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Anwendungsgebiet und Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Spannelement zum Festlegen eines Werkstücks mit
einem im Betrieb ortsfesten Gehäuse,
einem gegenüber
dem Gehäuse
beweglichen Spannhebel mit einem Spannbereich zur Kraftbeaufschlagung
des Werkstücks
und einem gegenüber
dem Gehäuse
in einer Ausfahrrichtung translativ ausfahrbarem Kolben, wobei der
Kolben zum Verschwenken des Spannhebels ausgebildet ist, so dass
der Spannhebel zwischen einem gelösten Ausgangszustand und einem
gespannten Endzustand beweglich ist, und wobei der Spannhebel um eine
Hauptschwenkachse schwenkbeweglich am Gehäuse gelagert ist.
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Gattungsgemäße Spannelemente
sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der zumeist hydraulisch
betätigte
Kolben ist bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Spannelementen
schwenkbar am Spannhebel gelagert. Der Spannhebel ist weiterhin
mit dem Gehäuse
verbunden, so dass eine Kraftbeaufschlagung des Spannhebels mittels
des Kolbens zu einem Verschwenken des Spannhebels führt. Hierdurch
wird auch der Spannbereich verlagert und kann somit gegen das Werkstück gepresst werden,
welches dadurch auf einer Aufspannfläche einer Spanneinrichtung
fixiert wird.
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Da
der Kolben rein translativ bewegt wird, ist bei einem Typ von Spannelementen
aus dem Stand der Technik vorgesehen, dass der Spannhebel mittels
zweier als Ausgleichsmittel wirkenden Laschenelementen nur mittelbar
mit dem Gehäuse
schwenkbar verbunden ist. Die beiden Laschenelemente sind dabei
jeweils am Spannhebel und am Gehäuse schwenkbar
gelagert, so dass die Schwenkachse, um die der Spannhebel unmittelbar
verschwenkbar ist, nicht ortsfest relativ zum Gehäuse vorgesehen
ist.
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Als
nachteilig an diesen Spannelementen wird angesehen, dass der Spannhebel
nur eine geringe Stabilität
gegen Seitenkräfte
in Richtung der Schwenkachsen der Laschenelemente aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiterhin auch solche gattungsgemäße Spannelemente
bekannt, bei denen der Kolben ohne weiteres Ausgleichsmittel unmittelbar
auf einen dem Spannbereich abgewandten Kontaktbereich des Spannhebels drückt und
im Zuge des dadurch resultierenden Verschwenkens des Spannhebels
an diesem unter Aufrechterhaltung einer Linienberührung entlang
gleitet. Die Rückholung
des Spannhebels erfolgt dabei mittels einer Torsionsfeder, die den
Spannhebel permanent in seine entspannte Stellung momentenbeaufschlagt.
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Nachteilig
an solchen Spannelementen ist jedoch, dass die Linienberührung die übertragbaren Spannkräfte stark
begrenzt und die hohe Flächenpressung
durch die Linienberührung
einen hohen Verschleiß am
Kolben und am Kontaktbereich des Spannhebels mit sich bringt.
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Aufgabe und Lösung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Spannelement dahingehend
weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik verhindert
oder vermindert werden.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass der Kolben eine Kontaktfläche aufweist, an der bei einer
gemeinsamen Spannbewegung des Spannhebels mit dem Kolben eine zur
Kontaktfläche
des Kolbens korrespondierende Kontaktfläche des Spannhebels entlang
gleitet, wobei die Kontaktflächen
sich bei einer gemeinsamen Spannbewegung des Spannhebels mit dem
Kolben stets zumindest abschnittsweise in Flächenkontakt miteinander befinden.
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Das
im Betrieb ortsfeste Gehäuse
ist insbesondere zur Festlegung an einer Aufspannfläche einer
Spanneinrichtung vorgesehen, auf der das Werkstück festgelegt werden kann.
Die Ortsfestigkeit des Gehäuses
bezieht sich darauf, dass gegenüber
der Aufspannfläche
keinerlei Relativbewegung des Gehäuses im Betrieb vorgesehen
ist. Dies schließt
jedoch keine Bewegung der Spanneinrichtung in ihrer Gesamtheit aus.
An diesem Gehäuse
ist der Spannhebel erfindungsgemäß unmittelbar
gelagert, so dass die Hauptschwenkachse sowohl relativ zum Spannhebel
als auch relativ zum Gehäuse
eine unveränderliche
Lage aufweist. Diese unmittelbare Verschwenkbarkeit des Spannhebels
gegenüber
dem Gehäuse
ermöglicht
es, eine besonders große
Stabilität
des Spannhebels zu erzielen, insbesondere im Hinblick auf Seitenkräfte, also
Kräfte,
die eine Richtungskomponente parallel zur Hauptschwenkachse aufweisen.
Der erforderliche Längenausgleich,
der benötigt
wird, da der Spannhebel eine Kreisbahn um die Hauptschwenkachse
beschreibt und der Kolben eine Linienbahn beschreibt, wird dadurch
erzielt, dass der Kolben und der Spannhebel derart aufeinander abgestimmt
sind, dass der Kolben am Spannhebel entlang gleiten kann. Hierzu
sind beidseitig am Spannhebel sowie am Kolben Kontaktflächen vorgesehen,
die im Zuge des Spannvorgangs aneinander entlang gleiten und dabei
im permanenten Flächenkontakt
verbleiben. Der Spannhebel und der Kolben sind vorzugsweise derart
gestaltet, dass dieser Flächenkontakt
vorzugsweise zumindest über
einen Schwenkwinkel des Spannhebels gegenüber dem Gehäuse von mindestens 20°, vorzugsweise
von mindestens 45°,
erhalten bleibt. Der Flächenkontakt ist
im Hinblick auf die Übertragung
großer
Kräfte
vom Kolben auf den Spannhebel von Vorteil. Darüber hinaus ist eine solche
Ausgestaltung besonders unempfindlich gegen eindringende Späne.
