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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Fixiergerät
wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
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Es werden verschiedene Arten von
hydraulischen Fixiergeräten
genutzt, um Werkzeuge, Arbeitsstücke
und verschiedene Wellen zu befestigen. Lösungen nach dem Stand der Technik
haben allerdings die Nachteile, dass sie einen großen Raum
benötigen
und strukturell unbalanciert sind, wodurch die Verwendung von hohen
Rotationsgeschwindigkeiten verhindert wird. Vorbekannt sind auch
Fixiergeräte von
kleiner Größe, welche
die thermische Ausdehnung von Metallen nutzen. Die Nachteile dieser
Geräte
sind ein niedriger Toleranzbereich, schwierige Befestigungs- und
Löseprozeduren
und eine verringerte Genauigkeit aufgrund von vielen Befestigungs- und
Lösevorgängen, welche
immer Aufheizung und Abkühlung
benötigen.
Ein weiterer Nachteil von vielen Fixiergeräten nach dem Stand der Technik
ist, dass ihre Haltekraft nicht ausreichend ist, um Objekte zu halten,
die in sich Aussparungen aufweisen. Eine Aussparung kann zum Beispiel
ein von einer zylindrischen Welle über einen Teil ihrer Länge entferntes Segment
sein. Ein weiterer Nachteil von Fixiergeräten nach dem Stand der Technik
ist, dass ihr Zurückhaltemoment
mit der Temperatur variiert.
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US
1,432,121 zeigt ein Werkzeug zum Gewindeschneiden auf einem
kurzen Stück
Rohr oder einem Rohrstutzen. Ein Spannkörper ist dazu vorgesehen während des
Gewindeschneidens zwischen den Backen eines Schraubstockes oder ähnlichem gehalten
zu werden. Das Rohr oder der Rohrstutzen wird mittels einer Reihe
von Keilen (Spannbacken) auf einer Verlängerung des Körpers befestigt,
welche einen kleineren Durchmesser aufweist. Es wird keine besondere
Kraft benötigt,
um das Rohr auf der Verlängerung
zu befestigen. Die Kraft der Schraube oder des exzentrischen Körpers ist
ausreichend, das Rohr zu halten, wenn die Gewinde geschnitten werden. Dieses
Gerät ist
nicht für
die Befestigung eines schnell rotierenden Hochpräzisionswerkzeuges wie eines
Bohrers oder ähnlichem
ausgebildet. Bei schneller Rotation muss die Kombination von dem Werkzeug
und dem Werkzeughalter (Fixiergerät) gut ausbalanciert sein und
daher sollte die Größe so klein
wie möglich
sein.
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US-4,471,846 offenbart ein Fixiergerät gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dieses Gerät ist
allerdings recht voluminös
und dementsprechend nachteilhaft in Fällen, wo die Werkzeuge mit
hohen Geschwindigkeiten rotiert werden.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist, die oben genannten Nachteile auszuräumen und ein verbessertes Fixiergerät zu erreichen,
welches zur Verwendung für
die Befestigung von Objekten in variierenden Temperaturbedingungen
geeignet ist. Das Fixiergerät
gemäß der Erfindung
ist durch das gekennzeichnet, was in dem kennzeichnenden Teil von
Anspruch 1 dargestellt ist. Andere Ausführungsformen der Erfindung
sind durch das gekennzeichnet, was in den anderen Ansprüchen dargestellt
ist. Die Vorteile der Lösung
gemäß der Erfindung
umfassen eine geringe Größe und ein
genaues Fixiergerät,
dessen Genauigkeit und Haltekapazität unabhängig von Temperaturvariationen
erhalten bleibt. Ein zusätzlicher
Vorteil ist eine in einer einfachen Weise erreichte hohe Einspannkraft.
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Im Folgenden wird die Erfindung detailliert mit
der Hilfe eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen
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1 eine
Seitenansicht einer Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung zeigt,
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2 eine
weitere Lösung
gemäß der Erfindung
zeigt, in welcher das Objekt in einem Fixiergerät an einem erweiterbaren pflockförmigen Halteteil
befestigt ist, und
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3 eine
dritte Lösung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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1 zeigt
ein Fixiergerät 1,
welches einen Rahmen umfasst, welcher an einer Bearbeitungsmaschine
oder einem anderen im Wesentlichen fixierten Körper befestigt ist und einen
Klemmkopf 4 hat, in welchen das durch das Gerät zu haltende
Objekt eingesetzt wird. Solch ein Objekt kann zum Beispiel ein Bohrer
oder ähnliches
sein, welcher in eine Haltespannhülse 2 eingesetzt wird.
