JP2023526805A - クランプホルダーをシャフトに接続するための構成要素 - Google Patents

Abstract

ローターを受けることができるクランプホルダー（６）にシャフトを接続するための構成要素（１）において、クランプホルダーは、カップ状のハウジング（２）に挿入可能で、締結手段（１３）によってそこに固定可能であるようになっている。ハウジング（２）のハウジングベース（３）には、ハウジング（２）をシャフトに一体となって回転するように接続するための接続手段（７）が存在する。締結手段（１３）は、そのベース面（１７）をハウジング（２）の外側面（１２）上に配置し、ハウジング（２）に存在するボアによってクランプホルダー（６）と係合させることができる。締結手段（１３）は、ベース面（１７）において少なくとも１つの凹部（１８）を有して、一部の領域でのみ、外側面（１２）上にベース面（１７）と共にあるようになる。【選択図】図１

Description

本発明は、ローターを受けることができるクランプホルダーにシャフトを接続するための構成要素に関し、この構成要素は、クランプホルダーを挿入することができ、そこに締結手段によって固定することができるカップ状の薄肉ハウジングを有している。

回転体に作用する荷重を測定するために、回転テストベンチが使用される。これらのテストベンチでは、ローターなどの回転体は、その動作速度範囲で動作させ、また動作範囲を超えても動作される。更に、ローターは、例えば周期的な回転速度変化又は温度変動に晒される可能性がある。この場合、ローターは、例えば、そのシャフトジャーナルを介して薄い弾性シャフトに締結されて加速することができる。このため、ローターは、スピンシャフトに容易に締結及び締結解除できることが必要である。

公知のロータークランプホルダーは、ローターのクランプに作用する遠心力の影響を補償するために、遠心力セグメントを有している。

ＤＥ １５ ５２ １９７ Ｃは、全体としてチャックジョーリングを構成する複数のチャックジョーを有する、高速工具用遠心チャックを開示している。この遠心チャックは、チャックジョーと共に形成されたフライウェイトを有し、フライウェイトは、２アームレバーとしてレバー枢軸点を中心に枢動可能である。フライウェイトは、互いにある距離をおいて軸方向に配置された２つのチャックジョーリングの間に配置され、各々が、２つのチャックジョーリングのチャックジョーのうちの１つと一体的に形成されている。この場合、チャックジョーリングは、その端部間で半径方向外向きに突出して、レバー枢動点を形成している。

ＵＳ ２ ８３０ ８２２ Ａは、複数のウェイトがローターの周りに配置され、ローターが回転すると遠心力の結果として半径方向外向きに移動する遠心式チャックを開示している。ウェイトは更に、リングに接続されており、このリングは、半径方向の移動を可能にするようにローター上に配置された爪部に接続されている。遠心力の結果として半径方向外向きに向けられたウェイトの移動の結果、ウェイトに接続されているリングの部分も同様に外向きに動かされ、間にあるリングの部分に接続された爪部が、互いに向けて引き寄せられるようになる。

ＤＥ ４２ ２０ １３６ Ｃ１は、チャック又はベース本体、クランプ機構、ベースジョー、及びアタッチメントジョーを有する、回転自在に配向された工具及び／又は加工物をクランプするための工作機械用のクランプシステムを開示している。この場合、アタッチメントジョーは、少なくとも部分的に繊維複合プラスチックからなり、チャック本体、クランプ機構、ベースジョー、及びベースジョーとアタッチメントジョーの間の接合部は、金属材料で作られている。遠心力バランスウェイトは，クランプ要素間の繊維複合プラスチックの結合部上に配置され、繊維複合プラスチックの結合部と共に半径方向に移動可能であり、接線方向には固定されるようになる。回転速度が増加し、従って遠心力が外向きに増加すると、繊維複合プラスチック製結合部は外向きに移動される。結合部は、高剛性の炭素繊維から製造されているので、僅かな膨張しか起こらず、クランプブロック及び加工物に作用する半径方向の張力は、繊維複合プラスチック結合部の変形により外側に増大する。

更に、ＤＥ １９８ ３４ ７３９ Ｃ１には、多角形状のベース本体が弾性的に丸い形状にされるクランプ装置が記載されている。この場合、力の作用点の間に位置するベース本体の領域は、ホルダーが拡大するように変形され、丸いシャフトを挿入することができる。ベース本体に作用する半径方向の力が減少又は除去されると同時に、ベース本体は、その弾性特性により多角形の開始形状に戻り、シャフトはレセプタクル内に固定される。ＥＰ １ ６６９ ６２１ Ｂ１は、この教示から進展して、ベース本体に存在するキャビティに遠心補償ウェイトを挿入して、発生する遠心力に起因して遠心補償ウェイトが外向きに押されるようにしている。その結果、その間にある領域が内向きに曲げられ、シャンクに作用するクランプ力が増加する。

