 손실을 극복해야 한다. 이러한 방출 부하는 그 후 동작 바(12)를 통해 동작 스터드(13)로 전달된다.
콜릿 세그먼트(11)는 삽입 섹션(21)의 외부 테이퍼(24)를 샤프트(38)의 내부 테이퍼(34)로 그리고 이들의 억지 끼워맞춤으로 당기기 위해 동작 바(12)의 축 방향 이동과 함께 반경 방향 외부로 이동할 수 있다. 이를 위해, 각각의 콜릿 세그먼트(11)는 클램핑된 부품(2)의 삽입 섹션(21) 내부의 테이퍼형 리세스(25)로 반경 방향으로 슬라이딩하는 외부 테이퍼(1031)를 갖는 외부 돌출부(103) 및 샤프트 내부의 테이퍼형 섹션(361)에서 반경 방향 외부로 슬라이딩하는 다른 테이퍼형 섹션(104)을 포함한다. 따라서, 스터드(13)의 축 방향 이동은 콜릿 세그먼트(11)의 반경 방향 이동을 발생시킨다. 클램핑된 부품(2) 내부의 내부 테이퍼형 섹션(25) 및 샤프트 내부의 내부 테이퍼(36)를 통해, 클램핑된 부품(2)과 샤프트(38) 사이에 축 방향 부하가 생성된다. 이는 클램핑된 부품(2)의 축 방향 면(22)이 샤프트(38)의 축 방향 면(32)에 접촉할 때까지 샤프트(38)의 테이퍼(34, 24)와 클램핑된 부품(2) 사이의 테이퍼 억지 끼워맞춤이 더 강해지도록 한다.
클램핑력 생성 유닛(4)뿐만 아니라 동작 바(12)는 스핀들 샤프트(38)와 함께 회전한다. 이러한 상황의 단점은 길고 얇은 회전 동작 바(12)가 필요하다는 것이며, 이는 깨지기 쉬우며 높고 일관되지 않은 불균형을 야기하기 쉽다.
다른 종래 기술의 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 시스템(200)이 도 2에 나타내어져 있다. 그 일부 특징은 도 1a 및 1b에 나타낸 클램핑 시스템(100)을 동작시키는데 필요한 것과 유사하며 동일한 참조 부호로 표기되어 있다. 독일 존트하임(Sontheim)의 회사 
는 도 1b의 관점에서 설명된 종래 기술의 시스템에 대응하는 스터드(13)에 부착된 잠금 유닛(5)을 통해 스프링 기반 예압 생성 유닛을 도 1a의 디스크 스프링 패키지(41)와 도 1a의 동작 로드(12)로 교체했다. 도 1b에서와 같이, 스터드(13)의 우측으로 그리고 샤프트(38)로의 축 방향 이동은 부품의 축 방향 면(22)이 샤프트의 축 방향 면(32)과 접촉할 때까지 부품(2)을 당기는 세그먼트형 콜릿(10)의 반경 방향 이동이 테이퍼(34 및 24) 사이의 테이퍼형 억지 끼워맞춤으로 클램핑되게 한다. 스터드(13) 및 세그먼트형 콜릿(10)이 도 1a에 설명된 바와 같이 스프링 기반 예압 기구와 함께 또한 작동하는 표준 구성 요소인 경우, 잠금 유닛(5)은 스터드(13) 상으로 부하를 전달할 뿐만 아니라 2개의 추가 테이퍼(521 및 171) 사이에서 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 클램핑에 의해 이러한 상태를 잠글 수 있다. 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)는 클램핑 후 스터드가 축 방향으로 더 이상 이동할 수 없도록 스터드(13)에 부착되며 클램핑 방향으로 예압된 채로 유지된다. 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)는 내부 테이퍼형 섹션(511)과 외부 테이퍼형 섹션(512)을 포함한다. 이러한 분리된 이중 테이퍼형 튜브(51) 내부에는, 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 내부 테이퍼형 섹션(511)과 다시 맞추어지는 외부 테이퍼형 섹션(171)을 포함하는 잠금-해제 바(17)가 위치된다. 잠금-해제 바(17)는 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51) 내부에서 축 방향으로 이동할 수 있다. 테이퍼형 부시(52)가 샤프트(38)로 장착되고 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 외부 테이퍼형 섹션(512)을 둘러싼다. 잠금-해제 바(17)가 도 2에서 우측으로, 그리고 샤프트(38)로 축 방향으로 이동될 때마다, 외부 테이퍼형 영역(171)은 짧은 동작 로드(12)를 통해 스터드(13)에 부착된 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 내부 테이퍼형 섹션(511)에 접촉한다. 도 2에서 우측으로의 잠금-해제 바(17) 상에 규정된 축 방향 부하는 스터드(13)를 축 방향으로 이동시키고, 따라서 콜릿 세그먼트(11)를 반경 방향 외부로 이동시키고, 이는 부품(2)을 클램핑한다.
테이퍼(24 및 34) 사이의 테이퍼형 억지 끼워맞춤으로 클램핑된 부품(2)의 중공형 삽입 섹션(21)을 당긴 후, 잠금-해제 바(17)는 이제 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)를 추가로 넓힌다. 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)는 이제 부시(52)의 외부 테이퍼형 섹션(512) 및 내부 테이퍼형 섹션(521)에 의해 자체적으로 자체-잠금된다. 잠금 유닛(5)은 이제 부품(2)의 클램핑을 미리 예압하고 잠금을 행하였다. 따라서 동작 스터드(13)에 접속된 잠금 유닛(5)은 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 스프링 기반 클램핑력 생성 유닛(4)을 대체한다.
클램핑된 부품(2)을 방출하기 위해, 잠금-해제 바(17)는 축 방향 단부면(173)이 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 내부 축 방향 면(513)에 충돌할 때까지 도 2에서 좌측으로 축 방향으로 이동해야 한다. 이를 위해, 잠금 해제(17) 상으로의 축 방향 부하는 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 테이퍼의 테이퍼 억지 끼워맞춤의 예압을 극복해야 한다. 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)의 내부 축면(513)에 접촉한 후, 잠금-해제 바(17)는 이제 스터드(13)의 축 방향 단부면(136)이 클램핑된 부품(2)의 내부 축 방향 면(26)에 접촉할 때까지 전방으로 이동하고 접속된 스터드(13)를 축 방향으로 가압한다. 잠금-해제 바(17)의 축 방향 부하는 이제 클램핑된 부품(2)을 방출하기 위해 부품(2)의 테이퍼(24)와 샤프트(38)의 테이퍼(34) 사이의 테이퍼형 억지 끼워맞춤의 축 방향 예압을 극복해야 한다.
도 1a 및 도 1b에 나타낸 중공형 샤프트 클램핑 기구(100)와는 달리, 도 2에 나타낸 중공형 샤프트 클램핑 기구(200)의 클램핑력 생성 유닛(4)은 자체-잠금형이다. 이는 잠금-해제 바(17)에 의해 외부로 작동될 수 있다. 잠금-해제 바(17)를 삽입 섹션(21)으로부터 멀어지게 당기면, 콜릿(10)이 도 1a 및 도 1b의 기구(100)에 대해 설명된 방식으로 부품(2)을 클램핑한다. 콜릿(10)이 샤프트(38)의 축 방향 접속면(32)을 향해 클램핑될 부품(2)을 가압하고 클램핑될 부품(2)이 최종 위치에 도달하면, 잠금-해제 바(17)를 통해 인가되는 힘으로 동작 스터드(13)의 추가 이동이 가능하지 않다. 동작 스터드(13)가 이동될 수 있는 거리는 동작 스터드(13), 콜릿 세그먼트(11), 샤프트(38)의 내부 리세스(36), 클램핑될 부품(2)의 내부 테이퍼형 섹션(25)의 기하학적 형상 및 잠금-해제 바(17)를 통해 인가되는 힘에 따라 이동될 수 있다. 이들 부품의 테이퍼는 클램핑 중에 관련된 부품의 움직임에 따라 기울어지므로, 동작 스터드(13)의 이동은 기하학적 형상 및 잠금-해제 바(17)를 통해 인가되는 클램핑력에 의해 제한된다. 이러한 클램핑력은 또한 예압을 생성하는 관련 부품의 탄성 변형으로 인한 축 방향 이동만을 담당한다. 따라서 잠금-해제 바(17)가 실제 기하학적 형상이 허용하는 것보다 더 멀리 도 2에서 우측으로 당겨지면, 종래 기술의 클램핑 기구(100)의 클램핑력 생성 유닛(4)과 유사한 자체-잠금 예압이 달성된다. 그러면 잠금-해제 바(17)는 스핀들 샤프트(38)에 클램핑된다. 이 상태에서, 동작 바(12)는 부품(2)을 클램핑하기 위해 잠금 유닛(5)으로부터 클램핑 장치(1)로 인장력을 영구적으로 전달한다.
이러한 해결책은 부품을 클램핑하기 위해 샤프트 내부 스프링 예압을 필요로 하지 않지만, 심각한 단점을 갖는다. 얕은 각도의 테이퍼(171, 511, 512, 521)의 4개 접속의 직렬 조합은 구성 요소(17, 51 및 52)의 매우 엄격한 제조 공차를 필요로 한다. 푸시-풀-바(17) 및 그 이동의 축 방향 조정은 공차에 매우 민감하며 다양한 조정 기구를 필요로 한다. 또한, 부품(2)을 방출할 때, 잠금-해제 바(17), 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51) 및 내부 테이퍼형 부시(52) 사이의 테이퍼형 접속의 거동은 물리적으로 결정되지 않는다. 잠금-해제 바(17)와 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51) 사이의 테이퍼형 접속이 잠금-해제 바(17)가 축 방향으로 좌측으로 이동할 수 있도록 먼저 잠금 해제되어야 하는 경우, 인가된 부하가 분할된 이중 테이퍼형 튜브(51)와 내부 테이퍼형 부시(52) 사이의 테이퍼형 접속 폐쇄를 야기할 수 있다. 이로 인해 다시 자체-잠금 기능이 잠금 기능을 해제하지 않고 증가시킨다. 이러한 거동은 테스트 중에 여러 번 발견되었으며 클램핑된 부품(2)은 더 이상 방출될 수 없었다. 또한, 동작 스터드(13), 세그먼트화된 콜릿(10) 및 잠금 유닛(5)을 포함하는 클램핑 장치(1)에 필요한 많은 수의 부품뿐만 아니라 축 방향 비결정적 거동은 샤프트 회전 하의 샤프트 밸런싱 및 동역학에 관한 심각한 문제를 야기한다. 구성 요소(17, 51 및 52) 사이의 4개의 테이퍼형 접속의 직렬 조합은 조합된 클램핑 및 잠금 유닛이 마찰 효과에 매우 민감하게 만든다. 잠금 유닛(5)이 건조되거나 관련된 부품의 도금이 결여될 때마다, 잠금 유닛(5)은 부품(2)이 방출되게 되어 있더라도 잠금 상태이다. 이는 본 시스템의 수명이 500.000 클램핑 및 방출 사이클 미만으로 제한되는 현장에서의 심각한 문제를 야기했다.
클램핑 기구(200)의 하나의 심각한 단점은 많은 단일 구성 요소를 포함하는 복잡한 설계이며, 이는 다시 매우 비용 집약적인 제조 및 밸런싱 및 동역학 일관성에 있어서 열등한 거동을 초래한다. 또한, 장축 거리에 걸쳐 4개의 얕은 각도 테이퍼형 접속의 직렬 조합은 내부 힘과 그에 따른 수명 시간, 시간에 따른 일관성 및 조기 마모에 대한 심각한 문제를 초래한다.
본 발명의 목적은 관련 부품의 수, 복잡성, 마모, 신뢰성, 불균형 및 동역학적 거동과 관련하여 종래 기술의 해결책(100, 200)으로 인한 단점을 극복하고 신뢰성 있고 향상된 정확도로 동작될 수 있는 보다 간단한 클램핑 기구를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 특허 청구의 특징에 의해 해결된다. 종속항은 본 발명의 유리한 실시예에 관한 것이다.