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Das
Spannelement kann hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betrieben
werden. Unter dem Kolben im Sinne der Erfindung wird ein rein translativ bewegliches
und motorisch kraftbeaufschlagbares Bauelement verstanden, ohne
dass hierfür
die Art der Kraftbeaufschlagung eine Rolle spielt.
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Insbesondere
von Vorteil ist es, wenn der Spannhebel einen Hebelabschnitt und
einen gegenüber
dem Hebelabschnitt um eine Nebenschwenkachse schwenkbeweglichen
Kontaktflächenabschnitt aufweist,
wobei die spannhebelseitige Kontaktfläche am Kontakfflächenabschnitt
vorgesehen ist. Durch den separaten Kontaktflächenabschnitt lässt sich eine
kontinuierliche Flächenberührung zwischen dem
Kolben und dem Spannhebel besonders vorteilhaft und einfach realisieren.
Der Kontaktflächenabschnitt
ist um eine relativ zum Kontaktflächenabschnitt und relativ zum
Hebelabschnitt ortsfeste Nebenschwenkachse gegenüber dem Hebelabschnitt verschwenkbar.
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Die
Schwenkbeweglichkeit des Kontaktflächenabschnitts relativ zum
Hebelabschnitt wird vorzugsweise durch eine Gabelkopfverbindung
geschaffen, die eine symmetrische und besonders effiziente Kraftübertragung
zwischen Kontakfflächenabschnitt und
Hebelabschnitt gewährleistet.
Der Kontaktflächenabschnitt
kann insbesondere als einstückiges Bauteil
ausgebildet sein, welches an gegenüberliegenden Enden jeweils
einen Bolzenabschnitt aufweist, zwischen denen die Kontaktfläche zur
Krafteinleitung vorgesehen ist. Eine alternative Gestaltung sieht
vor, dass der Kontaktflächenabschnitt
und der Bolzen, der im Gabelkopf vorgesehen ist, als zwei separate
Bauteile vorgesehen sind, wobei der Kontaktflächenabschnitt mit der Kontaktfläche eine Bohrung
aufweist, mittels derer er schwenkbar auf dem Bolzen aufgesetzt
ist. Der Kontaktflächenabschnitt
und der Kolben sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt,
dass in Richtung der Nebenschwenkachse ein Formschluss besteht,
so dass der Kontaktflächenabschnitt
keine zusätzlichen
Sicherungsmaßnahmen
gegen ein Herausrutschen aus dem Hebelabschnitt braucht.
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Die
Kontaktflächen
am Spannhebel und/oder am Kolben sind vorzugsweise eben ausgebildet.
Es sind jedoch auch andere Gestaltungen, insbesondere mit balligen
Kontaktflächen
möglich.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der kolbenseitigen Kontaktfläche sieht
vor, dass diese schräg
gestellt ist, so dass eine Flächennormale auf
der kolbenseitigen Kontaktfläche
mit der Ausfahrrichtung einen Winkel größer 0° einschließt, vorzugsweise zwischen 0° und 15°. Eine solche
Schrägstellung
der Kontaktfläche
führt dazu,
dass der Kolben im Zuge des Spannens des Spannelements mit einer Querkraft
quer zur Ausfahrrichtung beaufschlagt wird. Dies ist zwar üblicherweise
nicht gewünscht, durch
die Schrägstellung
ist es jedoch auch möglich, durch
andere Einflüsse
hervorgerufene Querkräfte auf
den Kolben zu kompensieren, so dass die auf den Kolben wirkenden
Querkräfte
durch die Schrägstellung
verringert oder vollständig
kompensiert werden können.
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Besonders
von Vorteil ist es, wenn die Schrägstellung der kolbenseitigen
Kontaktfläche
so geartet ist, dass die kolbenseitige Kontaktfläche zur Schwenkachse hin entgegen
der Ausfahrrichtung abfällt.
Durch die se Gestaltung wird der Kolben durch das Spannen des Spannelements
von der Schwenkachse weg mit einer Querkraft beaufschlagt. Die Querkraft
kann dabei bei abgestimmter Schrägstellung
der Kontaktfläche
so eingestellt werden, dass sie gleich groß ist wie eine in entgegengesetzte
Richtung auf den Kolben wirkende Querkraft, die Resultat der Tatsache
ist, dass der Spannhebel beim Beschreiben der Kreisbahn um die Hauptschwenkachse
aufgrund der Haftreibung oder Gleitreibung zwischen Kolben und Spannhebel
den Kolben in Richtung der Schwenkachse zieht.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind der Kolben und das Spannelement
derart aufeinander abgestimmt, dass der Kolben eine Rückholkraft entgegen
der Ausfahrrichtung auf das Spannelement übertragen kann. Bei einer solchen
Ausgestaltung ist demnach der Kolben nicht nur in der Lage, beim
Ausfahren das Spannelement mit einer Spannkraft zu beaufschlagen,
sondern darüber
hinaus in der Lage, bei einer entgegengesetzten Richtung zum Lösen eines Spannzustandes
den Spannhebel wieder mit zurückzuführen. Der
Kolben weist zu diesem Zweck vorzugsweise Fortsätze auf, die in Hinterschneidungen des
Spannhebels, insbesondere des Kontaktflächenabschnitts des Spannhebels,
eingreifen. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein sicheres Herstellen
des entspannten Zustandes durch Zurückfahren des Kolbens.