クランプホルダーに保持されたローターをシャフトに接続するために、ローターからの重量力をスピンシャフトに伝達し、シャフトからの駆動トルクをローターに伝達する構成要素が設けられる。

ＤＥ １９５ ２１ ７５５ Ｃ１には、２つの構成要素を繰り返し固定的に接続することを目的とした接続システムが記載されており、ここでは、一方の構成要素が、接続プロセス中に一時的に変形して、予め規定されたクリアランスを有して有効周方向輪郭が他方の構成要素の対応する有効周方向輪郭に対応するようになり、両方の構成要素の位置付けプロセスの後には、少なくとも部分的な戻り変形によって、２つの有効周方向輪郭の固定接触圧力が作用するようになっている。

更に、ＤＥ １９６ ２４ ０４８ Ａ１には、２つの構成要素の摩擦接続が開示されている。

ＤＥ ９０７ ２３３ Ｂは、工作機械用の可変直径の管状加工物ホルダーを記載しており、このホルダーは、受け入れられる部品の直径を超えて突出し且つその円周の一部にわたってのみ延びるクランプ面を有し、このクランプ面は、これらの間にあるホルダーの領域の弾性変形を生じさせながら加工物の直径に合わせて調整することができる。

クランプホルダーを受けるための既知の構成要素の問題点は、クランプによってクランプホルダーに力が作用し、その結果不正確な測定が起こり得ることである。特に、遠心力補償を有するクランプホルダーの場合、このようなホルダーは、クランプホルダーの同心度特性に影響を与える可能性がある。

ドイツ国特許第１５５２１９７Ｃ号明細書 米国特許第２８３０８２２Ａ号明細書 ドイツ国特許第４２２０１３６Ｃ１号明細書 ドイツ国特許第１９８３４７３９Ｃ１号明細書 欧州特許第１６６９６２１Ｂ１号明細書 ドイツ国特許第１９５２１７５５Ｃ１号明細書 ドイツ国特許第１９６２４０４８Ａ１号明細書 ドイツ国特許第９０７２３３Ｂ号明細書

本発明は、ローターのクランプがクランプホルダーによって損なわれない、ロータークランプホルダーを受けるための装置を提供することを目的とするものである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明によれば、この目的は、ローターを受けることができるクランプホルダーにシャフトを接続するための構成要素であって、上記構成要素が、クランプホルダーを挿入することができ且つそこに締結手段によって固定することができるカップ状の薄肉ハウジングを有し、ハウジングのハウジングベース上に、ハウジングをシャフトに一体となって回転するように接続するための接続手段を有し、締結手段は、そのベース面をハウジングの外側面上に配置して、ハウジングに存在するボアによってクランプホルダーと係合させることができ、ベース面において少なくとも１つの凹部を有して、一部の領域でのみ外側面上にベース面を載置するようになる、構成要素を提供することによって達成され、従って、特にクランプホルダーがハウジング内に固定されるときにハウジングの変形が防止される。本発明の利点は、ローターを受け入れることができるクランプホルダーをカップ状ハウジング内に規定された方法で配置することができ、更に、クランプホルダーを締結する本発明による方法によって、ハウジングの強制変形が防止されることである。このような強制変形は、恐らくはクランプホルダーにも力を及ぼし、その結果、ローターのクランプ又は解放プロセスに影響をもたらすことに起因する。更に、クランプホルダーの同心度特性は損なわれない。本発明による構成要素は、遠心力補償を備えたクランプホルダーの場合に特に有利であることが分かっている。本特徴を備えた本発明による構成要素により、一方では、クランプホルダーの安定した接続が達成され、力及びトルクが遊びなしで剛性を有して伝達されることが保証される。他方、ハウジングは、薄肉設計に起因して一定の半径方向の可撓性を有しており、遠心力を補償するクランプホルダー、より正確には、その遠心力構成要素に影響を及ぼさないようになる。更に、例えば、クランプホルダー又はハウジングに対する外部からの力の作用に起因するクランプホルダーの拡大も可能である。