본 발명의 주제는 동작 스터드의 외부 테이퍼, 및 콜릿과 동작 스터드 사이의 콜릿 또는 부품을 서로 가역적으로 고정함으로써 콜릿이 자체-잠금 가능한 클램핑 리세스에 클램핑될 부품을 유지하기 위한 클램핑 장치이다. 고정이 그 상대적 위치에서 동작 스터드와 콜릿을 유지한다. 이러한 접속을 해제하려고 하는 힘이 콜릿과 동작 스터드의 상대적 이동을 해제하는 방향으로 효과적일 수 있지만, 자체-잠금의 마찰력이 이 방향으로 더 높아서 접속이 해제되지 않는다. 클램핑 장치의 구성에서 이러한 특별한 지점에서 이를 실현하는 몇 가지 방식이 있다.
본 발명의 해결책으로, 종래 기술의 기구(100)에서 알 수 있는 바와 같이, 임의의 예압 생성 유닛이 회피될 수 있다. 또한, 콜릿에 부착된 맞춤형 영구적 예압 동작 로드를 통해 전체 축 방향 클램핑력을 영구적으로 전달하는 전용 잠금 유닛이 필요하지 않다. 특정 형상의 적어도 하나의 테이퍼 연결을 통한 동작 스터드와 콜릿 사이의 직접적인 접촉은 샤프트의 축 방향으로 상당한 수의 부품을 따라 임의의 예압을 전달할 필요가 없다. 클램핑된 상태에서, 클램핑력은 바람직하게는 동작 스터드를 통해서만 콜릿으로 전달된다. 동작 스터드 및 콜릿은 모두 클램핑 리세스의 내주를 형성하는 샤프트 내에 위치된다. 종래 기술의 해결책(100 및 200)과 유사하게, 동작 스터드의 축 방향 이동은 일 단부 상에서 클램핑될 부품의 테이퍼형 리세스 상에서 반경 방향 외부로 슬라이딩할 수 있는 콜릿 세그먼트(들)의 반경 방향 이동을 야기할 수 있다. 타 단부에서 콜릿 세그먼트(들)는 샤프트 내부 윤곽의 다른 테이퍼형 리세스에서 반경 방향 외부로 슬라이딩할 수 있다. 샤프트의 테이퍼형 리세스 및 이러한 리세스로의 콜릿의 반경 방향 이동은 임의 선택적이다. 바람직하게는, 콜릿 세그먼트(들)는 콜릿 세그먼트(들)가 샤프트와 클램핑될 부품 사이에서 축 방향 힘을 전달할 수 있도록 샤프트 내에 축 방향 지지부를 갖는다. 테이퍼형 내부 리세스로의 콜릿 세그먼트(들)의 반경 방향 이동은 클램핑될 부품과 샤프트 사이에 축 방향 힘을 생성할 수 있다. 콜릿 세그먼트(들)의 반경 방향 이동은 클램핑될 부품의 축 방향 면과 샤프트의 축 방향 면이 접촉할 때까지 부품을 샤프트의 테이퍼로 당길 수 있다. 클램핑 액션 동안, 콜릿 세그먼트(들) 및 동작 스터드는 이들에 작용하는 부하 방향으로 탄성 변형될 수 있다. 따라서 이러한 부품은 에너지를 저장하고 접속을 예압할 수 있다. 동작 스터드와 콜릿 세그먼트(들) 사이의 접촉 면은 이들이 자체-잠금되는 형상이다. 클램핑 중에 저장되는 탄성 에너지와 함께, 시스템은 클램핑 후에 자체-잠금될 뿐만 아니라 예압될 수 있다. 클램핑 후 동작 로드의 클램핑력이 해제될 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이 종래 기술의 클램핑 시스템(200)의 상태에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 해결책(100) 또는 다운스트림 잠금-유닛과 같은 예압 유닛은 필요하지 않다. 동작 스터드는 바람직하게는 콜릿과 함께 회전 가능하다.
본 발명에 따른 클램핑 장치의 이점은 클램핑 동작이 동작 스터드를 직접 밀거나 당김으로써 달성될 수 있다는 것이다. 동작 스터드를 이동시키기 위해 중간 부품이 동작 스터드와 잠금/해제 바 사이에 필요하지 않다. 이러한 직접 접속은 잠금/해제 바가 클램핑이 완료되는 잠금 지점의 동작 스터드 자체와 같은 정확도를 가질 수 있게 한다. OTT-JAKOB 시스템에서와 같이 스프링의 상이한 인장력 또는 종래 기술에 따른 
시스템에서와 같이 잠금-해제 막대와 동작 스터드 사이의 많은 이동 가능 부품으로 인해 다르지 않다.
콜릿은 후술하는 바와 같이 동작 스터드의 외부 테이퍼와 콜릿 사이의 마찰력 또는 콜릿과 동작 스터드 사이의 부품에 의해 자체-잠금이 가능하다. 또한, 동작 스터드와 콜릿 사이의 형태에 의해 동작 스터드가 해제 이동 방향으로 고정되는 것이 가능하다. 이를 위해, 동작 스터드의 제1 및/또는 제2 외부 테이퍼형 섹션의 표면 및/또는 콜릿의 대응하는 표면에, 예를 들어, 단차 또는/및 노치(notch)가 통합될 수 있다. 이러한 방식으로, 자체-잠금 가능 테이퍼의 기능이 생성될 수 있다. 단차들 또는 노치들 사이에서, 스터드를 안으로 슬라이딩시킬 때 콜릿을 확장시키기 위해 테이퍼형 개재성 섹션이 제공될 수 있다. 이 경우 테이퍼형 섹션은 여전히 전체적인 테이퍼 형태를 갖는다. 그 사이의 단차는 단차 사이의 테이퍼형 개재성 서브섹션의 경사에 대해 반대 방향으로 경사질 수 있다. 그러면, 콜릿으로부터의 반경 방향 힘이 스터드가 해제 방향으로 이동할 수 없게 방지한다. 다른 가능성은 동작 스터드의 테이퍼형 섹션 상에 스레드(thread)를 제공하고 콜릿의 카운터 표면에 카운터 스레드를 제공하는 것이다. 콜릿은 비연속 스레드 내측 부품이 배치될 수 있는 세그먼트를 가질 수 있다. 동작 스터드의 테이퍼형 섹션 상의 스레드는 일정한 피치를 갖는 것이 바람직하다. 동작 스터드를 회전시켜 동작 스터드를 콜릿에 나사 고정함으로써, 콜릿이 클램핑 액션을 수행할 수 있다. 이 경우, 자체-잠금 또는 적어도 그 일부는 스레드 접속에 의해 실현된다.
샤프트는 그 내부에서 회전할 수 있는 스핀들의 일부일 수 있다. 이는 축 베어링에 의해 축 방향으로 스핀들에 고정될 수 있지만, 또한 축 방향으로 부유(float)할 수 있다. 클램핑 장치는 대안적으로 회전-불가능한 샤프트를 포함할 수 있는 장치에 사용될 수 있다. 회전-불가능한 샤프트는 예를 들어, 공구, 측정 프로브 또는 절단 공구 또는 예를 들어, 그 축에 의해 이를 이동시킬 수 있는 머신 또는 로봇에서의 정확한 위치 결정을 위한 공작물을 클램핑할 수 있다. 클램핑 장치는 측정 장치 또는 로봇에 배치될 수 있다.
본 출원의 문맥에서 "외부"라는 용어는 "외부에 배치된", 여기서는 콜릿 또는 동작 스터드의 외부를 의미한다. 한편, "내부"는 부품의 리세스의 임의의 내부면에 있음을 의미할 것이다. "외부로 동작 가능"은 클램핑 장치와의 고정된 접속을 통해 클램핑 장치가 임의의 직접적인 상호 작용 없이 동작될 수 있지만 잠금-해제 바와 같은 일부 동작 수단에 의해 동작될 수 있음을 의미할 것이다.
본 특허 출원에서, 동작 스터드는 본 출원에 설명되는 바와 같이 동작 스터드의 기능을 갖는 클램핑 장치의 개별 부품 또는 부품의 섹션을 의미할 것이다. 동작 스터드는 바람직하게는 하나의 단일 단편의 부품이지만, 둘 이상의 부품을 포함할 수도 있다.
콜릿은 둘 이상의 접속되지 않은 부품을 포함할 수 있다. 이러한 부품은 예를 들어, 링 형태를 가질 수 있는 다른 부품에 의해 서로 접속될 수 있다. 그러나, 콜릿은 또한 그 내부에서 세그먼트가 이동 가능한 하나의 단일 단편일 수 있다.
콜릿은 또한 동작 스터드와 콜릿 사이에 배치되고, 반경 방향 외부로 이동 가능하고 콜릿의 제1 및/또는 제2 외부 돌출부로부터 분리 가능한 하나 이상의 내부 부품을 가질 수 있다. 이는 스터드 및 그 외부 테이퍼의 축 방향 이동의 힘으로부터 보다 독립적인 돌출부의 축 방향 이동을 나타낼 수 있다. 콜릿의 내부 부품(들)은 바람직하게는 샤프트에 대해 축 방향으로 이동 가능하지 않다. 이러한 방식으로, 동작 스터드가 축 방향으로 이동될 때 동작 스터드의 외부 테이퍼형 섹션이 콜릿의 내부 부품(들)을 반경 방향 외부로 이동시키기 위해 콜릿의 내부 부품(들)에 작용할 수 있다.
본 특허 출원에서, 테이퍼는 기하학적으로 정확한 테이퍼만을 의미하는 것이 아니라, 클램핑 동안 동작 스터드와 콜릿 사이의 접촉 위치에서 증가하는 치수, 특히 동작 스터드의 클램핑 이동의 반대 방향으로 증가하는 직경을 갖는 임의의 다른 적절한 형태도 의미할 것이다. 테이퍼, 특히 콜릿의 외부 돌출부의 외부 테이퍼는 또한, 특히 외부 테이퍼에 대한 반대-표면이 또한 테이퍼링되는 경우, 그 반대-표면에 비해 더 작은 테이퍼 면적을 가질 수 있다. 콜릿의 내부 테이퍼형 섹션 및 동작 스터드의 외부 테이퍼형 섹션에 대해서도 또한 마찬가지이다. 에지의 테이퍼형 부품이 테이퍼형 반대-표면 위로 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 테이퍼는 또한 대응 표면을 갖는 반대 표면이 테이퍼 상에 자체-잠금될 수 있도록 외주 표면 상에 단차 또는 노치를 가질 수 있다. 테이퍼는 반드시 일정한 테이퍼 각도를 가질 필요는 없다. 또한, 예를 들어, 구형, 타원형, 달갈형 또는 일반적으로 일 방향으로 증가하는 직경을 갖는 임의의 다른 기하학적 형태의 적합한 부품이 본 발명에 따른 테이퍼일 수 있다. 또한 테이퍼와 그 카운터-테이퍼는 다른 축 길이를 가질 수 있다.
콜릿의 외부로의 반경 방향 이동은 콜릿의 하나 또는 양쪽 외부 돌출부에서 일어날 수 있다. 하나의 돌출부만이 반경 방향 외부로 이동되는 경우, 바람직하게는 클램핑될 부품과 결합할 수 있는 돌출부가 이동된다. 이러한 이동 중에, 클램핑될 부품이 클램핑될 수 있다. 클램핑된 부품의 자체-잠금 및 예압은 클램핑에 대해 이루어진 것과 반대 방향으로의 콜릿의 이동에 의해 다시 해제될 수 있다. 콜릿의 다른 돌출부는 클램핑될 부품을 클램핑하기 위한 돌출부의 이동 동안 샤프트 내부의 리세스에 유지될 수 있다.
본 특허 출원에 따른 자체-잠금은 클램핑 장치가 특히 종래 기술에 따라, 특히 
에 따라 클램핑 장치의 외부로부터 동작 스터드로 힘을 가하지 않고 클램핑된 상태를 유지할 수 있음을 의미한다.
