Klemmeinrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Klemmeinrichtung zum Klemmen von Gegenständen (12,51) mit einem relativ zum Gegenstand (12,51) bewegbaren Klemmkolben (23, 55), welcher eine Keilschräge (31, 60) aufweist. Bekannte Klemmeinrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sich zwischen Klemmkolben (23, 55) und dem zu klemmenden Gegenstand (12, 51) eine Linienberührung mit entsprechend hoher Flächenpressung ergibt. Um die Flächenpressung zu reduzieren, ist die erfindungsgemäße Klemmeinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkolben (23, 55) den Gegenstand (12, 51) mittels eines Zwischenelementes (34, 41, 43, 61, 67) klemmt, welches einerseits mit einer zur Keilschräge (31, 60) des Klemmkolbens (23,55) komplementären Schräge (35, 62) und einer andererseits mit einer zu dem zu klemmenden Gegenstand (12, 51) komplementären Kontur versehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Klemmeinrichtung zum Klemmen von Gegenständen mit einem relativ zum Gegenstand bewegbaren Klemmkolben, welcher eine Keilschräge aufweist.

[0002] Ein Stützelement mit einer solchen Klemmeinrichtung ist aus der DE 100 38 760 A1 bekannt.

[0003] Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit dem Klemmen stangenförmiger Elemente beliebigen Querschnitts. Dieses können stangenförmige Halbzeuge, die für eine weitere Bearbeitung gespannt werden, Kolben von Druckmittelzylindern, Stützbolzen von Stützelemten, Kolben von (Werkstück-)Spannmitteln oder ähnliches sein.

[0004] Bei dem in der DE 100 38 760 A1 gezeigten Stützelement wird der Stützbolzen mittels eines Klemmkolbens geklemmt und so in seiner Position fixiert. Der Klemmkolben weist eine schräge Rampe auf, so daß durch Axialverschieben des Klemmkolbens mittels der Rampe eine Klemmkraft auf den Stützbolzen ausgeübt wird. Der Winkel der schrägen Rampe ist dabei so gewählt, daß sich eine selbsthemmende Klemmung ergibt, so daß auch bei einem Ausfall des Hydraulikdrucks sicher gestellt ist, daß sich die Klemmung nicht löst.

[0005] Nachteilig bei dieser Art der Klemmung ist, daß der Klemmkolben direkt auf den Stützbolzen wirkt. Gleichzeitig muß aus Funktionsgründen, insbesondere zum Dichten des Stützbolzens, rund sein oder zumindest eine angenäherte Form aufweisen. In Folge dessen ergibt sich eine Linienberührung zwischen Klemmkolben und Stützbolzen. Relativ hohe Klemmkräfte sind deshalb auf sehr geringer Fläche zu übertragen, wobei die maximale Klemmkraft durch die Werkstoffestigkeit (Fließgrenze) des Klemmkolbens und/oder des Stützbolzens begrenzt ist. Modernen Werkzeugmaschinen arbeiten zum Teil mit hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit, welche entsprechende Vibrationen nach sich ziehen. Gleichzeitig sind auch die Antriebsleistungen der Werkzeugmaschinen erhöht worden, so daß die Bearbeitungskräfte bei erhöhter Bearbeitungsgeschwindigkeit zumindest kaum vermindert worden sind. Aufgrund dessen sind so hohe Klemmkräfte erforderlich, daß sie mit der bekannten Lösung nicht mehr erreicht werden können, ohne daß der Stützbolzen und/oder der Klemmkolben beschädigt werden.

[0006] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde eine Klemmeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit ihr auch sehr hohe Klemmkräfte aufgebracht werden können, ohne daß eine Gefahr der Beschädigung des Klemmkolben und/oder des zu klemmenden Gegenstandes besteht.

[0007] Zur Lösung dieses Problems ist die erfindungsgemäße Klemmeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkolben den Gegenstand mittels eines Zwischenelementes klemmt, welches einerseits mit einer zur Keilschräge des Klemmkolbens komplementären Schräge und andererseits mit einer zu dem zu klemmenden Gegenstand komplementäre Kontur versehen ist.