一実施形態では、締結手段がクランプブロックとネジとを備え、クランプブロックがそのベース面に少なくとも１つの凹部を有するようにされる。好ましい締結は、ネジがクランプブロック又はハウジングの外側面の対応するボアを通してクランピングホルダーの対応するボアにネジ止めされるように実施される。この場合、クランプブロックは、ネジによって外側面に押し付けられ、クランプブロックのベース面は、ハウジングの外側面に対して静止している。締結手段、特にクランプブロックがベース面に凹部を有するという事実により、特に２つの線形接触がクランプブロックのベース面と外側側面表面との間に生じ、これは、ハウジングに作用する力を均一に分散し、ハウジングの変形を防止する。

各クランプブロックがネジ用の少なくとも１つの貫通孔を有し、クランプブロックのベース面が貫通孔の領域で切り取られることが好ましい。用途に応じて、１つのクランプブロックにおいて、ネジ又は複数のネジを通過させるための１つの貫通孔又は複数の貫通孔が設けられる。凹部は、貫通孔が開口するクランプブロックのベース面の領域に特に存在し、この凹部は、特に貫通孔の直径よりも大きい直径を有する。凹部は、例えば、貫通孔と外側面との間にギャップが存在するようにフライス加工することができる。

一実施形態では、クランプブロックが矩形形状を有し、その長手方向軸がハウジングの長手方向軸と同軸となるように外側面上に配置されるようになっている。クランプブロックの矩形形状は有利であることが分かっているが、丸みのある又は多角形のクランプブロックなど他の形状も可能である。このように設計されたクランプブロックは、そのベース面に対応する凹部を有し、一部の領域においてのみベース面が外側面上にあるようになる。

ベース面の凹部がクランプブロックの全長にわたって長手方向軸に沿って延び、その幅が貫通孔の直径よりも大きいことが有利であることが分かった。このように、凹部は、クランプブロックの設計に応じて、クランプブロックの全長及び／又は幅にわたって延在する。凹部の幅は、クランプブロックの形状に依存することができ、クランプブロックのベース面は、少なくとも貫通孔の領域で切り取られることが好ましい。

ローターの重量及び／又は目標とする回転速度に応じて、長手方向軸に沿ってクランプブロックに複数の貫通孔があることが有利であり、これにより、構成要素とクランプホルダーとの間に、安全で高荷重に耐えることができる接続部を形成することができる。構成要素におけるクランプホルダーの締結は、クランプホルダーによって受けられるローターの種類及び／又は目標とする回転速度に適応させることができ、特定の用途では、構成要素は、外側面において互いにある距離をおいて配置された少なくとも３つの締結手段を備えることで十分とみなすことができる。特定の用途では、これに応じて外側面上に配置された３つより多い締結手段を設けることもできる。

ハウジングは、そのハウジングベース上に、ハウジングをシャフトに一体となって回転するように接続するための接続手段を有する。接続手段は、例えば、シャフトの対応する接続手段を接続できるレセプタクル又は凹部とすることができる。シャフトの接続手段は、ハウジングベースの対応するレセプタクル又は凹部に、ネジによって締結することができる。

一実施形態では、ハウジングは、一定の半径方向の可撓性を有し、従って遠心力補償又はクランプホルダーのクランププロセスを損なわない薄肉カップであるようにされる。薄肉カップの形状は更に、十分に高いねじり剛性を有する。特に、ハウジングの壁の厚さが０．３ｍｍから３ｍｍであることが有利である。この範囲の壁厚は、第１に、十分な安定性を有し、第２に、十分な可撓性を有することが示されている。

クランプブロックのベース面とハウジングの外側面との間に十分な接触を確立するために、好ましい実施形態では、クランプブロックのベース面は凹状又は平坦になるように形成することができる。

本発明は、図面に示されている実施形態を参照しながら、以下でより詳細に説明される。

一体型クランプホルダーを有するカップ状構成要素の斜視図である。 図１による構成要素の縦断面図である。 クランプブロックの拡大図である。

図１は、一体型クランプホルダーを有するカップ状構成要素の斜視図であり、図２は、図１による構成要素の縦断面図であり、図３は、クランプブロックの拡大図である。カップ状構成要素１は、ハウジングベース３を有する中空の円筒形ハウジング２を有し、その外側面４と共に、クランプホルダー６を受けるための空間５を形成している。クランプホルダー６は、ハウジング２の開放側を介して簡単な方法で挿入することができる。ハウジング２の外側面４は薄肉であり、例えば、金属シートからなることができるので、構成要素１は軽量であり、また高いねじり剛性を有することができる。

