Spanneinrichtung zum lösbaren Befestigen eines Teils auf einer Welle

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine zur lösbaren Befestigung eines Teils, insbesondere einer Schleifscheibe, auf einer Welle vorgesehene Spanneinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 199 37 436 A1 bekannt. Diese Spanneinrichtung weist eine auf eine Welle aufschraubbare Spannmutter zum Einspannen eines Teils auf. Zwischen einem Lastkolben zur Anlage an das Teil und der Spannmutter ist eine Kammer vor- gesehen, die ein hydraulisches Druckmedium, beispielsweise Silikonöl, enthält. Weiter ist ein der Kammer zuschaltbarer Ausweichraum für das hydraulische Druckmedium vorgesehen, um den Einspanndruck von dem Teil zu nehmen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf eine Welle aufschraubbare Spanneinrichtung mit hydraulischer Entspannmöglichkeit weiterzuentwickeln.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Spanneinrichtung umfasst eine auf eine Welle aufschraubbare Spannmutter sowie einen ringförmigen, zur Anlage an einem einzuspannenden Teil, insbesondere einer Schleifscheibe, vorgesehenen Lastkolben. Zwischen der Spannmutter dem relativ zu dieser zumindest geringfügig axial verschiebbaren Lastkolben befindet sich eine mit einem Hydraulikmedium gefüllte Druckkammer. Das Hydraulikmedium kann entlastet wer- den, indem der Druckkammer ein Ausweichraum zugeschaltet wird. Das Zuschalten des Ausweichraums erfolgt mit Hilfe eines Druckknopfes, welcher eine ringförmige Gestalt hat und die Welle konzentrisch umgibt.

Durch die ringförmige Ausbildung des Druckknopfes sind Kräfte sowie Kraftän- derungen, die auf den Lastkolben und auf die Spannmutter wirken, in jedem Betriebszustand der Spanneinrichtung symmetrisch um die Welle verteilt. Dies gilt insbesondere beim Betätigen des Druckknopfes, das heißt bei der Reduzierung der auf das eingespannte Teil wirkende mechanischen Druckkraft durch Zuschaltung des Ausweichraums zum Druckraum. Im Vergleich zum Druck- knöpf der aus der DE 199 37 436 A1 bekannten Vorrichtung weist der Druckknopf der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zudem eine wesentlich größere Betätigungsfläche auf, wodurch eine leichtere manuelle Betätigung möglich ist beziehungsweise wesentlich größere Betätigungskräfte aufbringbar sind.

Die dem einzuspannenden Teil abgewandte Stirnseite der Spannmutter ist zu einem erheblichen Teil, vorzugsweise zu mehr als 30%, durch den Druckknopf ausgefüllt. Zwischen den Druckknopf und die Spannmutter ist in bevorzugter Ausgestaltung eine als Schraubenfeder ausgebildete Feder gespannt, welche symmetrisch zur Rotationsachse der Spanneinrichtung angeordnet ist.

Der Druckknopf wirkt in bevorzugter Ausgestaltung mit einem ringförmigen, zur Rotationsachse der Spanneinrichtung konzentrischen, zur Veränderung des Volumens des Ausweichraums vorgesehenen Ausweichkolben zusammen. Die in axialer Richtung belastete Druckfläche des Ausweichkolbens ist vorzugswei- se kleiner als die Hälfte der in derselben Richtung belasteten Druckfläche des Lastkolbens. Die Richtungsangabe „axial" bezieht sich, soweit nicht anders angegeben, auf die Symmetrieachse der Spanneinrichtung, das heißt auf die Längsrichtung der Welle. Der Druckknopf weist auf dessen dem Lastkolben abgewandter Seite vorzugsweise eine ringförmig umlaufende Nut auf, in welche ein zylindermantelförmiger Abschnitt der Spannmutter eingreift. Radial außerhalb des zylindermantelför- migen Abschnitts ist gemäß einer möglichen Ausführungsform durch Betätigung des Druckknopfes ein Freiraum herstellbar, in welchem Sperrkörper, insbesondere Kugeln, anordenbar sind. Je nach Positionierung der Sperrkörper wird durch diese der Ausweichkolben in axialer Richtung freigegeben oder blockiert. Ist der Ausweichkolben freigegeben, so ist für die im Freiraum angeord- neten Sperrkörper vorzugsweise ein Anschlag durch den zylindermantelförmi- gen Abschnitt gegeben.