[0008] Da das Zwischenelement einerseits eine auf die Schräge des Klemmkolbens und andererseits auf den zu klemmenden Gegenstand angepaßten Kontur aufweist, ergibt sich zwischen Klemmkolben und Zwischenelement einerseits und Zwischenelement und dem zu spannenden Gegenstand andererseits eine Flächenberührung, so daß bei durch die Werkstoffestigkeit vorgegebener maximaler Flächenpressung entsprechend höhere Klemmkräfte übertragen werden können als beim Stand der Technik.

[0009] Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf konstruktive Ausgestaltungen der Zwischenelementes und des Klemmkolbens.

[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Stützelement mit einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen im Längsschnitt,

Fig. 2

das Stützelement gemäß Figur 2 in einem Querschnitt in der Ebene II-II,

Fig. 3

ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Stützelement mit den Erfindungsmerkmalen in Seitenansicht;

Fig. 4

das Stützelement gemäß Figur 3 im Radialschnitt,

Fig. 5

eine Variante des Stützelementes gemäß Figur 3 im Radialschnitt,

Fig. 6

einen Schwenkspanner mit einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen in Längsschnitt,

Fig. 7

den Schwenkspanner gemäß Figur 6 in Radialschnitt in der Ebene VII-VII,

Fig. 8

einer Einzelheit (auf Ansicht VIII) des Schwenkspanners gemäß Figur 6,

Fig. 9

eine Variante des Schwenkspanners gemäß Figur 6 im Radialschnitt in der Ebene VII-VII,

Fig. 10

eine weitere Variante des Schwenkspanner gemäß Figur 6 im Radialschnitt in der Ebene VII-VII,

Fig. 11

ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Klemmeinrichtung mit den Erfindungsmerkmalen im Radialschnitt,

Fig. 12

die Klemmeinrichtung gemäß Figur 11 in einem Längsschnitt in der Ebene XII-XII.

[0011] Das in Figur 1 und 2 gezeigte Stützelement 10 dient zum Abstützen bereits anderweitig gespannter Werkstücke 11 während deren Bearbeitung. Zum Abstützen des jeweiligen Werkstücks 11 dient ein Stützbolzen 12, welcher in einem im vorliegenden Fall zweiteilig ausgebildetem Gehäuse 13 längsverschieblich angeordnet ist. An seinem vom Werkstück 11 abgewandeten Ende weist der Stützbolzen 12 einen Teller 14 auf, welcher dichtend in einer Zylinderbohrung 15 im Gehäuseunterteil 16 geführt ist. Eine Dichtbuchse 17 schließt die Zylinderbohrung 15 am Übergang vom Gehäuseunterteil 16 zum Gehäuseoberteil 18 derart ab, daß ein zwischen dem Teller 14 und der Dichtbuchse 17 liegender Druckraum 19 sowohl gegen das Gehäuse 13 als auch gegen den Stützbolzen 12 gedichtet ist. Ein weiterer Druckraum 20 ist auf der dem Druckraum 19 gegenüber liegenden Seite des Teller 14 angeordnet. Die Druckräume 19, 20 können mittels Hydraulikanschlüssen 21, 22 mit Druckmittel beaufschlagt und so der Stützbolzen 12 ein- und ausgefahren werden.

[0012] Um den Stützbolzen 12 auch bei einem Ausfall der Druckmittelversorgung für die Druckräume 19, 20 sicher in seiner Position zu halten, ist im Gehäuseoberteil 18 eine Klemmeinrichtung vorgesehen. Die Klemmeinrichtung weist einen Klemmkolben 23 auf, welcher in einer quer zur Längsmittelachse des Stützbolzens 12 gerichteten Zylinderbohrung 24 geführt ist. Die Zylinderbohrung 24 ist im vorliegenden Fall als Sackbohrung ausgeführt und an Ihrem offenen Ende durch einen Deckel 25 verschlossen. Zu beiden Stirnseiten des Klemmkolbens 23 ist je ein Druckraum 26, 27 angeordnet, welche über Druckmittelbohrungen 28, 29 mit Druckmittel beaufschlagbar sind. In seinem mittleren Bereich weist der Klemmkolben 23 eine Keilschräge 31 auf.