자체-잠금은 동작 스터드와 콜릿 사이의 마찰력에 의해 이루어질 수 있다. 동작 스터드의 이동 방향의 마찰력은 접촉면 사이의 마찰 계수를 곱한 수직력으로 계산될 수 있다. 마찰력은 동작 스터드와 콜릿 사이의 적어도 하나의 접촉 영역에서 유효하다. 접촉 영역은 상술한 바와 같이 테이퍼링될 수 있다. 바람직하게는 테이퍼에서 단차 또는 노치 또는 스레드에 의한 폼-핏(form-fit)의 가능성이 또한 있으며, 이는 또한 마찰 자체-잠금과 결합될 수 있다. 마찰 자체-잠금은 병진적일 수 있는 동작 스터드의 이동 방향으로, 또는 스레드 기능의 경우 회전 방향으로 일어날 수 있다. 자체-잠금은 동작 스터드의 축 방향 이동에 의해 예압을 발생시킬 수 있는 동작 스터드의 하나 이상의 영역에서 일어날 수 있다.
바람직하게는, 동작 스터드는 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼형 섹션 및 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼형 섹션 중 적어도 하나를 포함한다. 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼형 섹션의 적어도 일부의 표면과 동작 스터드의 클램핑 이동의 방향 사이의 제1 클램핑 각도 및 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼형 섹션의 적어도 일부의 표면과 동작 스터드의 클램핑 이동의 방향 사이의 제2 클램핑 각도 중 적어도 하나는 제1 및 제2 외부 테이퍼형 섹션에서의 접촉하는 면, 그리고 콜릿과 동작 스터드 사이의 콜릿 또는 부품의 마찰에 의해 동작 스터드가 자체-잠금되기에 충분히 작다. 기계 공학의 기본으로서, 테이퍼 접속의 자체-잠금은 테이퍼 각도와 접촉하는 접속면 사이의 마찰 계수에 따른다. 또는 보다 일반적으로 말하면, 자체-잠금의 경우, 접촉면 사이의 수직력과 마찰 계수의 곱으로 계산되는 마찰력은 임의의 외력 없이 접속을 푸는 마찰력에 대해 작용하는 힘보다 언제나 크다. 마찰 상대의 재료에 따라, 테이퍼 각도가 될 수 있는 클램핑 각도가 변할 수 있다.
자체-잠금을 보다 안전하게 하기 위해, 이하의 식은 바람직하게는 동작 스터드의 제1 또는 제2 외부 테이퍼형 섹션의 적어도 일부의 반각(half angle)에 유효하다:
여기서 μ는 마찰 계수이고, α는 중심선에 대해 측정되는 동작 스터드의 외부 테이퍼의 반각이다. 클램핑 각도는 마찰에 의한 자체-잠금을 위해 접촉하는 재료의 마찰 계수의 아크 탄젠트(arcus tangent)보다 작은 것이 바람직하다.
대안적으로 또는 부가적으로, 접촉하는 재료가 모두 강철인 경우, 제1 및/또는 제2 클램핑 각도는 각각 6°보다 작다. 이 재료 조합에 대해, 0.15의 정적 마찰 계수가 본 특허 출원에서의 정의로 가정될 수 있다. 이는 매우 쉽게 잠금 해제할 수 없는 자체-잠금 양에 대응한다. 다른 재료 조합이 존재하는 경우, 제1 및 제2 클램핑 각도는 각각 이하에 의해 계산될 수 있는 각도 α보다 작을 수 있다. 
여기서, μ는 임의의 다른 재료 조합의 마찰 계수이다. 이것은 강철과 다른 재료의 조합과 유사한 자체-잠금 안전으로 이어진다. 본 특허 출원에서 동작 스터드에서의 자체-잠금에 관한 모든 마찰 계수는 정적 마찰 계수일 것이다.
대안적으로 또는 부가적으로, 클램핑된 부품과 샤프트 사이의 축 방향 클램핑력은 바람직하게는 동작 스터드와 콜릿 사이의 자체-잠금 접속을 잃는 데 필요한 힘보다 14배 미만이다. 클램핑된 부품과 샤프트 사이의 축 방향 힘과 해제력의 이러한 관계는 매우 쉽게 해제될 수 없는 안전한 자체-잠금을 생성하는 클램핑 각도에 대응한다.
콜릿과 동작 스터드 사이의 부품은, 예를 들어, 특정 마찰 특성을 갖는 중공형 테이퍼 또는 이러한 마찰 계수를 달성하기 위한 코팅일 수 있다. 또한, 이 부품은 마모의 경우 보다 쉽게 교체될 수 있다.
본 출원에서 테이퍼에 관한 모든 각도는 클램핑 이동의 방향이 일치하는 경우 반각이며, 이는 바람직하게는 동작 스터드의 클램핑 이동의 방향에 대응하는 테이퍼 중심선에 대해 테이퍼 표면으로부터 측정되는 것을 의미한다. 중심선은 테이퍼의 회전 축일 수 있거나, 테이퍼가 원형 단면을 갖지 않는 경우 평균 중심선일 수 있으며, 이는 예를 들어, 하나 이상의 단면에서 면적의 중심을 통과할 수 있다.
동작 스터드는 콜릿과의 상호 작용을 위해 2개의 외부 테이퍼형 섹션을 가질 수 있다. 외부 테이퍼형 섹션의 각각은 자체-잠금이 될 수 있다. 그러나, 동작 스터드는 하나의 자체-잠금 외부 테이퍼형 섹션만을 갖는 것으로 충분할 수 있다.
바람직하게는, 동작 스터드의 적어도 하나의 외부 테이퍼형 섹션은 제1 및 제2 테이퍼형 서브섹션을 포함한다. 바람직하게는, 각각의 서브섹션은 동일한 섹션의 다른 서브섹션의 결합 없이 콜릿과 결합될 수 있고, 여기서 제1 서브섹션은 제2 서브섹션의 제2 서브섹션 작동 각도와 다른 제1 서브섹션 작동 각도를 갖는다. 상이한 각도에 의해, 하나의 테이퍼형 섹션에 의해 상이한 유형의 작동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 콜릿에 대한 빠른 위치 결정 스트로크가 수행될 수 있다. 부품을 클램핑하기 위한 클램핑 스트로크는 부가적으로 또는 대안적으로 수행될 수 있다.
바람직하게는, 동작 스터드의 클램핑 이동 동안, 제2 서브섹션이 결합 가능하기 전에 제1 서브섹션이 콜릿과 결합될 수 있다.
바람직하게는, 제1 서브섹션 작동 각도는 클램핑될 부품의 그립핑(gripping)을 위한 그립핑 각도이다. 그립핑은 신속하게 그리고 클램핑 없이 일어날 수 있다. 제2 서브섹션 작동 각도는 제2 서브섹션의 결합 동안 동작 스터드의 이동에 대한 콜릿 세그먼트(들)의 반경 방향 이동이 제1 서브섹션의 결합 동안 동작 스터드의 동일 이동에 대한 콜릿 세그먼트(들)의 반경 방향 이동보다 작도록 하는 클램핑 각도인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 제1 서브섹션은 콜릿의 반경 방향 이동의 증가된 속도를 타겟화하는 반면, 제2 서브섹션은 동일 방향으로 콜릿에 대한 증가된 힘을 타겟화한다.
바람직하게는, 2개의 서브섹션이 동작 스터드의 제1 및 제2 외부 테이퍼형 섹션 중 적어도 하나에 존재하는 경우, 적어도 하나의 제2 서브섹션은 6° 미만의 제2 서브섹션 클램핑 각도를 갖는다. 적어도 하나의 제1 서브섹션은 6° 초과의 작동 각도를 가질 수 있다. 이러한 서브섹션에 의해, 콜릿을 따라 동작 스터드를 슬라이딩시킬 때 상이한 클램핑 속도가 실현될 수 있다. 콜릿의 높은 반경 방향 속도는 클램핑될 부품을 그립핑하도록 실현될 수 있고, 콜릿의 더 느린 반경 방향 속도는 증가된 힘에 의해 클램핑될 부품을 예압하도록 실현될 수 있다.
동작 스터드의 제1 외부 테이퍼형 섹션 및 제2 외부 테이퍼형 섹션 중 하나만이, 특히 클램핑 리세스에 더 가까이 배치된 것이 제1 및 제2 서브섹션을 포함한다. 이 경우, 외부 테이퍼형 섹션은 서브섹션으로 분할되지 않고 제2 외부 테이퍼형 서브섹션은 바람직하게는 6° 미만의 클램핑 각도를 갖는다.
바람직하게는, 클램핑 장치는 클램핑 장치를 통해, 특히 동작 스터드를 통해 임의의 액체 또는 기체를 안내하기 위한 내부 클램핑 장치 채널로서, 클램핑 장치 채널은 적용 가능한 경우 클램핑 장치 및 스핀들과 함께 회전할 수 있는, 내부 클램핑 장치 채널, 및 클램핑 장치의 회전 가능 클램핑 장치 채널을 잠금-해제 바 내의 공급 채널과 접속하기 위한 회전 피드스루(feedthrough)로서, 잠금-해제 바는 바람직하게는 회전할 수 없는, 회전 피드스루를 포함한다. 이는 별도의 발명으로 간주되며, 출원인은 이를 별도로 출원할 권리를 보유한다.
이러한 설계는 매체가 잠금-해제 바를 통한 공급 채널을 통해 스핀들의 회전 불가능한 부품으로부터 중심 라인 주위에서 회전하거나 위치될 수 있는 클램핑된 부품으로 흐를 수 있게 한다. 매체는 공급 채널로부터 회전 피드스루를 통해 그리고 클램핑 장치 채널을 통해 클램핑된 부품으로 흐를 수 있다. 바람직하게는, 잠금-해제 바는 장착된 상태에서 샤프트 내부에 배치된다. 매체는, 예를 들어, 냉각제 및/또는 윤활제일 수 있으며, 특히 머시닝 프로세스에 대해서는, 공기 또는 불활성 기체와 같은 임의의 기체일 수 있다.
샤프트는 샤프트를 구동하는 스핀들 내부에 배치될 수 있다. 샤프트는 샤프트와 스핀들 사이에 배치된 베어링 시스템에 의해 유지될 수 있다. 잠금-해제 바는 회전 불가능하도록 스핀들에 부착될 수 있다.
클램핑 장치 채널은 바람직하게는 동작 스터드의 중심을 통해 연장된다. 바람직하게는, 동작 스터드는 그 단부에서 클램핑될 부품을 향해 개방된다. 이러한 개구를 통해 매체는 클램핑된 부품으로 흐를 수 있다.
바람직하게는, 회전 피드스루는 샤프트의 축 방향으로 분리 가능하다. 바람직하게는, 회전 피드스루는 조립된 상태에서 서로에 대해 회전 가능한 적어도 2개의 부품으로 분할될 수 있다. 제1 부품은 동작 스터드의 회전 피드스루 카운터-부품일 수 있다. 제2 부품은 별도의 부품 또는 다른 부품의 섹션일 수 있는 회전 피드스루 링일 수 있다. 2개의 부품을 서로로부터 제거하기 위한 위치는 유체 베어링, 예를 들어 2개의 부품 사이에 배치된 기체 또는 액체 베어링의 갭일 수 있다.
클램핑 기구를 포함하는 샤프트는 바람직하게는 잠금-해제 바가 배치된 스핀들로부터 바람직하게는 동작 스터드로부터 잠금-해제 바를 분리한 후에 당겨질 수 있다. 바람직하게는, 회전 피드스루는 이 프로세스에 의해 분리된다. 바람직하게는, 스핀들로부터 샤프트를 제거하기 위해 추가의 액션이 필요하지 않다. 샤프트 또는 이와 함께 인출될 수 있는 부품과 스핀들의 나머지 부품 사이의 모든 접속 부품은 베어링, 바람직하게는 기체 베어링일 수 있다. 하나 이상의 베어링의 부품을 포함할 수 있는 추출 가능한 샤프트 조립체를 제외한 모든 베어링 부품은 스핀들이 추출될 때 스핀들 또는 하우징에 남아있을 수 있다.