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Vorzugsweise
ist der Kolben mittels einer Gleitführung mit dem Spannhebel verbunden.
Eine solche Gleitführung
kann beispielsweise als Nutenführung
oder Schwalbenschwanzführung
ausgebildet sein. Diese Führung
kombiniert die erforderlichen Maßnahmen zur Einleitung von
Kräften
vom Kolben auf den Spannhebel in Ausfahr- und Rückholrichtung. Darüber hinaus
wird durch so eine Führung
bei entsprechender Ausgestaltung auch ein Formschluss zwischen dem
Kolben und dem Kontaktflächenabschnitt
in Richtung der Hauptschwenkachse erzielt, wodurch der Kontaktflächenabschnitt
des Spannhebels gegen ein Herausrutschen aus dem Hebelabschnitt
des Spannhebels gesichert ist.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktflächen und/oder
die Nebenschwenkachse im Endzustand in Ausfahrrichtung des Kolbens jenseits
der Hauptschwenkachse angeordnet. Im Falle eines ebenen Spannbereichs
ist der Endzustand dadurch charakterisiert, dass der Spannbereich
in dieser Stellung etwa parallel zur Aufspannfläche ausgerichtet ist. Der Spannbereich
am Spannhebel muss jedoch nicht eben ausgebildet sein, sondern kann
beispielsweise auch eine ballige Gestalt haben und zum Linienkontakt
mit dem Werkstück vorgesehen
sein. In einem solchen Fall existiert nicht nur eine Endstellung,
sondern ein Bereich verschiedener Stellungen des Spannhebels, die
in Abhängigkeit
der Anbringung des Spannelements und der Gestalt des Werkstücks als
Endstellungen dienen können.
Die Ausgestaltung gemäß dieser
Weiterbildung erlaubt es, die Kontaktflächen am Kolben und am Spannhebel
bzw. dem Kontaktflächenabschnitt
des Spannhebels klein zu halten und dennoch eine Verschwenkbarkeit
des Spannhebel um einen großen Winkel,
vorzugsweise um mindestens 60°,
zu ermöglichen.
Die Kontaktflächen,
die im Zuge des Spannens des Spannelements durch die kreisförmige Bewegung
der spannhebelseitigen Kontaktfläche
und die lineare Bewegung der kolbenseitigen Kontaktfläche aneinander
entlang gleiten, werden durch diese Ausgestaltung zu Beginn des
Spannvorgangs zunächst
in eine erste Richtung gegeneinander verschoben, bis die Kontaktflächen bzw.
die Nebenschwenkachse einerseits und die Hauptschwenkachse andererseits
in Ausfahrrichtung auf gleicher Höhe sind. Im weiteren Verlauf
des Spannvorgangs werden die Kontaktflächen in einer zweiten Richtung,
die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, gegeneinander verschoben.
Durch diese zweiphasige bidirektionale Gleitbewegung im Zuge des
Spannvorgangs kann mit einer vergleichsweise kleinen Kontaktfläche am Kolben
und/oder am Spannhebel eine besonders weite Verschwenkbarkeit des
Spannhebels erreicht werden, ohne dass dies sehr große Kontaktflächen am
Spannhebel und/oder am Kolben erfordern würde.
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Bei
einer hierauf aufbauenden Weiterbildung sind die Kontaktflächen oder
die Nebenschwenkachse im Endzustand in Ausfahrrichtung des Kolbens vorzugsweise
derart jenseits der Hauptschwenkachse angeordnet, dass eine gedachte
Verbindungslinie zwischen der Hauptschwenkachse einerseits und den
Kontaktflächen
bzw. der Nebenschwenkachse andererseits mit der Ausfahrrichtung
des Kolbens einen Winkel von weniger als 85°, vorzugsweise einen Winkel
zwischen 60° und
80° einschließt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse einen Hauptabschnitt und
einen fest mit dem Hauptabschnitt verbundenen Lagerabschnitt auf,
wobei der Lagerabschnitt zur schwenkbaren Lagerung des Spannhebels
vorgesehen ist. Zwar wird unter Stabilitätsgesichtspunkten ein vollständig einstückiges Gehäuse als
vorteilhaft angesehen, die Mehrstückigkeit mit einem getrennten
Lagerabschnitt erlaubt jedoch eine preisgünstigere Fertigung.
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Zur
Verbindung des Lagerabschnitts mit dem Hauptabschnitt ist vorzugsweise
eine Doppelgewindeschraube vorgesehen, mittels derer der Lagerabschnitt
mit dem Hauptabschnitt verbunden ist. Diese Doppelgewindeschraube
ist stiftförmig
ausgebildet und weist an gegenüberliegenden
Enden ein linksgängiges
und ein rechtsgängiges
Gewinde auf. Korrespondierend hierzu sind am Lagerabschnitt und
am Hauptabschnitt Bohrungen mit gegenläufigen Gewinden vorgesehen.