Zusätzlich
umfasst der Rahmen einen Montagekopf 5, durch welchen das
Fixiergerät
selbst mit dem im Wesentlichen fixierten Körper verbunden wird. In dem
Klemmkopf 4 ist eine Bohrung 13, welche koaxial
zu der zentralen Achse des gesamten Fixiergerätes liegt. Die Bohrung 13 ist tief
genug, um eine für
die Befestigung eines Werkzeuges oder ähnlichem geeignete Haltespannhülse 2 aufzunehmen.
Die Bohrung hat eine konische Form, welche in der Richtung ihrer
Tiefe spitz zuläuft.
Der Spitzenwinkel ist so gewählt,
dass eine in die Bohrung eingesetzte Haltespannhülse 2, von einer konischen
externen Form, darin selbsttätig
gehalten wird.
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Als eine Verlängerung der Bohrung ist eine zweite
Bohrung innerhalb des Fixiergerätes
vorgesehen, welche zweite Bohrung ebenfalls koaxial zu der zentralen
Achse des Fixiergerätes
ist. Diese zweite Bohrung nimmt eine Hydraulikbuchse 3 auf
welche einen innerhalb des Fixiergerätes beweglichen Kolben bildet.
In dem Teil der Hydraulikbuchse, welcher näher zu der Haltespannhülse liegt,
ist eine ringförmige
Druckkammer 9 vorgesehen, mit einer daran angeschlossenen
Hydraulikleitung 12. Die Hydraulikbuchse ist an der Haltespannhülse mittels
eines Schraubgewindes 8 befestigt, so dass sich die Hydraulikbuchse,
wenn die Kammer 9 unter Druck gesetzt wird, in Richtung
des Montagekopfes 5 des Fixiergerätes bewegt und somit die Haltespannhülse mit
einer großen
Kraft in die Bohrung 13 zieht.
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2 zeigt
ein Fixiergerät
gemäß der Erfindung,
welches für
Objekte 15 bestimmt ist, welche mit einem Loch versehen
sind, um sie an dem Fixiergerät
zu befestigen, wie zum Beispiel Zahnräder oder Kopplungselemente.
Dieses Fixiergerät
könnte
genauso gut einen konischen Montagekopf wie in der in 1 gezeigten Lösung haben,
aber diese Figur zeigt ein flanschförmiges Teil, durch welches
das Fixiergerät
selbst befestigt wird. Der Klemmkopf 23 des Gerätes ist
ein hohler Zapfen, dessen äußere Oberfläche 14 ausgestaltet
ist, um als eine Halteoberfläche
zu dienen. Der Klemmkopf 23 hat eine Bohrung 13,
welche der Bohrung in dem Fixiergerät in 1 entspricht. Die Bohrung ist koaxial
zu der zentralen Achse des gesamten Fixiergerätes und tief genug, um eine
konische Haltespannhülse 22 aufzunehmen. Die
Bohrung hat eine konische Form, welche in der Richtung ihrer Tiefe
spitz zuläuft.
Der Spitzenwinkel ist so gewählt,
dass eine in der Bohrung platzierte Haltespannhülse 22 mit einer konischen äußeren Oberfläche 6 in
ihr selbsttätig
gehalten wird.
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Innerhalb des Rahmens befindet sich
eine Hydraulikbuchse 3, wie in der in 1 gezeigten Lösung, und die Haltespannhülse 22 ist
an der Hydraulikbuchse wie oben beschrieben befestigt. Wenn ein Objekt 15 an
dem Gerät
befestigt werden soll, wird das Objekt 15 zuerst auf den
Klemmkopf 23 gesetzt, wonach der Anspannprozess durch Unterdrucksetzen
der näher
zu dem Klemmkopf liegenden Druckkammer 9 aktiviert wird.
Die Hydraulikbuchse zieht nun die Haltespannhülse 22 fest in die
konische Bohrung 13 und der Klemmkopf 23 expandiert
und spannt somit das Objekt 15 fest in seine Position. Wenn
das Objekt 15 entfernt werden soll, wird dementsprechend
die andere umlaufende Druckkammer 11 unter Druck gesetzt,
mit dem Ergebnis, dass die Hydraulikbuchse die Haltespannhülse 22 aus
der konischen Bohrung 13 drückt und der Klemmkopf 23 sich
zusammenzieht.