샤프트 조립체는 샤프트, 콜릿 및 샤프트에 배치되고 및/또는 샤프트와 함께 회전 가능한 부품, 특히 하나 이상의 베어링의 부품을 포함한다.
바람직하게는, 회전 피드스루는 기체 정역학적, 기체 동역학적, 유체 정역학적 또는 유체 동역학적 레이디얼(radial) 베어링이다. 이러한 베어링은 클램핑 장치에서 작용하는 잠금-해제 바를 유지, 지지 및/또는 안내할 수 있다. 이러한 베어링의 내부 링은 잠금-해제 바 및 클램핑 장치 모두에 부착될 수 있거나 또는 그 섹션일 수 있는 반면, 외부 링은 잠금-해제 바 및 클램핑 장치의 각각의 다른 하나에 부착될 수 있다. 바람직하게는, 회전 피드스루는 잠금-해제 바 내부에 배치된다. 그러나, 동작 스터드의 섹션 내부에 회전 피드스루를 배치할 수도 있다. 베어링은 바람직하게는 회전 피드스루를 통해 안내되는 기체 또는 유체가 잠금-해제 바가 배치된 샤프트 관통 보어로 또는 이 샤프트에 조립된 클램핑 시스템 내로 흐르는 것을 방지하기 위한 시일링으로서 작용할 수 있다. 유체 또는 기체 베어링, 특히 기체 베어링의 작은 갭으로, 가압된 매체, 예를 들어, 적어도 10 바(bar), 바람직하게는 적어도 50 바의 압력을 갖는 매체를 시일링할 수 있다. 기체 정역학적 베어링은 10 바 초과의 압력을 사용하는 고압 기체 정역학적 베어링일 수 있다. 베어링을 공급하기 위한 유체 또는 기체는 잠금-해제 바의 전용 보어를 통해 공급될 수 있다. 잠금-해제 바 내의 매체 공급 채널로부터 또는 전용 외부 공급원에 의해 잠금-해제 바로 유체를 베어링에 공급할 수도 있다.
유체 또는 기체 베어링에 기초하여 용이하게 분리 가능한 회전 피드 스루의 아이디어는 단일 발명으로 간주되며, 출원인은 이를 별도로 출원할 권리를 보유한다.
바람직하게는, 동작 스터드는 동작 스터드에서 고려되는 축 방향 위치보다 클램핑될 부품으로부터 더 멀리 위치된 최대에서 반경 방향 외부로 변위되는 위치에서, 콜릿과의 결합 길이에 걸쳐 콜릿의 임의의 내부 직경과 동일하거나 그보다 작은 최대 직경을 갖는다. 이러한 방식으로, 그리고 바람직하게는, 엔드 스톱(end stop)에 의해 제한되지 않는 경우 및/또는 공구가 클램핑되지 않은 경우, 동작 스터드는 작동 방향으로 제거되어 공구를 클램핑할 수 있다. 따라서, 샤프트는 동작 스터드를 제거하거나 스핀들 내부의 클램핑-해제-바로부터 동작 스터드를 분리하지 않고 축 방향으로 콜릿과 함께 스핀들로부터 제거될 수 있다. 샤프트가 제거되면, 서비스 작업 또는 교체를 위해 동작 스터드에 접근할 수 있게 된다. 바람직하게는, 샤프트 조립체는 또한 이로부터 스핀들을 제거하는 방향으로 스핀들에 대한 축 방향 연결을 갖지 않는다.
바람직하게는, 클램핑 장치는 외주에 반경 방향으로 연장되는 안내 슬롯을 갖는 안내 링을 포함한다. 각각의 안내 슬롯은 하나의 단일 콜릿 세그먼트를 반경 방향, 바람직하게는 또한 축 방향으로 안내하도록 구성된다. 바람직하게는, 샤프트에 대한 콜릿의 각도 위치의 변화가 방지될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 안내 링에 의해 중심 축에 대한 축 스퀘어(axis square) 주위의 틸팅(tilting)이 방지될 수 있다. 안내 슬롯은 안내 링의 반경 방향 외주의 완전한 축 방향 길이에 걸쳐 축 방향으로 연장될 수 있다. 콜릿 세그먼트와 같이 안내 링은 축 방향으로 짧아질 수 있다. 바람직하게는, 안내 링의 외주는 외주에 스레드를 갖는다. 이 스레드를 사용하여 안내 링은 샤프트, 바람직하게는 샤프트의 삽입 섹션으로 나사 고정될 수 있다. 안내 링이 샤프트로부터 제거될 때, 콜릿은 바람직하게는 안내 링과 함께 중공형 스핀들 단부로부터 추출될 수 있는 것이 바람직하다. 안내 링은 샤프트의 중공형 섹션 내부의 반대-표면에서 안내 링을 센터링 업(centering up)하기 위한 센터링 숄더로서 작용할 수 있는 하나 이상의 축 방향 돌출부를 포함할 수 있다.
안내 링은 별도의 발명으로 간주되며, 출원인은 이를 별도의 출원으로서 출원할 권리를 보유한다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 상술한 바와 같은 클램핑 장치를 포함하는 스피닝 또는 위치 결정 장치, 특히 스핀들이 제안된다.
스피닝 장치는 스피닝 장치에 의해 상당한 회전 속도가 달성됨을 의미한다. 위치 결정 장치는 회전 및/또는 병진 이동에 의해 클램핑된 부품을 위치 결정하기 위한 장치이다. 제안된 클램핑 장치에 의해 달성되는 클램핑의 정확성은 특히 반복 가능성에 관한 위치 결정에 유리하다. 이는 스피닝 장치에서의 불균형 문제 및 회전자 동역학에 관해 유리하다.
본 특허 출원에 따른 스핀들은 샤프트가 반경 방향 및/또는 축 방향으로 정렬될 수 있게 하는 베어링 시스템을 갖는 장치이다. 스핀들은 모터를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 스핀들의 클램핑 장치는 스핀들 샤프트에서 축 방향 및 반경 방향으로 클램핑된 부품을 클램핑하고 위치시키기 위해 클램핑된 부품을 유지 및 클램핑할 수 있다.
바람직하게는, 샤프트는 샤프트의 클램핑 단부에서 시작하는 축 방향 관통 보어를 가지며, 여기서 클램핑 장치는 클램핑 장치에 작용하여 잠금-해제 바에 의해 전용 클램핑력 생성 유닛 또는 전용 잠금 유닛의 작용 없이 동작될 수 있고, 여기서, 바람직하게는, 잠금-해제 바는 회전과 관련하여 스핀들 고정자에 고정된다. 바람직하게는, 샤프트와 함께 회전하는 클램핑력 생성 유닛이 없다. 특히, 클램핑력의 주요 부품을 생산하기 위한 축 방향 힘이 클램핑 프로세스에서 동작 스터드에만 인가된다. 바람직하게는, 클램핑력의 주요 부품을 생산하기 위해 콜릿의 클램핑된 상태에서 동작 스터드에 영구적인 축 방향 힘이 가해지지 않는다.
스핀들 관통 보어가 반드시 보링(boring)에 의해 생성될 필요는 없다. 스핀들은 바람직하게는 중공형 샤프트 형태를 갖는다.
바람직하게는, 스핀들 샤프트는 스핀들로부터 추출 가능하고, 여기서 동작 스터드는 잠금-해제 바에 접속되고 스핀들에 유지된다.
바람직하게는, 스핀들 샤프트는 스핀들로부터 추출 가능하고, 클램핑 장치는 샤프트와 함께 추출 가능하고 잠금-해제 바는 스핀들에 남아 있다.
바람직하게는, 샤프트는 부품을 클램핑하지 않고 부품의 빠른 그립핑을 수행하는 예압된 재조정 스프링을 포함한다. 이를 위해, 재조정 스프링은 클램핑 방향으로 동작 스터드를 예압하는 방식으로 동작 스터드와 샤프트 사이에 효과적이다. 재조정 스프링은 나선형 스프링일 수 있다. 바람직하게는, 이는 이러한 경우에 동작 스터드 주위에 배치된다. 또한, 이러한 재조정 스프링에 의해, 회전 및 원심력 부하 하에서의 콜릿의 반경 방향 이동이 동작 스터드의 축 방향 위치를 재조정함으로써 보상될 수 있다. 회전을 정지한 후에 클램핑될 부품의 클램핑이 유지된다. 재조정 스프링은 바람직하게는 동작 스터드와 스핀들 샤프트 또는 콜릿 사이에 배치된다. 재조정 스프링은 바람직하게는 부품을 해제할 때 동작 스터드의 이동 방향으로 압축될 수 있다.
바람직하게는, 잠금-해제 바는 잠금-해제 바와 샤프트 사이의 바(bar) 베어링에 의해 지지되며, 여기서, 바람직하게는, 바 베어링은 저널(journal) 베어링, 유체 정역학적 베어링, 유체 동역학적 베어링 또는 기체 정역학적 베어링 및/또는 기체 동역학적 베어링이다. 바람직하게는, 바 베어링은 레이디얼 베어링이다.
바람직하게는, 스터드 시일링이 클램핑될 부품을 클램핑하기 위해 전용인 샤프트의 개방 단부로부터 스핀들 관통 보어의 더 깊은 부품을 시일링하기 위해 동작 스터드와 샤프트 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 양태에서, 샤프트에서 클램핑될 부품을 클램핑하기 위한 방법이 제안된다. 본 방법에 따르면, 클램핑 장치의 자체-잠금은 샤프트의 축 방향으로 외부 테이퍼형 섹션을 갖는 동작 스터드를 이동시킴으로써 달성되며, 이러한 이동은 콜릿이 클램핑될 부품을 클램핑하기 위해 반경 방향 외부로 이동하게 한다. 클램핑력이 구축되기 시작할 때, 동작 스터드의 외부 테이퍼형 섹션과 콜릿 사이의 마찰력 또는 콜릿과 동작 스터드 사이의 부품이 클램핑 장치의 자체-잠금을 실시하도록 동작 스터드가 동일한 축 방향으로 추가로 이동된다.
이를 위해, 외부 테이퍼형 섹션과 동작 스터드의 축 방향 이동 방향 사이의 각도는 6° 미만인 것이 바람직하다.
클램핑될 부품을 클램핑하기 위해, 콜릿이 예압될 수 있다. 클램핑은 샤프트에 대해 클램핑될 부품의 축 방향 이동에 의해 발생할 수 있다. 클램핑 리세스가 테이퍼링되는 것이 바람직하기 때문에, 축 방향 이동은 또한 반경 방향 클램핑으로 이어진다.
본 발명의 실시예로서, 경고하고 안전하고 반복 가능하게 부품을 클램핑할 뿐만 아니라 스핀들 샤프트로 제거할 수 있는 기구가 제안된다. 클램핑 기구는 클램핑될 부품의 내부 테이퍼형 섹션과 결합하기 위한 외부 클램핑 테이퍼와 샤프트의 내부 테이퍼형 섹션과 결합하기 위한 제2 외부 클램핑 테이퍼를 갖는 세그먼트화된 콜릿을 포함할 수 있다. 클램핑된 부품은 중공형 샤프트 테이퍼 기구에서 종래 기술인 이러한 기구에 의해 샤프트에 대해 예압될 수 있다. 클램핑 장치는 3개의 외부 테이퍼형 섹션에 의해 세그먼트화된 콜릿을 작동시키기 위한 중앙 동작 스터드를 추가로 포함할 수 있다. 그 다음, 중앙 스터드의 중간에 위치된 깊게 테이퍼링된 섹션이 축 방향으로 이동될 경우 세그먼트화된 콜릿의 빠른 반경 방향 이동을 허용한다. 클램핑될 부품과 샤프트의 결합을 향해 축 방향으로 이동되면 스핀들 샤프트로부터 중공형 부품을 제거하기 위해 콜릿의 전체 직경을 신속하게 줄일 수 있다. 샤프트 내부를 향해 축 방향으로 이동되면, 클램핑될 부품으로부터 멀어짐을 의미하며, 가파른 테이퍼형 섹션은 바람직하게는 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼 섹션과의 접속에 의해 야기된 콜릿의 반경 방향 이동에 비해 증가된 속도로 세그먼트화된 콜릿을 반경 방향으로 이동시킴으로써 부품의 신속한 사전-그립핑을 가능하게 한다. 깊은 테이퍼형 섹션의 좌측과 우측의 2개의 얕은 테이퍼형 섹션은 콜릿에 작용할 때 샤프트 내부를 향한 중앙 동작 스터드의 추가적인 축 방향 이동에 의해 높은 예압을 생성한다. 이를 위해, 세그먼트화된 콜릿은 반경 방향으로 이동하고 클램핑될 부품의 테이퍼형 섹션 및 샤프트의 테이퍼형 섹션과 외부에서 상호 작용한다. 동작 스터드와 콜릿 사이의 마찰 계수와 조합된 적어도 하나의 얕은 각도로 인해, 기구는 관련 부품의 탄성 변형으로 인해 샤프트에 대해 클램핑될 부품을 예압할 수 있을 뿐만 아니라, 자체-잠금된다. 이는 고속 및 클램핑된 부품에 대한 고측 부하에서의 샤프트 회전 하에서 안전한 클램핑을 허용한다.
