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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung mit einem Keilgetriebe, welches eine lösbare Klemmkraft erzeugt, die über ein Klemmelement auf einen zu klemmenden Körper übertragen wird. Die Klemmvorrichtung kann dabei ortsfest sein, während der zu klemmende Körper bewegbar ist und durch Erzeugung der Klemmkraft an seiner Bewegung gehindert werden soll. Auch die kinematische Umkehr des Funktionsprinzips ist üblich, bei der der Körper im Wesentlichen ortsfest ist, während die Klemmvorrichtung relativ zu diesem beweglich ist und durch Erzeugung der Klemmkraft gegenüber dem Körper fixiert wird.
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Eine derartige Klemmvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2011 101 804 B4 und umfasst ein in einer Klemmrichtung X verfahrbares Klemmelement, welches auf den zu klemmenden Körper einwirken kann. Ferner ist ein Schubelement vorgesehen mit einem Käfig, in dem eine gerade Zahl von Wälzkörpern angeordnet ist. Das Schubelement mit seinem Käfig ist in Schubrichtung Y entlang des Klemmelements verschieblich. Auf der dem Klemmelement abgewandten, in Klemmrichtung X gegenüberliegenden Seite des Käfigs ist ein Stützelement angeordnet. Die im Käfig geführten Wälzkörper liegen formschlüssig zwischen dem Klemmelement und dem Stützelement. Eine relativ zur Schubrichtung Y leicht geneigte Oberfläche des Klemmelements, an der die Wälzkörper beim Vorschub des Schubelements abwälzen, erzeugt während des Vorschubs eine zunehmende Klemmkraft in Klemmrichtung X auf das Klemmelement, welche dieses auf den zu klemmenden Körper überträgt und eine Klemmung verursacht.
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5 zeigt ein Schubelement des Standes der Technik. Zu sehen ist das Schubelement 30, welches in einer Schubrichtung Y vor- und zurückbewegbar ist, wobei im Folgenden unter „Schubrichtung“ diejenige Bewegungsrichtung des Schubelements zu verstehen ist, die zu einer Erhöhung der Klemmkraft führt. Das bekannte Schubelement 30 umfasst einen Kä50 zur Aufnahme zweier rollenförmiger Wälzkörper 60, von denen in der perspektivischen Darstellung der 5 nur einer zu sehen ist. Die Wälzkörper 60 sind in einer Ausnehmung 70 angeordnet, welche das Schubelement 30 als Durchbruch vollständig durchdringt in einer Klemmrichtung X, die sich quer zur Schubrichtung Y erstreckt. Der Kä50 umläuft die Ausnehmung 70 vollständig derart, dass eine in Schubrichtung Y gesehen vordere Stirnwand 80 des Schubelements 30 geschlossen ist und die Wälzkörper 60 entsprechend hinter dieser geschlossenen Stirnfläche in der Ausnehmung 70 angeordnet sind.
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Diese Ausführungsform erfordert jedoch zu viel Bauraum und schränkt die Möglichkeiten zur Klemmkrafterzeugung nachteilhaft ein. Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Klemmvorrichtung der vorgenannten Art anzubieten, welche die Erzeugung ausreichender Klemmkräfte bei geringerer Baugröße erleichtert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Klemmvorrichtung nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich eine gegenüber dem Stand der Technik abgewandelte Ausführungsform eines Schubelements zur Überwindung der vorgenannten Nachteile dann eignet, wenn die die Wälzkörper enthaltende Ausnehmung des Schubelements zur vorderen Stirnseite des Schubelements hin offen ist. Die Führung der in der Ausnehmung angeordneten Wälzkörper erfolgt dabei nur teilweise oder garnicht über die Wandungen des aus dem Stand der Technik bekannten Käfigs, sondern über Achsenabschnitte, die in speziellen Lagervorsprüngen des Schubelements gehalten werden. Gegenüber dem Stand der Technik zeigt diese Ausführungsform mehrere bedeutende Vorteile.
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Die Ausnehmung, die anders als im Stand der Technik nicht als umlaufener Durchbruch gefertigt werden muss, lässt sich einfacher herstellen, etwa mit einem durch die vordere Stirnseitenfläche hindurch arbeitenden Werkzeug.
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Während im Stand der Technik die Wälzkörper ohne zusätzliche Lagerung einfach in die Ausnehmung 70 eingesetzt wurden, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausführungsform eine präzisere, je nach Anforderung sogar spielfreie Lagerung der Wälzkörper über Achsenabschnitte mit reduziertem Durchmesser. Eine Lagerung der Wälzkörper über deren Achsenabschnitte vermeidet außerdem vorteilhaft die Reibkräfte, die im Stand der Technik zwischen der Wandung des Käfigs und den Mantelflächen der Wälzkörper entsteht.
