Federelement

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Federelement.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Federelement für einen Spanner zum Klem- men von Bauteilen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Federelement nicht nur für Spanner Anwendung finden kann, sondern auch in anderen Bereichen bekannte Federelemente ersetzen kann.

Aus dem Stand der Technik sind diverse Federelemente bekannt, die beispielsweise zum Rückführen von Elementen dienen. Dabei müssen diese Federelemente den unterschiedlichsten Anforderungen dienen. Bei einigen Anwendungen ist einerseits ein möglichst hoher Federweg erwünscht und auch eine möglichst hohe Federkraft. Auch steht oft nur sehr geringer Bauraum für ein Federelement zur Verfügung. Bekannte Federelemente, wie beispielsweise Spiralfedern, erreichen entweder nicht die geforderte hohe Kraft, stellen nicht genügend Federweg zur Verfügung oder beanspruchen zuviel Platz.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Federelement zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine hohe Federkraft bietet, auf der anderen Seite vergleichsweise wenig Bauraum benötigt und weiterhin gleichwohl einen zufriedenstellenden Federweg ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Federelement weist einen ersten Verbindungsabschnitt auf, an dem ein erstes Bauteil angeordnet werden kann. Weiterhin ist ein zweiter Verbindungsabschnitt vorgesehen, an dem ein zweites Bauteil angeordnet werden kann. Weiterhin ist ein Federungsabschnitt vorgesehen, der sich unverzweigt zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt erstreckt.

Erfindungsgemäß erstreckt sich der Federungsabschnitt im wesentlichen in einer Ebene und weist wenigstens 2 gekrümmte Abschnitte auf, in denen der Federungsabschnitt um einen vorgegebenen Winkel und bevorzugt um wenigstens 90° gekrümmt ist. Weiterhin ist wenigstens ein zwischen den gekrümmten Abschnitten angeordneter im wesentlichen geradlinig verlaufender Zwischenabschnitt vorgesehen.

Unter einem sich unverzweigt Erstrecken wird verstanden, dass der Abschnitt insbesondere nicht in zwei oder mehrere Verästelungen übergeht, wie es bei einigen Federungskomponenten aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch dieses unverzweigte Führen des Federungsabschnitts kann eine besonders gleichmäßige Kraftaufbringung auf den gesamten Federungsabschnitt ermöglicht werden.

Dadurch, dass sich der Federungsabschnitt im wesentlichen in einer Ebene erstreckt, kann der geforderten Bauraumreduzierung Rechnung getragen werden.

Unter einer Krümmung um einen vorgegebenen Winkel wird verstanden, dass sich in dem gekrümmten Abschnitt die Richtung des Federungsabschnitts um diesen vorgegebenen Krümmungswinkel ändert. Dabei ist dieser Krümmungswinkel auf einen unbelasteten oder gering belasteten Zustand des Federelements bezogen. Bevorzugt verläuft die Krümmung innerhalb des gekrümmten Abschnitts gleichmäßig.

Unter einem im wesentlichen geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitt wird verstanden, dass die Krümmung dieses Zwischenabschnitts weniger als 40 °, bevorzugt weniger als 20 ° und bevorzugt weniger als 10 ° beträgt. Dabei wird die Krümmung unter Bezugnahme auf eine Mittelachse dieses Zwischenabschnitts verstanden.