이하에서, 본 발명의 실시예는 본 기술 분야의 통상의 기술자의 눈에 양립할 수 있는 한 다른 모든 실시예와 조합될 수 있는 상세 사항으로 설명된다. 자체-잠금 클램핑 유닛은 동작 스터드 및 그 주위의 세그먼트화된 콜릿을 포함할 수 있다. 2개의 부품 모두 샤프트 보어 내부에 위치된다. 중공형 섕크(shank) 부품의 보어로의 클램핑은 중앙 동작 스터드의 축 방향 이동에 의해 수행될 수 있다. 스터드의 2개의 테이퍼형 섹션은 세그먼트화된 콜릿을 반경 방향 외부로 이동시킬 수 있다. 반경 방향으로 이동될 때, 세그먼트화된 콜릿의 외부 테이퍼형 섹션은 클램핑될 부품의 중공형 섕크의 테이퍼형 섹션으로 슬라이딩할 수 있다. 세그먼트화된 콜릿의 다른 외부 테이퍼형 섹션은 클램핑 유닛이 장착된 보어의 내부 테이퍼형 섹션으로 반경 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 동작 스터드의 추가적인 축 방향 이동에 의한 세그먼트화된 콜릿의 추가적인 반경 방향 확장은 이제 클램핑될 중공형 섕크 부품과 보어를 포함하는 부품 사이에 축 방향 부하를 생성할 수 있다. 축 방향으로 세그먼트화된 콜릿과 중공형 섕크 부품의 탄성 신장은 중공형 섕크 부품의 일정하고 안전한 축 방향 예압을 보장할 수 있다. 동작 스터드와 세그먼트화된 콜릿 사이의 섹션에 대해 6° 미만의 테이퍼 각도는 일단 중공형 공구가 클램핑되면 자체-잠금을 보장할 수 있다. 클램핑을 해제하고 보어로부터 중공형 부품을 제거하기 위해 동작 스터드는 클램핑의 반대 방향으로 축 방향으로 이동할 수 있다. 예압을 잠금으로써 야기된 축 방향 마찰력을 극복한 후, 동작 스터드는 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.
본 실시예에서, 동작 스터드에서의 축 방향 면은 중공형 섕크 부품의 내부 축 방향 면 상의 보어로부터 중공형 섕크 부품을 밀어내기 위해 사용될 수 있다. 보어로부터 중공형 섕크 부품을 제거하기 위해, 동작 스터드는 테이퍼형 섹션을 포함할 수 있으며, 이는 세그먼트화된 콜릿의 세그먼트가 내부로 반경 방향으로 이동할 수 있게 하여 클램핑 유닛의 전체 직경을 감소시킨다. 이를 위해, 동작 스터드는 세그먼트화된 콜릿의 세그먼트가 동작 스터드의 가파르게 테이퍼링된 섹션으로 반경 방향으로 이동하게 강제하는 다른 테이퍼형 섹션을 포함할 수 있다. 클램핑 기구는 기체 또는 유체가 클램핑된 부품으로 안내될 수 있게 하는 피드스루를 포함할 수 있다. 보어 또는 보어가 위치된 부품과 접속되지 않아야 하는 외부 잠금-해제 바에 의해 보어 내부에서 동작 스터드가 동작될 수 있다.
종래 기술과 비교하여 제시된 본 발명으로부터 몇 가지 주요 이점이 발생한다. 도 1a 및 도 1b의 관점에서 기술된 종래 기술과 비교하여, 필요한 부품의 수가 현저히 감소된다. 샤프트 내부에 예압 생성 유닛이 필요하지 않다. 또한, 클램핑 기구의 전체 길이가 현저히 감소된다. 결과적으로, 회전시의 동역학 및 동역학적 밸런싱이 상당히 개선되고, 훨씬 더 일관적일 뿐만 아니라, 부품 제조 및 조립이 더욱 경제적인 방식으로 된다. 바람직하게는 그리고 이익으로서, 클램핑을 해제하는 것은 도 1a 및 1b의 관점에서 설명된 종래 기술의 클램핑 시스템의 보어에 장착된 스프링의 예압을 극복하기 위한 외부 압축 부하를 필요로 하지 않는다. 이는 축 방향 부하를 감소시켜 클램핑을 상당히 해제하고 더 작은 치수의 부품이 이러한 해제력을 생성할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 종종 클램핑될 부품을 보유하는 샤프트인 보어를 갖는 부품이 축 방향으로 제거될 수 있게 한다. 이 경우, 세그먼트화된 콜릿은 샤프트에 남아 있고 동작 스터드는 세그먼트화된 콜릿 내부에서 축 방향으로 슬라이딩할 수 있으며 잠금-해제 바에 부착된 상태로 유지될 수 있다. 이는 유지 보수 작업에 도움이 되며, 도 1a 및 도 1b 또는 도 2 중 어느 하나에 도시된 종래 기술의 클램핑 시스템으로는 불가능하다.
도 2에 관점에서 설명된 종래 기술과 비교하여, 부품의 수를 상당히 감소시키는 별도의 잠금 유닛이 필요하지 않다. 얕은 테이퍼형 섹션의 감소는 축 방향 조정 및 동작 스터드의 축 방향으로의 이동 공차를 향상시키고 시간에 따른 신뢰성을 상당히 향상시킨다. 부품 수와 크기의 감소는 동역학적 거동과 동역학적 밸런싱을 다시 향상시킨다. 물리적 거동은 도 2에 나타낸 종래 기술의 클램핑 시스템의 경우와 같이 과도하게 구속되지 않는다. 예압을 해제할 때 증가된 자체-잠금이 배제될 수 있다. 중앙 스터드는 보어 또는 보어가 위치된 부품에 대한 어떠한 접속도 없이 보어 내부의 잠금-해제 바에 의해 동작될 수 있다. 회전 샤프트에 사용되는 경우, 샤프트, 동작 스터드 및 세그먼트화된 콜릿만이 회전할 때, 동역학적 거동과 동역학적 밸런싱을 상당히 향상시킨다.
그러나, 도 1a 및 도 1b에 설명된 종래 기술의 클램핑 시스템의 경우, 클램핑을 해제하기 위해 외력만이 요구되기 때문에, 본 발명의 경우 양쪽 축 방향으로의 힘이 클램핑 및 클램핑 해제를 위해 요구된다.
도면은 종래 기술에 따른 실시예 및 단지 예로서 본 발명에 따른 실시예를 나타낸다.
도 1a는 스핀들 샤프트와 함께 회전하는 클램핑력 생성 유닛을 포함하고 클램핑될 부품을 유지하는 클램핑 장치에 인장력을 영구적으로 인가하는 종래 기술에 따른 중공형 샤프트 클램핑 기구의 제1 변형의 스핀들 샤프트의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 1b는 도 1a에 나타낸 중공형 샤프트 클램핑 기구의 상세도를 확대도로 제공하고,
도 2는 스핀들 샤프트와 함께 회전하는 자체-잠금 클램핑력 생성 유닛을 포함하고 클램핑된 부품을 유지하는 클램핑 장치에 인장력을 영구적으로 인가하는 종래 기술에 따른 중공형 샤프트 클램핑 기구의 제2 변형 유형의 스핀들 샤프트의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 3a는 본 발명에 따른 클램핑 장치의 중심선을 통한 단면 평면을 나타내고,
도 3b는 도 3a에서와 같은 클램핑 장치를 나타내지만, 다른 상세 사항 및 정보와 함께 나타내고,
도 3c는 안내 링의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 3d는 도 3c의 클램핑 장치의 콜릿 세그먼트를 안내하기 위한 안내 링의 도면을 나타낸다.
도 1a는 스핀들 샤프트와 함께 회전하는 클램핑력 생성 유닛을 포함하고 클램핑될 부품을 유지하는 클램핑 장치에 인장력을 영구적으로 인가하는 종래 기술에 따른 중공형 샤프트 클램핑 기구의 제1 변형의 스핀들 샤프트의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 1b는 도 1a에 나타낸 중공형 샤프트 클램핑 기구의 상세도를 확대도로 제공하고,
도 2는 스핀들 샤프트와 함께 회전하는 자체-잠금 클램핑력 생성 유닛을 포함하고 클램핑된 부품을 유지하는 클램핑 장치에 인장력을 영구적으로 인가하는 종래 기술에 따른 중공형 샤프트 클램핑 기구의 제2 변형 유형의 스핀들 샤프트의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 3a는 본 발명에 따른 클램핑 장치의 중심선을 통한 단면 평면을 나타내고,
도 3b는 도 3a에서와 같은 클램핑 장치를 나타내지만, 다른 상세 사항 및 정보와 함께 나타내고,
도 3c는 안내 링의 중심선 평면을 통한 단면을 나타내고,
도 3d는 도 3c의 클램핑 장치의 콜릿 세그먼트를 안내하기 위한 안내 링의 도면을 나타낸다.
도 3a는 본 발명에 따른 클램핑 장치(1)를 개략적으로 나타낸다. 일부 특징은 도 1a, 도 1b 및 도 2의 클램핑 시스템(100 및 200)의 특징과 각각 유사하며, 일반적으로 동일한 참조 부호로 표기되어 있다.
도 3a에서, 공구 홀더(20)의 형태를 갖는 클램핑될 부품(2)이 나타내어져 있다. 동일한 인터페이스 기하학적 형태를 갖는 임의의 다른 공구 또는 부품이 본 발명에 따른 중공형 섕크 클램핑 기구에 의해 클램핑될 수 있음이 명백하다.
클램핑될 부품(2)은 샤프트(38)의 축 방향 단부에서 클램핑 리세스(3)에 삽입 섹션(21)을 갖는 것으로 나타내어져 있다. 삽입 섹션(21)은 샤프트(38)의 방향으로 돌출된다. 샤프트(38)는 도 3a에 완전히 나타나 있지 않지만, 실제로는 도 3의 좌측으로 추가로 계속된다.
삽입 섹션(21)의 외부 윤곽은 테이퍼(24)의 형상을 갖는다. 테이퍼(24)는 클램핑 리세스(3)의 내부 윤곽에서 테이퍼(34)에 완전히 결합된 것으로 나타내어지며, 이들 테이퍼 사이에 억지 끼워맞춤을 포함한다. 클램핑될 부품의 축 방향 단 부면(22)은 샤프트(38)의 축 방향 단부면(32)에 대해 가압되는 것으로 나타내어진다.
클램핑 리세스(3) 내부에는 콜릿(10)이 배치된다. 콜릿(10)은 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개의 단일 콜릿 세그먼트(11)를 포함한다. 콜릿 세그먼트(11)는 안내 링(19)에서 안내된다. 안내 링(19)은 샤프트(38)에서 클램핑 리세스(3)에 나사 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 콜릿 세그먼트(11)는 샤프트(38)에 대해 안내된다.