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Ein weiterer besonderer Vorteil liegt darin, dass die Mantelflächen der Wälzkörper erfindungsgemäß im Bereich der vorderen Stirnseite des Schubelements positioniert werden können und damit bis an das vordere Ende des Schubelements heranreichen bzw. dieses selbst ausbilden. Dadurch wird der dem Schubelement in Schubrichtung Y zur Verfügung stehende Schubweg zumindest um den Anteil vergrößert, der beim herkömmlichen Schubelement 30 gemäß 5 durch den den Käfig mit ausbildenden Steg 51 beansprucht wird, der sich über die volle Breite des Käfigs in Klemmrichtung X erstreckt. Besonders deutlich wird dieser Vorteil dann, wenn die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung zwei in entgegengesetzter Schubrichtung aufeinander zubewegbare Schubelemente enthält, wie anhand der Figuren noch zu sehen sein wird. Die beiden Schubelemente können in diesem Fall soweit aufeinander zubewegt werden, bis die jeweils darin geführten Wälzkörper sich in Schubrichtung berühren, was dem maximal möglichen Vorschub entspricht. Im Stand der Technik dagegen wird der maximale Vorschub bereits dann erreicht, wenn die jeweiligen vorderen Stirnflächen 80 der Schubelemente 30 aneinander liegen, während die in den Schubelementen jeweils gehaltenen Wälzkörper in Schubrichtung noch zueinander beabstandet sind. Die erfindungsgemäße Ausführungsform vergrößert den dem Schubelement zur Verfügung stehenden maximalen Schubweg bzw. reduziert die erforderliche Baugröße.
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Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 umfasst ein Keilgetriebe, in dem ein in einer Klemmrichtung X verfahrbares Klemmelement vorgesehen ist, welches zur Beaufschlagung eines zu klemmenden Körpers mit einer Klemmkraft dient. Wenigstens ein Schubelement ist in einer zur Klemmrichtung X vorzugsweise senkrecht verlaufenden Schubrichtung Y verschieblich. Ferner ist ein Stützelement vorgesehen, welches dem Klemmelement unter Bildung eines Zwischenraumes in entgegengesetzter Klemmrichtung gegenüberliegt.
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Die Klemmvorrichtung umfasst erfindungsgemäß zwei gleichartige Schubelemente, die zur Erzeugung einer Klemmkraft in entgegengesetzten Schubrichtungen aufeinander zu- oder voneinander fort bewegbar sind. Jedes der beiden Schubelemente umfasst an einem in Schubrichtung Y gesehen vorderen Ende eine Halterung, welche als Teil des Schubelements mit diesem entlang des Zwischenraumes verschieblich ist. In der Halterung sind mehrere rollenförmige Wälzkörper angeordnet, deren Drehachsen sich in einer Achsrichtung Z senkrecht zur Schubrichtung Y erstrecken. Die Mantelflächen der Wälzkörper liegen in Klemmrichtung X hintereinander und berühren sich, so dass die Wälzkörper an ihrer jeweiligen Mantelfläche aufeinander abrollen können. Die die Wälzkörper aufnehmende Halterung wird im Wesentlichen gebildet von einer das Schubelement in Klemmrichtung X vollständig durchdringenden Ausnehmung. Die Wälzkörper ragen mit ihren Mantelflächen in X-Richtung seitlich aus der Ausnehmung hervor, so dass sie auf der einen Seite der Ausnehmung auf dem Klemmelement und auf der gegenüberliegenden anderen Seite der Ausnehmung auf dem Stützelement abrollen können. Erfindungsgemäß ist die Ausnehmung zur vorderen Stirnseite des Schubelements hin offen. So können die Mantelflächen der Wälzkörper im Bereich der Stirnseite oder nach vorne darüber hinausragend positioniert werden.
