WO2013131655A1 - Klemmvorrichtung und elastisches klemmelement - Google Patents

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WO2013131655A1
WO2013131655A1 PCT/EP2013/000692 EP2013000692W WO2013131655A1 WO 2013131655 A1 WO2013131655 A1 WO 2013131655A1 EP 2013000692 W EP2013000692 W EP 2013000692W WO 2013131655 A1 WO2013131655 A1 WO 2013131655A1
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WO
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clamping
membrane
outer cylinder
spindle
clamping element
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Application number
PCT/EP2013/000692
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benedict Korischem
Andre Winkler
Original Assignee
Peiseler Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2121/02—Fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2125/02—Fluid-pressure mechanisms
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    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/68—Lever-link mechanisms, e.g. toggles with change of force ratio

Definitions

  • the invention relates to a clamping device with a housing, a spindle, an elastic clamping element and a brake disc, wherein the spindle and the housing are rotatable relative to each other, wherein the clamping element with the housing and the brake disc with the spindle is rotatably connected, and wherein the clamping element by being applied with a force from a first position to a second position, wherein the housing or the spindle is rotatable in one position and clamped in the other position.
  • the invention also relates to an elastic clamping element for use in a clamping device having a housing, a housing rotatably mounted in the spindle and a brake disc.
  • Clamping devices are used in machine tool construction, in particular for rotary indexing tables or subassemblies, in order to position a clamped workpiece in a desired angular position so that the workpiece can then be machined.
  • the workpiece can be arranged horizontally or vertically depending on the design of the rotary indexing table or sub-unit.
  • a sufficiently high clamping force must be applied to the spindle of the clamping device.
  • the clamping can be done either positively, for example by a flat gear, which is coupled or frictionally by pressing a brake disc to a stationary housing.
  • the configuration of a positive positioning of the spindle or of a workpiece has the disadvantage that the number of possible partial steps and thus the number of possible positions is predetermined by the number of teeth of the face gear, so that under some circumstances a certain position of a workpiece can not be realized is. For this reason, in particular in sub-devices which are to have a high positioning accuracy, preferably realized a frictional clamping of the spindle relative to the fixed housing.
  • a clamping device in which a frictional clamping of a shaft relative to a stationary housing.
  • This known clamping device has a flat, plate-shaped clamping element as clamping element, which has a convex bending region in the initial state, wherein the outer end of the clamping element is supported in the housing and the inner end of the clamping element can exert a clamping force on the shaft to be clamped.
  • a pressure chamber is formed in the known clamping device in the housing, which is bounded on one side by the convex bending region of the clamping element.
  • the known clamping device has the disadvantage that the pressure chamber - functionally necessary - is open to the inside of the rotating spindle, which makes a complex sealing required. So that the curvature of the bending region of the plate-shaped clamping element can be reduced when pressurized, it is necessary that the clamping element has a correspondingly small thickness. This leads to high stresses in the clamping element and on the force-transmitting surfaces or edges of the clamping element. In addition, only a relatively small friction surface for clamping the spindle is available, since in the known clamping device, the friction surface is determined by the thickness of the clamping element.
  • the clamping element Due to the cup-shaped design of the clamping element with an inner cylinder and an outer cylinder, the clamping element itself forms a pressure chamber, so that when pressure is applied to the membrane from the inside of the pressure chamber is closed by the clamping element itself rotatably mounted spindle. Since the printing raum does not have to be sealed against the rotating spindle, simple sealing elements can be used, which simplifies the design and arrangement of the clamping device. Even if relatively high clamping forces or holding moments can be generated with this clamping device, it also has some disadvantages.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a new clamping device or a new clamping element for use in a clamping device available, can be achieved with the or with the simplest possible structural design high clamping forces and holding moments.
  • the clamping element has a diaphragm and an outer cylinder extending parallel to the spindle, wherein the membrane and the outer cylinder are arranged at an angle ß of 90 ° ⁇ a to each other and in the middle of the membrane, an opening surrounding the spindle at a radial distance is formed.
  • the clamping element thus only an outer cylinder and not in addition to an inner cylinder.
  • the outer cylinder has a clamping section and the brake disk has a counterclamping section disposed coaxially therewith, which are at a distance from one another in a position of the clamping element, so that there is a radial gap between the clamping section of the outer cylinder and the counterclamping section of the brake disk.
  • the angle ⁇ between the membrane and the outer cylinder can be changed, a change in the angle ⁇ being a change in the distance between the membrane and the outer cylinder
  • Clamping portion of the outer cylinder causes the counter-clamping portion of the brake disc, so that by applying pressure to the membrane, the housing or the spindle clamped by the clamping element or a clamping of the housing or the spindle can be solved.
  • the housing or the spindle can be urged by the clamping element by applying force to the diaphragm - be clamped. If, however, the clamping element is designed such that in the first position of the clamping element, in which the membrane is not acted upon by a force, between the clamping portion of the outer cylinder and the counter-clamping portion of the brake disc, there is no radial gap, so by applying the membrane with a force a clamping of the housing or the spindle can be solved.
  • the clamping device comprises a housing, a spindle, an elastic clamping element and a brake disk, wherein the spindle and the housing are rotatable relative to each other.
  • the spindle is rotatably mounted in the housing, while the housing and the clamping element are stationary.
  • the clamping principle underlying the invention which is similar to that of a toggle lever, can in principle also be applied if the housing and the clamping element are rotatable, while the spindle and the brake disc are stationary.
  • the clamping member by application of a force from a first position in which the housing is rotatable, in a second position in which the housing is clamped via the clamping element and the brake disc, can be brought.
  • the housing and the spindle are rotatable relative to each other, wherein the clamping element serves to that the rotatable member - the housing or the spindle - can be clamped or held in a desired position.
  • the housing is stationary and the spindle is rotatable, but the present invention should not be limited thereto.
  • the clamping element only a membrane and an outer cylinder - but not additionally an inner cylinder -, takes place in the clamping device according to the invention, the clamping the spindle exclusively over the outer cylinder of the clamping element.
  • the clamping device according to the invention is thus deliberately dispensed with the additional internal clamping directly to the spindle, but this does not lead to a reduction but to an increase in the achievable clamping torque. This is due to the fact that by dispensing with an inner cylinder and thus also a clamping between the inner cylinder and the spindle, the stresses occurring in the membrane at a certain clamping force in the clamped state of the membrane are reduced.
  • the Applicant has found that in the case of the clamping device known from the prior art, the transitional area between the diaphragm and the inner cylinder constitutes the mechanical weak point of the clamping element.
  • the clamping force occurring on the inner cylinder leads to high stresses in the membrane, which limit the maximum possible clamping force. Therefore, in the known clamping device, the maximum clamping force theoretically possible on the outer cylinder can not be utilized, since otherwise the clamping element would be damaged in the transition region between the diaphragm and the inner cylinder.
  • the clamping element Since in the clamping device according to the invention, the clamping element has no inner cylinder, the clamping element can be acted upon with a larger force, resulting in a larger clamping force between the clamping portion of the outer cylinder and the counter-clamping portion on the brake disc.
  • the distance between the point of application of force on the membrane and the outer cylinder can be increased with an unchanged dimension of the clamping element, which leads to an increase in the clamping torque. Namely, in the clamping device according to the invention or the clamping element according to the invention, the entire width of the membrane, i.
  • the radial extent of the membrane from the opening to the outer cylinder can be used as a "toggle leg", while in the known clamping device only half the width of the membrane acts as a "toggle leg” both to the outer cylinder and the inner cylinder.
  • This has the advantage that a smaller axial stroke is necessary for the closure of the functional radial gap, which in turn leads to lower bending stresses in the transition region between the membrane and the outer cylinder.
  • the outer cylinder preferably has a fastening region on its free end facing away from the membrane, via which the Clamping element firmly connected to the housing, in particular can be screwed. Since in the clamping element according to the invention, the opening-limiting edge of the membrane - functionally necessary - is not connected to the housing so that there is no mounting area is either only a smaller space for the clamping element required or the width of the membrane can - at the same remaining size of the installation space - be increased, which leads to a further increase in the maximum possible clamping torque.
  • a spindle surrounding the spindle at a radial distance cylindrical support member is disposed within the opening of the membrane, which limits a radial displacement of the opening bounding the edge of the membrane. If the membrane is subjected to a force, this leads to a change in the angle ⁇ between the membrane and the outer cylinder and to a displacement of the clamping section of the outer cylinder perpendicular to the direction of the force.
  • the arrangement of the cylindrical support member within the opening of the diaphragm a deformation of the diaphragm is prevented radially inwardly, whereby the clamping force between the outer cylinder and the brake disc is increased.
  • the loading of the membrane of the clamping element with a force is preferably carried out with the aid of an activatable force element, wherein in the context of the invention, the force element both compressed air or pressure oil and a particular pneumatically or hydraulically actuated component, in particular a piston may be.
  • a piston preferably engages in the vicinity of the opening on the membrane, so that the effective "knee lever leg length" is maximum.
  • the cylindrical support element arranged within the opening of the membrane is connected to the piston. An axial displacement of the piston then automatically leads to an axial displacement of the support element.
  • the edge of the membrane bounding the opening and / or the adjacent inner surface of the membrane have an outwardly curved contact surface which interacts with the support element or the piston.
  • the formation of outwardly curved contact surfaces leads to a reduction in the surface pressure that occurs at the contact surface of the membrane with the support element or the piston. Since the maximum allowable stress (Hertzian pressure), which in the Center of the contact surface of two elastic body is allowed to occur at a curved contact surface is significantly larger than a sharp-edged contact surface, by forming outwardly curved contact surfaces, the maximum allowable force with which the membrane is applied, be further increased, resulting in a further increase in the maximum possible clamping force.
  • Hertzian pressure Hertzian pressure
  • outwardly curved contact surfaces can therefore be formed, for example, on the side of the clamping section of the outer cylinder facing the counter-clamping section or on the side of the counter-clamping section of the brake disk facing the clamping section.
  • the brake disk-as stated at the beginning-to be connected in a rotationally fixed manner to the spindle.
  • the spindle and the brake disk are two separate components, wherein the brake disk is then firmly connected to the spindle, in particular screwed.
  • the brake disc may also be formed integrally with the spindle, so that the brake disc or the component acting as a brake disc is part of the spindle.
  • the brake disc is arranged and designed such that the counter clamping portion of the brake disc in the second position of the clamping member with his side facing away from the clamping portion of the outer cylinder rests against an opposite housing portion.