각각의 콜릿 세그먼트(11)는 제1 외부 돌출부(103) 및 제2 외부 돌출부(104)를 포함한다. 제1 외부 돌출부(103)는 클램핑될 부품(2)의 삽입 섹션(21)의 내부 윤곽에서 테이퍼형 내부 섹션(25)에 클립핑되는 것으로 나타내어져 있다. 콜릿(10)의 제1 외부 클램핑 테이퍼(1031)는 클램핑력을 전달하기 위해 테이퍼형 내부 섹션(25)과 접촉한다. 제2 외부 돌출부(104)는 샤프트(38)의 내주 영역에서 내부 리세스(36)로 클립핑된다. 내부 리세스(36)는 내부 테이퍼형 섹션(361)을 갖는다. 내부 테이퍼형 섹션(361)은 클램핑력을 전달하기 위해 콜릿(10)의 제2 외부 클램핑 테이퍼(1041)와 접촉한다.
콜릿(10)의 내부에는, 동작 스터드(13)가 배치된다. 동작 스터드(13)의 축 방향 동작 이동에 의해, 콜릿(10)은 외부 또는 내부로 반경 방향으로 이동될 수 있다. 그 내부에, 콜릿(10)은 클램핑된 부품(2)에 대한 방향으로 콜릿(10)의 내주의 단부에 배치된 제1 내부 테이퍼형 섹션(101)을 갖는다. 또한, 그 내부에, 콜릿(10)은 잠금-해제 바(17)의 방향으로 추가로 배치되는 제2 내부 테이퍼형 섹션(102)을 갖는다. 내부 테이퍼형 섹션(101, 102) 모두는 바람직하게는 중심선(33)에 대해 측정되는 6° 미만의 반각을 갖는다. 동작 스터드는 제1 및 제2 테이퍼형 섹션(131 및 132)을 포함한다. 제1 테이퍼형 섹션(131)은 제1 및 제2 테이퍼형 서브섹션(1311 및 1312)으로 하위 분할된다. 동작 스터드(13)의 클램핑 이동 동안, 내부 테이퍼형 섹션(101, 102)은 제1 외부 테이퍼형 섹션(131)의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션(1312) 및 제2 외부 테이퍼형 섹션(132) 각각과 접촉한다. 제2 테이퍼형 서브섹션(1312) 및 제2 외부 테이퍼형 섹션(132)은 중심선(33)에 대해 측정된 6° 미만의 반각을 갖는다. 동작 스터드(13)가 도 3에서 우측으로 이동될 때, 자체-잠금이 테이퍼형 섹션(1312, 132 및 101, 102)의 얕은 테이퍼 각도로 인해 발생한다. 도 3에서 동작 스터드(13)가 우측으로 이동되는 클램핑 이동 동안, 콜릿 세그먼트(11)는 외부로 이동된다. 이는 클램핑될 부품(2)이 클램핑될 부품(2) 부근의 콜릿 세그먼트(11)의 단부에서 내부 테이퍼형 섹션(25) 및 제1 외부 클램핑 테이퍼(1031)에 의해, 그리고 콜릿 세그먼트(11)의 타 단부에서 클램핑 리세스의 내부 테이퍼형 섹션(361) 및 제2 외부 클램핑 테이퍼(1041)에 의해 중심선을 따라 축 방향으로 클램핑 리세스(3)로 당겨지게 한다. 콜릿(10)의 기하학적 형태, 테이퍼형 섹션(25)과 클램핑될 클램핑된 부품(2)의 내부 리세스 및 샤프트(38)의 리세스(36)는 콜릿 세그먼트(11)에 인장력을 유발하고 클램핑된 부품(2)의 축 방향 단부면(22 및 32) 및 샤프트(38)를 서로에 대해 당긴다. 이 상태에서, 콜릿 세그먼트(11)는 탄성적으로 신장된다. 자체-잠금 효과로 인해, 이러한 탄성 변형은 클램핑될 부품(2)과 샤프트(38)의 내부 테이퍼(34) 사이에서 테이퍼 접속(24, 34)을 예압한다.
동작 스터드(13)는 제2 테이퍼형 섹션(1312)보다 상당히 가파른 반각을 갖는 제1 테이퍼형 서브섹션(1311)을 포함한다. 외부 테이퍼 섹션(1311)은 클램핑될 부품(2)에 근접한 콜릿 세그먼트(11)의 단부와 상호 작용할 수 있다. 제1 테이퍼형 서브섹션(1311)의 가파른 테이퍼 각도로 인해, 콜릿(10)의 제1 돌출부(103)의 빠른 그립핑 이동이 동작 스터드(13)가 도 3a 및 도 3b에서 우측으로 이동될 때 그리고 제1 테이퍼형 서브섹션(1311)이 결합될 때 발생한다. 클램핑된 부품(2)을 향한 동작 스터드(13)의 해제 스트로크 동안, 클램핑될 부품(2)에 더 근접한 콜릿(10)의 단부는 제1 외부 테이퍼형 서브섹션(1311)에 의해 부분적으로 경계화되는 동작 스터드(13)의 리세스로 반경 방향으로 슬라이딩한다. 클램핑될 부품(2)을 향한 콜릿(10)의 단부는 그 후 중심선(33)을 향해 그리고 클램핑된 부품(2)의 내부 테이퍼형 섹션(25)으로부터 반경 방향으로 퇴피된다.
동작 스터드(13)는 샤프트 관통 보어(37) 내부에 배치된다. 클램핑된 부품(2)과 대향 단부에서, 동작 스터드(13)는 회전 피드스루(181)를 통해 잠금-해제 바(17)에 접속된다. 동작 스터드(13)는 튜브 형태를 갖는 회전 피드스루 카운터-파트(135)를 포함한다. 피드스루 카운터-파트(135)는 동작 스터드(13)의 축 방향 보어 내로 배치된다. 이는 시일링 기능을 허용한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 피드스루 카운터-파트(135)는 링을 시일링함으로써 반경 방향으로 가요성 거동을 허용한다. 튜브의 축 위치는 고정되어 있다. 피드스루 카운터-파트(135)의 외주는 저널 기체 베어링으로서 설계된다. 에어 베어링의 외부 부품은 회전 피드스루(181)이다. 이는 저널 베어링에 베어링 기체를 공급하기 위해 베어링 기체 공급 보어(182)를 포함한다.
회전 피드스루(181)는 매체가 잠금-해제 바(17) 내의 공급 채널(172)을 통해 클램핑 장치 채널(18)로 흐를 수 있게 한다. 클램핑 장치 채널(18)을 갖는 클램핑 장치(1) 및 공급 채널(172)을 갖는 잠금-해제 바(17)는 매체가 흐를 때 상대 각도 위치를 변경할 수 있다. 공급 채널(172)은 동작 스터드(13)의 완전한 축 방향 길이를 통해 연장된다. 피드스루 카운터-파트(135)와 회전 피드스루(181)의 조합으로서의 기체 베어링은 또한 채널(172 및 18) 내의 임의의 유체 또는 기체에 대한 시일링 기능을 갖는다.
동작 스터드(13)는 샤프트 관통 보어(37)의 내주와 상호 작용하는 시일링(133)을 추가로 포함한다. 이러한 시일링(133)은 샤프트 관통 보어(37)의 더 깊은 부품에 대하여 클램핑 리세스(3)를 시일링한다.
부품(2)이 샤프트(38)로부터 제거되는 경우, 샤프트(38)는 도 3b에만 나타내어진 스핀들(1000)로부터 퇴피될 수 있다. 그 다음에 동작 스터드(13)는 잠금-해제 바(17)에 그리고 스핀들(1000) 내부에 부착된 상태로 유지된다.
동작 스터드(13)와 잠금-해제 바(17)는 잠금-해제 바(17)가 클램핑 장치(1)에 의해 클램핑된 부품(2)을 잠금 또는 해제하기 위해 동작되지 않을 때 접속이 해제되도록 서로 접속된다.
클램핑 장치(1)는 클램핑 방향으로 부품(2)을 클램핑하는 데 필요한 힘보다 작은 힘으로 동작 스터드(13)를 예압하는 재조정 스프링(14)을 추가로 포함한다. 재조정 스프링(14)은 샤프트(38)의 샤프트 관통 보어(37)의 스프링 압축면(134)과 샤프트(38)에 부착된 스냅 링(141) 사이에 배치된다. 재조정 스프링(14)은 샤프트(38)에서 축 방향으로 연장된다.
샤프트(38)에 클램핑된 부품(2)이 없는 경우, 콜릿 세그먼트(11)는 재조정 스프링(14)의 힘이 동작 스터드(13)에 작용함에 따라 외부까지 최대 반경 방향 위치를 갖는다. 부품(2)을 클램핑하기 위하여, 동작 로드(13)는 부품(2)과 내부 샤프트 테이퍼(34) 사이의 인터페이스를 구성하는 외부 테이퍼(24)를 향해 이동하며, 이 경우, 콜릿 세그먼트(11)의 단부는 클램핑될 부품(2)을 향하여 동작 스터드(13)의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션(1311)에서 리세스로 슬라이딩한다. 클램핑될 부품(2)에 근접한 콜릿 세그먼트(11)의 단부는 그 반경 방향 외주에 압축 테이퍼 표면(1032)을 갖는다. 이러한 압축 테이퍼 표면(1032)은 부품이 클램핑 리세스(3)로 삽입될 때 클램핑될 부품(2)의 삽입 섹션(21)과 결합할 수 있다. 많은, 바람직하게는 콜릿 세그먼트(11)의 단부가 동작 스터드(13)의 리세스(1311) 슬라이딩하지 않도록 클램핑될 부품(2)을 향하게 하는 모든 상황은 이러한 설계에 의해 커버될 수 있다. 클램핑 리세스(3)로 클램핑될 부품(2)의 중공형 섕크의 삽입을 허용하기 위해, 삽입 섹션(21)은 콜릿 세그먼트가 내부 테이퍼형 섹션(25)으로 클립핑할 수 있는 중공형 섕크 내부로 콜릿 세그먼트가 슬라이딩하도록 클램핑될 부품(2)을 향한 압축 테이퍼(1032)로 그 단부에서 콜릿 세그먼트(11)를 압축한다.
장착된 클램핑 장치와 함께 샤프트가 더 높은 속도, 예를 들어, 10,000 rpm 초과로 회전할 때, 원심 부하가 콜릿 세그먼트(11)에 작용할 수 있다. 이 경우, 콜릿(10)이 제1 외부 클램핑 테이퍼(1031)와 부품(2)의 내부 테이퍼형 섹션(25) 사이뿐만 아니라 제2 외부 클램핑 테이퍼(1041)와 클램핑 리세스(3)의 내부 테이퍼형 섹션(361) 사이의 테이퍼 접속으로의 축 방향 힘이 증가한다. 이는 다시 클램핑된 부품(2)의 샤프트(38)에 대한 증가된 축 방향 클램핑으로 귀결된다. 한편, 콜릿(10)의 제1 내부 테이퍼형 섹션(101)과 동작 스터드(13)의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션(1312) 사이뿐만 아니라 제2 내부 테이퍼형 섹션(102)과 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼형 섹션(132) 사이의 접속이 예압에서 손실된다. 클램핑 동안 탄성 변형으로 인한 콜릿 세그먼트(11)의 예압이 클램핑력을 적절하게 유지하기에 충분하지 않은 경우, 재조정 스프링(14)이 효과적일 수 있다. 이는 동작 스터드(13)를 클램핑될 부품(2)으로부터 멀어지는 방향으로 추가로 밀어냄으로써 동작 스터드(13)의 축 방향 위치를 재조정하기에 충분히 가능하다. 스피닝을 정지한 후, 부품(2)의 안전하고 예압된 클램핑이 유지된다.
동작 스터드(13)는 동작 스터드(13)의 주위에서의 안내 표면(137)에서 샤프트 관통 보어(37) 내에서 안내된다. 동작 스터드(13)의 외경의 약간의 편심은 반복 불가능한 불균형을 야기할 수 있다. 따라서, 샤프트 관통 보어(37) 내부의 매우 양호한 정렬이 바람직하다. 샤프트 관통 보어(37)와 안내 표면(137) 사이에, 예를 들어 3 내지 10 마이크론의 직경 맞춤이 바람직하게 설계된다.