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„Zur vorderen Stirnseite des Schubelements hin offen“ bedeutet, dass beim Blick entgegen der Schubrichtung auf das Schubelement zumindest ein Abschnitt einer Mantelfläche eines Wälzkörpers zu sehen ist, dieser also wenigstens einen Teil der Vorderansicht des Schubelements ausmacht. In einer einfachsten Ausführungsform kann die Mantelfläche wenigstens eines (vorzugsweise mehrerer) Wälzkörpers dabei geringfügig hinter der vorderen Stirnseite des Schubelements zurückbleiben, genau in der Stirnseitenebene liegen oder darüber hinaus ragen. Entscheidend ist, dass die Mantelflächen nicht durch eine vordere Wandfläche des Schubelements bzw. der Halterung verdeckt sind, was den maximal möglichen Vorschub der Schubelemente nachteilig begrenzen würde.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat die Ausnehmung an der Stirnseite des Schubelements in Achsrichtung Z eine lichte Höhe, die mindestens der axialen Mäntelflächenhöhe entspricht. Dadurch wird es ermöglicht, die Mantelflächen der vorzugsweise zwei in Schubrichtung Y vordersten Wälzkörper bis in die vordere Stirnflächenebene oder über diese nach vorne hinausragend anzuordnen. Damit bilden die Wälzkörper - ausschließlich oder zum Teil - das vordere Ende des Schubelements und bestimmen damit den maximal zur Verfügung stehenden Schubweg in Schubrichtung Y, der dem Schubelement mit seinen Wälzkörpern zur Verfügung steht. Bei einer Klemmvorrichtung mit zwei gegenläufig aufeinander zubewegbaren Schubelementen können diese zur Erzeugung einer Klemmkraft soweit aufeinander zubewegt werden, bis die Wälzkörper des einen Schubelements diejenigen des gegenüberliegenden Schubelements unmittelbar berühren, ohne dass - wie im Stand der Technik - zwischen den Wälzkörpern noch die vordere Wandung des einen und des anderen Käfigs verbliebe. Die beiden Schubelemente lassen sich also weitest möglich aufeinander zubewegen, und der sich zusätzlich ergebende Schubweg kann entsprechend für den Aufbau oder die Erhöhung einer Klemmkraft am Klemmelement genutzt werden.
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Vorzugsweise stehen die Mantelflächen der Wälzkörper über das vordere Ende der Halterung sogar etwas hinaus und bilden dann alleine das in Schubrichtung Y vorderste Ende des Schubelements. Diese Ausführungsform stellt sicher, dass gegenüberliegend aufeinander zubewegte Schubelemente sich tatsächlich ausschließlich über die Mantelflächen ihrer jeweiligen Wälzkörper berühren und nicht etwa durch einen Stirnflächenabschnitt oberhalb, unterhalb oder seitlich der Mantelflächen.
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Vorzugsweise ist die die Wälzkörper aufnehmende Ausnehmung zur vorderen Stirnseite hin vollständig offen, so dass die Wälzkörper am vorderen Ende des Schubelements gar nicht verdeckt bzw. vollständig sichtbar und zugänglich sind. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der nur der in Schubrichtung Y gesehen vorderste Abschnitt („Kontaktabschnitt“) der Mantelflächen durch die Stirnseite frei zugänglich ist, während in Umfangsrichtung angrenzende Mantelflächenabschnitte nach vorne hin verdeckt sind, etwa durch einen oder mehrere parallel zur Wälzkörperachse verlaufende Stege in der Stirnfläche der Halterung. Durch diese Stege könnten Zugkräfte vom Schubelement auf die verdeckten Mantelflächenabschnitte ausgeübt werden, um die Wälzkörper aus einer vorgeschobenen, die Klemmung bewirkenden Position zurückzuziehen. Der Kontaktabschnitt der Mantelflächen kann seitlich von bzw. zwischen den Stegen in der vorderen Stirnfläche der Halterung bzw. des Schubelements liegen oder darüber hinausragen, um bis an die Kontaktabschnitte der Wälzkörper eines gegenüberliegenden zweiten Schubelements oder eine Endfläche des Zwischenraumes herangeschoben zu werden.
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Vorzugsweise umfasst die Halterung zwei die Wälzkörper in axialer Richtung Z einfassende Lagervorsprünge, die sich oberhalb und unterhalb der Ausnehmung in Schubrichtung Y nach vorne erstrecken, um die Wälzkörper zwischen sich zu lagern. Das in Schubrichtung vordere Ende der Lagervorsprünge definiert zugleich das vordere Ende des Schubelements bzw. dessen vordere Stirnseite. Da im Stand der Technik ein die Wälzkörper in Schubrichtung Y vollständig umlaufender Käfig vorgesehen ist, werden die darin enthaltenen Wälzkörper in und insbesondere entgegen der Schubrichtung Y jeweils durch Anlage an die innere Käfigwand geführt, also in Schubrichtung Y geschoben bzw. in Gegenrichtung gezogen. In der erfindungsgemäßen Ausführung dagegen kann die Zug-Beaufschlagung der Wälzkörper entgegen der Schubrichtung Y über eine Lagerung der Wälzkörper in den Lagervorsprüngen oberhalb oder unterhalb der Wälzkörpermantelflächen erfolgen. Dazu besitzen die Wälzkörper in Achsrichtung Z verlaufende Achsenabschnitte mit im Vergleich zur Mantelfläche reduziertem Durchmesser, wobei die Achsenabschnitte in einer Lagerausnehmung der Lagervorsprünge drehfest oder drehbar aufgenommen sind.