  • the clamping effect of the brake disc can be amplified in a simple manner.
  • the side of the counterclamping section of the brake disk remote from the clamping section of the outer cylinder and / or the side of the housing section facing the counterclamping section can also have an outwardly curved contact surface.
  • the support element may have a bevel, so that the support element is designed in the shape of a truncated cone, with the outer surface facing the edge of the membrane the outer circumference of the support element in the direction of the force acting on the membrane decreases.
  • Such an embodiment of the support element has the advantage that a gap formed between the edge of the membrane and the support element in the unclamped state can be reduced to zero by an axial displacement of the support element without the membrane already being deformed.
  • the size of the radial stroke at a given axial stroke, ie, an axial displacement of the support element can be increased by the slope of the support element.
  • By forming a slope on the support element it is possible to make the radial stroke in dependence on the axial stroke uniform, so that a further increase in the clamping force is possible.
  • the clamping element consists of a membrane and an outer cylinder running parallel to the spindle.
  • the clamping element is designed as a component, so that the membrane and the outer cylinder are integrally formed.
  • the membrane and the outer cylinder may also be formed as two separate components which are positively and / or non-positively connected to each other.
  • a collar or bevel is preferably formed on the surface of the clamping section of the outer cylinder facing the diaphragm, by means of which the membrane arranged inside the outer cylinder is positively or non-positively connected to the outer cylinder.
  • the two-part design of the clamping element has the advantage that in the transition region from the membrane to the outer cylinder no bending stress occur that limit the maximum possible clamping force.
  • the edge of the membrane facing the outer cylinder advantageously has an outwardly curved contact surface which cooperates with the facing surface of the clamping section of the outer cylinder. By the outwardly curved contact surface, in turn, the surface pressure occurring is reduced, so that the membrane is acted upon by a larger force and thus a higher clamping torque can be generated.
  • the opening of the limiting edge of the membrane has an outwardly curved contact surface which cooperates with the support element.
  • the membrane may then be formed as a concave or convex disc, in the middle of which the opening for the spindle is formed, wherein both the outer and the inner edge of the disc-shaped membrane is rounded due to the curved contact surface.
  • the clamping element can be formed in detail and how the clamping element and the brake disc are arranged relative to each other.
  • the diaphragm and the outer cylinder are arranged at an angle ⁇ of 90 ° ⁇ ⁇ to one another.
  • the angle ⁇ between the diaphragm and the outer cylinder is 90 ° -, i. the angle ⁇ is smaller than 90 °, where ⁇ is generally smaller than 20 °, preferably between 5 ° and 15 °, so that the angle ⁇ is between 75 ° and 85 °.
  • the brake disc and the clamping element such formed and arranged to each other that the brake disc surrounds at least the clamping portion of the outer cylinder.
  • the activatable force element for example the piston, is arranged relative to the clamping element such that an application of force to the clamping element causes the angle ⁇ between the membrane and the outer cylinder to increase.
  • the clamping element and the brake disc are dimensioned and arranged to each other that between the clamping portion of the outer cylinder and the counter-clamping portion of the brake disc no radial gap exists when the clamping element is not acted upon by a force.
  • the brake disc encloses at least the clamping portion of the outer cylinder, wherein in this embodiment, the force is arranged to the clamping element that decreases upon application of the clamping element with a force of the angle ß, so that the clamping portion of the outer cylinder pulled away from the counter clamping portion of the brake disc and thereby the clamping is released, so that the spindle is rotatable.
  • the membrane is - in otherwise substantially identical design of the clamping element - applied in this embodiment variant of the opposite side with the force.
  • the outer cylinder has a cylindrical projection which surrounds the brake disc at least partially.
  • the clamping portion of the outer cylinder is formed by the cylindrical projection, wherein the clamping between the inside of the neck and the outside of the Gegenklemmabitess the brake disc takes place.
  • the outer cylinder or its projection and the brake disk are dimensioned and arranged relative to one another such that there is no radial gap between the clamping portion and the counterclamping portion of the brake disk when the clamping element is not subjected to a force.
  • the angle ⁇ between the membrane and the outer cylinder is greater than 90 °.
  • the clamping element and the brake disk are preferably dimensioned in this way. niert and arranged to each other, that between the clamping portion of the outer cylinder and the counter-clamping portion of the brake disc, which at least partially surrounds the outer cylinder, there is no radial gap when the clamping member is not acted upon with a force.
  • the activatable force element is arranged relative to the clamping element that increases upon application of the clamping element with a force of the angle ß, whereby the clamping portion of the outer cylinder is pulled away from the counter-clamping portion of the brake disc, so that the clamping is released and thus the spindle is rotatable.
  • clamping device can thus be realized by activating the force element, by a corresponding configuration of the clamping element, in particular by the choice of the angle ß between the membrane and the outer cylinder, and by a corresponding arrangement and design of clamping element and brake disc. for example, when pressurized, either active (clamped state) or passive (not clamped state).
  • the present invention relates not only to a clamping device but also to an elastic clamping element for use in a corresponding clamping device which has a housing, a spindle and optionally a brake disk.
  • the elastic clamping element is according to the invention according to the features of claim 17, characterized in that the clamping element has a diaphragm and a cylindrical portion, wherein the diaphragm and the cylindrical portion at an angle ß of 90 ° - ⁇ are arranged to each other and in the middle of Diaphragm is formed an opening which surrounds the spindle with a radial distance, wherein the cylindrical portion has a clamping portion which can cooperate with a corresponding counter-clamping portion on the spindle or a spindle attached to the brake disc.
  • the angle ⁇ between the diaphragm and the cylindrical portion is variable, so that the clamping portion of the cylindrical portion is movable perpendicular to the direction of
  • the cylindrical portion may be formed as an inner cylinder or alternatively as an outer cylinder, wherein when the cylindrical portion is formed as an inner cylinder, the clamping directly on the brake disc or a Gegenklemmab- cut takes place on the brake disc, so that a brake disc is not provided.
  • a clamping element which, in addition to a membrane, has only one inner cylinder, namely that no space is required for a brake disk connected to the spindle.
  • the clamping element preferably has an outer cylinder as a cylindrical portion.
  • the membrane of the clamping element can be inclined obliquely inwards or outwards, viewed from the direction of the force element or the fastening region preferably provided on the cylindrical section, so that the membrane is approximately frustoconical, with the opening in the middle.
  • the membrane is inclined inwardly from its outer region facing the outer cylinder toward the opening formed in the middle, so that the angle ⁇ between the outer cylinder and the membrane is less than 90 °, in particular between 75 ° and 85 °.
  • the counterclamping portion facing side of the clamping portion of the outer cylinder may each have an outwardly curved contact surface.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a clamping device as part of a
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a part of an embodiment of the clamping device according to the invention, in section, 3 is an enlarged detail view of two alternative embodiments of a part of the clamping device, in section,
  • FIG. 4 is an enlarged detail of an alternative embodiment of a clamping device, in section,
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of another embodiment of a clamping device, in section,
  • FIG. 6 is an enlarged detail view of another embodiment of a clamping device, similar to the embodiment of FIG. 1,
  • FIG. 8 is an enlarged view of a portion of another embodiment of a clamping member, in section.
  • Fig. 9 is a perspective view of a part of an inventive
  • FIG. 1 to 8 show different embodiments or details of different embodiments of a clamping device 1 according to the invention as part of a machine tool, in particular a sub-device or a circular scarf table.
  • Figure 9 shows a preferred embodiment of a clamping element according to the invention in a perspective view.
  • the exemplary embodiments of a clamping device 1 according to the invention illustrated in the figures have a housing 2, a spindle 3 which is rotatably arranged in the housing 2, a clamping element 4 and a brake disk 5 fixedly connected to the spindle 3, for example screwed on.
  • the functionally belonging to the clamping device 1 housing 2 simultaneously represents the housing of the dividing device or the rotary indexing table, wherein the housing 2 itself may consist of several housing parts which are interconnected.
  • the clamping device 1 shown in Fig. 1 can be used to position a clamped workpiece in any angular position of the spindle 3, so that the workpiece can then be processed in the desired position by means of a processing machine. As can be seen from FIG.
  • the clamping element 4 has a diaphragm 6 and an outer cylinder 7 extending parallel to the spindle 3, the diaphragm 6 and the outer cylinder 7 being arranged at an angle ⁇ of 90 ° to one another.
  • the angle is preferably between 5 ° and 15 °, so that the angle ⁇ is preferably between 75 ° and 85 °.
  • the rotationally symmetrical clamping element 4 has in its center an opening 8 which surrounds the spindle 3 at a radial distance.
  • the outer cylinder 7 has a clamping portion 9 and the brake disc 5 a coaxial thereto arranged counter clamping portion 10, wherein in the first position shown in Fig. 1, in which the spindle 3 is not clamped, between the clamping portion 9 and Gegenklemmabites 10 a radial gap 1 1 consists.
  • the gap 1 1 is usually only a few hundredths of a millimeter. If the membrane 6 is acted upon by an axially directed force F, this leads to the fact that the angle ⁇ between the diaphragm 6 and the outer cylinder 7 increases, which in turn leads to the clamping portion 9 of the outer cylinder 7 outwardly in the direction of the in Fig.
  • a radially spaced the spindle 3 surrounding cylindrical support member 12 is disposed, which limits a radial displacement of the opening 8 limiting edge 13 of the diaphragm 6 in the direction of the spindle 3, ie, inwardly.
  • the support member 12 is connected to a piston 14 which is hydraulically or preferably pneumatically actuated and by means of which the membrane 6 can be acted upon in the region of the edge 13 with the force F.
  • the piston 14 is itself movably arranged within a cylinder 15 which surrounds the spindle 3 at a radial distance.
  • a pressure chamber 16 is thereby formed, which can be filled with compressed air or other pressure medium, so that the piston 14 moves in the direction of the membrane 6 and thereby deflects the membrane 6.
  • the embodiment of the clamping device 1 shown in FIG. 1 with a piston 14 guided in a cylinder 15 has the advantage that the pressure chamber 16 is not sealed against the rotating spindle 3. must be.
  • 16 simple (not shown here) sealing elements between the piston 14 and the cylinder 15 can be used to seal the pressure chamber.
  • the opening 8 delimiting edge 13 of the membrane 6 and the adjacent inner surface of the membrane 6 each have an outwardly curved contact surface 13 a, 6 a, with the support member 12 and the piston 14 cooperate.