Die Doppelgewindeschraube erlaubt eine Fügung des Lagerabschnitts an
den Hauptabschnitt, bei der die Ausrichtung des Lagerabschnitts
zum Hauptabschnitt frei festlegbar ist. Darüber hinaus ist die Doppelgewindeschraube,
die keinen Schraubenkopf aufweist, sondern stattdessen beispielsweise
einen Innensechskant, besonders Platz sparend. Da je nach Baugröße des Spannelements
der Lagerabschnitt in unmittelbarer Nähe zum Kolben und einem gegebenenfalls
hierfür
vorgesehenen Zylinder angeordnet ist, kann durch die Verwendung
der Doppelgewindeschraube eine ansonsten schwierig vermeidbare Kollision
zwischen Zylinder und Schraubenkopf der den Lagerabschnitt fixierenden
Schraube vermieden werden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse einen in etwa zylindrischen
Festlegungsabschnitt auf, an dessen Außenseite ein Außengewinde
vorgesehen ist und mittels dessen das Gehäuse in seiner Gesamtheit in
eine korrespondierende Bohrung einer Spanneinrichtung einschraubbar
ist.
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Der
Festlegungsabschnitt, der integraler Bestandteil des Gehäuses ist
und mit diesem fest verbunden ist, dient dabei selbst der Festlegung
des Gehäuses.
Hierzu ist an einer Aufspannfläche,
auf der das Werkstück
festzuspannen ist, eine entspreche Ausnehmung mit einem Innengewinde
vorgesehen, in die das Spannelement in seiner Gesamtheit eingeschraubt
werden kann. Insbesondere von Vorteil ist dabei, dass durch die
Einschraubtiefe die Relativposition des Spannelements relativ zu
einer Aufspannfläche
flexibel einstellbar ist, wodurch eine Anwendbarkeit für Werkstücke unterschiedlicher
Höhe erreicht
wird. So kann bei besonders großen
Werkstücken
das Spannelement nur einige wenige Windungen tief in die Spanneinrichtung
eingeschraubt werden, während
bei anderen kleineren Werkstücken der
Festlegungsabschnitt annähernd
vollständig
in die Spanneinrichtung eingeschraubt wird. Vorzugsweise ist zusätzlich ein
Kontermittel, insbesondere eine Kontermutter auf der Außenseite
des Festlegungsabschnitts vorgesehen.
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Medienzufuhrleitungen
zur Zuführung
eines Druckmediums wie Luft oder Öl können an der Unterseite des
Gehäuses,
insbesondere an der Unterseite des Festlegungsabschnitts vorgesehen
sein. Als besonders vorteilhaft wird jedoch eine Ausgestaltung angesehen,
bei der an der Mantelfläche
des zylindrischen Festlegungsabschnitts entsprechende Anschlüsse vorgesehen
sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass an der Außenseite
des zylindrischen Festlegungsabschnitts mindestens zwei Einlassöffnungen
zur Zuleitung des Druckmediums vorgesehen sind, wobei die Einlassöffnungen
in Richtung einer Zylinderachse des Festlegungsabschnitts voneinander
beabstandet sind. Diese beiden Einlassöffnungen können dabei alternativ verwendet
werden. Je nachdem, welche der Einlassöffnungen Verwendung finden
soll, wird die andere oder werden die anderen Einlassöffnungen
vorzugsweise mittels Stopfen verschlossen. Die Gestaltung mit mehreren
Einlassöffnungen
ermöglicht
es, unabhängig
von der Einschraubtiefe des Festlegungsabschnitts mindestens eine
Einlassöffnung
zur Verfügung
zu haben, an der eine Zuführung
des Druckmediums erfolgen kann.
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Insbesondere
als Weiterbildung des vorbeschriebenen Spannelements umfasst die
Erfindung auch ein gattungsgemäßes Spannelement,
bei der der Spannhebel um eine Schwenkachse schwenkbeweglich mittels
einer Gabelkopfverbindung am Gehäuse
gelagert ist.
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Der
Gabelkopf kann dabei sowohl am Spannhebel als auch am Gehäuse vorgesehen
sein. Als besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung angesehen,
bei der der Gabelkopf am Spannhebel vorgesehen ist. Die Verwendung
einer Gabelkopfverbindung zwischen Spannhebel und Gehäuse gestattet eine
besonders kippstabile sowie spielfreie schwenkbewegliche Verbindung
des Spannhebels mit dem Gehäuse,
die besonders große
Kräfte übertragen kann.
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Erfindungsgemäße Spannelemente
können in
verschiedenen Ausführungsformen
hinsichtlich der Anordnung des Spannhebels, des Kolbens und des Gehäuses relativ
zueinander und relativ zu einer Aufspannfläche ausgebildet sein. Bevorzugte
Ausgestaltungen umfassen eine Aus gestaltung als Vertikal-Spannelement,
bei dem der Kraftvektor der vom Spannbereich des Spannhebels auf
das Werkstück wirkenden
Kraft im Endzustand etwa parallel (+/–15°) zur Ausfahrrichtung des Kolbens
und zu einer Flächennormalen
auf der Aufspannfläche
verläuft.
Sie umfassen weiterhin eine Ausgestaltung als Horizontal-Spannelement,
bei der der Kolben in etwa parallel (+/–30°) zur Aufspannfläche ausgerichtet
ist. Eine Sonderform dieser Horizontal-Spannelemente bilden die
Niederzug-Spannelemente, bei denen der Kraftvektor der vom Spannbereich
des Spannhebels auf das Werkstück
wirkenden Kraft mit der Aufspannfläche einen Winkel von etwa 30° (+/–10°) einschließt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich außer aus
den Ansprüchen
auch aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung. Diese sind in den Figuren dargestellt.