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Die Achsenabschnitte können dabei gebildet werden einerseits als einstückig mit den Wälzkörpern um die Rotationsachse ausgebildete kurze Achs- oder Lagerzapfen, die in den Lagerausnehmungen der Lagervorsprünge drehbar aufgenommen und gehalten werden. Vorteilhaft lässt sich eine entsprechende Anordnung auch schaffen durch eine Presspassung, mit der eine drehfeste Verbindung eines Achsenkörpers mit dem Wälzkörper erzielt wird. Hier rotiert der Wälzkörper gemeinsam mit den Achszapfen bzw. dem Achsenkörper in den Lagervorsprüngen.
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Andererseits ist eine alternative Lagerung möglich mithilfe eines separaten, stabförmigen Achsenkörpers, der mit ausreichend Spiel durch eine zentrische Bohrung der Wälzkörper hindurchsteckbar ist und mit seinen über den Wälzkörper in axialer Richtung hinausragenden Enden drehfest in den Lagerausnehmungen der Lagervorsprünge aufgenommen werden kann. In diesem Fall rotiert der Wälzkörper um den drehfest gelagerten Achsenkörper.
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Bei Lagerung der Wälzkörper mittels separater Achsenkörper können die Lagerausnehmungen in den Lagervorsprüngen als einfache Bohrungen ausgeführt werden, durch welche die Achsenkörper in Achsrichtung der Wälzkörper eingeschoben werden können, wenn der jeweils zugehörige Wälzkörper konzentrisch zu den Bohrungen zwischen den Lagervorsprüngen positioniert ist. Die Entnahme eines Wälzkörpers erfolgt auf umgekehrtem Wege, indem zunächst der Achskörper aus den Bohrungen der Lagervorsprünge bzw. aus dem zugehörigen Wälzkörper herausgeschoben wird, so dass Letzterer dann in radialer Richtung aus der Halterung des Schubelements entnehmbar ist.
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Ist der Wälzkörper dagegen einstückig mit Achszapfen ausgebildet, die in den Lagervorsprüngen drehbar gehalten werden sollen, so sind die zugehörigen Lagerausnehmungen vorzugsweise als seitlich offene Einbuchtungen in den Lagervorsprüngen ausgebildet, um die Wälzkörper quer zur Schubrichtung Y in die Lagervorsprünge einsetzen bzw. einrasten zu können. Da die Wälzkörper in Klemmrichtung X an dem Klemmelement bzw. dem Stützelement anliegen und daran abrollen, können die Wälzkörper in dieser Richtung auch nicht aus der Lagerung heraus fallen.
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Die Klemmvorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt ihre Klemmkraft dadurch, dass die in der Halterung des Schubelements geführten Wälzkörper in einen sich verjüngenden Zwischenraum zwischen dem Klemmelement und dem Stützelement eingeschoben werden, wobei die Verjüngung erzeugt wird durch eine gegenüber der Schubrichtung Y geneigte Abrollfläche am Klemmelement und/oder am Stützelement.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Klemmelement und/oder das Stützelement mehrere in Schubrichtung Y aneinandergrenzende Abrollflächen aufweist. Erfindungsgemäß rollen die in der Halterung des Schubelements aufgenommenen Wälzkörper zur Erzeugung der Klemmkraft einerseits aneinander, andererseits am Klemmelement bzw. am Stützelement auf Abrollflächen ab. Der Verlauf der Abrollflächen hat Einfluss auf die seitliche Auslenkung des Klemmelements bzw. die von diesem übertragene Klemmkraft. Die Wälzkörper kontaktieren die Abrollflächen jeweils längs einer zur Schubrichtung Y und zur Klemmrichtung X senkrecht verlaufenden geraden Kontaktlinie. Aufgrund der konstanten Durchmesser der Wälzkörper ist der Abstand der beiden Kontaktlinien beim Vorschub der Wälzkörper weitgehend konstant, wobei eine zur Schubrichtung Y geneigte Abrollfläche den Abstand von Klemmelement und Stützelement beim Vorschub des Schubelements insgesamt vergrößert bzw. verkleinert und dadurch die Klemmwirkung vergrößert bzw. verringert wird. Durch Anordnung unterschiedlich geformter oder geneigter Abrollflächen in Schubrichtung Y hintereinander kann die Abstandsveränderung von Stützelement und Klemmelement in Abhängigkeit des Vorschubs des Schubelements mehrstufig und/oder einer vorgebbaren Funktion folgend erfolgen, um besonderen Anforderungen an die Klemmung zu entsprechen. So könnte eine in Schubrichtung gesehen erste, stärker gegen die Schubrichtung geneigte gerade Abrollfläche (Ebene) angrenzen an eine in Schubrichtung nachfolgende zweite, geringer geneigte gerade Abrollfläche (ebenfalls als Ebene). Die an der ersten Abrollfläche abrollenden Wälzkörper erzeugen dabei eine größere Abstandsveränderung zwischen Stützelement und Klemmelement, bis die Wälzkörper die zweite Abrollfläche erreichen. Aufgrund deren geringerer Neigung zur Schubrichtung Y ist die Abstandsveränderung zwischen Stützelement und Klemmelement beim weiteren Vorschub des Schubelements geringer, die erzeugbare Klemmkraft aber entsprechend höher. Solche mehrstufigen Abrollflächen können dazu dienen, in der ersten Stufe die grundsätzliche Beaufschlagung des zu klemmenden Körpers mit dem Klemmelement sicherzustellen, während die zweite Stufe zur Erzeugung einer definierten Klemmkraft verwendet wird. Über geeignete Sensoren kann detektiert werden, wann die Wälzkörper an welcher Abrollfläche oder Stufe abrollen.