Die in verschiedenen, zueinander konzentrischen Ringräumen anordenbaren Sperrkörper nehmen gemäß einer ersten Ausführungsform mindestens 180°, insbesondere mindestens 270°, des jeweiligen Ringsraums ein. Beispielsweise sind die Sperrkörper annähernd vollkugelig im Ringraum angeordnet.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind einzelne Sperrkörper voneinander beabstandet im Ringraum gehalten, wobei Abschnitte des Druckknopfes der definierten Positionierung der Sperrkörper dienen. Der Druckknopf ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise unmittelbar, das heißt nicht über zusätzliche Teile, gegenüber derjenigen Komponente, die den zylindermantelförmigen Abschnitt der Spannmutter bildet, verdrehgesichert. Die Verdrehsicherung ist auf einfache Weise durch an den zylindermantelförmigen Abschnitt einstückig an- geformte Sicherungsnasen, welche in die ringförmig umlaufende Nut des Druckknopfes eingreifen, realisierbar.

In besonders rationeller Weise ist der Druckknopf als spanlos umgeformtes Blechteil herstellbar. Die Spannmutter ist dagegen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus mehreren Metallteilen zusammengesetzt: Ein direkt auf die Welle aufschraubbares, als Rumpfmutter bezeichnetes Teil der Spannmutter ist vorzugsweise im Fließpressverfahren hergestellt. Alternativ ist die Rumpfmutter als spanend bearbeitetes Metallteil ausgebildet. Bei einem weite- ren, die Rumpfmutter radial umgebenden Teil der Spannmutter handelt es sich vorzugsweise um ein spanlos umgeformtes Blechteil. Das letztgenannte Blechteil, welches vorteilhafterweise auch den oben genannten zylindermantelförmi- gen Abschnitt bilden kann, ist mit der Rumpfmutter vorzugsweise nicht starr verbunden. Vielmehr ist es mit dem Lastkolben, beispielsweise mittels einer partiellen Verstemmung, verdrehgesichert, jedoch axial beweglich, verbunden. Der Lastkolben wiederum ist relativ zur Rumpfmutter verdrehgesichert, beispielsweise mit Hilfe von Sechskantkonturen, und zugleich in axialer Richtung relativ zur Rumpfmutter verschiebbar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen in teilweise geschnittenen Darstellungen:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Spanneinrichtung in einem ersten, gesperrten Betriebszustand,

Fig. 2 die Spanneinrichtung nach Fig. 1 im Übergang zu einem zweiten, gelösten Betriebszustand, und

Fig. 3 die Spanneinrichtung nach Fig. 1 im zweiten, gedrückten Betriebszustand,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Spanneinrichtung in einer

Darstellung analog Fig. 1 ,

Fig. 5 einen Druckknopf der Spanneinrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Hülse der Spanneinrichtung nach Fig. 4, und

Fig. 7 eine den Druckknopf nach Fig. 5 sowie die Hülse nach Fig. 6 umfassende Anordnung. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete, in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Spanneinrichtung ist zum lösbaren Befestigen eines nicht dargestellten Teils, beispielsweise einer Schleifscheibe, auf einem ebenfalls nicht dargestellten Gerät vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion der Spanneinrichtung 1 wird auf die DE 199 37 436 A1 verwiesen.

Die Spanneinrichtung 1 weist eine Spannmutter 2 sowie einen ringförmigen Lastkolben 3 auf, zwischen welchen eine Druckkammer 4 gebildet ist, die mit einem hydraulischen Druckmedium, beispielsweise Hydrauliköl, gefüllt ist. Das hydraulische Druckmedium kann sich hierbei entweder unmittelbar zwischen dem Lastkolben 3 und der Spannmutter 2 oder in einem ringscheibenförmigen Hydraulikkissen, beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff, befinden.