  • the outwardly curved contact surfaces 13a, 6a lead to a reduction of the surface pressure between the diaphragm 6 and the support element 12 or the piston 14, so that the maximum permissible force F, with which the diaphragm 6 can be acted upon, increases.
  • the side of the clamping section 9 of the outer cylinder 7 facing the counter-clamping section 10 also has an outwardly curved contact surface 9a.
  • the counter clamping portion 10 of the brake disc 5 a housing portion 17 is arranged opposite, so that the counter-clamping portion 10 in the second position of the clamping member 4, in which the spindle 3 is clamped, with its the clamping portion 9 facing away Side rests on the opposite housing portion 17.
  • the counter-clamping section 10 may preferably also have an outwardly curved contact surface 10a on its side opposite the housing section 17.
  • FIG. 3 shows two different embodiments of the diaphragm 6 of the clamping element 4 and the cylindrical support member 12 and the piston 14.
  • the support member 12 integrally connected to the piston 14 is frusto-conical
  • the slope of the Truncated cone is oriented such that the edge 13 of the membrane 6 facing outer circumference of the support member 12 is reduced in the direction of the force acting on the diaphragm 6 force F.
  • Such a configuration of the support element 12 has the advantage that a gap formed in the non-clamped state between the edge 13 of the diaphragm 6 and the support element 12 can be reduced to zero by an axial displacement of the support element 12 or the piston 14, without thereby already the membrane 6 is deformed, so that the bending stresses occurring are reduced. Also As a result, the maximum possible clamping force or the maximum clamping torque acting on the spindle 3 can be further increased.
  • a recess 18 is formed in the side of the piston 14 facing the diaphragm 6, so that the extent of the piston 14 is reduced in the axial direction.
  • the support element 12 for the edge 13 of the membrane 6 is thus virtually integrated in the piston 14 or formed within the piston 14.
  • the clamping element 4 is formed as a component, so that the membrane 6 and the outer cylinder 7 are integrally connected to each other, in the embodiments of FIG. 7, the membrane 6 and the outer cylinder 7 are two separate components which are positively and / or non-positively connected to each other.
  • a collar 19 is formed on the surface of the clamping section 9 of the outer cylinder 7 facing the membrane 6, while in the variant according to FIG. 7b the outer cylinder 7 has a bevel 20.
  • the edge 21 of the membrane 6 facing the outer cylinder 7 has an outwardly curved contact surface 21a which cooperates with the facing surface of the clamping section 9 of the outer cylinder 7. Due to the formation of the slope 20 on the outer cylinder 7, the gap 1 1 between the diaphragm 6 and the outer cylinder 7 can be reduced to zero, without already bending stresses in the diaphragm 6 or in the outer cylinder 7 occur. While in the embodiments according to FIGS.
  • a clamping of the spindle 3 takes place only when the clamping element 4 is acted upon by a force F, in the embodiments according to FIGS. 4 to 6, the spindle 3 in powerless or unpressurized Condition of clamping clamped.
  • the diaphragm 6 must be subjected to a force F to release the clamping, so that the spindle 3 is rotatable.
  • the embodiment of a clamping device 1 according to FIG. 4 differs essentially from the exemplary embodiment according to FIG. 1 in that the force F acting on the clamping element 4 is directed in the opposite direction, so that the angle ⁇ between the diaphragm 6 and the outer cylinder 7 reduced, when the clamping element 4 is acted upon by a force F.
  • the clamping element 4 and the brake disc 5 are dimensioned so that in - in Fig. 4 - unpressurized state of the clamping portion 9 of the outer cylinder 7 presses against the counter-clamping portion 10 of the brake disc 5, so that the spindle 3 is clamped.
  • the outer cylinder 7 has a cylindrical projection 23 which at least partially surrounds the brake disk 5.
  • the clamping portion 9 of the outer cylinder 7 is thus formed by the cylindrical projection 23, wherein the clamping between the inside of the projection 23 and the opposite outer side of the counter-clamping portion 10 of the brake disk 5 takes place.
  • the brake disk 5 and the outer cylinder 7 and the cylindrical projection 23 are dimensioned and arranged to each other that between the clamping portion 9 and the counter clamping portion 10, no radial gap 1 1, when the clamping element 4 is not acted upon by a force F.
  • Fig. 6 shows an embodiment of a clamping device 1 according to the invention, in which the angle ß between the diaphragm 6 and the outer cylinder 7 is greater than 90 °. Also in this embodiment, there is no radial gap between the clamping portion 9 of the outer cylinder 7 and the counter-clamping portion 10 of the brake disc 5, when the clamping element 4 is not acted upon by a force F. If the membrane 6 is acted upon by a force F, this leads to an increase in the angle ⁇ between the membrane 6 and the outer cylinder 7, as a result of which the clamping abutment cut 9 of the outer cylinder 7 is pulled away from the counter-clamping section 10 of the brake disk 5 in the direction of the arrow FA shown in Fig. 6.
  • the diaphragm 6 must be subjected to a force F in this embodiment, including - as shown in Fig. 1 - the piston 14 with Pressure can be applied.
  • the inner region of the membrane 6 adjoining the opening 8 may be thicker than the opposite outer region of the membrane 6, as indicated in FIG. 8.
  • a thickened formation of the inner region of the membrane 6 simultaneously facilitates the formation of an outwardly curved contact surface 13a, as shown for example in FIG. 3a.
  • the outer cylinder 7, at its free end facing away from the membrane 6, has a fastening region 24, by way of which the clamping element 4 is screwed firmly to the housing 2.
  • Fig. 9 shows a preferred embodiment of an elastic clamping element 4 with a membrane 6 and an outer cylinder 7 as a cylindrical portion, wherein the membrane 6 at an angle ß of 90 ° - ⁇ to the outer cylinder 7 is arranged and in the middle of the membrane 6 an opening 8 is formed, which surrounds a spindle 3 with a radial distance.
  • the adjacent to the opening 8, inner region of the membrane 6 is formed thicker than the opposite, outer region of the membrane 6.
  • the opening 8 limiting edge 13 of the membrane 6 has an outwardly curved contact surface.
  • the clamping element 4 can also have an inner cylinder instead of an outer cylinder as the cylindrical section, so that the clamping takes place inside, between the clamping section of the inner cylinder and a counter clamping section of the spindle 3.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Klemmvorrichtung mit einem Gehäuse (2), einer Spindel (3), einem elastischen Klemmelement (4) und einer Bremsscheibe (5), wobei die Spindel (3) und das Gehäuse (2) relativ zueinander drehbar sind, wobei das Klemmelement (4) mit dem Gehäuse (2) und die Bremsscheibe (5) mit der Spindel (3) drehfest verbunden ist, und wobei das Klemmelement (4) durch Beaufschlagung mit einer Kraft (F) aus einer ersten Position, in der die Spindel (3) drehbar ist, in eine zweite Position, in der die Spindel (3) durch das Klemmelement (4) geklemmt ist, verbringbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung können bei einfacher konstruktiver Gestaltung dadurch hohe Klemmkräfte bzw. Haltemomente erzielt werden, dass das Klemmelement (4) eine Membran (6) und einen parallel zur Spindel (3) verlaufenden Außenzylinder (7) aufweist, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° ± α zueinander angeordnet sind und in der Mitte der Membran (6) eine die Spindel (3) mit radialem Abstand umgebende Öffnung (8) ausgebildet ist, dass der Außenzylinder (7) einen Klemmabschnitt (9) und die Bremsscheibe (5) einen koaxial dazu angeordneten Gegenklemmabschnitt (10) aufweist, wobei in der ersten Position des Klemmelements (4) zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) ein radialer Spalt (11) besteht, und dass durch Beaufschlagung der Membran (6) mit einer im Wesentlichen axial gerichteten Kraft (F) der Winkel ß zwischen der Membran (6) und dem Außenzylinder (7) veränderbar ist, wobei eine Veränderung des Winkels ß eine Veränderung des Abstandes des Klemmabschnitts (9) des Außenzylinders (7) zum Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) bewirkt, so dass durch Beaufschlagung der Membran (6) mit einer Kraft die Spindel (3) durch das Klemmelement (4) geklemmt oder eine Klemmung der Spindel (3) gelöst wird.

Description

Klemmvorrichtung und elastisches Klemmelement
Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung mit einem Gehäuse, einer Spindel, einem elastischen Klemmelement und einer Bremsscheibe, wobei die Spindel und das Gehäuse relativ zueinander drehbar sind, wobei das Klemmelement mit dem Gehäuse und die Bremsscheibe mit der Spindel drehfest verbunden ist, und wobei das Klemmelement durch Beaufschlagung mit einer Kraft aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wobei das Gehäuse oder die Spindel in der einen Position drehbar und in der anderen Position geklemmt ist. Daneben betrifft die Erfindung noch ein elastisches Klemmelement zur Verwendung bei einer Klemmvorrichtung, die ein Gehäuse, eine im Gehäuse drehbar gelagerte Spindel und eine Bremsscheibe aufweist.
Klemmvorrichtungen werden im Werkzeugmaschinenbau, insbesondere bei Rundschalttischen oder Teilgeräten eingesetzt, um ein aufgespanntes Werkstück in einer gewünschten Winkelstellung zu positionieren, damit das Werkstück dann bearbeitet werden kann. Das Werkstück kann dabei je nach Ausführung des Rundschalttisches bzw. Teilgeräts horizontal oder vertikal angeordnet werden. Damit sich die vorgegebene Position eines eingespannten Werkstücks bei dessen Bearbeitung mit einer entsprechenden Bearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschine nicht ungewollt verändert, muss von der Klemmvorrichtung eine ausreichend hohe Klemmkraft auf die Spindel aufgebracht werden.
Die Klemmung kann entweder formschlüssig, beispielsweise durch eine Planverzahnung, die eingekoppelt wird oder reibschlüssig durch das Andrücken einer Bremsscheibe an ein ortsfestes Gehäuse erfolgen. Die Ausgestaltung einer formschlüssigen Positionierung der Spindel bzw. eines Werkstücks hat dabei den Nachteil, dass die Anzahl der möglichen Teilschritte und somit die Anzahl der möglichen Positionen durch die Anzahl der Zähne der Planverzahnung vorgegeben ist, so dass unter Umständen eine bestimmte Position eines Werkstücks nicht realisierbar ist. Aus diesem Grunde wird insbesondere bei Teilgeräten, die eine hohe Positioniergenauigkeit aufweisen sollen, vorzugsweise eine reibschlüssige Klemmung der Spindel gegenüber dem feststehenden Gehäuse realisiert.