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Natürlich kann eine Abrollfläche auch eine von einer Ebene abweichende Form haben und kurvig verlaufen. Denkbar wäre beispielsweise eine Abrollfläche, deren Neigung zur Schubrichtung Y mit zunehmender Y-Position monoton oder streng monoton abnimmt, um die Klemmkraft dem Kurvenverlauf folgend zu erzeugen. Auch eine Kombination von zur Schubrichtung Y parallelen, geneigten oder kurvigen Abrollflächen ist erfindungsgemäß möglich.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft der Umriss des Schubelements, des Stützelements oder des Klemmelements wenigstens teilweise entlang einer vorgebbaren Hüllkurve, die bspw. rechteckig oder kreisförmig sein kann. Dadurch ist gewährleistet, dass diese Elemente in eine entsprechend rechteckige oder kreisförmige Ausnehmung innerhalb eines die Klemmvorrichtung aufnehmenden Gehäuses einsetzbar bzw. einschraubbar sind, was die Montage der Klemmvorrichtung vereinfacht. So kann das Schubelement mit kreisförmiger Hüllkurve vorzugsweise entlang einer zylindrischen Bohrung verschieblich angeordnet sein. Ein kreisförmiges Stützelement, versehen mit einem umlaufenden Außengewinde, kann in eine Gehäuseöffnung dem Klemmelement gegenüberliegend eingeschraubt werden. Die Einschraubtiefe dient zugleich als Voreinstellung des Abstandes zwischen Stützelement und Klemmelement in Klemmrichtung X. Das Klemmelement mit kreisförmiger Hüllkurve seinerseits kann in einer ebenfalls zylinderförmigen Ausnehmung eines Gehäuseabschnitts in Klemmrichtung X verschieblich angeordnet sein, gegebenenfalls unter Federbeaufschlagung gegen die Klemmrichtung.
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Erfindungsgemäß umfasst die Klemmvorrichtung der Erfindung zwei gleichartige Schubelemente mit jeweils darin geführten Wälzkörpern. Zur Erzeugung einer Klemmkraft lassen sich die Schubelemente in entgegengesetzten Schubrichtungen aufeinander zu- oder voneinander fort bewegen, wobei die vordersten Abschnitte der Mantelflächen der Wälzkörper des einen Schubelements den Mantelflächen der Wälzkörper des anderen Schubelements in Schubrichtung frei gegenüberliegen. Die Schubelemente sind dann soweit aufeinander zubewegbar, bis die Mantelflächen der Wälzkörper des einen Schubelements an den Mantelflächen der Wälzkörper des anderen Schubelements anliegen, was der maximal möglichen Vorschubposition beider Schubelemente entspricht. Dabei entfällt der aus dem Stand der Technik bekannte und zwischen den Wälzkörpern der beiden Schubelemente stets verbleibende vorderste Käfigabschnitt, der die maximale Vorschubposition der Schubelemente nachteilhaft reduziert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung soll nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt
- 1a eine Klemmvorrichtung mit zwei Schubelementen in zurückgezogener Position,
- 1b die Vorrichtung gemäß 1a mit vorgeschobenen Schubelementen,
- 2, 2a, 3 Varianten zur Wälzkörperlagerung,
- 4a, 4b ein Klemmelement mit mehreren Abrollflächen, und
- 5 ein Schubelement aus dem Stand der Technik.