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Dabei
zeigen:
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1, 2 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spannelements
in einer perspektivischen Darstellung und einer Explosionsdarstellung,
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3a, 3b das
Spannelement der 1 und 2 in einem
ungespannten sowie einem gespannten Zustand,
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4 verschiedene Ausgestaltungen der Verbindung
zwischen dem Kolben und dem Spannhebel in geschnittenen Darstellungen,
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5, 6 zwei
weitere Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Spannelemente mit jeweils
spezifischen Besonderheiten,
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7, 8 eine
weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Spannelements,
bei der der Kolben horizontal ausgebildet ist,
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9a, 9b die
Ausführungsform
der 7 und 8 in einem ungespannten und
einem gespannten Zustand,
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10 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spannelements,
welches als Niederzugspanner ausgeführt ist, und
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11a, 11b der
Niederzugspanner der 10 in einem ungespannten und
einem gespannten Zustand.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die 1 und 2 zeigen
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spannelements.
Dabei zeigt die 1 den zusammengesetzten Zustand
und die 2 die Einzelteile.
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Das
Spannelement weist ein Gehäuse 10 auf,
welches seinerseits einen Hauptabschnitt 20 sowie einen
Lagerabschnitt 30 aufweist. Der Hauptabschnitt 20 weist
einen quaderförmigen
Abschnitt 22 sowie einen daran einstückig angeformten zylindrischen
Abschnitt 24 auf. Durch den Zylinderabschnitt 24 erstreckt
sich eine nicht dargestellte Zylinderbohrung, die in nachfolgend
noch beschriebener Art und Weise zur Aufnahme eines Kolbens 40 vorgesehen ist.
Am oberen Ende schließt
sich an diese Zylinderbohrung eine Durchgangsbohrung 26 zur
Führung des
Kolbens 40 an, die bis an eine Oberseite des quaderförmigen Blocks 22 reicht.
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Der
Lagerabschnitt 30 weist einen unteren in etwa kegelförmigen Abschnitt 30a sowie
eine sich obenseitig einstückig
daran anschließende
Pelotte 30b mit einer Durchgangsbohrung 30c auf.
An einer Bodenfläche
des Kegelabschnitts 30a sind Fortsätze 30d vorgesehen,
zu denen korrespondierend im quaderförmigen Abschnitt 22 des
Hauptabschnitts 20 Ausnehmungen 22a vorgesehen
sind. Der Lagerabschnitt 30 kann dadurch in drehfester
Art und Weise auf den Hauptabschnitt 20 aufgesetzt werden.
Zur dauerhaften Verbindung des Hauptabschnitts 20 und des
Lagerabschnitts 30 ist ein Doppelgewindestift 34 vorgesehen,
der an einem ersten Ende ein linksgängiges Gewinde 34a und
an seinem gegenüberliegenden
zweiten Ende ein rechtsgängiges
Gewinde 34b aufweist. In nicht näher dargestellter Art und Weise ist
an seiner unteren Stirnfläche
ein Innensechskant vorgesehen. Zur Aufnahme dieses Doppelgewindestifts 34 sind
Bohrungen 22b an der Unterseite des Kegelabschnitts 30a des
Lagerabschnitts 30 sowie am Quaderabschnitt 22 des
Hauptabschnitts 20 vorgesehen. Die Bohrung 22b im
Quaderabschnitt 22 ist als Durchgangsbohrung ausgebildet,
so dass von einer Unterseite aus über einen Inbusschlüssel der Doppelgewindestift 34 verschraubt
werden kann, wobei durch die gegenläufigen Gewinde 34a, 34b eine feste
Verbindung zwischen dem Hauptabschnitt 20 und dem Lagerabschnitt 30 herstellbar
ist.
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Neben
dem Gehäuse 10 stellt
ein Spannhebel 50 den zweiten Hauptbestandteil des Spannelements
dar. Der Spannhebel 50 weist einen Hebelabschnitt 52 sowie
einen Kontaktflächenabschnitt 60 auf.
Der Hebelabschnitt 52 mündet
an seinem vorderen Abschnitt 52a in einen Spannbereich 54.
An den vorderen Abschnitt 52a schließt sich ein Gabelkopfabschnitt 52b mit
einem U-förmigen
Querschnitt an, welcher den Zweck eines doppelten Gabelkopfes erfüllt. Zu
diesem Zweck sind zwei Bohrungspaare 56, 58 vorgesehen.
In das Bohrungspaar 56 ist im zusammengesetzten Zustand
der Kontaktflächenabschnitt 60 drehbar
eingesetzt. Dieser ist als zylindrischer Bolzen ausgebildet, an
dessen Un terseite eine T-förmige
Nut 60a eingefräst
ist, deren Nutgrund durch eine Kontaktfläche 60b gebildet wird.
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Das
Gehäuse 10 und
der Spannhebel 50 sind im zusammengesetzten Zustand der 1 auf zweierlei
Weise miteinander verbunden. Zum einen ist ein mittels zweier Seegerringe 72 gesicherter
Bolzen 70 durch die Bohrungen 58 im Spannhebel 50 und
die Bohrung 30c in der Pelotte 30b geschoben. Dieser
Bolzen 70 wirkt im Zusammenspiel mit den Bohrungen 30c, 58 als
Schwenkgelenk, mittels dessen der Spannhebel 50 um eine
Hauptschwenkachse 2 gegenüber dem Gehäuse 10 verschwenkbar
ist. Die Pelotte 30b weist beidseitig Stirnflächen 30e auf, die
voneinander entsprechend dem Abstand der Innenflächen des Gabelkopfabschnittes 52b voneinander
beabstandet sind. Im zusammengesetzten Zustand ist der Spannhebel 50 dadurch
derart am Lagerabschnitt 30 gelagert, dass er lediglich
um die Hauptschwenkachse 2 verschwenkbar ist, jedoch kaum
translatives Spiel hat. Die zweite Verbindung zwischen dem Gehäuse 10 und
dem Spannhebel 50 wird durch den Kolben 40 realisiert.