Aus der DE 103 35 795 AI ist eine Klemmvorrichtung bekannt, bei der eine reibschlüssige Klemmung einer Welle gegenüber einem feststehenden Gehäuse erfolgt. Diese bekannte Klemmvorrichtung weist ein flaches, plattenförmiges Spannelement als Klemm- element auf, das einen im Ausgangszustand konvexen Biegebereich aufweist, wobei sich das äußere Ende des Spannelements im Gehäuse abstützt und das innere Ende des Spannelements eine Klemmkraft auf die zu klemmende Welle ausüben kann. Hierzu ist bei der bekannten Klemmvorrichtung im Gehäuse ein Druckraum ausgebildet, der auf einer Seite von dem konvexen Biegebereich des Spannelements begrenzt wird. Wird der Druckraum mit Überdruck beaufschlagt, so führt dies zu einer Verringerung der Krümmung des Biegebereichs des plattenförmigen Spannelements, wodurch das freie, innere Ende des Spannelements gegen die Welle gedrückt wird, so dass die Welle durch das Spannelement geklemmt wird.
Die bekannte Klemmvorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass der Druckraum - funktionsnotwendigerweise - nach innen zur rotierenden Spindel offen ist, was eine aufwendige Abdichtung erforderlich macht. Damit die Krümmung des Biegebereichs des plattenförmigen Spannelements bei Druckbeaufschlagung verringert werden kann, ist es erforderlich, dass das Spannelement eine entsprechend geringe Dicke aufweist. Dies führt zu hohen Spannungen im Spannelement und an den Kraftübertragenden Flächen bzw. Kanten des Spannelements. Außerdem steht auch nur eine relativ geringe Reibfläche zur Klemmung der Spindel zur Verfügung, da bei der bekannten Klemmvorrichtung die Reibfläche durch die Dicke des Spannelements bestimmt wird.
Dieses Problem ist bei der aus der DE 10 2009 014 1 17 AI bekannten Klemmvorrichtung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, dadurch gelöst, dass das Klemmelement einen die zu klemmende Spindel umgebenden Innenzylinder und einen koaxial zum Innenzylinder angeordneten Außenzylinder aufweist, die beide durch eine Membran miteinander verbunden sind. Das Klemmelement ist somit topfförmig ausgebildet, wobei die Membran nach innen oder nach außen gewölbt ist, so dass durch Beaufschlagung der Membran mit einer Kraft die Krümmung der Membran veränderbar ist, was zu einer Veränderung des Abstandes sowohl des Klemmabschnitts des Innenzylinders als auch des Klemmabschnitts des Außenzylinders zur Spindel führt. Durch Beaufschlagung des Klemmelements mit einer Kraft kann die Spindel so durch das Klemmelement geklemmt oder eine Klemmung der Spindel gelöst werden.
Durch die topfförmige Ausgestaltung des Klemmelements mit einem Innenzylinder und einem Außenzylinder bildet das Klemmelement selber einen Druckraum, so dass bei Druckbeaufschlagung der Membran von der Innenseite der Druckraum durch das Klemmelement selber zur drehbar gelagerten Spindel geschlossen ist. Da der Druck- räum nicht gegenüber der drehenden Spindel abgedichtet werden muss, können einfache Dichtungselemente verwendet werden, was die Ausgestaltung und Anordnung der Klemmvorrichtung vereinfacht. Auch wenn mit dieser Klemmvorrichtung bereits relativ hohe Klemmkräfte bzw. Haltemomente erzeugt werden können, so weist sie doch auch einige Nachteile auf. Um die im nicht geklemmten Zustand vorhandenen Spalte zwischen den Klemmflächen des Klemmelements und den korrespondierenden Flächen an der Spindel bzw. an der Bremsscheibe beim Klemmen zu schließen, ist ein gewisser axialer Hub der Membran erforderlich, der zu Biegespannungen in den Übergangsbereichen zwischen der Membran und dem Innenzylinder bzw. dem Außenzylinder führt. Da diese Biegespannungen das begrenzende Bemessungskriterium für das Klemmelement darstellen, müssen die Spalte möglichst klein gehalten werden, was bei der topfförmigen Ausgestaltung des Klemmelements jedoch relativ hohe Fertigungsgenauigkeiten erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue Klemmvorrichtung bzw. ein neues Klemmelement zur Verwendung bei einer Klemmvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der bzw. mit dem bei möglichst einfacher konstruktiver Gestaltung hohe Klemmkräfte bzw. Haltemomente erzielt werden können.
Diese Aufgabe ist bei der eingangs beschriebenen Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Klemmelement eine Membran und einen parallel zur Spindel verlaufenden Außenzylinder aufweist, wobei die Membran und der Außenzylinder unter einem Winkel ß von 90° ± a zueinander angeordnet sind und in der Mitte der Membran eine die Spindel mit radialem Abstand umgebende Öffnung ausgebildet ist. Im Unterschied zur aus der DE 10 2009 014 1 17 AI bekannten Klemmvorrichtung weist das Klemmelement somit lediglich einen Außenzylinder und nicht zusätzlich auch noch einen Innenzylinder auf. Der Außenzylinder weist dabei einen Klemmabschnitt und die Bremsscheibe einen koaxial dazu angeordneten Gegenklemmabschnitt auf, die in einer Position des Klemmelements einen Abstand zueinander aufweisen, so dass zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe ein radialer Spalt besteht. Durch Beaufschlagung der Membran mit einer im Wesentlichen axial ge- richteten Kraft ist der Winkel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder veränderbar, wobei eine Veränderung des Winkels ß eine Veränderung des Abstandes des Klemmabschnitts des Außenzylinders zum Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe bewirkt, so dass durch Beaufschlagung der Membran mit einer Kraft das Gehäuse oder die Spindel durch das Klemmelement geklemmt oder eine Klemmung des Gehäuses oder der Spindel gelöst werden kann.
Besteht in der ersten Position des Klemmelements, in der die Membran nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist, zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe ein radialer Spalt, so kann durch Beaufschlagung der Membran mit einer Kraft das Gehäuse oder die Spindel durch das Klemmele- ment geklemmt werden. Ist dagegen das Klemmelement so ausgebildet, dass in der ersten Position des Klemmelements, in der die Membran nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist, zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe kein radialer Spalt besteht, so kann durch Beaufschlagung der Membran mit einer Kraft eine Klemmung des Gehäuses oder der Spindel gelöst werden kann.
Einleitend ist ausgeführt worden, dass die Klemmvorrichtung ein Gehäuse, eine Spindel, ein elastisches Klemmelement und eine Bremsscheibe aufweist, wobei die Spindel und das Gehäuse relativ zueinander drehbar sind. In der Regel ist dabei die Spindel drehbar im Gehäuse gelagert, während das Gehäuse und das Klemmelement ortsfest sind. Das der Erfindung zugrunde liegende Klemmprinzip, welches dem eines Kniehebels ähnlich ist, kann grundsätzlich auch angewendet werden, wenn das Gehäuse und das Klemmelement drehbar sind, während die Spindel und die Bremsscheibe ortsfest sind. In diesem Fall ist das Klemmelement durch Beaufschlagung mit einer Kraft aus einer ersten Position, in der das Gehäuse drehbar ist, in eine zweite Position, in der das Gehäuse über das Klemmelement und die Bremsscheibe geklemmt ist, verbringbar. Entscheidend ist somit, dass das Gehäuse und die Spindel relativ zueinander drehbar sind, wobei das Klemmelement dazu dient, dass das drehbare Bauteil - das Gehäuse oder die Spindel - in einer gewünschten Position geklemmt bzw. gehalten werden kann. Nachfolgend wird gleichwohl immer davon ausgegangen, dass das Gehäuse ortsfest und die Spindel drehbar ist, ohne dass die vorliegende Erfindung jedoch darauf beschränkt sein soll.
Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung das Klemmelement nur eine Membran und einen Außenzylinder - nicht jedoch zusätzlich noch einen Innenzylinder - aufweist, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung die Klemmung der Spindel ausschließlich über den Außenzylinder des Klemmelements. Bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung wird somit bewusst auf die zusätzliche innere Klemmung direkt an der Spindel verzichtet, was jedoch nicht zu einer Reduzierung sondern zu einer Vergrößerung des erreichbaren Klemmmoments führt. Dies liegt daran, dass durch den Verzicht auf einen Innenzylinder und damit auch auf eine Klemmung zwischen dem Innenzylinder und der Spindel, die im geklemmten Zustand der Membran bei einer bestimmten Klemmkraft auftretenden Spannungen in der Membran reduziert werden. Die Anmelderin hat nämlich herausgefunden, dass bei der aus dem Stand der Technik bekannten Klemmvorrichtung der Übergangsbereich zwischen der Membran und dem Innenzylinder die mechanische Schwachstelle des Klemmelements darstellt. Die am Innenzylinder auftretende Klemmkraft führt zu hohen Spannungen in der Membran, die die maximal mögliche Klemmkraft begrenzen. Daher kann bei der bekannten Klemmvorrichtung die am Außenzylinder theoretisch mögliche maximale Klemmkraft nicht ausgenutzt werden, da es ansonsten zu einer Beschädigung des Klemmelements im Übergangsbereich zwischen der Membran und dem Innenzylinder kommen würde.
Da bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung das Klemmelement keinen Innenzylinder aufweist, kann das Klemmelement mit einer größeren Kraft beaufschlagt werden, was zu einer größeren Klemmkraft zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt an der Bremsscheibe führt. Ergänzend kommt bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung noch hinzu, dass bei unveränderter Abmessung des Klemmelements der Abstand zwischen dem Kraftangriffspunkt an der Membran und dem Außenzylinder vergrößert werden kann, was zu einer Vergrößerung des Klemmmoments führt. Bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Klemmelement kann nämlich die gesamte Breite der Membran, d.h. die radiale Erstreckung der Membran von der Öffnung bis zum Außenzylinder als "Kniehebel-Schenkel" genutzt werden, während bei der bekannten Klemmvorrichtung lediglich die halbe Breite der Membran als "Kniehebel-Schenkel" jeweils sowohl zum Außenzylinder als auch zum Innenzylinder wirkt. Dies hat den Vorteil, dass für die Schließung des funktionsbedingten radialen Spaltes ein kleinerer axialer Hub notwendig ist, was wiederum zu geringeren Biegespannungen im Übergangsbereich zwischen der Membran und dem Außenzylinder führt.