[0013] Im Gehäuseoberteil 18 ist weiterhin eine zur Zylinderbohrung 15 im Gehäuseunterteil 16 fluchtende Bohrung 30 vorgesehen, durch welche der Stutzbolzen 12 hindurch geführt ist und die an ihrer zum Werkstück 11 weisenden Seiten in einer Bohrung 32 kleineren Durchmessers übergeht. Der Durchmesser der Bohrung 32, wie auch der Durchmesser einer Durchgangsbohrung 33 in der Dichtbuchse 17 sind so bemessen, daß sie geringfügig größer sind als der Durchmesser des Stützbolzens 12, so daß zwischen der Durchgangsbohrung 32 und der Bohrung 33 einerseits und dem Stützbolzen 12 andererseits ein schmaler Spalt entsteht. Der Stützbolzen 12 ist also weder in der Durchgangsbohrung 32 noch in der Bohrung 33 geführt.

[0014] Im Bereich der Bohrung 30 ist um den Stützbolzen 12 eine Buchse 34 herumgelegt, so daß der Stützbolzen 12 mittels der Buchse 34 in der Bohrung 30 gleitend geführt ist. Die Buchse 34 ist an ihrer zum Klemmkolben 23 weisenden Seite abgeflacht, so daß eine zur Keilschräge 31 des Klemmkolbens 23 komplementäre Schräge 35 entsteht.

[0015] An der der Schräge 35 gegenüberliegenden Seite ist die Buchse 34 ebenfalls mit einer Abflachung 36 versehen, so daß hier zwischen der Bohrung 30 und der Abflachung 36 ein Spalt 37 in der Form eines Kreisabschnittes ergibt. In diesem Bereich ist die Buchse 34 mit einem Schlitz 38 versehen. Konkret ist die Richtung des Schlitzes senkrecht zur Keilschräge 31 orientiert. Auf diese Weise kann die Buchse 34 auf- und zugebogen werden.

[0016] Auch der Klemmkolben 23 ist auf seiner dem Stützbolzen 12 abgewandten Längsseite mit einer Abflachung 39 versehen, so daß auch hier ein Spalt 40 in Form eines Kreisabschnittes entsteht.

[0017] Wird nun der Druckraum 27 für den Klemmkolben 23 mit Druckmittel beaufschlagt, wird der Klemmkolben 23 in der Darstellung gemäß Figur 2 nach oben verschoben, wobei die Keilschräge 31 auf der Schräge 35 der Buchse 34 gleitet. Die Buchse 34 wird dadurch in die Bohrung 30 gedrückt. Hierdurch biegt sich die Buchse 34 zu und klemmt den Stützbolzen 12. Da die Keilschräge 31 so ausgelegt ist, daß sie mit einem selbsthemmenden Keilwinkel versehen ist, bleibt die Klemmung auch erhalten, falls kein Hydraulikdruck mehr am Druckraum 27 anliegt.

[0018] Aufgrund der Abflachung 36 und des sich dadurch ergebenen Spaltes 37 ergibt sich bei der Krafteinleitung in die Buchse 34 ein "prismatischer" Effekt. Wie durch die in Figur 2 eingezeichneten Pfeile angedeutet, ergeben sich drei derartig zur Mittelachse des Stützbolzens 12 gerichtete Kräfte, welche in ihrer Summe höher sind als bei einer Buchse ohne Abflachung, bei der lediglich zwei aufeinander zugerichtete Kräfte, nämlich von dem Klemmkolben 23 auf die Buchse 34 ausgeübten Kraft einerseits und einer genau diametral gegenüberliegenden Gegenkraft von der Bohrung 30 auf die Buchse 34. Es ergibt sich somit ein kraftverstärkender Effekt und, in dessen Folge, eine erhöhte Klemmkraft.

[0019] In den Figuren 4 und 5 ist eine Abwandlung der Klemmeinrichtung für das Stützelement 10 gemäß Figur 1 bis 3 gezeigt. Konkret ist an Stelle der Buchse 34 in Figur 4 eine Buchse 41 mit einem parallel zur Keilschräge 31 verlaufendem Schlitz 42 gezeigt. Der Schlitz 42 erstreckt sich zu beiden Seiten des Stützbolzens 12, ohne jedoch an der einen, in Figur 4 rechten, Seite das Material vollständig zu durchdringen.