Dieser Kolben 40 ist von unten in die Zylinderbohrung des
Gehäuses 10 eingeschoben
und in dieser beweglich geführt.
An seinem oberen Ende 40a ist er korrespondierend zum Kontaktflächenabschnitt 60 des
Spannhebels 50 mit einem T-förmigen Profilabschnitt 42 ausgebildet. Dieser
T-förmige
Profilabschnitt ist im zusammengesetzten Zustand in die korrespondierende
Nut 60a eingeschoben und in dieser verschiebbar. Das T-förmige Profil 42 am
oberen Ende des Kolbens 40 ist in Richtung auf die Hauptschwenkachse 2 und
den Lagerabschnitt 30 zu leicht abfallend ausgebildet,
so dass auch eine den Kolben endseitig begrenzende Stirnfläche 42b leicht
abfällt.
Der Kontaktflächenabschnitt 60,
der um eine Nebenschwenkachse 4 drehbar in den Bohrungen 56 des
Hebelabschnitts 52 des Spannhebels 50 gelagert
ist, kann sich aufgrund seiner Schwenkbarkeit korrespondierend zu
der leicht abfallenden Gestaltung des T-Profils 42a ausrichten.
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Zur
Betätigung
des Spannelements wird mittels Hydraulikdruck der Kolben 40 in
der Zylinderbohrung in Ausfahrrichtung 1 bewegt.
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Der
Ablauf eines Spannvorgangs ist im Detail in den 3a und 3b dargestellt.
Dargestellt ist das Spannelement der 1 und 2 in
einem in einer gestrichelt dargestellte Aufspannfläche 90 eingesetzten
Zustand. Die Festlegung erfolgt in nicht dargestellter Art und Weise
mittels einer Verschraubung des Spannelements an der Aufspannfläche 90. Auf
der Aufspannfläche 90 ist
ein gepunktet dargestelltes Werkstück 80 platziert.
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Die 3a zeigt
zunächst
den Ausgangszustand. In diesem Ausgangszustand ist der Kolben 40 an
seiner unteren Endlage. Da der Spannhebel 50 aufgrund der
Gleitführung
aus T-Nut 60a und T-Profil 42 bezüglich seiner
Ausrichtung an die Lage des Kolbens 40 zwangsgekoppelt
ist, befindet er sich im Ausgangszustand der 3a in
einer nach oben weisenden und vom Werkstück 80 beabstandeten
Lage.
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Ausgehend
hiervon wird der Kolben 40 in Richtung des Pfeils 1 nach
oben bewegt. Gemeinsam mit dem Kolben wird auch der Kontaktflächenabschnitt 60 des
Spannhebels 50 bei gleichzeitiger Drehung gegenüber dem
Hebelabschnitt 52 nach oben verfahren, da die Stirnfläche 42b des
Kolbens 40 auf die korrespondierende Kontaktfläche 60b des
Kontaktflächenabschnitt 60 im
Nutgrund der T-Nut 60a drückt. Da der Spannhebels 50 und
damit der Kontaktflächenabschnitt 60 jedoch
in ihrer Gesamtheit lediglich um die Hauptschwenkachse 4 verschwenkbar sind,
weicht der Kontaktflächenabschnitt 60 im
Zuge der Bewegung in Richtung des Pfeils 1 entlang der gestrichelt
dargestellten Kreisbahn 8 aus. In der Perspektive der 3a wird
der Kontaktflächenabschnitt 60 dadurch
zunächst
bis in die gestrichelt dargestellte Lage 60' nach links verlagert, während die
Stirnfläche 42b und
die Kontaktfläche 60b bei
permanentem Flächenkontakt
aufeinander abgleiten. Dieser permanente Flächenkontakt ist aufgrund der
Drehbarkeit des Kontaktflächenabschnitts 60 um
die Nebenschwenkachse 4 gewährleistet.
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Die
maximale Verschiebung ist in der Lage 60' erreicht, wenn die Hauptschwenkachse 2 und
die Nebenschwenkachse 4 in Ausfahrrichtung 1 auf
gleicher Höhe
sind. Bei einer Weiterführung
des Kolbens in Ausfahrrichtung 1 dreht sich die Gleitrichtung
zwischen der Stirnfläche 42b und
der Kontaktfläche 60b um,
so dass der Kontaktflächenabschnitt 60 sich
im Weiteren auf der Kreisbahn 8 nach rechts verlagert, bis
der Zustand der 3b erreicht ist.
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In
diesem Zustand der 3b stimmt die Relativposition
des Kontaktflächenabschnitts 60 zum Kolben 40 mit
der Ausgangslage der 3a überein. Allerdings ist in der
Lage der 3b der Hebelabschnitt 52 des
Spannhebels 50 gegenüber
der Ausgangslage um etwa 60° um
die Hauptschwenkachse 2 verschwenkt, so dass der Spannbereich 54 des Spannhebels 50 in
Berührkontakt
mit dem Werkstück 80 gelangt
ist. Ein in diesem Zustand auf den Kolben in Richtung des Pfeils 1 aufgebrachte
Hydraulikkraft wird mittels des Spannhebels 50 auf das
Werkstück 80 übertragen
und presst es gegen die Aufspannfläche 90.