Zur Befestigung des Klemmelements weist der Außenzylinder vorzugsweise an seinem der Membran abgewandten freien Ende einen Befestigungsbereich auf, über den das Klemmelement fest mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verschraubt werden kann. Da bei dem erfindungsgemäßen Klemmelement der die Öffnung begrenzende Rand der Membran - Funktionsnotwendigerweise - nicht mit dem Gehäuse verbunden ist, so dass dort auch kein Befestigungsbereich ausgebildet ist, ist entweder nur ein kleinerer Bauraum für das Klemmelement erforderlich oder die Breite der Membran kann - bei gleich bleibender Größe des Bauraums - vergrößert werden, was zu einer weiteren Erhöhung des maximal möglichen Klemmmoments führt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung ist innerhalb der Öffnung der Membran ein die Spindel mit radialem Abstand umgebendes zylindrisches Abstützelement angeordnet, das eine radiale Verschiebung des die Öffnung begrenzenden Randes der Membran begrenzt. Wird die Membran mit einer Kraft beaufschlagt, so führt dies zum einen zu einer Veränderung des Winkels ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder, zum anderen zu einer Verschiebung des Klemmabschnitts des Außenzylinders senkrecht zur Richtung der Kraft. Durch die Anordnung des zylindrischen Abstützelements innerhalb der Öffnung der Membran wird eine Verformung der Membran radial nach innen verhindert, wodurch die Klemmkraft zwischen dem Außenzylinder und der Bremsscheibe erhöht wird.
Die Beaufschlagung der Membran des Klemmelements mit einer Kraft erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines aktivierbaren Kraftelements, wobei im Rahmen der Erfindung das Kraftelement sowohl Druckluft oder Drucköl als auch ein insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betätigbares Bauteil, insbesondere ein Kolben sein kann. Ein derartiger Kolben greift dabei vorzugsweise in der Nähe der Öffnung an der Membran an, so dass die wirksame "Kniehebel-Schenkellänge" maximal ist. Vorzugsweise ist dabei das innerhalb der Öffnung der Membran angeordnete zylindrische Abstützelement mit dem Kolben verbunden. Eine axiale Verschiebung des Kolbens führt dann automatisch auch zu einer axialen Verschiebung des Abstützelements.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführung mit einem Abstützelement ist es besonders vorteilhaft, wenn der die Öffnung begrenzende Rand der Membran und/oder die angrenzende Innenfläche der Membran eine nach außen gewölbte Kontaktfläche aufweisen, die mit dem Abstützelement bzw. dem Kolben zusammenwirken. Die Ausbildung von nach außen gewölbten Kontaktflächen führt zu einer Verringerung der Flächenpressung, die an der Berührungsfläche der Membran mit dem Abstützelement bzw. dem Kolben auftritt. Da die maximal zulässige Spannung (Hertz'sche Pressung), die in der Mitte der Berührungsfläche zweier elastischer Körper auftreten darf, bei einer gewölbten Kontaktfläche deutlich größer ist als bei einer scharfkantigen Kontaktfläche, kann durch die Ausbildung von nach außen gewölbten Kontaktflächen die maximal zulässige Kraft, mit der die Membran beaufschlagt wird, weiter erhöht werden, was zu einer wei- teren Erhöhung der maximal möglichen Klemmkraft führt.
Zur Reduzierung der auftretenden hohen Flächenpressungen können vorteilhafterweise auch die übrigen kraftübertragenden Kontaktflächen nach außen gewölbt Kontaktflächen aufweisen. Derartige, nach außen gewölbte Kontaktflächen können daher bei- spielsweise auf der dem Gegenklemmabschnitt zugewandten Seite des Klemmabschnitts des Außenzylinders oder auf der dem Klemmabschnitt zugewandten Seite des Gegenklemmabschnitts der Bremsscheibe ausgebildet sein.
Damit eine von dem Außenzylinder des Klemmelements auf die Bremsscheibe ausge- übte Klemmkraft zu einer Klemmung der Spindel führt, ist es erforderlich, dass die Bremsscheibe - wie eingangs ausgeführt - mit der Spindel drehfest verbunden ist. Hierbei wird es in der Praxis häufig herstellungstechnisch vorteilhaft sein, wenn die Spindel und die Bremsscheibe zwei separate Bauteile sind, wobei die Bremsscheibe dann mit der Spindel fest verbunden, insbesondere verschraubt ist. Alternativ dazu kann die Bremsscheibe jedoch auch einstückig mit der Spindel ausgebildet sein, so dass die Bremsscheibe bzw. das als Bremsscheibe fungierende Bauteil Teil der Spindel ist.
Unabhängig davon, ob die Bremsscheibe als separates Bauteil oder einstückig mit der Spindel ausgebildet ist, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- dung vorgesehen, dass die Bremsscheibe derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe in der zweiten Position des Klemmelements mit seiner dem Klemmabschnitt des Außenzylinders abgewandten Seite an einem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt anliegt. Hierdurch kann die Klemmwirkung der Bremsscheibe auf einfache Art und Weise verstärkt werden. Zur Reduzierung der auf- tretenden Flächenpressung kann dabei auch die dem Klemmabschnitt des Außenzylinders abgewandte Seite des Gegenklemmabschnitts der Bremsscheibe und/oder die dem Gegenklemmabschnitt zugewandte Seite des Gehäuseabschnitts eine nach außen gewölbte Kontaktfläche aufweisen. Das Abstützelement kann eine Schräge aufweisen, so dass das Abstützelement kegel- stumpfförmig ausgebildet ist, wobei sich der dem Rand der Membran zugewandte Au- ßenumfang des Abstützelements in Richtung der auf die Membran wirkenden Kraft verringert. Eine derartige Ausgestaltung des Abstützelements hat den Vorteil, dass ein zwischen dem Rand der Membran und dem Abstützelement im nicht geklemmten Zustand ausgebildeter Spalt durch eine axiale Verschiebung des Abstützelements auf null redu- ziert werden kann, ohne dass dabei bereits die Membran verformt wird. Darüber hinaus kann durch die Schräge an dem Abstützelement die Größe des radialen Hubs bei einem vorgegebenen axialen Hub, d.h. einer axialen Verschiebung des Abstützelements erhöht werden. Ein Kniehebel, nach dessen Funktionsprinzip die Klemmung bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung erfolgt, hat normalerweise die Eigenschaft, dass mit zunehmendem axialen Hub der radiale Hub stark abnimmt. Dies hat bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung zur Folge, dass bei fortschreitender Klemmbewegung des Klemmelements eine große Verformung der Membran nur zu einer geringen radialen Verschiebung des Klemmabschnitts des Außenzylinders und damit nur zu einer relativ geringen Steigerung der Klemmkraft führt. Durch die Ausbildung einer Schräge am Abstützelement besteht die Möglichkeit, den radialen Hub in Abhängigkeit vom axialen Hub gleichmäßiger zu gestalten, so dass eine weitere Steigerung der Klemmkraft möglich ist.
Außerdem kann durch eine nach außen gewölbte Kontaktfläche des Abstützelementes in Zusammenwirken mit einer schrägen bzw. kegelförmigen Innenfläche des Außenzylinders der radiale Hub in Abhängigkeit vom axialen Hub, wie bereits im vorherigen Abschnitt beschrieben, beeinflusst werden
Wie zuvor ausgeführt worden ist, besteht bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrich- tung das Klemmelement aus einer Membran und einem parallel zur Spindel verlaufenden Außenzylinder. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist dabei das Klemmelement als ein Bauteil ausgebildet, so dass die Membran und der Außenzylinder einstückig ausgebildet sind. Alternativ dazu können die Membran und der Außenzylinder jedoch auch als zwei separate Bauteile ausgebildet sein, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise ist dazu an der der Membran zugewandten Fläche des Klemmabschnitts des Außenzylinders ein Bund oder eine Schräge ausgebildet, durch die die innerhalb des Außenzylinders angeordnete Membran form- bzw. kraftschlüssig mit dem Außen- zylinder verbunden ist. Die zweiteilige Ausbildung des Klemmelements hat den Vorteil, dass im Übergangsbereich von der Membran zum Außenzylinder keine Biegespan- nungen auftreten, die die maximal mögliche Klemmkraft begrenzen. Sind die Membran und der Außenzylinder als zwei separate Bauteile ausgebildet, so weist vorteilhafterweise der dem Außenzylinder zugewandte Rand der Membran eine nach außen gewölbte Kontaktfläche auf, die mit der zugewandten Fläche des Klemmabschnitts des Außenzylinders zusammenwirkt. Durch die nach außen gewölbte Kontaktfläche wird wiederum die auftretende Flächenpressung reduziert, so dass die Membran mit einer größeren Kraft beaufschlagt und damit ein höheres Klemmmoment erzeugt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es bei der zuvor beschriebenen zweiteiligen Ausbildung des Klemmelements, wenn auch der die Öffnung begrenzende Rand der Membran eine nach außen gewölbte Kontaktfläche aufweist, die mit dem Abstützelement zusammenwirkt. Die Membran kann dann als konkave oder konvexe Scheibe ausgebildet sein, in deren Mitte die Öffnung für die Spindel ausgebildet ist, wobei sowohl der äußere als auch der innere Rand der scheibenförmigen Membran aufgrund der gewölbten Kontakt- fläche abgerundet ist.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie das Klemmelement im Einzelnen ausgebildet sein kann und wie das Klemmelement und die Bremsscheibe relativ zueinander angeordnet sind. Eingangs ist ausgeführt, dass die Membran und der Außenzylinder unter einem Winkel ß von 90° ± α zueinander angeordnet sind. Gemäß einer grundsätzlich ersten Ausführungsvariante beträgt der Winkel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder 90° - , d.h. der Winkel ß ist kleiner als 90°, wobei α in der Regel kleiner als 20° ist, vorzugsweise zwischen 5° und 15° beträgt, so dass der Winkel ß zwischen 75° und 85° beträgt.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung, bei der der Winkel ß kleiner 90° ist und bei der zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe ein radialer Spalt besteht, wenn das Klemmelement nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist, sind die Bremsscheibe und das Klemmelement derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass die Bremsscheibe zumindest den Klemmabschnitt des Außenzylinders umschließt. Bei dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung ist das aktivierbare Kraftelement, beispielsweise der Kolben, derart relativ zum Klemmelement angeordnet, dass eine Beaufschlagung des Klemmelements mit einer Kraft dazu führt, dass sich der Winkel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder vergrößert. Dies führt dann dazu, dass der Klemmabschnitt des Außenzy- linders gegen den Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe gepresst wird, wodurch die Spindel geklemmt wird.