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1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 1. Die Klemmvorrichtung 1 umfasst ein Keilgetriebe mit einem in einer Klemmrichtung X verfahrbaren Klemmelement 2. Das Klemmelement 2 dient dazu, eine lösbare Klemmkraft auf einen zu klemmenden Körper 20 zu übertragen. Es wird dazu in einem nicht näher bezeichneten Gehäuse beweglich geführt. Beabstandet zum Klemmelement 2 liegt diesem in entgegengesetzter Klemmrichtung X gegenüber ein Stützelement 4, welches ebenfalls vom Gehäuse aufgenommen und in diesem ortsfest angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 4 rotationssymmetrisch um eine in X-Richtung verlaufende Achse ausgebildet und mit einem nicht näher bezeichneten Außengewinde in das Gehäuse eingeschraubt.
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Zwischen dem Schubelement 3 und dem Stützelement 4 besteht ein Zwischenraum 30. Der Zwischenraum 30 wird in Klemmrichtung X von den dem Zwischenraum zugewandten Oberflächen des Klemmelements 2 bzw. des Stützelements 4 begrenzt. Die innere Oberfläche des Stützelements 4 ist als ebene Abrollfläche ausgebildet, die senkrecht zur Rotationsachse des Stützelements 4 bzw. zur Klemmrichtung X verläuft. Die innere Oberfläche des Klemmelements 2 wird durch zwei aneinander angrenzende Abrollflächen 12' gebildet. Beide Abrollflächen 12' sind gegenüber einer senkrecht zur Klemmrichtung X verlaufenden Schubrichtung Y um ein geringes Maß geneigt.
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Zwei in Schubrichtung Y, Y‘ verfahrbare, identische Schubelemente 3, 3' ragen mit einem in Schubrichtung Y, Y‘ gesehen vorderen Ende in den Zwischenraum 30. Einzelheiten eines Schubelements sind in 2 und 3 für ein Schubelement 3 dargestellt. 3 zeigt einen Grundkörper G des Schubelements 3, der sich in Schubrichtung Y an ein scheibenförmiges Flanschteil anschießt und im Querschnitt von einer kreisförmigen Hüllkurve H umschrieben ist. Der Grundkörper G erstreckt sich in Schubrichtung Y nach vorne und ist an seinem vorderen Ende von einer Ausnehmung 7 (in 2 bezeichnet) durchsetzt, welche den Grundkörper G quer zur Schubrichtung Y in Klemmrichtung X vollständig durchsetzt. Die Ausnehmung 7 wird nach oben und unten begrenzt durch Lagervorsprünge 9, die sich vom Grundkörper G ausgehend in Schubrichtung Y nach vorne erstrecken, bis zu einer Stirnfläche 8. In der Ausnehmung 7 sind zwei rollenförmige Wälzkörper 6 angeordnet, deren Rotationsachsen Z senkrecht zur Schubrichtung Y und zur Klemmrichtung X verlaufen. In Schubrichtung Y ragen die Mantelflächen der Wälzkörper 6 geringfügig über die Stirnflächen 8 der Lagervorsprünge 9 hinaus. Auch seitlich, in bzw. entgegen der Klemmrichtung X, ragen die Mantelflächen der beiden Wälzkörper 6 geringfügig über die Lagervorsprünge 9 bzw. den Grundkörper G hinaus.
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In den Lagervorsprüngen 9 sind Lagerausnehmungen 11a, 11b vorgesehen, welche sich in den Ausführungsformen gemäß 2 und 3 geringfügig unterscheiden. Die Lagerausnehmungen 11b gemäß 3 sind als konzentrisch zu den Rotationsachsen Z der Wälzkörper 6 angeordnete Bohrungen ausgebildet, welche die Lagervorsprünge 9 vollständig durchdringen. Die Lagerausnehmungen 11b dienen zur Aufnahme jeweils eines nicht näher bezeichneten Achsenabschnittes 10 in Form eines Achsenkörpers, der durch die Lagerausnehmungen 11b in Achsrichtung Z und zugleich durch eine in den Wälzkörper 6 jeweils eingebrachte konzentrische Bohrung einschiebbar ist, um für die Wälzkörper 6 eine Halterung 5 am Schubelement 3 auszubilden. In dieser Ausführungsform sind die Wälzkörper 6 relativ zu den durch die Lagerausnehmungen 11b reichenden Achsenkörper drehbar.
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Die Ausführungsform gemäß 2 zeigt dagegen zwei Wälzkörper 6, die jeweils einstückig an den Wälzkörper ausgebildete, oder durch Presspassung damit verbundene Achsenabschnitte 10 als Achszapfen aufweisen. Gegenüber der zwischen den Lagervorsprüngen 9 angeordneten Mantelfläche der Wälzkörper 6 haben die Achszapfen deutlich reduzierte Durchmesser. Mit ihnen sind die Wälzkörper 6 in seitlich offene Lagerausnehmungen 11a einsetzbar, indem die Achszapfen in bzw. entgegen der Klemmrichtung X in die seitlich offenen Lagerausnehmungen 11a eingeschoben werden. Die den Wälzkörpern 6 zugewandten Flächen des Klemmelements 2 und des Stützelements 4 (1a, 1b) sichern die Wälzkörper 6 gegen Herausfallen in bzw. entgegen der Klemmrichtung X. In der Ausführungsform gemäß 2 rotieren die Wälzkörper 6 mit ihren Achsenabschnitten 10 innerhalb der Lagerausnehmungen 11a.