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Das
dargestellte Spannelement kombiniert eine sehr kompakte Bauweise
mit extrem hohen aufbringbaren Kräften sowie einer sehr hohen
Stabilität. Da
nur eine Schwenkachse, die Hauptschwenkachse 4, zwischen
dem Spannhebel 50 und dem Gehäuse 10 vorgesehen
ist und diese durch eine Gabelkopfverbindung realisiert ist, sind
die hohen Kräfte,
die im Bereich der Hauptschwenkachse 2 auftreten, unproblematisch.
Durch die Geometrie des Spannhebels 50, bei dem die Hauptschwenkachse 2 und
der Spannbereich 54 in etwa auf gleicher Höhe angeordnet
sind, die Nebenschwenkachse 4 des Kontaktflächenabschnitts 60 jedoch
diesem gegenüber
im Spannzustand erhöht
angeordnet ist, wird eine besonders weite Verschwenkbarkeit des
Spannhebels erzielt, ohne dass es hierfür eine besonders langen Ausgestaltungen
der T-förmigen
Nut 60a und/oder des T-förmigen Profils 42 bedarf.
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Die
in der Ausführungsform
der 1 bis 3 dargestellte
Verbindung zwischen dem Kolben 40 und dem Kontaktflächenabschnitt 60 ist
in einer geschnittenen Darstellung in 4a dargestellt.
Diese zeigt gut erkennbar die T-förmige Ausgestaltung des am
Kolbenende des Kolbens 40 vorgesehenen Profils 42 sowie
die korrespondierende T-förmige
Nut 60a am Kontaktflächenabschnitt 60.
Korrespondierend zur Stirnfläche 42b ist
am Nutgrund der Nut 60a die Kontaktfläche 60b vorgesehen. Über die
flächig aufeinander
liegenden Kontaktflächen 42b, 60b wird die
Kraft großflächig und
dadurch bei vergleichsweise geringer Flächenpressung vom Hydraulikkolben 40 auf
den Spannhebel 50 übertragen.
Beim Rückführen des
Kolbens 40, also beim Übergang
vom Zustand der 3b in den Zustand der 3a wird
der Kontaktflächenabschnitt 60 aufgrund
der Hinterschneidung in der Nutform der Nut 60a nach unten gezogen,
so dass der gespannte Zustand zwangsgelöst wird. Das T-Profil am Kolbenende
weist einen vertikalen Balken auf, der annähernd so breit ist wie die
Kontaktfläche 42b.
Hierdurch wird erreicht, dass an der Kontaktfläche 42b die Kraftübertragung
an den Kontaktflächenabschnitt 60 weitgehend
homogen erfolgt, ohne dass äußere, nicht
unmittelbar durch den vertikalen Balken unterstützte Bereiche deutlich geringer
druckbeaufschlagt werden. Vorzugsweise sind bei erfindungsgemäßen Spannelementen
mindestens 80% der Kontaktfläche
des Kolbens unmittelbar unterstützt.
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Die 4b bis 4d zeigen
alternative Gestaltungen der Verbindung zwischen dem Kolben 40 und
dem Kontaktflächenabschnitt 60.
Bei der Ausführungsform
der 4b findet eine Schwalbenschwanzführung Anwendung.
Bei der Ausführungsform
der 4c sind das endseitige Profil am Kolben 40 und
die Nut am Kontaktflächenabschnitt 60 L-förmig statt
T-förmig ausgebildet.
Bei der Ausgestaltung der 4d weist
die Nut ei nen kreissegmentförmigen
Querschnitt auf. Entsprechend ist auch das Profil am Ende des Kolbens 40 ausgebildet.
Eine Besonderheit bei der Ausführungsform
der 4d liegt darin, dass das Profil nicht einstückig am
Ende des Kolbens vorgesehen ist, sondern mittels eines beidseitig mit
einem Gewinde ausgestatteten Zwischenelements mit dem Kolben 40 verbunden
ist.
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Die 5 und 6 zeigen
weitere Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Spannelementen. In Hinblick
auf das Zusammenwirken der Kolben 140, 240 mit
den Spannhebeln 150, 250 unterscheiden sich diese
Ausführungsformen
nicht von der Ausführungsform
der 1 bis 3.
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Den
beiden Ausführungsformen
der 5 und 6 ist gemein, dass das Gehäuse 110, 210 jeweils
einen Zylinderabschnitt 124, 224 aufweist, an dem
ein Außengewinde 125a, 225a vorgesehen
ist. Dieses Außengewinde 125a, 225a gestattet
es, das Spannelement in seiner Gesamtheit in eine korrespondierende
Bohrung mit einem Innengewinde im Bereich der Aufspannfläche einer
Spannvorrichtung einzuschrauben. Hierdurch ist insbesondere auch eine
werkstückabhängige Einschraubtiefe
erzielbar, wodurch eine besonders flexible Verwendung der Spannelemente
der 5 und 6 ermöglicht wird. Zur Fixierung
der Lage ist jeweils ein Konterring 225b vorgesehen, wobei
dieser bei der Ausführungsform
der 5 nicht mit dargestellt ist.
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Bei
der 5 liegt eine weitere Besonderheit in der Sensorik 175.
Diese umfasst einen zylindrischen Ringabschnitt 176, welcher
in nicht näher
dargestellter Art und Weise ortsfest am Gehäuse 110 angebracht
ist. Ein Bolzen 172, mittels dessen die Schwenkbeweglichkeit
des Spannhebels 150 gegenüber dem Gehäuse 110 realisiert
ist und der drehfest mit dem Spannhebel 150 verbunden ist,
erstreckt sich bis in dieses Ringabschnitt 176 hinein.