Gemäß einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, bei der der Winkel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder ebenfalls kleiner als 90° ist, sind das Klemmelement und die Bremsscheibe derart dimensioniert und zueinander angeordnet, dass zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe kein radialer Spalt besteht, wenn das Klemmelement nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist. Auch bei dieser Ausführungsvariante umschließt die Bremsscheibe zumindest den Klemmabschnitt des Außenzylinders, wobei bei dieser Ausführungsvariante die Kraft derart zum Klemmelement angeordnet ist, dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements mit einer Kraft der Winkel ß verkleinert, so dass der Klemmabschnitt des Außenzylinders vom Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe weggezogen wird und dadurch die Klemmung gelöst wird, so dass die Spindel drehbar ist. Im Vergleich zur erstem Ausführungsvariante wird bei dieser Ausführungsvariante die Membran - bei ansonsten im Wesentlichen gleicher Ausgestaltung des Klemmelements - von der gegenüberliegenden Seite mit der Kraft beaufschlagt.
Bei einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, bei der der Win- kel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder ebenfalls kleiner als 90° ist, weist der Außenzylinder einen zylindrischen Ansatz auf, der die Bremsscheibe zumindest teilweise umschließt. Der Klemmabschnitt des Außenzylinders wird dabei von dem zylindrischen Ansatz gebildet, wobei die Klemmung zwischen der Innenseite des Ansatzes und der Außenseite des Gegenklemmabschnitts der Bremsscheibe erfolgt. Bei die- ser Ausführungsvariante sind der Außenzylinder bzw. dessen Ansatz und die Bremsscheibe derart dimensioniert und zueinander angeordnet, dass zwischen dem Klemmabschnitt und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe kein radialer Spalt besteht, wenn das Klemmelement nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist. Eine Beaufschlagung des Klemmelements mit einer Kraft führt dabei wiederum dazu, dass sich der Winkel ß vergrößert, wodurch nun jedoch der Klemmabschnitt des Außenzylinders vom Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe abgehoben wird, so dass die Klemmung gelöst wird und die Spindel drehbar ist.
Bei einer grundsätzlich zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Klemm- Vorrichtung ist der Winkel ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder größer als 90°. Hierbei sind das Klemmelement und die Bremsscheibe vorzugsweise so dimensio- niert und zueinander angeordnet, dass zwischen dem Klemmabschnitt des Außenzylinders und dem Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe, die den Außenzylinder zumindest teilweise umschließt, kein radialer Spalt besteht, wenn das Klemmelement nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist. Das aktivierbare Kraftelement ist dabei derart relativ zum Klemmelement angeordnet, dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements mit einer Kraft der Winkel ß vergrößert, wodurch der Klemmabschnitt des Außenzylinders vom Gegenklemmabschnitt der Bremsscheibe weggezogen wird, so dass die Klemmung gelöst wird und damit die Spindel drehbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung kann somit durch eine entsprechende Ausgestaltung des Klemmelements, insbesondere durch die Wahl des Winkels ß zwischen der Membran und dem Außenzylinder, sowie durch eine entsprechende Anordnung und Ausgestaltung von Klemmelement und Bremsscheibe zueinander eine Klemmung realisiert werden, die durch Aktivierung des Kraftelements, beispielsweise bei Druckbeaufschlagung, entweder aktiv (geklemmter Zustand) oder passiv ist (nicht geklemmter Zustand).
Wie eingangs ausgeführt worden ist, betrifft die vorliegende Erfindung nicht nur eine Klemmvorrichtung sondern auch ein elastisches Klemmelement zur Verwendung bei einer entsprechenden Klemmvorrichtung, die ein Gehäuse, eine Spindel und ggf. eine Bremsscheibe aufweist. Das elastische Klemmelement ist dabei gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 17 erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement eine Membran und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei die Membran und der zylindrische Abschnitt unter einem Winkel ß von 90°- α zueinander angeordnet sind und in der Mitte der Membran eine Öffnung ausgebildet ist, die die Spindel mit radialem Abstand umgibt, wobei der zylindrische Abschnitt einen Klemmabschnitt aufweist, der mit einem korrespondierenden Gegenklemmabschnitt an der Spindel oder einer an der Spindel befestigten Bremsscheibe zusammenwirken kann. Durch Beaufschlagung der Membran mit einer im Wesentlichen parallel zum zylindrischen Abschnitt gerichteten Kraft ist dabei der Winkel ß zwischen der Membran und dem zylindrischen Abschnitt veränderbar, so dass der Klemmabschnitt des zylindrischen Abschnitts senkrecht zur Richtung der Kraft bewegbar ist.
Der zylindrische Abschnitt kann dabei als Innenzylinder oder alternativ als Außenzylinder ausgebildet sein, wobei dann, wenn der zylindrische Abschnitt als Innenzylinder ausgebildet ist, die Klemmung direkt an der Bremsscheibe bzw. einem Gegenklemmab- schnitt an der Bremsscheibe erfolgt, so dass eine Bremsscheibe nicht vorgesehen ist. Dies ist auch der Vorteil eines Klemmelements, das neben einer Membran nur einen Innenzylinder aufweist, dass nämlich kein Bauraum für eine mit der Spindel verbundene Bremsscheibe erforderlich ist. Besteht jedoch die Möglichkeit, eine Bremsscheibe anzuordnen, so weist das Klemmelement vorzugsweise einen Außenzylinder als zylindrischen Abschnitt auf.
Bezüglich der Vorteile eines derartigen elastischen Klemmelements wird auf die vorherigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung verwiesen. Weitere Ausführungsvarianten des Klemmelements ergeben sich ebenfalls aus den vorherigen Ausführungen sowie aus den dem Patentanspruch 17 nachgeordneten Patentansprüchen.
Die Membran des Klemmelements kann - aus Richtung des Kraftelements bzw. des am zylindrischen Abschnitt vorzugsweise vorgesehenen Befestigungsbereichs gesehen - schräg nach innen oder nach außen geneigt sein, so dass die Membran etwa kegel- stumpfförmig ausgebildet ist, mit der Öffnung in der Mitte. Vorzugsweise ist die Membran von ihrem dem Außenzylinder zugewandten Außenbereich zur in der Mitte ausgebildeten Öffnung hin nach innen geneigt, so dass der Winkel ß zwischen dem Au- ßenzylinder und der Membran kleiner als 90° ist, insbesondere zwischen 75° und 85° beträgt. Zur Vermeidung von an den Kontaktflächen auftretenden zu hohen Flächenpressungen können der die Öffnung begrenzende Rand der Membran und vorzugsweise auch die dem Gegenklemmabschnitt zugewandte Seite des Klemmabschnitts des Außenzylinders jeweils eine nach außen gewölbte Kontaktfläche aufweisen.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung bzw. das erfindungsgemäße elastische Klemmelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 17 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Klemmvorrichtung als Teil eines
Teilgeräts, im Schnitt, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, im Schnitt, Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung zweier alternativer Ausführungsformen eines Teils der Klemmvorrichtung, im Schnitt,
Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung eines alternativen Ausführungsbei- spiels einer Klemmvorrichtung, im Schnitt,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Klemmvorrichtung, im Schnitt,
Fig. 6 eine vergrößerte Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Klemmvorrichtung, ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 1,
Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung zweier alternativen Ausführungsformen eines Teils des Klemmelements, im Schnitt,
Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Klemmelements, im Schnitt, und
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen
Klemmelements.
Die Fig. 1 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten bzw. Details unterschiedlicher Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 1 als Teil einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Teilgeräts oder eines Rundschal ttischs. Figur 9 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Klemmelements in perspektivischer Darstellung.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 1 weisen ein Gehäuse 2, eine in dem Gehäuse 2 drehbar angeordnete Spindel 3, ein Klemmelement 4 und eine mit der Spindel 3 fest verbundene, beispielsweise verschraubte Bremsscheibe 5 auf. Das funktional zur Klemmvorrichtung 1 gehörende Gehäuse 2 stellt gleichzeitig das Gehäuse des Teilgeräts oder des Rundschalttisches dar, wobei das Gehäuse 2 selber aus mehreren Gehäuseteilen bestehen kann, die miteinander verbunden sind. Die in Fig. 1 dargestellte Klemmvorrichtung 1 kann dazu dienen, ein aufgespanntes Werkstück in einer beliebigen Winkelstellung der Spindel 3 zu positionieren, so dass das Werkstück anschließend in der gewünschten Position mittels einer Bearbeitungsmaschine bearbeitet werden kann. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Klemmelement 4 eine Membran 6 und einen parallel zur Spindel 3 verlaufenden Außenzylinder 7 auf, wobei die Membran 6 und der Außenzylinder 7 unter einem Winkel ß von 90° - α zueinander angeordnet sind. Der Winkel beträgt dabei vorzugsweise zwischen 5° und 15°, so dass der Winkel ß vorzugsweise zwischen 75° und 85° beträgt. Wie insbesondere aus Fig. 9 ersichtlich ist, weist das rotationssymmetrische Klemmelement 4 in seiner Mitte eine Öffnung 8 auf, die die Spindel 3 mit radialem Abstand umgibt.
Zur Klemmung der Spindel 3 weist der Außenzylinder 7 einen Klemmabschnitt 9 und die Bremsscheibe 5 einen koaxial dazu angeordneten Gegenklemmabschnitt 10 auf, wobei in der in Fig. 1 gezeigten ersten Position, in der die Spindel 3 nicht geklemmt ist, zwischen dem Klemmabschnitt 9 und dem Gegenklemmabschnitt 10 ein radialer Spalt 1 1 besteht. Der Spalt 1 1 beträgt dabei in der Regel nur wenige Hundertstel Millimeter. Wird die Membran 6 mit einer axial gerichteten Kraft F beaufschlagt, so führt dies dazu, dass sich der Winkel ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7 vergrößert, was wiederum dazu führt, dass der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 nach außen in Richtung des in Fig. 1 mit FA dargestellten Pfeils gedrückt wird, so dass zunächst der Spalt 1 1 geschlossen und dann der Klemmabschnitt 9 gegen den gegenüberliegenden Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 gepresst wird. Aufgrund des "Kniehebel-Prinzips" erfolgt dabei eine hohe Kraftverstärkung, so dass auch mit einer relativ geringen Kraft F, mit der die Membran 6 beaufschlagt wird, eine große Klemmkraft FA erzielt werden kann.