In der Anordnung nach Figur 1 grenzt ein ringförmiger Ausweichkolben 5 an die Druckkammer 4. Auf der dem Lastkolben 3 abgewandten Seite des Ausweichkolbens 5 liegen an diesem als Kugeln ausgebildete Sperrkörper 6 an. Die Kugeln 6 nehmen in der Anordnung nach Figur 1 , auch als Sperrstellung bezeichnet, denselben radialen Bauraum wie der Ausweichkolben 5 ein. Weder in axialer noch in radialer Richtung ist eine Beweglichkeit der Kugeln 6 gegeben. Sämtliche Kugeln 6 befinden sich innerhalb eines Ringraums 7, der durch drei Teile, nämlich den Ausweichkolben 5, eine Hülse 8 und einen ringförmigen Druckknopf 9, begrenzt ist. Die Kugeln 6 füllen den Ringraum 7 annähernd vollständig aus, wobei eine Verlagerung aller Kugeln 6 radial nach innen möglich sein muss, wie untenstehend anhand der Figuren 2 und 3 noch näher erläutert wird.

Der Lastkolben 3 und der Ausweichkolben 5 sind in entgegengesetzter Richtung mit Druck beaufschlagt. Die wirksame Druckfläche des Ausweichkolbens 5 ist mit A _κ , die wirksame Druckfläche des Lastkolbens 3 mit A _L bezeichnet. Das Druckfächenverhältnis A _K /A _L beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca. 0,2. Es sind auch Ausführungsformen realisierbar, in denen das Druckfächen- verhältnis A _K /A _L bis zu 0,9 beträgt. Bevorzugte Ausführungsformen weisen ein Druckfächenverhältnis A _K /A _L von nicht mehr als 0,5 auf.

In axialer Richtung sind die Kugeln 6 in der Sperrstellung der Spanneinrichtung 1 einerseits durch den Ausweich kolben 5 und andererseits, dass heißt in Richtung zu einer dem Lastkolben 3 gegenüberliegenden Stirnseite 10 der Spanneinrichtung 1 , durch einen Scheibenabschnitt 11 der Hülse 8 positioniert. In radialer Richtung sind die Kugeln 6 nach außen durch einen Mantelabschnitt 12 der Hülse 8 und nach innen durch einen äußeren Bord 13 des Druckknopfes 9 gehalten. Die Hülse 8 stellt eine Komponente der Spannmutter 2 dar und ist als spanlos umgeformtes Blechteil gefertigt. Eine weitere Komponente der Spannmutter 2 ist durch eine so genannte Rumpfmutter 14 gegeben, welche unmittelbar auf die nicht dargestellte Welle aufschraubbar ist. Die Hülse 8 ist durch eine partielle Bördelung 15 verdrehgesichert, jedoch axial beweglich, mit dem Lastkolben 3 verbunden.