도 3b는 샤프트(38)의 클램핑 리세스(3)에서의 클램핑 장치(1)를 나타낸다. 샤프트(38)는 예시를 위해 단순화된 스핀들(1000)에 삽입된다. 도 3b는 동작 스터드(13)에서의 작동 및 클램핑 각도를 나타낸다. 제1 외부 테이퍼형 서브섹션(131)에서 동작 스터드(13)의 리세스(1313)로의 콜릿(10)을 신속하게 유지하고 클램핑될 부품(2)의 그립핑을 위한 제1 외부 테이퍼형 서브섹션(1311)은 클램핑 리세스(3)의 중심 축에 대해 그립핑 각도 GA를 갖는다. 이러한 그립핑 각도 GA는 20° 내지 45° 중에서 선택되는 것이 바람직하고, 이는 테이퍼 표면으로부터 중심선(33)까지 측정된다. 동작 스터드(13)의 제1 테이퍼형 섹션(131)의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션(1312)은 클램핑 리세스(3)의 중심 축에 대하여 제1 클램핑 각도 CA1을 갖는다. 제1 클램핑 각도 CA1은 6° 미만이며, 이는 또한 테이퍼 표면으로부터 중심선(33)까지 측정된다. 잠금-해제 바(12)의 측에서 동작 스터드(13)의 제2 외부 테이퍼형 섹션(132)은 클램핑 리세스(3)의 중심선에 대해 제2 클램핑 각도 CA2를 갖는다. 제2 클램핑 각도 CA2는 바람직하게는 6° 미만이며, 이는 또한 테이퍼 표면으로부터 중심선(33)까지 측정된다.
동작 스터드(13) 및 콜릿(10)은 콜릿(10)의 제1 내부 테이퍼형 섹션(101)과 접촉하는 스터드(13)의 제1 외부 테이퍼(131)의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션(1311)에서 접촉한다. 스터드(13)의 제2 테이퍼형 섹션(132)은 콜릿(10)의 제2 내부 테이퍼형 섹션(102)과 접촉한다.
동작 스터드(13)와 관련하여, 해제 이동 방향 RM 및 클램핑 이동 방향 CM은 도 3b에서 대응하는 화살표로 표기된다.
또한, 스핀들(1000)로부터 샤프트(38)를 제거하기 위해 요구되는 조건에 대한 예로서, 동작 스터드(13)의 최대 직경 D가 표기되어 있다. 샤프트(38)의 축 방향으로 직경 D에서 시작하는 예시적인 이동 PA를 따라, 최대 직경 D는 콜릿(10) 및 샤프트(38)의 내경보다 작다. 또한, 동작 스터드(13)의 안내 표면(137)은 샤프트(38)의 클램핑 단부와 관련하여 안내 표면(137)으로부터 더 멀리 떨어져 있는 샤프트 관통 보어(37)의 부품보다 작은 직경을 갖는다. 보다 일반적으로 말하면, 관통 보어(37) 내부의 부품, 예를 들어, 동작 스터드(13)의 외경은 샤프트(38)의 클램핑 스톱(39)으로부터 멀어지는 방향으로 고려된 외경으로부터 시작하여 콜릿 및 관통 보어(37)의 내경보다 작다. 바람직하게는, 콜릿 세그먼트(11)가 샤프트(38)의 클램핑 리세스(3)의 내부 테이퍼형 섹션(361)과 콜릿(10)의 제2 외부 클램핑 테이퍼(1041) 사이의 테이퍼 접속에 완전히 결합되는 경우이다. 또한, 샤프트 조립체(35)의 외부는 샤프트 및 콜릿에 추가하여 또한 베어링과 같은 다른 부품을 포함할 수 있으며, 샤프트 조립체(35)가 스핀들(1000)로부터 제거되는 것을 방지하는 임의의 더 큰 직경을 갖지 않는다. 샤프트(38) 또는 샤프트 조립체(35)는 추가적인 액션 없이 스핀들(1000)로부터 인출될 수 있다. 이 경우, 동작 스터드(13)는 잠금-해제 바(17)에 그리고 스핀들(1000) 내부에 부착된 상태로 유지된다. 콜릿(10)은 샤프트(38)에 유지된다.
도 3c 및 3d는 안내 슬롯(191)을 갖는 안내 링(19)을 나타낸다. 안내 링(19)은 단일 콜릿 세그먼트(11)의 임의의 측면이 대응하는 콜릿 세그먼트(11)의 원주 방향으로 측면과 접촉하는 접촉면(194)에 의해 규정되는 평면 외에 임의의 다른 평면에서 이동하지 않도록 보장할 것이다. 안내 슬롯(191)의 개수는 콜릿(10)의 콜릿 세그먼트(11)의 개수와 일치한다. 안내 링(19)은 가이드 링(19)을 클램핑 리세스(3)에 센터링하기 위해 센터링 돌출부(192)를 포함한다. 안내 링(19)은 외주에 스레드(193)를 포함한다. 이 스레드(193)에 의해 안내 링(19)은 내주에 카운터 스레드를 포함하는 클램핑 리세스(3)에 나사 고정될 수 있다.
1: 클램핑 장치
10: 콜릿
101: 콜릿의 제1 내부 테이퍼형 섹션
102: 콜릿의 제2 내부 테이퍼형 섹션
103: 클램핑될 부품에서 콜릿을 결합하기 위한 콜릿의 제1 외부 돌출부
1031: 콜릿의 첫 번째 외부 클램핑 테이퍼
1032: 압축 테이퍼 표면
104: 콜릿을 샤프트에 결합하기 위한 콜릿의 제2 외부 돌출부
1041: 콜릿의 제2 외부 클램핑 테이퍼
11: 콜릿 세그먼트
111: 콜릿의 원주 방향으로의 콜릿 세그먼트의 측면
12: 동작 바
121: 동작 바의 종방향 보어
122: 동작 바 헤드
13: 동작 스터드
1310: 접촉 구역
131: 클램핑될 부품 측에서의 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼
1311: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션
1312: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션
1313 동작 스터드의 리세스
132: 동작 스터드의 측에서의 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼
133: 시일링 링
134: 동작 스터드의 스프링 압축면
135: 동작 스터드의 회전 피드스루 카운터-파트
136: 동작 스터드의 축 방향 단부면
137: 동작 스터드의 안내 표면
14: 재조정 스프링
141: 스냅 링
15: 테이퍼형 단부를 갖는 부시
16: 지지 링
17: 잠금-해제 바
171: 잠금-해제 바의 외부 테이퍼형 섹션
172: 잠금-해제 바의 공급 채널
173: 잠금-해제 바의 축 방향 단부면
174: 레이디얼 바 베어링
18: 클램핑 장치 채널
181: 회전 피드스루
182: 베어링 기체 공급 보어
19: 접촉면에서의 콜릿 세그먼트를 안내하기 위한 안내 링
191: 안내 슬롯
192: 센터링 돌출부
193: 안내 링의 외주에서의 스레드
194: 접촉면
2: 클램핑될 부품
20: 공구 홀더
21: 삽입 섹션
22: 클램핑될 부품의 축 방향 단부면
23: 클램핑될 부품의 중심 축
24: 외부 테이퍼
25: 내부 테이퍼형 섹션
26: 내부 축 방향 단부면
3: 클램핑 리세스
31: 클램핑될 부품에 대한 삽입 섹션
32: 클램핑 리세스의 전방 축 접속면
33: 클램핑 리세스의 중심선
34: 샤프트의 내부 테이퍼
35: 샤프트 조립체
36: 클램핑 리세스의 내주 영역에 있는 내부 리세스
361: 클램핑 리세스의 내부 테이퍼형 섹션
37: 샤프트 관통 보어
371: 샤프트 내부의 축 방향 면
38: 샤프트
39: 축 방향 클램핑 스톱
4: 클램핑력 생성 유닛
41: 디스크-스프링 패키지
5: 잠금 유닛
51: 분할된 이중 테이퍼형 튜브
511: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 내부 테이퍼형 섹션
512: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 외부 테이퍼형 섹션
513: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 축 방향 단부면
52: 내부 테이퍼형 부시
100: 제1 종래 기술의 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 기구(HSK 유형, 독일어: Hohlschaftkegelspannmechanismus)
200: 제2 종래 기술의 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 기구(HSK 유형)
1000: 스핀들
D: 최대 직경
PA: 샤프트의 클램핑 단부로부터 멀어지는 방향으로 동작 스터드의 최대 직경에 대한 통과 영역을 따른 예시적인 이동
CA1: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션의 제1 클램핑 각도
CA2: 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼의 제2 클램핑 각도
GA: 동작 스터드의 외부 테이퍼의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션의 그립핑 각도
CM: 동작 스터드의 클램핑 이동 방향
RM: 동작 스터드의 해제 이동 방향
CF: 클램핑력
RF: 해제력
10: 콜릿
101: 콜릿의 제1 내부 테이퍼형 섹션
102: 콜릿의 제2 내부 테이퍼형 섹션
103: 클램핑될 부품에서 콜릿을 결합하기 위한 콜릿의 제1 외부 돌출부
1031: 콜릿의 첫 번째 외부 클램핑 테이퍼
1032: 압축 테이퍼 표면
104: 콜릿을 샤프트에 결합하기 위한 콜릿의 제2 외부 돌출부
1041: 콜릿의 제2 외부 클램핑 테이퍼
11: 콜릿 세그먼트
111: 콜릿의 원주 방향으로의 콜릿 세그먼트의 측면
12: 동작 바
121: 동작 바의 종방향 보어
122: 동작 바 헤드
13: 동작 스터드
1310: 접촉 구역
131: 클램핑될 부품 측에서의 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼
1311: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션
1312: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션
1313 동작 스터드의 리세스
132: 동작 스터드의 측에서의 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼
133: 시일링 링
134: 동작 스터드의 스프링 압축면
135: 동작 스터드의 회전 피드스루 카운터-파트
136: 동작 스터드의 축 방향 단부면
137: 동작 스터드의 안내 표면
14: 재조정 스프링
141: 스냅 링
15: 테이퍼형 단부를 갖는 부시
16: 지지 링
17: 잠금-해제 바
171: 잠금-해제 바의 외부 테이퍼형 섹션
172: 잠금-해제 바의 공급 채널
173: 잠금-해제 바의 축 방향 단부면
174: 레이디얼 바 베어링
18: 클램핑 장치 채널
181: 회전 피드스루
182: 베어링 기체 공급 보어
19: 접촉면에서의 콜릿 세그먼트를 안내하기 위한 안내 링
191: 안내 슬롯
192: 센터링 돌출부
193: 안내 링의 외주에서의 스레드
194: 접촉면
2: 클램핑될 부품
20: 공구 홀더
21: 삽입 섹션
22: 클램핑될 부품의 축 방향 단부면
23: 클램핑될 부품의 중심 축
24: 외부 테이퍼
25: 내부 테이퍼형 섹션
26: 내부 축 방향 단부면
3: 클램핑 리세스
31: 클램핑될 부품에 대한 삽입 섹션
32: 클램핑 리세스의 전방 축 접속면
33: 클램핑 리세스의 중심선
34: 샤프트의 내부 테이퍼
35: 샤프트 조립체
36: 클램핑 리세스의 내주 영역에 있는 내부 리세스
361: 클램핑 리세스의 내부 테이퍼형 섹션
37: 샤프트 관통 보어
371: 샤프트 내부의 축 방향 면
38: 샤프트
39: 축 방향 클램핑 스톱
4: 클램핑력 생성 유닛
41: 디스크-스프링 패키지
5: 잠금 유닛
51: 분할된 이중 테이퍼형 튜브
511: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 내부 테이퍼형 섹션
512: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 외부 테이퍼형 섹션
513: 분할된 이중 테이퍼형 튜브의 축 방향 단부면
52: 내부 테이퍼형 부시
100: 제1 종래 기술의 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 기구(HSK 유형, 독일어: Hohlschaftkegelspannmechanismus)