Vorzugsweise ist das gesamte Federelement in einer Ebene angeordnet, d. h. nicht nur der Federungsabschnitt sondern auch die beiden Verbindungsabschnitte. Auch auf diese Weise kann der benötigte Bauraum für das Federelement reduziert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Verbindungsabschnitt eine öffnung auf. über diese öffnung in den Verbindungsabschnitten können die Bauteile angeordnet bzw. angelenkt werden, wobei auch eine drehbare Anlenkung des betreffenden Bauteils möglich ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform geht wenigstens ein Verbindungsabschnitt über einen gekrümmten übergangsabschnitt in den Federungsabschnitt über. Damit ist der gekrümmte übergangsabschnitt auch als gekrümmter Abschnitt der obigen Art aufzufassen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Federabschnitt eine variierende Breite auf. Der Begriff der Breite wird eingehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert und beschreibt eine jeweils senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Federabschnitts angeordnete Breite.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die gekrümmten Abschnitte eine höhere Breite auf als die geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitte. Dabei nehmen insbesondere die gekrümmten Abschnitte die auf das Federelement aufgebrachte Kraft auf und durch die geringere Breite der geradlinig verlaufenden Abschnitte kann der gewünschte hohe Federweg erreicht werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein gekrümmter Abschnitt und sind bevorzugt alle gekrümmten Abschnitte um wenigstens 130 °, bevorzugt um wenigstens 150 ° und besonders bevorzugt um wenigstens 170 ° gekrümmt. Dies betrifft jedoch nicht zwangsläufig auch die gekrümmten übergangsabschnitte.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Federelement im wesentlichen punktsymmetrisch bezüglich eines vorgegebenen Mittelpunkts ausgeführt. Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders effiziente und gleichmäßige Kräfteverteilung bei Belastung des Federelements. Bevorzugt ist bei dieser speziellen Ausführungsform, aber auch bei anderen Ausführungsformen, das Federelement als ebene Schlangenlinie ausgeführt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ändert sich die Breite des Federungsabschnitts von einem Maximalwert innerhalb eines gekrümmten Abschnitts zu einem Minimalwert innerhalb eines geradlinigen Zwischenabschnitts. Dabei ändert sich besonders bevor- zugt die Breite des Federungsabschnitts von dem Maximalwert zu dem Minimalwert wenigstens abschnittsweise stetig. Damit sind keine sprunghaften Breitenänderungen vorhanden, wodurch Spannungsspitzen in übergangsbereichen vermieden werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt die Breite des geradlinig verlaufen- den Zwischenabschnitts in einem zentralen Bereich des geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitts einen minimalen Wert an. Dies bedeutet, dass sich die Breite des geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitts von einem vorgegebenen Wert, bei dem es sich beispielsweise um den Maximalwert handeln kann, bevorzugt stetig auf den Minimalwert verringert, um anschließend wieder zum anderen Ende des Zwischenabschnitts hin bevorzugt stetig auf den Maximalwert anzusteigen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Federelement wenigstens vier gekrümmte Abschnitte und wenigstens drei sich zwischen diesen gekrümmten Abschnitten erstreckende, geradlinig verlaufende, Zwischenabschnitte auf. Besonders bevorzugt sind bei dieser Ausführungsform zwei gekrümmte übergangsabschnitte an den Verbindungsabschnitten angeordnet. Allgemein können durch eine Variation der gekrümmten Abschnitte und der dazwischen liegenden geradlinigen Abschnitte sowohl der Federweg als auch weitere Charakteristika (wie die Federkonstante) des Federelements beeinflusst werden. Weiter ist es möglich, durch eine Variation der oben beschriebenen Breite des Federungsabschnitts die Federkonstante zu ändern. Daneben kann auch die Dicke des Federungselements sowie die Kontur der gekrümmten Abschnitte verändert werden, um die Charakteristika des Federelements zu beeinflussen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Federelement eine konstante Dicke auf.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Werkzeugmaschine mit einem Federelement der oben beschriebenen Art gerichtet. Bei dieser Werkzeugmaschine handelt es sich insbesondere um einen Spanner zum Klemmen von Bauteilen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Spanner, der einen Spannarm aufweist, wobei dieser Spannarm mit Hilfe eines Federelements der oben beschriebenen Art gegenüber einem weiteren Element und bevorzugt einer Stange schwenkbar gela- gert ist.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:

Darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Federelement;

Fig. 2 eine Detailansicht des Federelements aus Figur 1 ;

Fig. 3 einen Spanner mit einem erfindungemäßen Federelement;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Spanners aus Figur 3;

Fig. 5 eine Schnitt entlang der Linie C-C durch die Federelemente in dem Spanner aus Figur 3;

Fig. 6 ein Schnitt entlang der Linie A-A durch den Spanner aus Figur 4; und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Spanners aus Figur 3.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Federelement 1. Dieses Federelement 1 weist einen ersten Verbindungsabschnitt 4 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 6 auf. An diesen Verbindungsabschnitten können zwei zueinander bewegbare Teile, wie beispielsweise Bestandteile eines Spanners, angeordnet werden. Zwischen diesen beiden Verbindungsabschnitten 4 und 6 erstreckt sich ein Federungsabschnitt 8 in Form von Schlangenlinien. Dabei weist dieser Federungsabschnitt eine Vielzahl von gekrümmten Abschnitten

11 und 12 auf, wobei in Figur 1 jeweils die unteren gekrümmten Abschnitte mit 1 1 und die oberen gekrümmten Abschnitte mit 12 bezeichnet werden.