Der ringförmige Druckknopf 9 weist an seinem radial inneren Rand einen von der Stirnseite 10 weg weisenden inneren Bord 16 auf, der einen rohrförmigen, mit einem Innengewinde versehenen Kernabschnitt 17 der Rumpfmutter 14 radial unmittelbar umgibt. In einem radialen Bereich zwischen dem inneren Bord 16 und dem äußeren Bord 13 weist der Druckknopf 9 eine zur Stirnseite 10 hin offene, ringförmig umlaufende Nut 18 auf. In diese Nut 18 greift ein zy- lindermantelförmiger Abschnitt 19 ein, welcher an den Scheibenabschnitt 11 der Hülse 8 angeformt ist. Radial außerhalb der Nut 18 weist der Druckknopf 9 eine konische, zur Stirnseite 10 hin spitz zulaufende Rampe 20 auf, welche am Scheibenabschnitt 11 anschlägt und in den äußeren Bord 13 übergeht. Insgesamt ist der Druckknopf 9 somit bei begrenztem Hub innerhalb der Spannmutter 2 axial verschieblich gelagert. Eine den Druckknopf 9 mit einer Axialkraft beaufschlagende Feder 21 ist als den Kernabschnitt 17 umgebende Schraubenfeder ausgebildet und zwischen den Druckknopf 9 und einen ringscheibenförmigen, einteilig mit dem Kernabschnitt 17 verbundenen Außenabschnitt 22 der Rumpfmutter 14 eingespannt. Während des Betriebs des Gerätes, beispielsweise Winkelschleifers, an welchem ein Teil, insbesondere eine Schleifscheibe, mittels der Spanneinrichtung 1 befestigt ist, zieht sich die Rumpfmutter 14 und damit die gesamte Spanneinrichtung 1 durch die bei den Bearbeitungsvorgängen wirkenden Kräfte tendenziell immer weiter fest, was ein Ansteigen des Drucks in der Druckkammer 4 bedeutet. Um zum Zwecke des Lösens der Spanneinrichtung 1 diesen Druck zu reduzieren, wird, wie anhand der Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, der ringförmige Druckknopf 9 nach innen, dass heißt in Richtung zur Druck- kammer 4, gedrückt, wodurch ein innerer Ringraum 23 entsteht, in welchen die Kugeln 6 ausweichen. Die Verlagerung der Kugeln 6 vom Ringraum 7 in den inneren Ringraum 23 wird maßgeblich durch eine konische Stirnfläche 24 des Ausweichkolbens 5 bewirkt, wobei die Konizität der Stirnfläche 24 der Konizität der Rampe 20 entgegengerichtet ist. Mit anderen Worten: Während sich die Rampe 20 des Druckknopfes 9 radial nach außen der Druckkammer 4 sowie dem Lastkolben 3 annähert, ist der axiale Abstand zwischen der Druckkammer 4 und der ebenfalls eine Rampe bildenden Stirnfläche 24 im radial äußeren Bereich des Ausweichkolbens 5 größer als in dessen radial innerem, dem äußeren Bord 13 des Druckknopfes 9 benachbarten Bereich. Im Querschnitt nach Figur 2 beschreiben die Oberflächen 24,20 des Ausweichkolbens 5 sowie des Druckknopfes 9, zwischen welchen die Kugel 6, wie durch die nebeneinander liegende Anordnung zweier Kugeln 6 angedeutet, verlagerbar ist, eine V- Form, wobei die Spitze des V der Stirnfläche 10 abgewandt ist.

Gleichzeitig mit der Verlagerung der Kugeln 6 radial nach innen, dass heißt vom Ringraum 7 in den inneren Ringraum 23, bildet sich zwischen der ursprünglichen Druckkammer 4 und den Ausweichkolben 5 ein in Figur 3 erkennbarer Ausweichraum 25, welcher den für das hydraulische Druckmedium zur Verfügung stehenden Raum vergrößert und damit ein leichtes Lösen der Spanneinrichtung 1 ermöglicht. Solange ein ausreichender Druck im hydraulischen Druckmedium herrscht, verbleibt der Ausweichkolben 5 in der in Figur 3 dargestellten, als entsperrte Stellung bezeichneten Positionierung. Fällt der Druck des hydraulischen Druckmediums weit genug ab, so bewirkt die Feder 21 eine Verlagerung der Kugeln 6 nach außen und damit eine Rückstellung der Spanneinrichtung 1 in die in Fig. 1 dargestellte Position. Um die Spannmutter 2 auch unabhängig von der Funktion der hydraulischen Entriegelung, beispielsweise bei einem Versagen des das hydraulische Druckmedium aufnehmenden Druckkissens, mittels eines Werkzeugs lösen zu können, weist der Kernabschnitt 17 der Rumpfmutter 14 an seinem Umfang eine Mitnahmekontur 26 in Form zweier Abflachungen, das heißt eines Zweiflachs, auf.

Die Funktion der in den Figuren 4 bis 7 komplett oder teilweise dargestellten Spanneinrichtung 1 entspricht prinzipiell dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3. Für einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in beiden Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 sind im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 bis 7 einzelne Sperrkörper, nämlich Kugeln 6, voneinander beabstandet im Ringraum 7 beziehungsweise im inneren Ringraum 23 - je nach Positionierung des Druckknopfes 9 - gehalten. Die Kugeln 6 werden mittels des Druckknopfes 9 geführt, welcher somit als Käfig fungiert. Nicht nur im gelösten Betriebszustand der Spanneinrichtung 1 , son- dem auch im gesperrten Betriebszustand (Fig. 4), existiert ein Überlapp in radialer Richtung - bezogen auf die Rotationsachse der Spanneinrichtung 1 - zwischen Käfigabschnitten 27 am äußeren Umfang des Druckknopfes 9 und den Kugeln 6. Jeder Käfigabschnitt 27 ist in Umfangsrichtung zwischen zwei Kugeln 6 angeordnet und gegenüber der Rotationsachse schräg gestellt, so dass die ringförmige Nut 18 mehrfach, nämlich bei jeder Kugel 6, unterbrochen ist und im Querschnitt eine unsymmetrische V-Form aufweist.