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Die Wälzkörper 6 der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung sind so in der Halterung angeordnet, dass sich ihre Mantelflächen längs einer Kontaktlinie berühren können.
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Bei einer Bewegung des Schubelements 3 in Schubrichtung Y werden die Wälzkörper 6 mit einer Schubkraft beaufschlagt, die über die Lagervorsprünge 9 in die Achsen der Wälzkörper eingeleitet wird, was gegenüber dem Stand der Technik gemäß 5 zu geringeren Reibkräften führt. Bei einer Zugbewegung des Schubelements 3 entgegen der Schubrichtung Y erfolgt die Beaufschlagung der Wälzkörper mit der entsprechenden Zugkraft vorzugsweise über die Lagerung in den Lagervorsprüngen 9.
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Eine Variante der Halterung ist in 2a gezeigt. Dort erstreckt sich in der vorderen Stirnseite 8 des Schubelements 3 ein stabilisierender Steg 15 zwischen den beiden Lagervorsprüngen 9 von oben nach unten und deckt einen Teil der Mantelflächen der Wälzkörper 6 nach vorne hin ab. Ergänzend oder alternativ zur Lagerung über Achsenabschnitte (Achszapfen oder Achsenkörper) kann dieser Steg 15 dazu dienen, die Wälzkörper mit einer Zugkraft entgegen der Schubrichtung Y zu beaufschlagen, um die Wälzkörper aus einer vorgeschobenen Position (s. 1b) wieder zurückzuziehen.
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Die in 2 und 3 gezeigte Ausnehmung 7 ist in Schubrichtung Y gesehen nach vorne offen, so dass die Wälzkörper 6 nach vorne aus der Halterung 5 bzw. dem Schubelement 3 herausragen können oder jedenfalls von vorne zugänglich sind. Dem gegenüber sind die Wälzkörper 60 in der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform gemäß 5 in einer Ausnehmung 70 in einem Kä50 aufgenommen, der die Wälzkörper 60 vollständig umläuft und durch eine vordere Stirnwand 80 in Schubrichtung Y verdeckt bzw. einfasst. Erfindungsgemäß hingegen enthält die Vorderansicht des Schubelements 3 entgegen der Schubrichtung Y wenigstens einen Abschnitt einer Mantelfläche eines Wälzkörpers 6.
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In 1a und 1b ist zu sehen, dass die dort dargestellte Klemmvorrichtung im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut ist in Bezug auf eine (in 1a und 1b horizontale) Symmetrieachse, die in Klemmrichtung X verläuft. Entsprechend sind zwei Schubelemente 3, 3' vorgesehen, die in entgegengesetzter Schubrichtung Y, Y‘ aufeinander zu- bzw. voneinander fort bewegbar sind über nicht näher dargestellte Antriebsmittel. Die beiden Schubelemente 3, 3' sind identisch ausgebildet (nicht alle Bezugszeichen sind in allem Figuren vollständig wiederholt worden, um die Übersichtlichkeit der Darstellung zu gewährleisten). Das in 1a und 1b untere Schubelement 3' umfasst ebenso wie das symmetrisch darüberliegende andere Schubelement 3 zwei Wälzkörper 6', die ebenso wie die Wälzkörper 6 des oberen Schubelements 3 in der gemäß 2 oder 3 dargestellten Weise in einer Halterung 5 der Schubelemente 3, 3' gelagert sind. Zu sehen ist in 1a, dass die Mantelflächen der Wälzkörper 6 und 6' in jeweils positiver Schubrichtung Y, Y‘ geringfügig über die vordere Stirnfläche 8 der Halterung 5 bzw. ihrer Lagervorsprünge 9 hinausragen.
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In 1a sind die beiden Schubelemente 3, 3' in zurückgezogener Position dargestellt, in der die jeweiligen Wälzkörper 6, 6' nicht oder nicht nennenswert in den Zwischenraum 30 eingefahren sind. In dieser Position berühren die Wälzkörper 6, 6' das Klemmelement 2 am oberen bzw. unteren Rand der Rollflächen 12', während sich die geringfügig zueinander geneigten Rollflächen 12' innerhalb des Zwischenraumes 30 erstrecken. Entsprechend kann das Klemmelement 2 eine in 1a rechte Endlage einnehmen, in welcher der zu klemmende Körper 20 nicht oder vernachlässigbar mit einer Klemmkraft beaufschlagt wird.