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3 zeigt
eine Lösung
gemäß der Erfindung,
in welcher die als ein Anspannelement dienende Hydraulikbuchse aus
dem Inneren des Fixiergerätes
entfernt wurde und in einen separaten Spannbock 24 platziert
wurde. Diese Anordnung erlaubt eine kleinere, leichtere und einfachere
Struktur des Fixiergerätes
selbst. Zusätzlich
wird ein ausbalancierteres Fixiergerät 1 erreicht. Da das
Anspannelement von dem Fixiergerät
entfernt wurde, wurde auch ein Teil der Länge des Gerätes eliminiert und die konische Bohrung 13 erstreckt
sich teilweise in den Montagekopf 5. Daher ist das Fixiergerät so kurz
und einfach wie möglich.
Der Klemmkopf 4 ist sehr kurz und besteht nur aus einem
kurzen, externen konischen Teil und einem zylindrischen Teil. Der
Montagekopf 5 bildet eine unmittelbare Verlängerung
des zylindrischen Teils und hat eine konzentrische Bohrung 25,
welche sich durch ihn erstreckt und in die selbstklemmende konische
Bohrung 13 übergeht.
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Der Spannbock umfasst einen Rahmen
mit einer zentrischen konischen Bohrung 26, so dass der konische
Montagekopf 5 des Fixiergerätes hineinpasst. Der Spitzenwinkel
wurde so gewählt,
dass die konische Bohrung 26 nicht selbstklemmend ist.
Als eine Verlängerung
der konischen Bohrung 13 ist untnerhalb des Rahmens eine
zweite Bohrung, welche konzentrisch mit der konischen Bohrung ist.
In dieser zweiten Bohrung ist eine Hydraulikbuchse 3 angeordnet,
welche durch Flüssigkeitsdruck
betätigt
wird und als ein Festziehelement dient, dessen Struktur und Betrieb
dem der Hydraulikbuchse entspricht, welche in Verbindung mit den
vorhergehenden Figuren beschrieben wurde.
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Allerdings ist da der Unterschied,
dass die Hydraulikbuchse in diesem Fall nicht direkt mit der Haltespannhülse 2 oder 22 verbunden
ist, sondern statt dessen diese Verbindung mittels eines Verbindungsstifts 16 realisiert
ist. Das erste Ende des Verbindungsstiftes ist mit einem, mit einem
Gewinde versehenen Teil 17 versehen, welches den Verbindungsstift
an der Hydraulikbuchse 3 befestigt. Das zweite Ende des
Verbindungsstiftes hat auf ähnliche Weise
ein, mit einem Gewinde versehenes Teil 18, um den Verbindungsstift
an der Haltespannhülse 2 oder 22 zu
befestigen, wenn ein Objekt in dem Fixiergerät befestigt werden soll. Die
Hydraulikbuchse ist in ihrem Gehäuse
mit einer Fixierbuchse 19 fixiert und der Spannbock ist
an seiner Basis mit Schrauben 20 befestigt. Die Hydraulikbuchse
erhält
ihre Antriebskraft entweder von einer regulären Kraftquelle oder auf dieselbe
Weise wie in den in 1 und 2 gezeigten Lösungen.
Darüber
hinaus ist der Spannbock mit Halteklauen 19 versehen, um
das Fixiergerät
in dem Spannbock 24 zu sichern, wenn die Haltespannhülse entfernt
wird. Durch Verwendung von geeigneten Adapterkegeln können verschiedene
Fixiergeräte
in der konischen Bohrung 26 eingesetzt werden.
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3 zeigt
zusätzlich
einen leeren keilförmigen
Bereich 21 zwischen der Haltespannhülse 2 und der konischen
Bohrung 13. Dieser Bereich ist eine längliche Keilnut in der Haltespannhülse. Die äußere Oerfläche der
Haltespannhülse
kann mit Keilnuten in gleichmäßigen Abständen versehen
sein, um die Kompression der Spannhülse mit einer kleineren Kraft
erreichbar zu machen, als für
die Kompression einer Spannhülse
mit soliden Wänden
nötig wäre. Darüber hinaus
wird das auf den Oberflächen
benötigte
Schmiermittel in die Keilnuten gepresst, wodurch eine gute selbstklemmende
Eigenschaft der Spannhülse
gesichert ist.