In Umfangsrichtung zwischen zwei Käfigabschnitten 27 befindet sich jeweils ein im Vergleich zu den Käfigabschnitten in radialer Richtung kürzerer, ebenfalls durch den Druckknopf 9 gebildeter, in einer zur Rotationsachse normalen Ebene liegender Vorsprung 28, welcher im gesperrten Zustand der Spanneinrichtung 1 einen Anschlag für die Kugel 6 radial nach innen bildet. Gleichzeitig ist die Kugel 6 durch die schräg gestellten Käfigabschnitte 27 in Umfangsrichtung festgelegt. Diese Positionierung in Umfangsrichtung bleibt auch bestehen, wenn der Druckknopf 9 gedrückt wird, so dass die Spanneinrichtung 1 in den gelösten Zustand übergeht. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 ist für diesen Übergang in den gelösten Zustand eine geringere radiale Verlagerung der Kugel 6 ausreichend. Dies wird durch eine L-Form (im Querschnitt) des Ausweichkolbens 5 mit einem längeren, die Kugel 6 kontaktierenden L-Schenkel 29 und einem kürzeren auf der Druckkammer 4 aufliegenden L-Schenkel 30 ermöglicht. Der längere, am Mantelabschnitt 12 der Hülse 8 anliegende L-Schenkel 29 ist hierbei, gemessen in radialer Richtung, dünner als der Kolben 5 der Spanneinrichtung 1 nach den Figuren 1 bis 3. Der nur geringen Bauraum beanspruchende Sperr- und Lösemechanismus im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 bis 7 ermöglicht eine im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 breitere (in radialer Richtung) und damit noch benutzerfreundlichere Ausbildung des Druckknopfes 9.

Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 und dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 bis 7 ist darin gegeben, dass bei letztgenannter Ausführungsform die Hülse 8, welche in diesem Fall eine Rändelung 31 aufweist, unmittelbar gegenüber dem Druckknopf 9 verdrehgesichert ist. Hierbei greifen einzelne Sicherungsnasen 32, auch als Drehmomentnasen bezeichnet, welche an den zylindermantelförmigen Abschnitt 19 der Hülse 8 angeformt sind, in korrespondierende Sicherungsschlitze 33, die in der umlaufenden Nut 18 des Druckknopfes 9 gebildet sind, ein. Die durch die Sicherungsnasen 32 und die Sicherungsschlitze 33 gebildete Ver- drehsicherung ist damit derart gesaltet, dass die axiale Verschiebbarkeit des Druckknopfes 9 gegenüber der Hülse 8 gewährleistet bleibt. Bezugszeichenliste

1 Spanneinrichtung

2 Spannmutter

3 Lastkolben

4 Druckkammer

5 Ausweichkolben

6 Kugel

7 Ringraum

8 Hülse

9 Druckknopf

10 Stirnseite

11 Scheibenabschnitt

12 Mantelabschnitt

13 äußerer Bord

14 Rumpfmutter

15 partielle Bördelung

16 innerer Bord

17 Kernabschnitt

18 Nut

19 zylindermantelförmiger Abschnitt

20 Rampe

21 Feder

22 Außenabschnitt

23 innerer Ringraum

24 Stirnfläche

25 Ausweichraum

26 Mitnahmekontur

27 Käfigabschnitten

28 Vorsprung

29 längerer L-Schenkel

30 kürzerer L-Schenkel

31 Rändelung 32 Sicherungsnase

33 Sicherungsschlitz

A _κ wirksame Druckfläche des Ausweichkolbens A _L wirksame Druckfläche des Lastkolbens