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1b zeigt die Klemmvorrichtung gemäß 1a für den Fall, dass die beiden Schubelemente 3, 3‘ jeweils in Schubrichtung Y, Y‘ aufeinander zugeschoben wurden. Während der Schubbewegung rollen die Wälzkörper 6, 6' des oberen bzw. unteren Schubelements 3 bzw. 3' jeweils aufeinander und an der rechten Wand des Stützelements 4 bzw. der linken, leicht geneigten Rollfläche 12' des Klemmelements 2 ab. Die beiden Schubelemente 3, 3' bewegen sich dabei aufeinander zu bis schließlich die Wälzkörper 6, 6' einander in Schubrichtung Y, Y‘ berühren. Während des Abrollens der in 1b links dargestellten Wälzkörpers 6, 6' auf der oberen und unteren Abrollfläche 12' wird das Klemmelement 2 über die Wälzkörperpaare 6 und 6' am Stützelement 4 abgestützt und in Klemmrichtung X nach links gedrückt bzw. verschoben, wodurch die gewünschte Klemmwirkung auf den zu klemmenden Körper 20 erreicht wird. Der für beide Schubelemente 3, 3' in Schubrichtung Y, Y‘ zur Verfügung stehende Weg bestimmt dabei die erzeugbare Klemmkraft zumindest mit. Obwohl - wie in 1b dargestellt - die Schubelemente 3, 3' nicht zwingend soweit aufeinander zugefahren werden müssen, dass sich ihre Wälzkörper 6, 6' berühren, gestattet die erfindungsgemäße Ausführung der nach vorne offenen Ausnehmungen in den Halterungen der Schubelemente grundsätzlich diese Positionierung, was die Ausnutzung des maximal zur Verfügung stehenden Schubweges für die Schubelemente 3, 3' ermöglicht.
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4a und 4b zeigen ein erfindungsgemäßes Klemmelement in einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der die den Wälzkörpern zugewandte Seite des Klemmelements 2 mehrere, unterschiedlich geformte Abrollflächen 12', 12" aufweist. In der vereinfachten Schnittdarstellung gemäß 4a ist zu sehen, dass das gemäß 1a und 1b symmetrisch ausgeführte Klemmelement 2a auf jeder seiner Symmetrieseiten zwei in Schubrichtung Y, Y‘ aneinandergrenzende Abrollflächen 12', 12" aufweist. Eine erste äußere, gerade Abrollfläche 12' erstreckt sich unter einem Winkel α zur Schubrichtung Y, Y‘, woran eine zweite Abrollfläche 12" anschließt, die mit der Schubrichtung Y, Y‘ einen Winkel β bildet. Der Winkel β ist kleiner gewählt als der Winkel α. Entsprechend ist die Steigung der ersten Abrollfläche 12' größer als die der in Schubrichtung Y, Y‘ daran anschließenden zweiten Abrollfläche 12", so dass das Klemmelement 2 je nach Position der Wälzkörper, 6, 6' unterschiedlich schnell bzw. unterschiedlich stark in Klemmrichtung X bewegt bzw. gedrängt wird.
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4b zeigt das Klemmelement 2 gemäß 4a in perspektivischer Darstellung. Obwohl die Abrollflächen 12', 12" in dieser Ausführungsform jeweils ebene Flächen sind, kann die den Wälzkörpern 6, 6' zugewandte Seite des Klemmelements 2 (oder auch des Stützelements 4) auch kurvige oder zur Schubrichtung Y, Y‘ parallele Abschnitte enthalten, um Klemmeffekte in Abhängigkeit der Y-Position der Wälzkörper beliebig vorgeben zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klemmvorrichtung
- 2
- Klemmelement
- 3,3'
- Schubelement
- 4
- Stützelement
- 5
- Halterung
- 6,6'
- Wälzkörper
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Stirnseite
- 9
- Lagervorsprung
- 10
- Achsenabschnitt
- 11a, 11b
- Lagerausnehmung
- 12, 12', 12"
- Abrollfläche
- 15
- Steg
- 30
- Schubelement (Stand der Technik)
- 50
- Käfig (Stand der Technik)
- 51
- Steg (Stand der Technik)
- 60
- Wälzkörper (Stand der Technik)
- 70
- Ausnehmung
- 80
- Stirnwand/fläche
- G
- Grundkörper
- H
- Mantelflächenhöhe
- K
- Hüllkurve
- α, β
- Winkel der Abrollfläche
- X
- Klemmrichtung
- Y, Y‘
- Schubrichtung
- Z
- Achsrichtung