Innerhalb der Öffnung 8 der Membran 6 ist ein mit radialem Abstand die Spindel 3 umgebendes zylindrisches Abstützelement 12 angeordnet, das eine radiale Verschiebung des die Öffnung 8 begrenzenden Randes 13 der Membran 6 in Richtung der Spindel 3, d.h. nach innen, begrenzt. Das Abstützelement 12 ist dabei mit einem Kolben 14 verbunden, der hydraulisch oder vorzugsweise pneumatisch betätigbar ist und mit dessen Hilfe die Membran 6 im Bereich des Randes 13 mit der Kraft F beaufschlagt werden kann. Der Kolben 14 ist selber innerhalb eines Zylinders 15 beweglich angeordnet, der die Spindel 3 mit radialem Abstand umgibt. Zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 15 ist dadurch ein Druckraum 16 ausgebildet, der mit Druckluft oder einem anderen Druckmedium gefüllt werden kann, so dass sich der Kolben 14 in Richtung zur Membran 6 bewegt und dabei die Membran 6 auslenkt. Die in Fig. 1 dargestellte Ausgestaltung der Klemmvorrichtung 1 mit einem in einem Zylinder 15 geführten Kolben 14 hat den Vorteil, dass der Druckraum 16 nicht gegenüber der drehenden Spindel 3 abgedich- tet werden muss. Somit können zur Abdichtung des Druckraumes 16 einfache (hier nicht dargestellte) Dichtungselemente zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 15 eingesetzt werden.
Aus der Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, dass der die Öffnung 8 begrenzende Rand 13 der Membran 6 und die angrenzende Innenfläche der Membran 6 jeweils eine nach außen gewölbte Kontaktfläche 13a, 6a aufweisen, die mit dem Abstützelement 12 bzw. dem Kolben 14 zusammenwirken. Die nach außen gewölbten Kontaktflächen 13a, 6a führen zu einer Verringerung der Flächenpressung zwischen der Membran 6 und dem Abstützelement 12 bzw. dem Kolben 14, so dass sich die maximal zulässige Kraft F, mit der die Membran 6 beaufschlagt werden kann, erhöht. Aus demselben Grund weist auch die dem Gegenklemmabschnitt 10 zugewandte Seite des Klemmabschnitts 9 des Außenzylinders 7 eine nach außen gewölbte Kon- taktfläche 9a auf.
Aus Fig. 2 ist darüber hinaus ersichtlich, dass dem Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 ein Gehäuseabschnitt 17 gegenüberliegend angeordnet ist, so dass der Gegenklemmabschnitt 10 in der zweiten Position des Klemmelements 4, in der die Spindel 3 geklemmt ist, mit seiner dem Klemmabschnitt 9 abgewandten Seite am gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt 17 anliegt. Auch hierdurch wird eine weitere Erhöhung der maximal möglichen Klemmkraft erreicht. Zur Reduzierung der auftretenden Flächenpressung kann dabei vorzugsweise auch der Gegenklemmabschnitt 10 auf seiner dem Gehäuseabschnitt 17 gegenüberliegenden Seite eine nach außen gewölbte Kontaktfläche 10a aufweisen.
Die Fig. 3 zeigt zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten der Membran 6 des Klemmelements 4 und des zylindrischen Abstützelements 12 bzw. des Kolbens 14. Bei der Variante gemäß Fig. 3 a ist das einstückig mit dem Kolben 14 verbundene Abstützelement 12 kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei die Schräge des Kegelstumpfes derart ausgerichtet ist, das sich der dem Rand 13 der Membran 6 zugewandte Außenumfang des Abstützelement 12 in Richtung der auf die Membran 6 wirkenden Kraft F verringert. Eine derartige Ausgestaltung des Abstützelements 12 hat den Vorteil, dass ein im nicht geklemmten Zustand zwischen dem Rand 13 der Membran 6 und dem Abstützelement 12 ausgebildeter Spalt durch eine axiale Verschiebung des Abstützelements 12 bzw. des Kolbens 14 auf null reduziert werden kann, ohne dass dabei bereits die Membran 6 verformt wird, so dass die auftretenden Biegespannungen reduziert werden. Auch hierdurch kann die maximal mögliche Klemmkraft bzw. das auf die Spindel 3 wirkende maximale Klemmmoment weiter vergrößert werden.
Bei der in Fig. 3b dargestellten Variante ist in dem der Membran 6 zugewandten Seite des Kolbens 14 eine Ausnehmung 18 ausgebildet, so dass sich die Erstreckung des Kolbens 14 in axialer Richtung reduziert. Das Abstützelement 12 für den Rand 13 der Membran 6 ist somit quasi in den Kolben 14 integriert bzw. innerhalb des Kolbens 14 ausgebildet. Während bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 das Klemmelement 4 als ein Bauteil ausgebildet ist, so dass die Membran 6 und der Außenzylinder 7 einstückig miteinander verbunden sind, sind bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 7 die Membran 6 und der Außenzylinder 7 zwei separate Bauteile, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Bei der Variante gemäß Fig. 7a ist dabei an der der Membran 6 zugewandten Fläche des Klemmabschnitts 9 des Außenzylinders 7 ein Bund 19 ausgebildet, während bei der Variante gemäß Fig. 7b der Außenzylinder 7 eine Schräge 20 aufweist. Bei der bevorzugten Variante eines zweiteiligen Klemmelements 4 gemäß Fig. 7b weist der dem Außenzylinder 7 zugewandte Rand 21 der Membran 6 eine nach außen gewölbte Kontaktfläche 21a auf, die mit der zuge- wandten Fläche des Klemmabschnitts 9 des Außenzylinders 7 zusammenwirkt. Durch die Ausbildung der Schräge 20 am Außenzylinder 7 kann der Spalt 1 1 zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7 zu null reduziert werden, ohne dass bereits Biegespannungen in der Membran 6 oder im Außenzylinder 7 auftreten. Während bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 eine Klemmung der Spindel 3 erst dann erfolgt, wenn das Klemmelement 4 mit einer Kraft F beaufschlagt wird, ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 4 bis 6 die Spindel 3 im kraftlosen bzw. drucklosen Zustand der Klemmung geklemmt. Bei diesen Ausführungsbeispielen muss die Membran 6 mit einer Kraft F beaufschlagt werden, um die Klemmung zu lösen, so dass die Spindel 3 drehbar ist.
Das Ausführungsbeispiel einer Klemmvorrichtung 1 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 , dass die das Klemmelement 4 beaufschlagende Kraft F in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist, so dass sich der Winkel ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7 verkleinert, wenn das Klemmelement 4 mit einer Kraft F beaufschlagt wird. Das Klemmelement 4 und die Bremsscheibe 5 sind dabei so dimensioniert, dass im - in Fig. 4 dargestellten - drucklosen Zustand der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 gegen den Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 drückt, so dass die Spindel 3 geklemmt ist. Wird das Klemmelement 4 mit einer Kraft F beaufschlagt, so verringert sich der Winkel ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7, wodurch der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 vom Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 weggezogen wird, so dass die Klemmung gelöst wird und dadurch die Spindel 3 drehbar ist. Wird bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel im Druckraum 16 ein Druck erzeugt, so kann ein am Abstützelement 12 des Kolbens 14 ausgebildeter Bund 22 dazu genutzt werden, die Membran 6 entsprechend auszulenken, so dass der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 vom Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 weggezogen werden, so wie dies in Fig. 4 mit dem Pfeil FA angedeutet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist der Außenzylinder 7 einen zylindrischen Ansatz 23 auf, der die Bremsscheibe 5 zumindest teilweise umschließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 somit von dem zylindrischen Ansatz 23 gebildet, wobei die Klemmung zwischen der Innenseite des Ansatzes 23 und der gegenüberliegenden Außenseite des Gegenklemmabschnitts 10 der Bremsscheibe 5 erfolgt. Bei dieser Ausführungsvariante sind die Bremsscheibe 5 und der Außenzylinder 7 bzw. der zylindrische Ansatz 23 derart dimensioniert und zueinander angeordnet, dass zwischen dem Klemmabschnitt 9 und dem Gegenklemmabschnitt 10 kein radialer Spalt 1 1 besteht, wenn das Klemmelement 4 nicht mit einer Kraft F beaufschlagt ist. Zum Lösen der Klemmung muss somit das Klemmelement 4 mit einer Kraft F beaufschlagt werden, wodurch sich der Winkel ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7 vergrößert, was dazu führt, dass der Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 vom Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 abgehoben wird (in Fig. 5 dargestellt), so dass die Klemmung gelöst wird und die Spindel 3 drehbar ist.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 1, bei der der Winkel ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7 größer als 90° ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht zwischen dem Klemmabschnitt 9 des Außenzylinders 7 und dem Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 kein radialer Spalt, wenn das Klemmelement 4 nicht mit einer Kraft F beaufschlagt ist. Wird die Membran 6 mit einer Kraft F beaufschlagt, so führt dies zu einer Vergrößerung des Winkels ß zwischen der Membran 6 und dem Außenzylinder 7, wodurch der Klemmab- schnitt 9 des Außenzylinders 7 vom Gegenklemmabschnitt 10 der Bremsscheibe 5 in Richtung des in Fig. 6 eingezeichneten Pfeils FA weggezogen wird. Zur Lösung der Klemmung zwischen dem Klemmelement 4 und der den Außenzylinder 7 zumindest teilweise umgebenden Bremsscheibe 5 muss somit auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Membran 6 mit einer Kraft F beaufschlagt werden, wozu - so wie dies in Fig. 1 dargestellt ist - der Kolben 14 mit Druck beaufschlagt werden kann.
Zur Vereinfachung der Herstellung des Klemmelements 4 kann der an die Öffnung 8 angrenzende, innere Bereich der Membran 6 dicker als der gegenüberliegende, äußere Bereich der Membran 6 ausgebildet sein, so wie dies in Fig. 8 angedeutet ist. Eine verdickte Ausbildung des inneren Bereichs der Membran 6 erleichtert gleichzeitig die Ausbildung einer nach außen gewölbten Kontaktfläche 13a, wie diese beispielsweise in Fig. 3a dargestellt ist. Wie schließlich der Fig. 1 noch entnommen werden kann, weist der Außenzylinder 7 an seinem der Membran 6 abgewandten freien Ende einen Befestigungsbereich 24 auf, über den das Klemmelement 4 fest mit dem Gehäuse 2 verschraubt ist.