Der Bolzen verfügt über eine
nicht dargestellte Radialbohrung, die sich im Zuge der Schwenkbewegung
des Spannhebels 150 gemeinsam mit diesem dreht. Außenseitig
sind am Ringabschnitt 176 zwei Näherungssensoren 177a, 177b vorgesehen,
die jeweils erfassen können,
ob sich die Radialbohrung in ihrem jeweiligen Sensorbereich befindet.
Dies ermöglicht der
Sensorik 175, den entspannten Zustand des Spannhebels 150 mittels
des Näherungssensors 177b und
den gespannten Zustand mittels des Näherungssensors 177a zu
erfassen. Das Funktionieren des Spannelements ist dadurch einfach
und ohne unmittelbare Kontrolle am Spannelement selbst überprüfbar. Die
Sensorik 175 ist aufgrund ihres Aufbaus unempfindlich gegen
Späne,
da diese nicht in den Bereich der sensierbaren Radialbohrung gelangen können.
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Am
unteren Ende des Zylinderabschnitts 124 der Ausführungsform
der 5 ist ein Anschlussblock 180 vorgesehen,
der in nicht näher
dargestellter Art und Weise mit dem Zylinderabschnitt 124 verbunden
werden kann und Anschlussmöglichkeiten für die erforderlichen
Hydraulikleitungen bietet. Eine hierzu alternative Ausgestaltung
ist bei der Ausführungsform
der 6 vorgesehen. Bei dieser sind die Anschlüsse 282 für die Hydraulikflüssigkeit
im Bereich des Außengewindes 225a vorgesehen.
Dabei sind auf verschiedener Höhe
jeweils zwei Anschlüsse 282a für die Kraftbeaufschlagung
in Ausfahrrichtung und zwei Anschlüsse 282b für die Kraftbeaufschlagung
in Einfahrrichtung vorgesehen. Die jeweils für die gleiche Funktion vorgesehenen
Anschlüsse 282a, 282b erlauben
es, auch bei einer Einschraubtiefe, bei der einer der beiden Anschlüsse 282a, 282b verdeckt
wäre, den
jeweils anderen zu verwenden. Hierzu wird der verdeckte Anschluss
mittels eines Stopfens verschlossen.
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Die 7 und 8 zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spannelements,
welches in 7 im zusammengebauten Zustand
dargestellt ist und in 8 in Form seiner Einzelteile
dargestellt ist. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform entspricht bezüglich der
Einzelkomponenten und ihrem Zusammenwirken den vorangegangenen Ausführungsformen.
Die Bezugszeichen für
vergleichbare Komponenten stimmen bezüglich der letzten beiden Ziffern überein.
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Die
Besonderheit der Ausführungsform
der 7 und 8 liegt darin, dass es sich
um ein horizontales Spannelement handelt, bei dem die Ausfahrrichtung 301 des
Hebels 340 in etwa parallel zu einer gepunktet angedeuteten
Grundfläche 300 ausgerichtet
ist. Hinsichtlich der Art der Befestigung des Spannhebels 350 am
Gehäuse 310 entspricht
die Ausführungsform
den 7 und 8 im Wesentlichen der Ausführungsform
der 1 bis 3. Neben der
Ausrichtung des Kolbens 340 liegt jedoch eine Besonderheit
in der Ausgestaltung des Spannhebels 350. Bei diesem schließt eine
erste gedachte Linie zwischen der Hauptschwenkachse 302 und
der Nebenschwenkachse 304 mit einer zweiten gedachten Linie
zwischen der Hauptschwenkachse 302 und dem Spannbereich 354 einen
Winkel von nur etwa 80° ein.
Daraus resultiert, dass – wie
in den 9a und 9b dargestellt
ist – die
Richtung 305 der Spannkraft auf ein Werkstück 380 im
Zustand der 9b mit einer Ausfahrrichtung 301 des
Kolbens 340 in etwa einen rechten Winkel einschließt.
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Die 10 sowie
die 11a und 11b zeigen
eine Variation der Ausführungsform
der 7 bis 9. Der maßgebliche
Unterschied liegt dabei wiederum in der Ausgestaltung des Spannhebels 450. Der
Winkel zwischen einer gedachten Linie zwischen der Nebenschwenkachse 404 und
der Hauptschwenkachse 402 einerseits und einer weiteren
gedachten Linie zwischen der Hauptschwenkachse 402 und
dem Spannbereich 454 ist hier nochmals kleiner und beträgt nur etwa
30°. Verbunden
mit der Besonderheit, dass in Ausfahrrichtung 401 des Kolbens 440 die
Hauptschwenkachse 402 und die Schwenkachse 404 bei
dieser Ausgestaltung im Spannzustand in etwa auf gleicher Höhe bezogen
auf die Ausfahrrichtung 401 liegen, führt diese besondere Ausgestaltung
des Spannhebels 50 dazu, dass die Spannkraft in einem flachen
Winkel von etwa 30° nach
unten gerichtet ist. Das Spannelement kann daher als Niederzug-Spannelement
verwendet werden.
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Da
bei solchen Niederzug-Spannelementen keine langen Spannwege gebraucht
werden, kann von der Besonderheit der vorangegangenen Ausführungsformen
im Hinblick auf eine schräge
Stirnfläche des
Kolbens 440 abgesehen werden, da Querkräfte auf den Kolben 440 aufgrund
der Geometrie und dem nur kurzen Spannweg nicht zu befürchten sind.