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Die Lösung der Erfindung ist zusätzlich dadurch
gekennzeichnet, dass um die Verbindung zwischen dem Fixiergerät 1 und
der Haltespannhülse 2, 22 herzustellen,
die Teile in einer speziellen Reihenfolge geschliffen und zusammengesetzt
werden. Zuerst werden die konische äußere Oberfläche 6 der Haltespannhülse 2, 22 und
die konische Oberfläche der
Bohrung 13 in dem Fixiergerät geschliffen, so dass sie
ineinander passen. Danach werden diese Teile so zusammengebaut,
dass die Haltespannhülse
vorgespannt verbleibt. Auf diese Weise werden die Befestigungsoberflächen zwischen
ihnen perfekt geformt, um gegenseitig zu passen, womit jegliche Schleifungenauigkeiten
von den Verbindungs- und Bewegungsoberflächen eliminiert werden. Erst
danach werden die anderen Befestigungsoberflächen, wie zum Beispiel die
innere Oberfläche 7 der
Haltespannhülse
oder die äußere Oberfläche 14 des Klemmkopfes 23 geschliffen.
Das Ergebnis ist ein Hochpräzisionsfixiergerät.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal
der Erfindung ist eine Härtegraddifferenz
zwischen der Bohrung 13 in dem Klemmkopf und der äußeren Oberfläche 6 der
Haltespannhülse 2, 22.
Diese Differenz wird zum Beispiel über Schwarznitrierung, Hartchromüberzug oder
andere bekannte Hartbeschichtungsverfahren erreicht. Die Härtegraddifferenz
stellt sicher, dass die Haltespannhülse sich nicht in der Bohrung 13 festfrisst.
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Gemäß der Arbeitsweise der Erfindung
wird das Objekt wie folgt befestigt. In der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
wird die Haltespannhülse 2 in
die konische Bohrung 13 eingesetzt und die Hydraulikbuchse 3 wird
mit der Haltespannhülse
verbunden, woraufhin Druckkammer 9 aktiviert wird. Die Hydraulikbuchse 3 wird
sich nun gegen den Montagekopf 5 des Fixiergerätes bewegen
und somit die Haltespannhülse
mit einer großen
Kraft in die Bohrung 13 ziehen.
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Wenn die Kammer 11 unter
Druck gesetzt wird, wird sich die Hydraulikbuchse dementsprechend
zu dem Klemmkopf 4 des Fixiergerätes bewegen und somit die Haltespannhülse 2 aus
der Bohrung 13 drücken.
Als Ergebnis löst
sich der Griff der Haltespannhülse
von dem befestigten Objekt. Der Druck in der Hydraulikbuchse 3 wird
unter Verwendung eines Hydraulikaggregates oder eines separaten,
Druck erzeugenden Apparates erreicht, welcher ein RTV-2 Silikon-Derivat
als Druckmedium nutzt, welches mit einer Schraube eingepresst wird.
Das Zusatzgerät
kann auch einfach mit einem Druckmessgerät versehen werden, um den Druckbeaufschlagungsprozess
zu überwachen.
Der separate, Druck erzeugende Apparat ist direkt mit einem Anschlusselement
an dem Fixiergerät
verbunden.
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In dem in 3 abgebildeten Fall ist die Vorgehensweise
zur Befestigung des Objektes wie oben, mit Ausnahme der Anfangsphase,
welche unterschiedlich ist. In diesem Fall werden das Fixiergerät 1 und
die Haltespannhülse 2 mit
dem zu befestigenden Objekt zuerst in einem Spannbock 24 platziert,
wonach der an der Hydraulikbuchse 3 befestigte Verbindungsstift 16 mit
der Haltespannhülse 2 verbunden
wird. Danach wird die Spannhülse
gespannt, was in der Befestigung des Objektes resultiert. Um das
Objekt zu entfernen, wird das Fixiergerät in dem Spannbock platziert
und die Haltespannhülse
mittels der Hydraulikbuchse und dem Verbindungsstift 16 aus
der konischen Bohrung 13 gedrückt.
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Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass
die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele limitiert
ist, sondern dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche variieren können. Somit
kann zum Beispiel die Haltespannhülse 2 teilweise aufgespalten
sein und mit Silikon behandeltem Gummi abgedichtet sein, in welchem
Fall sie eine größere Haftfläche hat,
als ein Halter mit einer soliden konischen Spannhülse. In
diesem Fall wird die Haltespannhülse,
nachdem sie versiegelt wurde, geschlif fen und anschließend in
die Bohrung 13 gezogen, um sie vorzuspannen, wonach das
gesamte Fixiergerät
nochmals geschliffen wird. Zusätzlich
zu der Befestigung von Arbeitswerkzeugen und/oder Arbeitsstücken ist
die Anordnung der Erfindung auch für die Befestigung von Turbinenrädern, Pumpen
und anderen entsprechenden mechanischen Teilen geeignet.