Fig. 9 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elastischen Klemmelements 4 mit einer Membran 6 und einem Außenzylinder 7 als zylindrischer Abschnitt, wobei die Membran 6 unter einem Winkel ß von 90° - α zum Außenzylinder 7 angeordnet ist und in der Mitte der Membran 6 eine Öffnung 8 ausgebildet ist, die eine Spindel 3 mit radialem Abstand umgibt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der an die Öffnung 8 angrenzende, innere Bereich der Membran 6 dicker als der gegenüberliegende, äußere Bereich der Membran 6 ausgebildet. Außerdem weist der die Öffnung 8 begrenzende Rand 13 der Membran 6 eine nach außen gewölbte Kontaktfläche auf.
Alternativ zur in Fig. 9 gezeigten Variante kann das Klemmelement 4 neben der Membran 6 auch einem Innenzylinder anstelle eines Außenzylinders als zylindrischen Abschnitt aufweisen, so dass die Klemmung innen, zwischen dem Klemmabschnitt des Innenzylinders und einem Gegenklemmabschnitt der Spindel 3 erfolgt.

Claims

Patentansprüche :
1. Klemmvorrichtung mit einem Gehäuse (2), einer Spindel (3), einem elastischen Klemmelement (4) und einer Bremsscheibe (5), wobei die Spindel (3) und das Gehäuse (2) relativ zueinander drehbar sind, wobei das Klemmelement (4) mit dem Gehäuse (2) und die Bremsscheibe (5) mit der Spindel (3) drehfest verbunden ist, und wobei das Klemmelement (4) durch Beaufschlagung mit einer Kraft (F) aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wobei das Gehäuse (2) oder die Spindel (3) in der einen Position drehbar und in der anderen Position geklemmt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Klemmelement (4) eine Membran (6) und einen parallel zur Spindel (3) verlaufenden Außenzylinder (7) aufweist, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° ± zueinander angeordnet sind und in der Mitte der Membran (6) eine die Spindel (3) mit radialem Abstand umgebende Öffnung (8) ausgebildet ist,
dass der Außenzylinder (7) einen Klemmabschnitt (9) und die Bremsscheibe (5) einen koaxial dazu angeordneten Gegenklemmabschnitt (10) aufweist, wobei in einer Position des Klemmelements (4) zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) ein radialer Spalt (11) besteht, dass durch Beaufschlagung der Membran (6) mit einer im Wesentlichen axial gerichte- ten Kraft (F) der Winkel ß zwischen der Membran (6) und dem Außenzylinder (7) veränderbar ist, wobei eine Veränderung des Winkels ß eine Veränderung des Abstandes des Klemmabschnitts (9) des Außenzylinders (7) zum Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) bewirkt, so dass durch Beaufschlagung der Membran (6) mit einer Kraft das Gehäuse (2) oder die Spindel (3) durch das Klemmelement (4) geklemmt oder eine Klemmung des Gehäuses (2) oder der Spindel (3) gelöst wird.
2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Öffnung (8) der Membran (6) ein die Spindel (3) mit radialem Abstand umgebendes zylindrisches Abstützelement (12) angeordnet ist, das eine radiale Verschiebung des die Öffnung (8) begrenzenden Randes (13) der Membran (6) begrenzt.
3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft ein Kolben (14) vorgesehen ist, wobei der Kolben (14) auf den an die Öffnung (8) angrenzenden Bereich der Membran (6) einwirkt und vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbar ist.
4. Klemmvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab- Stützelement (12) mit dem Kolben (14) verbunden ist, vorzugsweise einstückig mit dem
Kolben (14) ausgebildet ist.
5. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Öffnung (8) begrenzende Rand (13) der Membran (6) und/oder die angren- zenden Innenfläche der Membran (6) eine nach außen gewölbte Kontaktfläche (13a, 6a) aufweisen, die mit dem Abstützelement (12) bzw. dem Kolben (14) zusammenwirken.
6. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Öffnung (8) angrenzende, innere Bereich der Membran (6) dicker als der gegenüberliegende, äußere Bereich der Membran (6) ausgebildet ist.
7. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (12) derart kegelstumpfförmig ausgebildet ist, dass sich der dem Rand (13) der Membran (6) zugewandte Außenumfang des Abstützelements (12) in Richtung der auf die Membran (6) wirkenden Kraft (F) verringert.
8. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) einstückig mit der Spindel (3) ausgebildet ist.
9. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) in der zweiten Position des Klemmelements (4) mit seiner dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (6) abgewandten Seite an einem gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt (17) anliegt.
10. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gegenklemmabschnitt (10) zugewandte Seite des Klemmabschnitts (9) des Außenzylinders (6) und/oder die dem Klemmabschnitt (9) zugewandte Seite des Gegenklemmabschnitts (10) der Bremsscheibe (5) und/oder die dem Klemmabschnitt (9) abgewandte Seite des Gegenklemmabschnitts (10) der Bremsscheibe (5) und/oder die dem Gegenklemmabschnitt (10) zugewandte Seite des Gehäuseabschnitts (15) eine nach außen gewölbte Kontaktfläche (9a, 10a) aufweisen.
1 1. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) und der Außenzylinder (7) des Klemmelements (4) zwei separate Bauteile sind, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und dass an der der Membran (6) zugewandten Fläche des Klemmabschnitts (9) des Außenzylinders (7) ein Bund (19) oder eine Schräge (20) ausgebildet ist.
12. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der dem Außenzylinder (7) zugewandte Rand (21) der Membran (6) eine nach außen gewölbte Kontaktfläche (21a) aufweist, die mit der zugewandten Fläche des Klemmabschnitts (9) des Außenzylinders (7) zusammenwirkt.
13. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° - α zueinander angeordnet sind und zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegen- klemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) ein radialer Spalt (1 1) besteht, wenn das Klemmelement (4) nicht mit einer Kraft (F) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) zumindest den Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) umschließt, und dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft (F) der Winkel ß vergrößert, wodurch der Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) gegen den Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) gepresst wird, so dass die Spindel (3) geklemmt ist.
14. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° - α zueinander angeordnet sind und zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) kein radialer Spalt (11) besteht, wenn das Klemmelement (4) nicht mit einer Kraft (F) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) zumindest den Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) umschließt, und dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft (F) der Winkel ß verkleinert, wodurch der Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) vom Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) weggezogen wird, so dass die Spindel (3) drehbar ist.
15. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° - zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenzylinder (7) einen zylindrischen Ansatz (23) aufweist, der die Bremsscheibe (5) zumindest teilweise umschließt, dass zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) kein radialer Spalt (11) besteht, wenn das Klemmelement (4) nicht mit einer Kraft (F) beaufschlagt ist, und dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft (F) der Winkel ß vergrößert, wodurch der Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) vom Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) abgehoben wird, so dass die Spindel (3) drehbar ist.
16. Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Membran (6) und der Außenzylinder (7) unter einem Winkel ß von 90° + α zueinander angeordnet sind und zwischen dem Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) und dem Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) kein radialer Spalt (1 1) besteht, wenn das Klemmelement (4) nicht mit einer Kraft (F) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (5) zumindest den Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) umschließt, und dass sich bei Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft (F) der Winkel ß vergrößert, wodurch der Klemmabschnitt (9) des Außenzylinders (7) vom Gegenklemmabschnitt (10) der Bremsscheibe (5) weggezogen wird, so dass die Spindel (3) drehbar ist.
17. Elastisches Klemmelement zur Verwendung bei einer ein Gehäuse (2), eine Spindel (3) und ggf. eine Bremsscheibe (5) aufweisenden Klemmvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei durch Beaufschlagung des Klemmelements (4) mit einer Kraft (F) dieses aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist, wobei die Spindel (3) in der einen Position drehbar und in der anderen Position durch das Klemmelement (2) geklemmt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Klemmelement (4) eine Membran (6) und einen zylindrischen Abschnitt aufweist, wobei die Membran (6) und der zylindrische Abschnitt unter einem Winkel ß von 90° ± α zueinander angeordnet sind und in der Mitte der Membran (6) eine Öffnung (8) ausgebildet ist, die die Spindel (3) mit radialem Abstand umgibt,
dass der zylindrische Abschnitt einen Klemmabschnitt (9) aufweist, der mit einem korrespondierenden Gegenklemmabschnitt (10) an der Spindel (3) oder einer mit der Spindel (3) verbundenen Bremsscheibe (5) zusammenwirken kann,
dass durch Beaufschlagung der Membran (6) mit einer im Wesentlichen parallel zum zylindrischen Abschnitt gerichteten Kraft (F) der Winkel ß zwischen der Membran (6) und dem zylindrischen Abschnitt veränderbar ist, wodurch der Klemmabschnitt (9) des zylindrischen Abschnitts senkrecht zur Richtung der Kraft (F) bewegbar ist.
18. Elastisches Klemmelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt an seinem der Membran (7) abgewandten freien Ende einen Befestigungsbereich (24) aufweist, der mit dem Gehäuse (2) fest verbindbar, insbesondere verschraubbar ist.
19. Elastisches Klemmelement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass α kleiner als 20° ist, vorzugsweise zwischen 5° und 15° beträgt.
20. Elastisches Klemmelement nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) und der zylindrische Abschnitt des Klemmelements (4) zwei separate Bauteile sind, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und dass an der der Membran (6) zugewandten Fläche des Klemmabschnitts (9) des zylindrischen Abschnitts ein Bund (19) oder eine Schräge (17) ausgebildet ist, wobei der dem zylindrische Abschnitt zugewandte Rand (21) der Membran (6) vorzugsweise eine nach außen gewölbte Kontaktfläche (21 a) aufweist, die mit der zugewandten Fläche des Klemmabschnitts (9) des zylindrische Abschnitt zusammenwirkt.
21. Elastisches Klemmelement nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt als Außenzylinder (7) ausgebildet ist.
22. Elastisches Klemmelement nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Öffnung (8) begrenzende Rand (13) der Membran (6) und/oder die angrenzenden Innenfläche der Membran (6) und/oder die dem Gegenklemm- abschnitt (10) zugewandte Seite des Klemmabschnitts (9) des zylindrischen Abschnitts eine nach außen gewölbte Kontaktfläche (13a, 6a, 9a) aufweisen.
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