[0020] In Figur 5 ist eine Klemmeinrichtung mit zweiteiliger Buchse 43 aus zwei Halbschalen 44, 45 gezeigt. Auf diese Weise ergibt sich ein durchgehender Schlitz 46, der im vorliegenden Fall wiederum parallel zur Keilschräge 31 gerichtet ist. Selbstverständlich kann der Schlitz 46 auch jede andere, beliebige Orientierung haben. Insbesondere kann er auch senkrecht zur Keilschräge 31 orientiert sein, wie in Fig. 2 gezeigt.

[0021] Bei dem Schwenkspanner 47 gemäß Figur 6 bis 8 wird ein Spanneisen 48 zum Klemmen eines Werkstücks 49 um einen Achsbolzen 50 verschwenkt. Hierzu dient ein Betätigungskolben 51. Dieser Betätigungskolben 51 wird analog zum Stützbolzen 12 des Stützelementes 10 gemäß Figur 1 bis 5 betätigt, so daß hier analoge Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Jedoch ist die Zylinderbohrung 15 bei dem Schwenkspanner 47 als nach unten offene Bohrung ausgeführt und durch einen Deckel 52 verschlossen.

[0022] Der Betätigungskolben 51 ist bei diesem Schwenkspanner 47 direkt in der Bohrung 30 geführt und wird in der Stellung, in der das Werkstück 49 gespannt ist, durch eine nachfolgend näher beschriebene Klemmeinrichtung geklemmt.

[0023] Im Gehäuse ist wiederum eine quer zur Längserstreckung des Betätigungskolben 51 verlaufende Zylinderbohrung 53 vorgesehen, welche durch einen Deckel 54 verschlossen ist. In der Zylinderbohrung 53 ist ein Klemmkolben 55 gleitend geführt. Druckkammern 56, 57 zu beiden Seiten des Klemmkolbens 55 können über Druckmittelanschlüsse 58, 59 mit Druckmittel beaufschlagt werden. Der Klemmkolben 55 weist wiederum eine Keilschräge 60 mit selbsthemmendem Keilwinkel auf.

[0024] Im Gegensatz zum Stützelement 10 gemäß Figur 1 bis 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich ein Zwischenstück 61 vorgesehen, das einerseits zwei zur Keilschräge 60 komplementäre Schrägen 62 und andererseits eine zum Betätigungskolben 51 komplementäre, kreisabschnittartige Nut 63 aufweist (Fig. 7). Wie in Figur 6 und insbesondere 8 gut zu erkennen ist, sind im Bereich beider Stirnseiten des Zwischenstücks 61 zu beiden Längsseiten des Klemmkolbens 55 verlaufende Stege 64 vorgesehen, die das Zwischenstück 61 führen. Der Radius des Mantels des Zwischenstücks 61 ist etwas kleiner als der Radius der Bohrung 53 für den Klemmkolben 55, so daß sich wischen dem Zwischenstück 61 und der Bohrung 53 für den Klemmkolben 55 ein Spalt 69 in Form eines Kreisbogenabschnittes ergibt. Auf diese Weise ist das Zwischenstück 61 ausschließlich durch den Klemmkolben 55 geführt. Gleichzeitig ist das Zwischenstück 61 in Radialrichtung des Betätigungskolbens 51 beweglich.

[0025] Im Bereich zwischen den Stegen 64 weist das Zwischenstück 61 eine Ausnehmung 65 auf, welche beim Klemmen eine gewisse Durchbiegung des Zwischenstücks 61 erlaubt. Hierdurch ergibt sich wiederum die bereits weiter oben beschriebene "prismatische" Effekt, jedoch mit dem Unterschied, daß die auf den Betätigungskolben 51 drückenden Längskanten 66 jeweils für sich auf den Betätigungskolben 51 drücken. Der Betätigungskolben 51 stützt sich dabei in der Bohrung 30 des Gehäuses 13 ab. Die Summe aus den Anpreßkräften an den Längskanten 66 und der Abstützkraft in der Bohrung 30 halten über die Reibung den Betätigungskolben 51.

[0026] In den Figuren 9 und 10 sind Abwandlungen in der, anhand der Figuren 6 bis 8 gezeigt. Der Unterschied besteht darin, daß kein kreiszylindrischer Betätigungskolben 51, sondern ein Betätigungskolben 51 mit anderen Querschnitten vorgesehen ist.