200: 제2 종래 기술의 중공형 샤프트 테이퍼 클램핑 기구(HSK 유형)
1000: 스핀들
D: 최대 직경
PA: 샤프트의 클램핑 단부로부터 멀어지는 방향으로 동작 스터드의 최대 직경에 대한 통과 영역을 따른 예시적인 이동
CA1: 동작 스터드의 제1 외부 테이퍼의 제2 외부 테이퍼형 서브섹션의 제1 클램핑 각도
CA2: 동작 스터드의 제2 외부 테이퍼의 제2 클램핑 각도
GA: 동작 스터드의 외부 테이퍼의 제1 외부 테이퍼형 서브섹션의 그립핑 각도
CM: 동작 스터드의 클램핑 이동 방향
RM: 동작 스터드의 해제 이동 방향
CF: 클램핑력
RF: 해제력
Claims (15)
- 클램핑 장치(1)가 배치되는 클램핑 리세스(3)에 클램핑될 부품(2)을 유지하기 위한 클램핑 장치(1)로서, 상기 클램핑 장치(1)는:
- 클램핑될 상기 부품(2)의 내주 영역에서 내부 리세스(25)와 결합하기 위한 제1 외부 돌출부(103) 및 상기 클램핑 리세스(3)의 내주 영역에서 내부 리세스(36)와 결합하기 위한 제2 외부 돌출부(104)를 갖는 콜릿(10)으로서, 상기 제1 외부 돌출부(103) 및/또는 상기 제2 외부 돌출부(104) 중 적어도 하나는 상기 콜릿(10) 또는 상기 콜릿(10)의 섹션의 반경 방향 외향 이동에 의해 상기 클램핑 리세스(3)로 클램핑될 상기 부품(2)을 당기기 위해 각각 제1 외부 테이퍼(1031) 및/또는 제2 외부 테이퍼(1041)를 포함하는, 콜릿(10), 및
- 상기 콜릿(10)의 반경 방향 외향 이동을 실시하기 위한 외부 테이퍼형 섹션(131, 132)을 포함하는 동작 스터드(13)를 포함하고,
콜릿(10)은,
- 상기 동작 스터드(13)의 외부 테이퍼, 및
- 상기 콜릿(10) 또는 상기 콜릿(10)과 상기 동작 스터드(13) 사이의 부품
을 서로 고정하는 축 방향으로의 상기 동작 스터드(13)의 이동에 의해 자체-잠금 가능한 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제1항에 있어서,
상기 동작 스터드(13)는,
- 제1 외부 테이퍼형 섹션(131), 및
- 제2 외부 테이퍼형 섹션(132)
중 적어도 하나를 포함하고,
- 상기 동작 스터드(13)의 상기 제1 외부 테이퍼형 섹션(131)의 상기 표면의 적어도 일부와 상기 동작 스터드(13)의 클램핑 이동 방향(CM) 사이의 제1 클램핑 각도(CA1), 및
- 상기 동작 스터드(13)의 상기 제2 외부 테이퍼형 섹션(132)의 상기 표면의 적어도 일부와 상기 동작 스터드(13)의 클램핑 이동 방향(CM) 사이의 제2 클램핑 각도(CA2)
중 적어도 하나가 상기 제1 및 상기 제2 외부 테이퍼형 섹션(131, 132)에서 각각 접촉하는 면들, 및 상기 콜릿(10) 또는 상기 콜릿(10)과 상기 동작 스터드(13) 사이의 부품의 마찰에 의해 상기 동작 스터드(13)가 자체-잠금되기에 충분히 작은 것을 특징으로 하고,
바람직하게는,
상기 제1 및 상기 제2 클램핑 각도(CA1, CA2) 중 적어도 하나는 각각 상기 동작 스터드(13)의 상기 제1 및/또는 상기 제2 외부 테이퍼형 섹션(131)의 표면, 및 상기 콜릿(10) 또는 상기 콜릿(10)과 상기 동작 스터드(13) 사이의 부품 사이의 마찰 계수의 아크탄젠트(arctangent)의 절반보다 더 작고, 및/또는
상기 제1 및/또는 상기 제2 클램핑 각도(CA1, CA2)는 각각 접촉하는 재료들이 모두 강철인 경우, 또는 다른 접촉 재료의 조합이 존재하는 경우에 6° 미만이고, 상기 제1 및/또는 상기 제2 클램핑 각도(CA1, CA2)는 각각 0.15의 상기 아크탄젠트로 나누어진 상기 다른 재료 조합의 상기 마찰 계수의 상기 아크탄젠트의 몫에 6°를 곱함으로써 계산되는 각도보다 작고, 및/또는
클램핑될 부품(2)과 샤프트(38) 사이의 상기 클램핑 기구에 의해 생성된 축 방향 힘(AF)은 상기 클램핑 장치를 해제하기 위한 임의의 축 방향 힘(RF)보다 14배 이상 더 작은 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 클램핑 리세스(3)는 관통 보어(37)를 갖는 샤프트(38)에 배치되고, 상기 클램핑 장치(1)는 상기 관통 보어(37)에 배치되는 잠금-해제 바(17)에 의해 동작 가능한 것을 특징으로 하고, 상기 클램핑 장치(1)는,
- 상기 클램핑 장치(1)를 통해 액체 또는 기체를 안내하기 위한 클램핑 장치 채널(18)로서, 상기 클램핑 장치 채널(18)은 상기 클램핑 장치(1) 및 상기 샤프트(38)와 함께 회전 가능한, 클래밍 장치 채널(18), 및
- 상기 잠금-해제 바(17)에서 상기 클램핑 장치(1)의 상기 회전 가능 클램핑 장치 채널(18)을 공급 채널(172)에 접속하기 위한 회전 피드스루(feedthrough)(181)로서, 상기 잠금-해제 바(17)는 회전 불가능한 것이 바람직한, 회전 피드스루(181)를 포함하고,
바람직하게는, 상기 회전 피드스루(181)는 상기 샤프트(38)의 축 방향으로 분리 가능하고, 상기 회전 피드스루(181)의 적어도 2개의 부품은 각각 상기 샤프트(38) 및 상기 잠금-해제 바(17)와 함께 서로에 대해 회전 가능하고, 서로에 대해 축 방향 이동에 의해 서로로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제3항에 있어서,
상기 회전 피드스루(181)의 베어링 및 시일링 기능은 공기 정역학적, 공기 동역학적, 유체 정역학적 또는 유체 동역학적 베어링 중 적어도 하나에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 축 방향 위치에서 상기 동작 스터드(13)는, 최소 내경이 최대화된 위치에 있을 때, 상기 동작 스터드(13)가 상기 콜릿(10)의 내부로부터 축 방향으로 그리고 클램핑될 상기 부품(2)으로부터 멀어지게 제거될 수 있도록 클램핑될 상기 부품(2)으로부터 멀어지는 방향으로 상기 콜릿(10)의 최소 내경보다 큰 직경(D)을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클램핑 장치(1)는 외주에 반경 방향으로 연장되는 안내 슬롯들(191)을 갖는 안내 링(19)을 포함하고, 상기 안내 슬롯들 각각은 상기 콜릿 세그먼트(들)(11)의 적어도 하나의 측면(111)과의 접촉면(194)에서 콜릿 세그먼트(11)를 안내하도록 구성되고, 상기 측면(111)은 상기 콜릿(10)의 원주 방향으로 상기 콜릿 세그먼트(11)에 배치되고, 상기 안내 슬롯들(191)은 바람직하게는 상기 안내 링(19)의 반경 방향 외주의 완전한 축 방향 길이에 걸쳐 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동작 스터드(13)의 외주는 바람직하게는 상기 동작 스터드(13)의 상기 외주와 샤프트 관통 보어(37)의 내주 사이의 타이트 핏(tight fit)에 의해 상기 샤프트 관통 보어(37)의 상기 내주에서 안내되고, 상기 타이트 핏은 바람직하게는 20 마이크론 미만의 유격, 더욱 바람직하게는 3 내지 5 마이크론의 유격을 갖는 것을 특징으로 하는, 클램핑 장치(1). - 샤프트(38)를 포함하는 스피닝(spinning) 또는 위치 결정 장치(1000)로서,
스핀들(spindle)(1000)의 샤프트(38)가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 클램핑 장치(1)를 포함하는 클램핑 리세스(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항에 있어서,
상기 샤프트(38)는 상기 샤프트(38)의 상기 클램핑 리세스(3)까지 연장되는 축 방향 관통 보어(37)를 갖고,
상기 클램핑 장치(1)는 상기 클램핑 장치(1)의 액션에 의해, 그리고 클램핑된 상태에서 상기 동작 스터드(13)로 동작 바(12)를 통해 힘을 영구적으로 인가하는 전용 클램핑력 생성 유닛(4)의 액션 없이 잠금-해제 바(17)에 의해 동작 가능하고, 바람직하게는 상기 잠금-해제 바(17)는 회전과 관련하여 상기 스핀들(1000)에 고정되고, 및/또는 바람직하게는 클램핑이나 해제가 수행되지 않는 경우 상기 클램핑 장치(1)와 상호 작용하지 않는 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 샤프트(38) 또는 상기 샤프트 조립체(35)는 상기 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000)로부터 추출 가능하고, 상기 샤프트가 추출될 때 상기 클램핑 장치(1)는 상기 잠금/해제 바(17)에 접속되어 상기 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000)에 유지되고, 상기 콜릿(10)은 상기 샤프트(38)에 유지되고, 바람직하게는, 상기 샤프트 조립체(35)는 추출 가능한 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(38)는 재조정 스프링(14)을 포함하고, 상기 재조정 스프링(14)에 의해 회전 중의 상기 콜릿(10)에 대한 원심력 부하로 인한 증가된 클램핑 및 상기 동작 스터드(13)와 상기 콜릿(10) 사이의 결과적인 감소된 예압(pre-load)이 상기 콜릿(10)과 상기 동작 로드(rod)(13) 사이의 상기 예압을 유지하고 복원하기 위해 상기 재조정 스프링(14)에 의해 야기된 상기 동작 바(13)의 축 방향 조정에 의해 보상될 수 있고, 바람직하게는, 상기 재조정 스프링(14)은 상기 동작 스터드(13) 또는 상기 콜릿(10)의 해제 이동으로 압축될 수 있도록 상기 동작 스터드(13)와 상기 스핀들 샤프트(38) 사이에 배치되고, 바람직하게는 코일 스프링의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(38)의 클램핑 리세스(3)로 이미 삽입되고 아직 클램핑되지 않은 부품(2)의 빠른 그립핑(gripping)이 상기 재조정 스프링(14)의 장력 해제와 상기 재조정 스프링(14)에 의한 상기 동작 스터드(13)의 이동에 의해 실시되는 상기 동작 스터드(13)의 이동에 의해 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 잠금-해제 바(17)는 상기 잠금-해제 바(17)와 상기 샤프트(38) 사이의 바 베어링(174)에 의해 지지되고, 바람직하게는, 상기 바 베어링(174)은 기체 정역학적, 기체 동역학적, 유체 정역학적 또는 유체 동역학적 베어링인 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
스터드 시일링(133)이 클램핑될 상기 부품으로의 방향으로 상기 샤프트(38)의 상기 클램핑 리세스(3)의 단부로부터 스핀들 관통 보어(37)의 부품을 시일링하기 위해 상기 동작 스터드(13)와 상기 샤프트(38) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 스피닝 또는 위치 결정 장치(1000). - 클램핑 리세스(3)에 클램핑될 부품(2)을 클램핑하기 위한 방법으로서,
상기 클램핑 리세스(3)에서의 클램핑 장치(1)의 잠금은 클램핑될 상기 부품(2)을 클램핑하기 위하여 반경 방향 외향으로 이동하는 콜릿(10) 내부의 클램핑 이동 방향(CM)으로 적어도 하나의 외부 테이퍼형 섹션(131, 132)을 갖는 동작 스터드(13)를 이동시킴으로써 달성되고,
상기 콜릿(10)은,
- 상기 콜릿(10) 또는 상기 콜릿(10)과 상기 동작 스터드(13) 사이의 부품
- 상기 동작 스터드(13)
를 서로에 대해 고정시킴으로써 가역적으로 자체-잠금되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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