Weiterhin ist bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform auch an den beiden Verbin- dungsabschnitten 4 und 6 jeweils ein gekrümmter übergangsabschnitt 15 bzw. 16 vorgesehen. Bei diesen übergangsabschnitten 15 und 16 handelt es sich ebenfalls um gekrümmte Abschnitte, wobei in diesem Fall jedoch der gekrümmte Abschnitt nur in einer Richtung in einen geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitt 14 übergeht. Im einfachsten Fall könnte ein Federelement damit aus zwei übergangsabschnitten 15 und 16 bestehen, die an den Ver- bindungsabschnitten 4 und 6 angeordnet sind, sowie einem geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitt 14 zwischen diesen übergangsabschnitten. Die Verbindungsabschnitte 4, 6 weisen öffnungen 4a, 6a auf, um ein weiteres Bauteil jeweils an diesen öffnungen anzulen- ken. Man erkennt, dass die gekrümmten Abschnitte 11 , 12 um 180 ° gekrümmt sind.

Das auf die in Figur 1 gezeigte Weise konzipierte Federelement weist hier einen Federweg von ca. 2 mm auf, während die bislang im Stand der Technik in Spannern verwendeten Federelemente lediglich einen Federweg von 1 mm erlauben. Die Dicke des Federelements kann unterschiedlich gewählt werden -und beispielsweise zwischen 0,5 mm und 1 mm liegen. Das Federelement ist aus gehärtetem Federstahl gefertigt.

Das Bezugszeichen M bezeichnet einen Mittelpunkt des Federelements, bezüglich dessen das Federelement punktsymmetrisch ist. Durch diese Punktsymmetrie ergibt sich eine besonders gleichmäßige Kräfteverteilung und einfache Bauweise.

Das Federelement ist in seiner Gesamtheit, d. h. einschließlich der Verbindungsabschnite 4 und 6 in einer Ebene angeordnet, wodurch in besonders vorteilhafter Weise eine Reduzierung des für das Federelement nötigen Bauraums erreicht wird. Diese Ebene fällt mit der Figurenebene zusammen.

Man erkennt, dass die Breite B des Federelements 1 entlang des Federungsabschnitts 8 variiert. Genauer gesagt sind die gekrümmten Abschnitte jeweils breiter als die dazwischen liegenden geradlinig verlaufenden Zwischenabschnitte 14.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des in Figur 1 gezeigten Federelements 1 , genauer gesagt den in Figur 1 durch den Kreis A gekennzeichneten Abschnitt. Innerhalb des gekrümmten Abschnitts 1 1 weist das Federelement eine sich stetig verändernde Breite auf, wobei die Breite jeweils durch die eingezeichnete Erstreckungsrichtung ER des Federungsabschnitts 8 5 und eine hierzu senkrechte Richtung definiert wird. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs- form weist der gekrümmte Abschnitt 1 1 eine maximale Breite B _ma χ von 5 mm auf. Der gekrümmte Abschnitt erstreckt sich hier von der Linie X bis hin zu der Linie Y.

An den gekrümmten Abschnitt 11 schließt sich der geradlinige Abschnitt 14 an, der hier je- 10 doch nur zur Hälfte gezeigt ist. Innerhalb dieses Abschnitts reduziert sich die Breite B von einem Maximalwert B _max hin zu einem Minimalwert B _mιn , wobei diese Reduzierung kontinuierlich bzw. stetig erfolgt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform beträgt die minimale Breite B _mιn 2 mm. Die 15 höchsten Belastungen wirken auf das Federelement im Bereich der gekrümmten Abschnitte, weshalb in diesen Bereichen die Breite des Federelements größer gewählt wird als in den geradlinig verlaufenden Abschnitten 14. Durch die Verringerung der Breite B in den geradlinig verlaufenden Abschnitten können zwei Effekte erreicht werden. Einerseits kann eine Materialeinsparung bewirkt werden und auf der anderen Seite kann durch die geringere Breite 20 der gesamte Spannungsgradient, der auf das Federelement, bzw. den Federungsabschnitt wirkt, geringer gehalten werden , da die geringeren Kräfte, die auf den geradlinigen Abschnitt wirken, durch die entsprechende geringere Breite ausgeglichen werden. Damit kann insgesamt das Leistungsvermögen des Elements erhöht werden.