[0027] Eine weitere Abwandlung für ein Klemmstück 67 ist in Figur 11 und 12 gezeigt. An seiner dem Betätigungskolben 51 zugewandten Längsseite weist das Zwischenstück 67 einen kreiszylindrischen Mantel mit dem Radius R; auf, welcher zur Mitte der Bohrung 53 um einen Betrag x versetzt ist. Hierdurch entsteht ein sichelartiger Spalt 68 zwischen der Bohrung 53 und dem Zwischenstück 67. Hierdurch ist eine Bewegung des Klemmstückes 67 quer zur Bohrung 53 in Richtungen auf dem Betätigungskolben 51 möglich. Gleichzeitig das Klemmstück 67 aber in Längsrichtung des Betätigungskolben 51 in der Bohrung 53 geführt.

B e z u a s z e i c h e n l i s t e :

[0028] 

10

Stützelement

11

Werkstück

12

Stützbolzen

13

Gehäuse

14

Teller

15

Zylinderbohrung

16

Gehäuseunterteil

17

Dichtbuchse

18

Gehäuseoberteil

19

Druckraum

20

Druckraum

21

Hydraulikanschluß

22

Hydraulikanschluß

23

Klemmkolben

24

Zylinderbohrung

25

Deckel

26

Druckraum

27

Druckraum

28

Druckmittelbohrung

29

Druckmittelbohrung

30

Bohrung

31

Keilschräge

32

Bohrung

33

Durchgangsbohrung

34

Buchse

35

Schräge

36

Abflachung

37

Spalt

38

Schlitz

39

Abflachung

40

Spalt

41

Buchse

42

Schlitz

43

Buchse

44

Schale

45

Schale

46

Schlitz

47

Schwenkspanner

48

Spanneisen

49

Werkstück

50

Achsbolzen

51

Betätigungskolben

52

Deckel

53

Zylinderbohrung

54

Deckel

55

Klemmkolben

56

Druckkammer

57

Druckkammer

58

Druckmittelanschluß

59

Druckmittelanschluß

60

Keilschräge

61

Zwischenstück

62

Schräge

63

Nut

64

Steg

65

Ausnehmung

66

Längskanten

67

Zwischenstück

68

Spalt

69

Spalt

R

Radius

x

Versatz

Ansprüche

1. Klemmeinrichtung zum Klemmen von Gegenständen (12,51) mit einem relativ zum Gegenstand (12, 51) bewegbaren Klemmkolben (23, 55), welcher eine Keilschräge (31, 60) aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der Klemmkolben (23, 55) den Gegenstand (12, 51) mittels eines Zwischenelementes (34, 41, 43, 61, 67) klemmt, welches einerseits mit einer zur Keilschräge (31, 60) des Klemmkolbens (23, 55) komplementären Schräge (35, 62) und andererseits mit einer zu dem zu klemmenden Gegenstand (12, 51) komplementären Kontur versehen ist.

2. Klemmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement eine, insbesondere einen Schlitz (38, 42, 46) aufweisende Buchse (34, 41, 43) ist, in welcher der zu klemmende Gegenstand (12) geführt ist.

3. Klemmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (38) an der dem Klemmkolben (23) gegenüberliegenden Seite der Buchse (34) angeordnet ist.

4. Klemmeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (42, 46) etwa parallel zur Keilschräge (31) verläuft.

5. Klemmeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (34, 41, 43) an der dem Klemmkolben (23) gegenüberliegenden Seite abgeflacht ist, derart, daß zwischen der Buchse (34, 41, 43) und einer Bohrung (30) für die Buchse (34, 41, 43) ein Spalt (40) angeordnet ist.

6. Klemmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement ein Zwischenstück (61, 67) mit einer zu dem zu klemmenden Gegenstand (51) komplementären Nut (63) ist.

7. Klemmeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (61, 67) auf seiner dem Klemmkolben (55) zugewandten Seite eine Ausnehmung (66) aufweist.

8. Klemmeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (61) mittels Stegen (64) am Klemmkolben (55) geführt ist.

9. Klemmeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (67) einen kreiszylindrischen Mantelabschnitt aufweist, dessen Mittelpunkt um ein Maß (x) von der Längsmittelachse einer Bohrung (53) für den Klemmkolben (55), insbesondere vom zu klemmenden Gegenstand (51) weg, versetzt ist.

10. Klemmeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkolben (23) auf seiner dem Zwischenelement abgewandten Seite abgeflacht ist.

Zeichnung