接続手段７がハウジングベース３に設けられ、構成要素１は、接続手段によって回転駆動装置に接続することができる。この接続は、例えば、接続手段として設計され、駆動装置に接続されるシャフトのフランジ接続部を、ハウジングベース３内のレセプタクル又は凹部として設計された対応する接続手段７に一体となって回転するようにネジ止めすることによって生成することができる。このようなシャフトは、例えば、ローターを駆動するためにスピンテストスタンドに取り付けられる、細い弾性スピンシャフトとすることができる。

例として示されるクランプホルダー６は、ローター又はロータージャーナルのための中央凹部８を有する。図示のクランプホルダー６は、遠心力を補償するクランプホルダー６であって、遠心セグメント９が外向きに拡がり、その際、リーフスプリング１０を介してクランプセグメント１１を内向きに押してローターをクランプする。ローターは、遠心セグメント９に外側から凹部８の方向に力が加わり、それによってクランプセグメント１１がリーフスプリング１０を介して外向きに移動することによってアンクランプすることができる。本発明による構成要素は、複数の異なる設計のクランプホルダーのために提供され、ここで、クランプホルダーを収容する構成要素によるアンクランプ又はクランププロセスの障害が防止されることになっているので、これは単にクランプホルダーの一例である。この構成要素は、遠心力を補償するクランプホルダーに特に適している。

クランプホルダー６をハウジング２内に固定するために、締結手段１３が、外側面１２上に互いにある距離をおいて配置されている。図示の例では、締結手段１３は、開いたカップ端部の近くに配置されて、構成要素１の重心がクランプ平面から小さな距離にあるようになる。締結手段１３は、ネジ１４とクランプブロック１５を備えることができる。ネジ１４は、クランプブロック１５の貫通孔１６とハウジングの対応するボアを通って突出し、クランプホルダー６の対応するボアと係合させる。この目的のために、クランプホルダー６の設計に応じて、ハウジング２及びクランプホルダー６において異なる位置にあるボアを設けることができる。ネジヘッドは、クランプブロック１５の設計に応じて、クランプブロック１５の表面上に載ることができ、又はクランプブロック１５に皿孔をあけることができる。図示の実施形態では、クランプホルダー６が３つの遠心セグメント９と３つのクランプセグメント１１とを有し、セグメント９，１１の各々を１つの締結手段１３が締結するために設けられるようにすることができる。これは、各セグメント９，１１が、特にハウジング２に対して締結されることを意味する。

図示の例では、クランプブロック１５は、矩形に設計され、その長手方向軸線がハウジング２の長手方向軸線と同軸である。２つの貫通孔１６が各クランプブロック１５の長手方向軸に沿って配置され、２つのネジ１４がこれらを通って突出している。ローターの種類又は目標とする回転速度に応じて、より多くの又はより少ない数のネジ１４を使用することができる。１つのボアのみを有するクランプブロックも可能である。図示の例では、６つのクランプブロック１５がハウジング２の外側面１２に配置されているが、クランプホルダーに応じて、より多くの又はより少ない数のクランプブロック１５を使用することが可能である。遠心セグメント９及び／又はクランプセグメント１１をハウジング２に締結するために、異なる長さのネジ１４を使用することができる。図示の実施形態では、例えば、遠心セグメント９は、クランプセグメント１１よりも長いネジ１４によって締結される。しかしながら、これは、クランプホルダー６の設計に依存して変わり得る。

クランプブロック１５は、ハウジング２の外側面１２上にそのベース面１７があり、図３に示すように、ベース面１７に少なくとも１つの凹部１８が設けられる。クランプブロック１５の構成に応じて、すなわち、クランプブロック１５が有する貫通孔１６の数に応じて、ベース面１７に凹部１８が１つだけ存在することが可能である。ベース面１７は、貫通孔１６が開口する領域において、貫通孔１６と外側面１２との間にギャップが存在するような凹部１８を有することが好ましい。クランプブロック１５の凹部１８は、ベース面１７全体にわたってその長手軸の方向に延びることができ、凹部１８の幅は、少なくとも貫通孔１６の直径に対応する。凹部１８は、有利には、一定の高さ及び／又は深さを有する。

クランプホルダー６を構成要素１に固定するために、ネジ１４は、クランプブロック１５を介してハウジング２に収容されたクランプホルダー６にネジ止めされ、これに応じてクランプブロック１５をハウジング２の外側面１２に押圧する。クランプブロック１５のベース面１７は特に中央で凹状であるので、クランプブロック１５と外側面１２との間に２つの線形接触が生じ、クランプブロック１５がある領域においてのみハウジング２の外側面１２上に載るようになる。従って、クランプブロック１５は、縁部に沿って外側面１２に接しているが、貫通孔１６の領域では接しない。その結果、カップ状ハウジング２は、変形を強いられることがないが、そうでない場合は、クランプホルダー６に拘束力が掛かり、クランプホルダー６の同心度精度を低下させることになる。更に、構成要素１は、クランプホルダー６と共に、全ての空間方向における高い慣性領域モーメントを有するので、高い剛性が確保され、その結果、クランプホルダー６の明確な位置が確保される。