>5 In Fig. 1 bildet sich zwischen den Verbindungsabschnitten 4, 6 und dem ersten langgestreckten Abschnitt 14 jeweils ein Spalt 9, dessen Breite hier im Bereich von 0,6 mm und 1 mm liegt. Auch zwischen den einzelnen benachbarten gekrümmten Abschnitten 11 bilden sich Zwischenräume 13, deren Größe ausschlaggebend für den letztlich erreichbaren Federweg ist.

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Die Figuren 3 - 7 zeigen einen Spanner 20 zum gegeneinander Verspannen von Bauteilen und damit ein typisches Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Federelement. Dieser Spanner (vgl. Fig. 3) weist einen Spannarm 25 auf, der um einen Drehpunkt P schwenkbar angelenkt ist. Das Bezugszeichen 26 bezieht sich dabei auf die Verschraubung dieses

Spannarms und das Bezugszeichen 49 auf eine entsprechende Schraube wie beispielsweise eine Zylinderschraube. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet ein Gehäuseoberteil des Spanners. Die schwenkbare Lagerung des Spannarms erfolgt mit Hilfe von Nadelhülsen 45 (vgl. Fig. 4). An dem Spannarm 25 ist ein (in Fig. 6 gezeigtes) Abtriebsglied 22 vorgesehen, wel- ches über einen Bolzen 24 an dem Federelement 1 bzw. dessen öffnung 4a (vgl. Fig. 1 ) angelenkt ist.

Das Bezugszeichen 42 (Fig. 6) bezeichnet eine Nadelhülse, um den zweiten Verbindungsabschnitt 5 des Federelements gegenüber einer Stange 19 schwenkbar anzuordnen. Dazu ist ein in Fig. 5 gezeigter Bolzen 23, der über eine Zylinderrolle 40 und einen Lagerring 31 angelenkt ist, vorgesehen.

Im unteren Abschnitt von Figur 3 ist der (nicht mehr im Detail erläuterte) Antrieb des Spanners dargestellt. Dabei ist eine Spindel 33 vorgesehen, an der über eine Einschraubmutter 32 und eine Aufnahme die Stange 19 angeordnet ist. Diese Spindel 33 ist drehbar gegenüber einer Platte 30 der Antriebseinheit über eine Lagereinrichtung 36, genauer gesagt ein Rillenkugellager 36, angeordnet. Das Bezugszeichen 48 bezieht sich auf einen Sicherungsring für die Lagereinrichtung und das Bezugszeichen 27 auf eine Buchse. Mit einer Spannscheibe 43 wird die Lagereinrichtung 36 verspannt und mit Hilfe einer Sechskantmutter 47 gegen achsiale Verschiebungen gesichert. Das Bezugszeichen 35 bezieht sich auf ein Zahnrad für den Antrieb der Stange 19. Dieses Zahnrad wird durch ein weiteres Zahnrad 38, welches über einen Spannsatz 39 mit einer Abtriebswelle eines Motors 34 verbunden ist, angetrieben. Dabei ist die Abtriebswelle 18 dieses Motors über ein Rillenkugellager 41 drehbar gelagert und der Motor 34 mit einer Zylinderschraube 44 befestigt. Das Bezugszeichen 37 in Fig. 7 bezieht sich auf eine Passfeder. Der Antrieb kann jedoch auch in anderer Weise, z.B. durch einen Pneumatikzylinder erfolgen.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1 Federelement

4 erster Verbindungsabschnitt

4a öffnung

6 zweiter Verbindungsabschnitt

6a öffnung

8 Federungsabschnitt

9 Spalt

11 , 12 gekrümmte Abschnitte

13 Zwischenräume

14 Zwischenabschnitt

15, 16 übergangsabschnitte

18 Abtriebswelle

19 Stange

20 Spanner

21 Aufnahme

22 Abtriebsglied

23 Bolzen

24 Bolzen

25 Spannarm

26 Verschraubung 7 Buchse 8 Gehäuseoberteil 0 Platte 1 Lagerring 2 Einschraubmutter 3 Spindel 4 Motor 5 Zahnrad 6 Lagereinrichtung

37 Passfeder

38 Zahnrad

39 Spannsatz

40 Zylinderrolle

41 Rillenkugellager

42 Nadelhülse

43 Spannscheibe

44 Zylinderschraube

45 Nadelhülse

47 Sechskantmutter

48 Sicherungsring

49 Schraube

A Kreis

B Breite des Federelements tSmin minimale Breite des Federelements maximale Breite des Federelements

E Ebene

ER Erstreckungsrichtung

M Mittelpunkt des Federelements

P Drehpunkt