本発明の更なる利点は、とりわけ、構成要素１が、クランプホルダー６に悪影響を及ぼさず、むしろクランプホルダー８の特定の半径方向の動きを許容するその薄肉設計に起因する半径方向の可撓性も有するにもかかわらず、構成要素１の幾何学的形状によって高いねじり剛性が達成されることである。その結果、クランプホルダー８に対する遠心力の影響は悪影響を受けず、ローター及び／又はロータージャーナルは確実にクランプされる。

本発明による構成要素１は、半径方向に弾性を有するが、クランプホルダー６は、本発明による締結手段１３によって必要な全ての空間／角度方向で剛性接続することができる。具体的には、構成要素１が有利にクランプホルダー８の以下の動きを可能にすることが示されている。
・遠心セグメント９の重心は、遠心力によって外向きに押し出され、その結果、クランプ力は、回転速度の増加と共に増加する。
・アンクランプのために、構成要素１及びひいてはクランプホルダー８は、外力によって変形して、内部クランプが解除され、クランプされたローターを取り外すことができるようになる。
・クランププロセスの後、構成要素１は再び元の形状に変形することができ、高い同心度を有することができる。

１ 構成要素
２ ハウジング
３ ハウジングベース
４ 外側面
５ 空間
６ クランプホルダー
９ 遠心セグメント
１０ リーフスプリング
１１ クランプセグメント

Claims (11)

1. ローターを受けることができるクランプホルダー（６）にシャフトを接続するための構成要素（１）であって、前記構成要素が、
   前記クランプホルダー（６）を挿入可能であって且つそこに締結手段（１３）によって固定可能なカップ状の薄肉のハウジング（２）を有し、
   前記ハウジング（２）のハウジングベース（３）に、前記ハウジング（２）を前記シャフトに一体となって回転するように接続するための接続手段（７）を有し、
   前記締結手段（１３）は、そのベース面（１７）を前記ハウジング（２）の外側面（１２）上に配置して、前記ハウジング（２）に存在するボアによって前記クランプホルダー（６）と係合可能であり、前記ベース面（１７）において少なくとも１つの凹部（１８）を有して、前記ベース面（１７）を一部の領域においてのみ前記外側面（１２）上に載置している、構成要素（１）。
2. 前記締結手段（１３）は、クランプブロック（１５）とネジ（１４）とを備え、前記クランプブロック（１５）がベース面（１７）に前記少なくとも１つの凹部（１８）を有することを特徴とする、請求項１に記載の構成要素（１）。
3. 各クランプブロック（１５）は、前記ネジ（１４）のための少なくとも１つの貫通孔（１６）を有し、前記ベース面（１７）は、前記貫通孔（１６）の領域で切り取られていることを特徴とする、請求項２に記載の構成要素（１）。
4. 前記凹部（１８）は各々、前記貫通孔（１６）の直径よりも大きい直径を有することを特徴とする、請求項３に記載の構成要素（１）。
5. 前記クランプブロック（１５）は、矩形形状を有し、その長手方向軸が前記ハウジング（２）の長手方向軸と同軸であるように、前記外側面（１２）上に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の構成要素（１）。
6. 前記ベース面（１７）の前記凹部（１８）は、前記クランプブロック（１５）の全長にわたって長手方向軸に沿って延び、その幅は、前記貫通孔（１６）の直径より大きいことを特徴とする、請求項５に記載の構成要素（１）。
7. 複数の貫通孔（１６）が、長手方向軸に沿って前記クランプブロック（１５）に前記存在する、ことを特徴とする、請求項３に記載の構成要素（１）。
8. 前記接続手段（７）は、前記シャフトの対応する接続手段を接続可能なレセプタクル又は凹部であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の構成要素（１）。
9. 前記ハウジングの壁が０．３ｍｍ～３ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の構成要素（１）。
10. 前記構成要素（１）は、前記外側面（１２）上に互いにある距離をおいて配置された少なくとも３つの締結手段（１３）を備えることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載の構成要素（１）。
11. 前記クランプブロック（１５）の前記ベース面（１７）は、凹状又は平坦な形状であることを特徴とする、請求項２に記載の構成要素（１）。

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